2007/03/25

世界三大原創高速鐵路系統(2014增修)

2007年一月,台灣高鐵開通營運,為台灣運輸上帶來前所未有的新體驗,也讓國人開始接觸高速鐵路這門專業的高科技軌道運輸系統。目前世界各國的高速鐵路系統(鋼軌鋼輪系統),不外乎來自於世界三大原創(Original)高速鐵路系統-日本新幹線Shinkansen(1964),法國TGV系統(1981),以及德國 ICE系統(1989*),這三大系統各自有其傳統鋼軌鋼輪鐵道技術的研發背景、設計概念與獨特技術,以下就其各自的獨特技術及營運概念作介紹。

一、日本和台灣一樣,海島地形多山多崎嶇,傳統鐵路為窄軌(1067mm軌距),列車無法高速行駛(超過200kpm)的背景下,必須另外興建高速鐵路專用的標準軌距(1453mm)路線。早在1964年日本東海道新幹線開業,新幹線O系列車成為世界上第一輛高速鐵路列車。新幹線列車至今仍只採用「動力分散」方式驅動,此技術是將動力設備散佈在各車廂底部(依不同系列設計配置的動力數量不同),沒有所謂的「動力車頭」,因此車頭及車尾車廂可以設置座位,列車運行較為平穩且列車可彈性編組是其優點。另外動力分散式列車加減速較高(如同捷運電聯車),因此發車班次間距可以密集到5分鐘以下,就像是捷運化的高速鐵路。圖新幹線時刻表東海道&山陽線新幹線時刻表中,可發現東京發車兩班車間距甚至可以短到僅3分鐘,依照沿途停靠站的多寡分為回音號(各站停或區間車)、光號(部分不停靠的半直達車)及展望號(只停大城市的直達車)。雖然動力分散式列車建造成本高且維修複雜,但日本與台灣一樣,人口密集區域內主要都市密度多,高鐵路線沿途經過許多重要都會區,沿途設置停靠站較多,因此需要密集的發車方式,才能符合快速且密集的都會間通勤運輸。直達、半直達、各站停等級列密集交互發車。即使運用到台灣高鐵,也是以同樣的營運方式,如1至5不同字頭的列車班次編號(高鐵初期編號),1字頭為直達車(目前改為1、2 字頭)、2字頭半直達車(目前改為3字頭)、4字頭(目前改為6、7字頭)各站停車、5字頭為區間車等等。這樣的設計適合人口密度高的地區或國家,如日本、台灣(西部都會區走廊),兼具城鄉通勤及高速運輸的功能。

二、如前篇法國TGV系列所述,TGV是設計以巴黎為中心向外放射,點對點最快速的鐵路路線,例如1981年開業的東南線從巴黎(或戴高樂機場)至里昂,沿途幾乎不停靠,以直達車居多,若從戴高樂機場發車,則不再繞進巴黎市區,僅停靠巴黎市郊後就一路直奔里昂。列車動力採用「集中動力」又稱「推拉式列車」,如同台鐵韓國進口之推拉式自強號,集中動力表示列車車頭及車尾各掛一組動力機車頭,負責推(車尾)拉(車頭)讓列車運轉,中間連掛的車廂均為無動力車廂,因此客車車廂較為安靜,是其優點。但是與「動力分散」式列車相比,平穩度較差,頭尾機車頭設置機電設備,無法設置座椅,且加減速度較低,因此班次不能很密集的發車。(圖TGV東南線時刻表)巴黎里昂車站或戴高樂機場發車至里昂巴杜車站,班距約為20-30分一班,絕大部分為直達車。再者,法國因鄉村農莊較多,地廣人稀的鄉下,人口密度不高,絕大部分人口集中在巴黎都會區,以及散佈全國中部、南部、西南部等數個人口較密集的都會區,如里昂、馬賽、南特等,因此TGV法國國內路線就以巴黎為中心,呈放射狀路線規劃,連結至這幾個都會區。這樣的路線規劃缺點就是,巴黎以外的都會區相互連結就不一定會有TGV之高速列車服務,例如東南部的里昂到中部的圖爾,若選擇TGV,必須從里昂搭回到巴黎再換車到圖爾。不過這樣的規劃目前還是符合法國國內的運輸需求。即使TGV技術外銷到西班牙,也是同樣的營運方式,因為馬德里至塞維亞之間的城鄉發展型態與旅運需求跟法國類似,甚至整個西班牙都會區的散布也跟法國類似,所以當初西班牙高鐵AVE規劃時乃評估採用TGV系統,是有道理的。

三、德國的ICE系統則介於上述兩者之間,德國雖整體人口密度不高,但都市分布密度相當高,一個區域(邦)就有好幾個重要都市,(因為德國過去是由眾多分立小王國組成的聯邦),為方便且快速連結這些都市,ICE系統乃將原本就很密集的傳統鐵路路網升級,且因德國傳統鐵路跟高速鐵路一樣,都是使用標準軌(軌距1435mm),所以只要改良傳統鐵路符合高速鐵路需要的設計,例如彎度、曲度、爬坡、軌重、軌長、信號等,列車設計足以達到高速運行(時速200以上)的水準,並不需要再重新建造獨立的專用路線。自1989年推出第一代ICE列車,初期採用推拉式的「集中動力」列車,有ICE-1及ICE-2兩款型式,後來研發如ICE-3型等列車就改為「分散動力」式,部分車型並引進鐘擺式列車技術於後續研發的新車上,如ICE-T及ICE-TD。目的在於藉由不斷提速及改良鐵路路網設備,部分路段新建新改良的專用路線,可不斷提高列車時速與營運水準。(圖德國慕尼黑-法蘭克福-法蘭克福機場時刻表)中可看出高速鐵路ICE與傳統鐵路(IC/EC)共用的營運分式,ICE與傳統列車如IC、EC等交互排班,換句話說就是台灣高鐵/台鐵自強號/莒光號等列車一起排班(因為都同屬德鐵公司DB經營且路網軌距相同)。ICE雖然營運時速可達200kph以上甚至300kph,但是沿途停靠點較多,而且某些路段尚未完成提速工程,因此路程其實還是耗費很多時間。為提高整體服務及增快營運速度,德國國鐵自21世紀起,全力改建鐵路路網尤其是前東德地區的路網,以完成整體國家鐵路網的提速目標,增加ICE列車的運用,連結德國主要城市間,新建專用路段,並減少停靠站,加強商務通勤的目的,提高平均營運時速,縮短運輸的時間,也更符合今日歐洲最大經濟體-德國的運輸需求。

【後記】三種原創高鐵各有其規劃的國情背景及旅運需求考量,並沒有絕對的好與壞之分,深入了解這門專業後,才能對台灣自己的混合式高速鐵路有所認識並給予支持與鼓勵。畢竟以前時常羨慕他國的高速鐵路,如今在台灣國內也可以搭乘,對眾多的鐵路迷甚至通勤族而言,這不是一種幸福嗎?
*註:第一代ICE列車1989年投入,但德國最初高速鐵路網正式提升改點是從1991年起。
相關連結
法國高鐵TGV(2007年版)
德國高鐵ICE(2012年版)
日本東海道&山陽新幹線特輯
法國高鐵TGV路網2012年版

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