从影响高铁速度的主要因素看高铁的发展前景

刘一帆

摘 要：高铁以它快捷的速度和低廉的价格，强烈冲击了航空运输。从影响高铁速度的主要因素来看，高铁有广阔的发展前景。高铁线路的科学化建造为高铁的高速度提供了最基本的条件，最新设计的高速“动车组”能使高铁达到更高的速度，采用最新智能化技术的交通信号系统保证了高铁安全运行。展望高铁的未来，大有可为。

关键词：高铁；速度；发展前景

中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）04-0230-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.04.146

高铁，被称为陆地飞行器，它的核心就是“高速”。

速度，是一个物理量。人们接触的速度的初级定义，是物体在单位时间内通过的路程的多少，这是一个标量，只有大小，没有方向。而高一级的速度定义认为，速度等于位移和发生位移所用时间的比值，这是一个矢量，既有大小又有方向。作为矢量的速度定义，强调说明的是，速度是一个相对的量，它指的是一个物体相对于另一个作为参照物的物体，在单位时间内位移变化的大小。可以说，作为矢量的定义，才是我们在实际生活中经常提到的速度。比如，我们说从北京到上海的火车的速度，并不是说火车自己跑得多快，而是说火车用多长时间能从北京跑到上海。从这个意义上说，高铁的速度对人们生活的影响是深刻和具体的。因此，2008年8月北京至天津城际铁路的开通，标志着中国跨进了高铁时代。

世界修建高铁的历史，开始于1964年日本开通的东海道新干线，当时的运行速度为每小时210千米。随后，法国、德国以及英国、瑞典、西班牙、意大利和韩国等都修建了高铁。中国修建高铁虽然起步最晚，但是在引进技术、重新研发、自主创新中形成了独特的高铁技术。深入分析影响高铁速度的各种要素，不但可以体会到高科技对高铁技术发展提高的促进作用，而且还可以看到高铁进一步发展的广阔前景。概括起来说，影响高铁速度的主要因素可以归纳为以下三个方面。

一、高铁线路的科学化建造为高铁的高速度提供了最基本的条件

（一）科学地解决高铁线路中的曲线和直线问题

直线距离最短，这在数学中是最基本的常识。但是，对于高铁来说，“走直线”并不仅仅是距离短的问题，因为从物理的角度来说，如果高铁的速度是每小时350千米，那么高铁线路的曲线半径不能小于7000米。从最高的安全系数出发，施工中一般要求在9000到10000米之间。不但如此，而且在曲线与曲线、曲线与直线之间都设置了过渡。除此之外，根据离心力的原理，在曲线地段外侧钢轨相对于内侧钢轨还设置了科学的超高值。

（二）科学地解决高铁线路中的上坡和下坡问题

与曲线和直线情况下的道理相同，高速运行的高铁对线路的上坡和下坡也有严格的要求。简单地说，也就是高铁前行一千米，爬坡高度不能大于2.5米。这一限值，除了避免颠簸给旅客带来的不适之外，更重要的还是高速行驶的情况下不致造成列车脱轨。

（三）分层填筑的高铁路基解决路基的沉降问题

从上面的两个小问题不难看出，路基保持平稳的重要作用。因此，高铁的路基采用了分层填筑的方式，一共分三层，每一层的材料和技术要求都必须达到相关规范的设计标准。我国高铁大部分采用了高架桥的形式，穿山越水，构架桥梁路基，不难想象工程的浩大以及成本的昂贵。在保证质量的情况下，高架桥在相关的连接处都设置了各种过渡。只有稳如磐石的高铁路基，才能让高铁快速安全地运行。

（四）无砟轨道保证轨道的高平顺使运行速度大大提高

砟，这个字读“zhǎ”，基本意思是岩石、煤等的碎片。因此，所谓的无砟轨道，就是路基不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土上。在有砟轨道中，路砟起着承重、吸热、减震、减少噪音等重要作用，但是在高铁高速行驶的状态下，路砟会被激起，造成安全隐患。但是，在采用无砟轨道以后，这些重要作用都必须通过更先进的科学方法得到解决。比如，减少噪音，可以通过定期打磨钢轨和实行钢轨的无缝化加以解决，还可以在轨道上安装吸音装置。

（五）全封闭、专用、双线路运行，停站少，可以狂跑

高铁双线的线路间距，关系到错车时产生的风压。如果线路间距过大，会造成投资的浪费；如果线路间距过小，车窗有被巨大的风压压碎的危险。经过大量的试验和计算，科学家确定为5米。

以上这些方面，是高铁快速安全运行的最基本的条件，也是最基本的保障。哪一方面问题的解决，都离不开先进的科学技术。

二、最新设计的高速“动车组”能使高铁达到更高的速度

“动车组”是相对于过去的机车而言的，顾名思义，就是动力装置的组合。过去的绿皮车，是由一辆机车车头带动十几辆车厢，运行的速度可想而知。现在的“动车组”，是一种动力分散技术，带动力的车叫动车，不带动力的车叫拖车，动车和拖车间杂装置，高铁运行时，除了前面的牵引车运动，后面具有动力的车也同时运动。

“动车组”在运行中的优势显而易见，形象地说，它更像现在的团队合作，是一种“团队精神”，它推翻了过去“火车跑得快全凭车头带”的旧观念。还可以用另一种比喻，牵引车就像一个大股东，其他的动力车就像一群小股东，它们一起齐心协力，使高铁这个联合的大托拉斯，跑得更快，跑得更好。

三、采用最新智能化技术的交通信号系统保证了高铁安全运行

如果列车以每小时200千米的速度前进，它紧急刹车需要的路程是4000米。对照这些数据，可以想象，时速每小时350千米的高铁，紧急刹车的困难和危险。因此，高铁的安全问题，一直是社会最关心的问题。

但是，自从高铁产生以来，高铁一直被誉为安全性极高的交通工具，如果从事故率的角度出发，高铁的安全系数比公路、航空要高得多。日本的高铁已经开通几十年，没有发生过一起交通死亡事故，法国的高铁也一直安全运行。

这要归功于最新智能化技术的交通信号系统。它为高铁的安全性提供了科学的保障。如果没有这样先进的列车控制系统，如此高速的列车是不可能完全靠人工保证安全的。对于列车控制系统的研发，是我国整个高速铁路技术中最重要的一环。现在正在使用的“中国列车运行控制系统”（简称 CTCS）还在不断的研发试验中，科研人员为高铁的安全运行一直进行着不遗余力地拼搏努力。

总而言之，从影响高铁速度的主要因素来看，高铁有广阔的发展前景。事实也正是如此，高铁以它快捷的速度和低廉的价格，强烈冲击了航空运输。日本的高铁用8年时间就收回了全部投资，已经成为其国名副其实的交通工具。中国正在研发的真空管道磁悬浮技术，能使列车的运行速度在理论上直逼第一宇宙速度，达到每小时2万千米。预计研发成功后，能使高铁速度达到每小时4000千米，而能耗不到航客机的1/10，噪音和废气污染及事故率接近于零。展望高铁的未来，大有可为。

参考文献：

[1] 陈姣姣，解新福.浅论中国高速铁路建设发展与技术跨越的特点[J].发展，2015（6）：54-55.

[2] 冯晓芳.中国高速铁路的发展与展望[J].科技资讯，2009（1）：129-130.