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【联队长说高铁9】匍匐前进的美国高铁(字数≈2万)

2018-07-29 17:09 作者:第52战斗机联队  | 我要投稿

特别提示:本文素材和相关资讯均来自2018年以前

论高铁的现有定义:  

中国指新建设计开行250~350km/h速度等级动车组列车,初期运营速度至少200km/h的铁路客运专线


国际铁路联盟UIC认为高铁的定义相当广泛,包括高铁领域下的众多系统。欧洲把改造时速达到200km/h的既有铁路和新建时速达到250~300km/h的铁路认定为高速铁路;1985年联合国欧洲经济委员会(是官方组织)在日内瓦签署的《国际铁路干线协议》规定:新建客货运列车混用型高速铁路时速为250km/h以上,新建客运列车专用型高速铁路时速为350km/h以上


日本作为世界上最早开始发展高速铁路的国家,日本政府在1970年发布第71号法令,为制定全国新干线铁路发展的法律,对高速铁路的定义是,凡一条铁路的主要区段,列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者,可以称为高速铁路。


美国标准:美国联邦铁路管理局曾对高速铁路定义为最高营运速度高于145km/h(90 mph)的铁路,但从社会大众的角度,“高速铁路”一词在美国通常会被用来指营运速度高于160公里/小时的铁路服务,这是因为在当地除了阿西乐快线(最高速度240km/h)以外并没有其他营运速度高于128公里/小时(80mph)的铁路客运服务。

2017年美国铁路网,红线为“阿西乐快线”

根据2017年统计报告:美国铁路的总里程数稳居世界第一,超过22万公里。美国拥有世界上最好的铁路货运系统,货运总量比世界上任何一个国家都要多。但美国高铁的运营里程连美国铁路里程的零头都不到。按中国标准和1985年提出的欧洲新标准,美国高铁里程还挂着“零蛋”;按照美国标准,美国目前只有一条高铁:阿西乐快线(Acela Express):最高运营时速240km,平均速度130~160km。对于中国,法国,德国,日本,西班牙,意大利,韩国等国而言,高铁早已成为国家的形象工程和名片,作为世界第一强国的美国在高铁领域的进展却非常缓慢。尽管美国拥有着一流的铁路技术,但是美国高铁在建成的道路上,还要匍匐前进······

前高铁时代的美国:“M-10000”——鲁道夫·巴德—— “伯拉顿西风之神号”快车

前高铁时代的美国在铁路方面是非常风光的。对于美国来说,19世纪就是美国铁路的宏大发展史。那时候铁路行业没有竞争对手,火车纵横北美大陆长达70年。各大铁路公司为了吸引客流也是极尽所能,例如采用豪华的“普尔曼”卧铺车厢,营造舒适的乘车环境,车票打折,向乘客赠送礼品······然而几乎没有人打算提高火车的速度,因为铁路行业没有对手,铁路公司也不愿意花大笔的钱进行技术钻研;甚至拖了40年才由乔治·威斯汀豪斯(1846年10月6日-1914年3月12日。生于纽约州。美国实业家、发明家,西屋电气创始人。1868年发明汽闸,使火车能进行空气制动。1869年建立威斯汀豪斯.电.气.公司,该公司掌握400多项与铁路运输有关的专利,还率先将高压交流电引入美国的输电系统。)发明了火车制动系统。

乔治·威斯汀豪斯(George Westinghouse)

美国最初研发并推广快速火车的步伐并没有落后于日法英德等国的后面。从1900年到1941年,美国交通以铁路为主,火车运行速度在64km/h~105km/h之间。到了1930年,美国铁路公司开始研发车体更轻,速度更快的流线型火车。最具代表性的是“Union Pacific M-10000”快车和“伯拉顿西风之神号”快车。当时为了吸引客流,传统的蒸汽机车也开始披上铁皮,被改造成流线型,速度不断提高。典型的蒸汽机车有“范德比尔特船长号”,“超级哈德孙号”等。这些就是“二战”结束以前美国火车提速创下的成绩。

M10000

1934年2月12日,美国联合太平洋铁路公司(Union Pacific Railroad)的M-10000号列车以230,997美元的价格交付给联邦铁路。M10000是美国第一款内燃机驱动、轻质流线型客运列车。

M10000

M-10000的特点是采用炮塔驾驶室,采用一种内部倾斜的硬铝合金。它的鼻子呈抛物线拱形,并且在中心线的两侧各有一个大的鼻翼。原先使用的发动机是一台600马力(450千瓦)Winton 191-A V12发动机。该发动机的设计与之后的201或201A Winton柴油机无关。M10000前面有三辆车:一辆驾驶车,一辆动力车,一辆行李车;后面有两辆客车。M10000有204英尺(62米)长,77吨重,车厢之间采用绞接方式连接。头车每轴装有一个通用的.电.动.牵.引.电.机,这是火车唯一的动力。火车被漆成盔甲黄色,有树叶棕色的屋顶和底面。后来,前面的区域也被涂成了黄色。红色的分界线把颜色区分开来。


