新干线发展史-大国重器：高速铁路技术发展纵横

新干线既是世界上第一条商用高铁，也是日本向全世界证明自己实力的纪念碑。日本的高速铁路已经走过了 50 多年的历史。日本高速铁路的建设可以划分为 3 个阶段：

第一阶段（1964—1975 年）：在人口稠密的地区修建高速铁路，如东海道新干线和山阳新干线等。

第二阶段（1983—1985 年）：以开发沿线地区经济为目的，在人口较少的地区修建东北和上越新干线。高速铁路的功能从简单的缓解运输紧张发展到拉动国民经济的阶段，并初步形成新干线网。

第三阶段（1990 年至今）：高速铁路建设以满足舒适、快捷、安全、节能、环保和低噪声要求为目的，在均衡开发国土和可持续发展方面发挥积极作用。不仅要提高既有线和新干线的速度，还要通过建设隧道和大桥，用铁路网把四岛连接起来，形成由既有线和新干线组成的高速铁路网。

新干线开通后运行0系高速旅客列车，最高运营时速达 210 km，全程运行时间 4 h，第二年，又缩短至 3 h 10 min，比既有东海道铁路特快列车缩短了 3 h 20 min。旅客出行时间大大缩短，瞬间增强的铁路运输竞争力，致使东京至大阪间的民航停运。新干线开通后的第一年，平均日载客量达6万人次，超高的速度、稳定的运行、设计感强的列车、优质的服务、舒适的乘坐体验让高铁得到了社会广泛认可。东海道新干线通车以后，在夜间停运做线路养护的情况下，东京与新大阪之间日均客流量达30万人，年运量稳定在1.2亿人次左右。谁也没有想到，仅仅两年后，东海道新干线就开始盈利，仅用 8 年时间，全部投资成本收回，10 年间累计盈利达到 6 600亿日元。东海道新干线为什么能够迅速盈利呢？原来，这条线路缩短了日本三大都市圈的经济距离：东京圈（东京、神奈川、千叶、埼玉）、名古屋圈（爱知、岐阜、三重）与关西圈（京都、大阪、兵库、奈良）。三大都市圈约占日本国土面积的 14%，但GDP产出占日本的一半以上，聚集了日本人口的一半。也就是说，在城市人口密集、经济发达地区修建高铁，盈利应该是迟早的事。2008年0系高速列车功成身退，彻底退出了新干线的运输服务。

在东海道新干线的带动下，干线沿线社会经济加速发展，高铁技术也在日本不断推广。1966年，日本政府决定东海道新干线继续从大阪向西延伸，开始修建从大阪经广岛至博多的山阳新干线。看到新干线带来的如此大的经济、社会方面的巨大效益，那些自己家乡还没有计划修建新干线的日本国民坐不住了，要求政府修建全国规模的新干线网的呼声日益高涨。为了回应国民的这一呼声，1970年，日本政府专门制定了“全国新干线铁路整备法”，以法律的形式确定了全国新干线整体规划方案。也就是在这部法律中，第一次明确地给出了新干线的定义：“在线路的主要区间列车以200 km/h以上速度运行的干线铁路。”

1992 年，命名为“希望号”的300系列车投入运营，最高运营时速达270 km，从东京至大阪所需时间缩短为 2 h。1993年3月18日，300系开始在东海道新干线上运营，从东京到博多1 069 km路程所需时间为 5 h 4 min。300系高速列车在多方面取得了技术进步：首先，在列车轻量化上取得进展，大大降低了轴重。所谓“轴重”，就是列车在静止状态下每个轮对作用于钢轨的质量。0系列车轴重为 16 t，而300系列车轴重降低到了只有 11.4 t。其次，300系采用了当时最先进的交流传动牵引技术。相比直流传动牵引技术，不仅减轻了动车质量、简化了结构，而且其维修工作量也减少了。第三，是再生制动技术的利用。所谓“再生制动”，就是牵引电动机在列车制动时可作为发电机使用，将产生的电能回送给供电网，这种技术既能节电，又能减轻机械制动装置的磨耗，一举两得。第四，头车采取了新流线型。300系高速列车全方位的技术突破，提高了日本高铁在国内与民航、高速公路的竞争力。但随之带来严重的噪声问题，降低路轨振动和噪声成为线路维护整治的重点。