这列M-10000火车在威廉·布什内尔·斯托特(William Bushnell Stout)的努力下设计完成,斯托特是全金属结构设计的先驱,他将金属机身设计应用于Railplane(不要与Bennie Railplane混在一起),这是一种轻型自行推进的轨道车,在1932年按照“普尔曼标准”建造。采用锥形汽车横截面,轻质管状铝空间框架结构,并将硬铝皮进行到M-10000设计中。铂尔曼工程师马丁·布隆伯格(Martin P. Blomberg)帮助设计了M-10000和M-10001的外观。


美国专利和商标局分别授予M10000,M10001,M10002美国专利D100,000,D100,001和D100,002。M10000机车和轨道车车身和内部配件是由铂尔曼标准制造的。.电.动.机公司(EMC)开发了由温顿发动机驱动的.电.力.推进系统。他们当时作为一个系统工程公司进行尝试,把他们的系统的部件生产给初级设备制造商。通用汽车的克利夫兰子公司,温顿发动机公司提供火车原动力。火车的空气制动压缩机、主发电机、.牵.引.电.机.和控制设备由.通.用.电.气.公司生产。为满足准高速铁路服务的需要,M10000使用火花点火式发动机。


在1934年2月至5月,M-10000进行了国内宣传,但它未用于常规的列车服务。1935年1月31日,M-10000在堪萨斯城、密苏里州和塞利纳州之间进行日常服务。后来,它被命名为“City of Salina,因为联合太平洋铁路公司有采用“City of…”来为它运营的火车命名的惯例。但M10000也被称为“锡虫”或“小邮编”。在1941年,服务里程达到995000英里之后,列车有限的固定容量和它陈旧的发动机技术使它过时了。M-10000在1942年初被废弃,用于为战争贡献材料。

M10000
M10000

美国在铁路提速过程中的重要人物是美国大北方铁路公司总裁拉尔夫·巴德(Ralph Budd)。他被誉为“美国铁路快车之父”。1879年8月20日,巴德出生在靠近依阿华州滑铁卢的一个农场主家庭1962年2月2日在加利福尼亚州西南海岸的圣巴巴拉市去世,享年82岁。),他用6年完成高中和大学的学业,取得了土木工程师学士学位,先后任职于芝加哥大西铁路和岩岛铁路。他遇见了自己的人生导师:岩岛铁路工程师约翰·F·史蒂文斯。后者发现了巴德的天赋,让他主持了很多铁路建设项目。巴德后来前往大北方铁路董事长詹姆斯·J·希尔帐下,巴德在40岁那年成为大北方铁路最年轻的CEO。


拉尔夫·巴德后来转到“芝加哥-伯林顿-昆西铁路”担任董事长。那时候20世纪30年代美国发生了经济危机。如何刺激人们乘火车出行呢?巴德认为,只有研制新型快速火车才能解决问题,这种列车名为“伯拉顿西风之神号”。

美国铁路机车之父:拉尔夫·巴德

摄于1926年,工程人员在Cascade隧道的Mill Creek竖井前合影,左四为巴德

“伯拉顿西风之神号”未正式投入运营,就在1934年的美国电影《银光疾驰》中出现并担任“主角”。“西风之神”后来还成为美国流行音乐的“宠儿”。

拉尔夫·巴德和一家专门生产不锈钢的巴德公司老板爱德华·G·巴德合作,采用该公司生产的不锈钢制造车身,这也是不锈钢在车辆制造中的首次实践。拉尔夫·巴德和合伙人最终为新车命名为“西风之神”(Zephyrus)。意思是温暖的西风吹拂,预示着春天的到来,人们也将看到美国经济恢复的曙光。1934年3月26日,“伯拉顿西风之神号”从丹佛启程,开往1633km外的芝加哥,中间不停站,全程耗时13小时5分,平均时速124km,最高时速181km。“伯拉顿西风之神号”服役了26年,1960年退役。

(转)“伯拉顿西风之神号”快车旧照

战后的美国高铁计划

在1960年代,美国政府高层对高铁研发是非常支持的,却在发展过程中半途而废,很令人费解。想来美国政府还是过于依赖高速公路,最终作茧自缚。


在1956年,美国国会批准大幅提高联邦汽油税,在艾森豪威尔总统的倡导下,一场持续30年之久的全国性的洲际高速公路修建计划开始实施。在联邦政府和地方州政府的共同努力下,这项浩大的高速公路修建工程轰轰烈烈地展开,最终形成了纵横交错,四通八达的交通网络。从此,美国人再也离不开公路和汽车了。当年的公路工程雄心勃勃,也代表了美国蒸蒸日上的力量。另一方面,航空业蚕食了铁路的大量市场份额,疲惫的美国铁路成了被乘客冷落的对象。