从 1972 年至 1997 年，日本相继修建山阳、东北、上越、北陆、九州等多条新干线，形成了纵贯日本的新干线网，被誉为日本“经济起飞的脊梁”。日本铁路主要通道已基本实现了客货列车分线运行，修建了4线甚至多线；为适应大客流的需要，日本高铁采用了大编组列车，运输效率较高。在既有线改造过程中，日本把一些“瓶颈”、拥堵区段和繁忙干线作为重点改造区段；伴随新线建设，日本已形成以几大新干线为主的全国高速干线网。截至2017年年底，新干线运营总里程达到 2 734 km。由于不断进行技术升级，目前山阳新干线和东海道新干线的最高商业运营速度（以下简称“最高运营速度”）分别提高到 300 km/h 和 285 km/h，东北新干线的最高运营速度提高到了320 km/h。

新干线的建设不仅带动了日本土木建筑、原材料、机械制造等相关产业的发展，更重要的是促进了人员流动，加速和扩大了信息、知识和技术的传播，从而带动了地方经济的发展，缩小了城乡差别。东海道新干线和山阳新干线，每年运输乘客约2亿人次，仅此产生的食宿、旅游等的消费支出约为5 万亿日元，增加就业 50 万人。1995 年，新干线从大阪进一步延伸到九州后，冈山、广岛、大分乃至福冈、熊本等沿线地带的工业布局迅速发生变化，汽车、机电、家用电器等加工产业和集成电路等尖端产业逐步取代了传统的钢铁、石化等产业，促进了日本产业结构的调整。通向仙台，岩手的东北新线1982年开始运行后，沿线城市的人口和企业分别增加 30% 和 45%，地方财政收入明显增加。随着新干线交通网的形成，人们的活动范围扩大了，文化交流也更加活跃起来，生活质量也明显提高。

日本交通省的研究结果认为，高速铁路有效竞争半径为旅行时间 5 h 以内，单程旅行时间超过 5 h，高速铁路的快捷程度相对于航空将毫无优势。所以，在可预见的将来，为了缩短旅行时间，以求在更大范围内与航空业竞争客流，更新、更快速的列车必定会投入新干线的运营。

至2011年，日本已经先后建成东海道新干线（东京—新大阪，515 km）、山阳新干线（新大阪—博多，554 km）、九州新干线（博多—鹿儿岛中央站，257 km）、东北新干线（东京—新青森，714 km）、上越新干线（大宫—潟新，270 km）、北陆新干线（高崎—长野，117 km）6 条高铁主干线路，纵贯日本全国，总里程达 2 427 km。此外还有秋田新干线（盛冈—秋田，127 km，1997年通车，耗资970亿日元）、山形新干线（福岛—新庄，149 km，1999 年贯通）两条迷你新干线。截至 2018 年，新干线总营业里程已经达到 3 041 km，在建里程 402 km，覆盖北自北海道，南至九州岛的几乎整个日本列岛。日本新干线均为客运专线，最高运营速度均在 250 km/h以上，主要承担大城市之间的长途客流以及大都市地区的通勤客流。自新干线面世以来，已陆续有16个系列的新干线动车组投入运营，截至 2018 年 6 月，日本拥有动车组车辆4 774 辆。

如今新干线已经成为贯通日本的交通大动脉，日客流超过百万人次，年运输量近4亿人次，是日本航空运量的4倍。新干线累计运输客流已经突破70亿人次。新干线线路长度仅为日本铁道总里程的 10% 左右，但它的收入竟然占到铁路总收入的 40%，而运输量占到铁路总量的 30%。(www.xing528.com)

未来 30 年，鉴于人口不断减少、社会老龄化日益严重、远程办公不断普及、互联网全覆盖以及自动驾驶技术的出现，日本的商业环境和工作模式将发生根本性变化，铁路运输需求将持续降低。2018年，JR东日本铁路公司董事会通过了一项名为《远景 2027（Move Up 2027）》的发展规划，提出公司将要进行根本性变革，即在人口不断减少和老龄化带来的背景下，JR东日本铁路公司将在30年内从铁路客运公司发展成为生活服务公司。自1987年日本国家铁路解体后，JR东日本铁路公司在30多年的发展中一直自我定位为铁路客运公司，致力于不断改进和提高铁路运输质量来吸引乘客和发展业务，但在当前社会发展趋势下，这种发展模式越来越不可持续。

针对未来的挑战和变革，JR东日本铁路公司决定重新确定公司定位和重塑未来商业模式，由此诞生了《远景2027》。新愿景提出，JR东日本铁路公司将通过建立新的三大支柱来增加公司营收：使城市更舒适，使地区更发达，开展国际业务。为了继续保持业务的增长趋势，JR东日本铁路公司计划建立“出行互联平台”，致力于发展舒适的城市空间。该平台旨在实现无缝出行，即为旅客提供从出发地到目的地的全旅行信息，并能实现车票购买、购物支付和旅行计划安排等多种功能。无缝出行不仅意味着通过开行直通列车、减少换乘来缩短旅行时间，还应将铁路、公共汽车、出租车、共享汽车、自行车与自动驾驶、人工智能和大数据相结合，为乘客提供全出行服务，减少交通模式转换所带来的不便。JR东日本铁路公司认为，只要提供更便捷、更舒适的出行服务，即使全社会人口减少，使用铁路服务的人数也可实现增加。

JR 东日本铁路公司与当地政府和社区密切合作，打造可持续和便利的基础设施，相关措施包括：与地方政府合作，加快秋田、新潟或青森等核心火车站周围的配套建设，推动地方经济和旅游业的发展；进一步扩大西瓜卡的使用范围，并逐步实现与其他智能卡的兼容，简化支付方式，优化购物环境；为便利店提供成本更低的支付终端。JR东日本正在借助云计算技术来开发低成本的西瓜卡系统，从而将火车站区域打造为“紧凑型城市”；对于运量不足的线路，将与当地社区合作，在对运输需求进行全面分析的基础上，推出更便捷、可持续的交通方式，在此过程中，部分列车将被公共汽车或创新交通方式所取代。

国际业务方面，充分发挥集团公司的综合能力，建立切实可行的国际商业模式，加快海外项目的拓展步伐。JR东日本铁路公司在此方面已积累了不少成功经验：为泰国曼谷地铁紫线提供和维护机车车辆；在英国西米德兰兹郡获取了特许经营权；参与建设印度孟买—艾哈迈达巴德之间的高速铁路等。国际项目不仅增加了公司的营业收入，还能挖掘员工的潜力，此外从海外项目中获得的经验也有助于发展国内的业务。除了展望未来的十年改革规划，《远景2027》还设定了财务、环保等方面的目标。

投资经营方面，未来五年JR东日本公司计划共投资3.75万亿日元。首先向旨在改善日常运营的领域投资，包括安全设备设施的更新、路网升级改造项目以及研究和创新投资；其次将资金集中于生活服务、信息技术和西瓜卡业务。营业收入方面，未来十年需确保集团公司营业收入持续增长，生活服务和信息技术业务将成为集团营业收入的增长点，在集团总收入中的占比将从 30% 提升到约40%。股东回报方面，未来在维持 30% 的派息率不变的同时，投资回报率将从目前的 33% 提升至40%。债务方面，将不断降低负债，计划在21世纪20年代中叶将综合计息债务的余额减少到合理范围以内。铁路业务的目标是与2014年相比，到 2031 年能耗减少 25%，二氧化碳排放量减少40%。此外，JR东日本还致力于新能源发电和节电技术的研发，通过使用氢燃料电池以及绿色电力使能源结构多样化。

在物联网、大数据、人工智能等高新技术快速发展的背景下，为实现铁路技术创新和引领，JR东日本公司研究制定了《技术创新中长期规划》。规划的主要目标是采用人工智能技术对公司全部业务数据进行创新应用，进而实现确保运输安全、提升服务质量、优化运用维护、促进节能环保 4 个方面的目标。

（1）确保安全。JR 东日本公司正处于铁路系统更新、专业细分不断深入、员工快速新老交替的时期。一方面，为解决“提高运输安全水平及正点率”的首要难题，积极推进技术改造和设备更新研发，以及安全教育培训技术的研发。另一方面，为跟踪安全技术的发展水平，需要建立一套安全辅助系统，可通过物联网、大数据、人工智能等技术，捕捉事故的预兆，挖掘难以预知的风险，以便事先采取对策。同时，还要推进智能道路交通系统（ITS）、智能机器人、人为因素管控技术之间的相互融合，实现“终极安全”目标，如利用传感器等技术降低灾害风险、利用ITS和机器人改善道口和站台的安全性等。