1960年代对于暮气沉沉的铁路而言是一个转折点,也是铁路新旧时代的分水岭。在1960年代之前,铁路面对航空与公路的迅猛崛起而束手无策,被动挨打,自毁自弃,铁路夕阳论甚嚣尘上,狠狠打击了许多人的自信心。


随着客流量的大幅度下滑,以牟利为主要目的铁路公司因为无利可图而纷纷拆除铁路。然而,铁路毕竟属于国家动脉,拆除铁路无异于自毁长城。但是面对其他先进的交通工具的竞争,铁路该如何发展?那就必须展开铁路新技术.革.命.,以快速、安全、舒适和优质的服务将流失的客流吸引回来。而提高火车速度,无疑是最直接,见效最快的办法。


不管是法国、德国、英国还是美苏两国,大力开展高速快车研发都是在1960年代初,并且全都是被日本新干线刺激之后才制定了高铁研发计划。然而美国不像法德日等国,制定完目标之后就不折不扣地去执行。美国政府雄心万丈,制定的高铁研发计划豪气干云,但是雷声大、雨点小,最后全部打了折扣。

美国总统林登·约翰逊

早在1965年,美国国会就提交了《高速铁路运输法案》,这是为了响应林登·约翰逊总统(Lyndon B. Johnson)倡导的“大社会”基础设施建设方案而提出来的。民主党与共和党纷纷举手赞同这个法案,美国高铁的研发便提上了日程。看似一切顺利,其实完全不是那回事。


在1965年,林登·约翰逊总统振臂一呼,高铁修建计划获得了国会的批准。此后,除了幽默的“黑甲虫”快车实验,美国花数年研发成功了Metroliner电力动车组,该款列车虽被大言不惭地冠以“城际高速列车”之名,但最高速度不超过200km/h,比德国ICE差远了。2000年,新的“阿西乐”快车上线。


特殊又奇怪的试验:美国M497“黑甲虫”喷气式快车试验

在研发出能够载客运营的城际快车(Metroliner)之前,有两个铁路工程师在纽约中央铁路公司的支持下,搞了一次莫名其妙的高速列车试验。这台试验列车的诨名叫“黑甲虫”(Black Beetle),编号M-497,这两个充满奇思妙想的工程师分别是唐纳德·维策尔(Don Wetzel)和汉克·莫里瑞斯(Hank Morris),而支持这个设想并付之行动的,是纽约中央铁路公司的董事长阿尔弗雷德·佩尔曼(Alfred Perlman)。

M497"黑甲虫"快车

之所以说这次高速列车试验莫名其妙,不合常理,是基于以下理由:第一,这台高速列车属于既有车辆的拼凑改装,而非原装货;第二,快车安装的发动机都是二手货,属于飞机上淘汰下来的设备;第三,这台快车的试验速度创造了内燃机车牵引的速度新纪录,并且积累了大量宝贵试验数据,但是,主管部门对这些数据不闻不问,任其流失;第四,这台快车试验完毕后并未投入商业运营就被“打入冷宫”。


这似乎是一出闹剧,是纽约中央铁路公司为了吸引乘客眼球耍的一个小花招,莫名其妙,哗众取宠。这只是一个“无厘头”的火车实验,没有多少实际意义。

M497“黑甲虫”快车头部

M-497“黑甲虫”喷气式高速列车是由美国纽约中央铁路公司在1965年制造完成的一台试验列车。这台快车安装了两台二手的通用电气公司制造的J47-19喷气式发动机(这也是通用电气公司为美国B36“和平使者”洲际轰炸机研发的喷气式引擎),外形奇特。这两台引擎没有安装在车辆尾部,而是安装在一辆巴德公司生产的柴油车的头部顶端,整车的外形确实酷似一只“黑甲虫”(Black Beetle)。

纽约中央铁路公司董事长阿尔弗雷德·佩尔曼与“黑甲虫”列车合影
相关工程师唐纳德·维策尔与“黑甲虫”列车合影

在纽约中央铁路公司工程总裁助理C.T. Popma的建议下,这台改装后的快车在1965年7月分别在印第安纳州的巴特勒以及俄亥俄州的斯特赖克的铁路上进行试验。工程师们专门给选了一段非常平直、路况良好的铁路作为试验段落,“黑甲虫”不负众望,一口气跑出了295.60 km/h的高速度。它至今仍旧是美国轻轨铁路最高的速度记录。