（2）强化服务和营销。未来的旅客服务系统，除可提供客流和车辆设备信息之外，还可实时提供公交车、出租车等其他交通工具的信息，以及气象信息等多种数据。基于这种数据链，可根据不同需求，为旅客定制有助于缩短旅行时间的信息服务。研发分为两个阶段推进：提供铁路以及其他交通工具的实时信息，提升旅客出行的便利性和舒适性；提供根据运量需求变化的临时运行图信息，实现与其他交通工具高度结合的无缝运输服务。

（3）优化运维技术。目前，JR东日本公司正在以山手线的E235系车辆为平台，逐步推进“状态修”体系的实用化，同时推进自动驾驶技术研发，以及利用智能机器人和人工智能的辅助技术研发。此外，随着一线技术工人大幅减员，还将通过技术创新来改变运用和维修成本的结构，实现“人与系统”密切结合的工作模式、由“定期修”到“状态修”的转换、维修作业的智能机器人化等。

（4）注重能源和环境。JR东日本公司拥有从发电到输变电和配电的全过程能源管理网络平台，并确立了综合利用可再生能源和节能蓄能技术，实现2030年铁路能耗降低25%、二氧化碳排放量减少 40% 的管理目标（以2013年为基准）。

【人物故事】 日本堪称动力分散方式列车的王国，其拥有的动车数达 5万辆。动力分散已成为日本新干线列车技术的代名词，象征着列车技术的最大特征。岛秀雄是改变日本铁路发展史的关键人物，是日本高铁的奠基者和开拓者。20世纪30年代，与欧美铁路技术强国相比，日本只能算是发展中国家。1936年4月，为了学习欧美等国的最新铁路技术，日本铁道省派出了20人的考察团，年仅35岁的岛秀雄就在其中。岛秀雄的这次考察历时1年9个月，足迹遍及亚洲、非洲、欧洲、南美洲和北美洲的多个国家，他目睹了欧美国家的蒸汽、内燃、电力机车等方面的最新技术。当时，德、法等国也研制出少量的动力分散方式的长距离运输列车，但动力集中方式列车目前仍占绝对主流。1937年4月，岛秀雄的注意力集中在沿着莱茵河飞驰的荷兰的动力分散方式的旅客列车上。他敏锐地感觉到，将来动力分散方式比动力集中方式列车更适合日本的长途旅客运输，今后日本应该努力发展动力分散技术。可当时，日本完全遵循着长途列车采用动力集中方式，这也早就是世界铁路界的常识。由于数量少但输出功率大的动力装置集中安装在机车身上，机车总是一个“重量级”的庞然大物。机车提供的牵引力是靠车轮和轨道之间的黏着力，要牵引长大编组的列车前进，机车的轴重（机车重量除以车轴数）就必须在一定值以上才能使轮轨间获得足够的摩擦力。显然，机车牵引重量越大、列车运行速度越高，机车轴重也就变得越大。可是，机车轴重不能无限制地增大，轴重越大，机车运行时对轨道的破坏也就越大。所以，动力集中方式列车的运行，首先就需要有坚固的轨道，对高速列车而言尤其如此。然而，日本国土地质松软，要建设像欧洲那样坚固的轨道结构几乎不可能。岛秀雄认为采用动力分散方式的优点还有：不但可以大大减轻轴重，还可以简单地增大列车动力，从而提高列车的加速度，列车到达终点后也不用调换机车就可以实行反向运行。而动力分散方式的缺点是振动和噪声等问题，他认为完全可以通过技术手段来解决。正是这个瞬间的灵感，决定了岛秀雄此后的技术人生的奋斗目标，也决定了日本列车技术的发展方向，并直接导致了其后新干线技术的成功。为了解决技术难题，岛秀雄广揽人才，从航空、军事等行业招募了很多专家，共同攻克动车噪声污染的难题。此时第二次世界大战刚刚结束，很多军用工厂纷纷转为民用，岛秀雄集中了全国最优秀的专家。1946—1949年，解决了高速列车的重大技术难题——高速列车转向架振动问题，并取得了理论上的重大突破。1957年日本在借鉴德、法的交流供电技术的基础上，交流供电的ED70型电力机车开始运行，在新干线开工建设前掌握了不可或缺的重要技术。1958年，东京至大阪的“回声”号列车投入运行，“回声”号取代了既有的动力集中方式特快列车“飞燕”号的地位。