其实,美国搞这个“黑甲虫”试验快车毫无创新精神可言。早在1931年,德国人弗朗茨·克鲁肯贝格的“齐柏林号”快车就创下了230.2km/h的速度记录。同时代的法国工程师吉恩·伯廷研发的飞行列车,在1974年也创下了430km/h的世界纪录,相比之下,美国的“黑甲虫”确实没什么可炫耀的。

M497旧照
M497旧照

“黑甲虫”高速列车试验完成后,并未投入商业运营。实际上,这台车有能力承担旅客运输任务。然而这时它的老东家纽约中央铁路公司正与多年的老对手宾夕法尼亚铁路公司合并,无暇顾及“黑甲虫”的命运。美国政府正抓紧时间研制真正能够投入实用的高铁列车Metroliner,因此也疏远了“黑甲虫”。


1984年,“黑甲虫”上的喷气式发动机被拆卸下来,车体用于普通铁路运输,而发动机安装在一台试验性的X29493除雪机上面,“黑甲虫”就这样结束了自己的使命。

“黑甲虫快车”模型

Metroliner城际快车

上世纪60年代末,“黑甲虫”高速快车的替代者Metroliner的真面目终于浮出了水面。这是一台真正意义上的能够投入商业运营的电力动车组(Electric Multiple Unit)。研发这款列车,也是为了响应美国国会提交的《高速铁路运输法案》,在美国交通部的牵头之下,宾夕法尼亚铁路公司、巴德公司、通用电气和西屋公司一起搞技术攻关,他们的目标是在1969年,要让这台高铁列车上道运行。

Metroliner
Metroliner
Metroliner

这几家公司的研发能力确实首屈一指,果然在预定时间内让这台快车在铁路上开始飞驰。1969年1月16日,Metroliner开始处女行,由宾州中央运输公司负责运营,后来归属宾夕法尼亚铁路公司管辖。1969年4月2日,开始在纽约至华盛顿之间开行不停站的直达快车。


Metroliner在运营的头两年,速度平均为160-176km/h,最高时速为192km/h,算不上太高。到了1971年,Metroliner被美国铁路客运公司(Amtrak)接管运营。十年后的1982年,美国铁路公司对Metroliner进行升级换代,改装后的快车由瑞典生产的 AEM-7机车牵引,速度大幅度提升,运营时速达到了200km/h,勉强接近了高速列车的标准。


Metroliner一直服役到2000年才寿终正寝,被“阿西乐”号快车( Acela Express)所取代。

AEM-7牵引Metroliner运行

美国高铁定义五花八门

美国有关部门对高铁的定义很乱,很多美国人也没亲身感受过高速列车能有多快。有人认为180km/h~240km/h属于高速铁路,有人建议达到200km/h的铁路就是高铁;美国国会研究部门给出了不同的定义,只有不低于240km/h的铁路才是高铁。最后,美国运输部把美国铁路分为四类:


第一类是“城际高速铁路”,频繁服务于两大城市之间,城市距离在320~965km,列车最高时速≥240km/h,采用PTC主动列车控制技术,需新建客运专线,与公路立体交叉,目的是缓解交通压力和分流航空和公路的客流量。


第二类是“区域高速铁路”,为两座中等级以上城市交通服务,城市间距160~800km,中间设站,时速177~240km,修建客运专线或与其他铁路共线,采用PTC主动列车控制技术,目的是缓解公路和航空的交通压力。


第三类是未来可升级为高铁的铁路,一般选定的这个区域在未来有很大的发展潜力,可修建160~800km长的高铁走廊,火车速度145~177km/h,采用PTC主动列车控制技术,线路封闭,与公路立体交叉,目的是缓解交通压力,营造未来的高铁客运市场。


第四类是普速铁路,火车运营速度≤145km/h。


美国与欧洲和日本在高铁认知上的差距直接影响了美国高铁战略规划的实施。随着日本与法国开通高铁,世界上对高铁的定义权受到了影响。联合国欧洲经济委员会曾定义:铁路客专上的列车达到300km/h,客货共线上的列车达到250km/h,这些铁路就是高铁。最后,国际铁路联盟UIC给出定义:新线250km/h,既有线改造200km/h以上是高铁。

Acela 快车

【美国高速铁路重建计划】【美国阿西乐特快列车】

与欧洲和日本的高速列车相比,美国自主研发的Metroliner实在不优秀,这与美国“科技大国”的形象不符。1980年,美国政府制订了“美国客运铁路重建计划”,由国会研究机构起草。到了1984年,政府拨款对开始对高铁走廊进行研究。随后,佛罗里达,俄亥俄,德克萨斯,加利福尼亚与内华达等州纷纷成立了私人财团,加入高铁技术研发大军。


在此期间,除了研究传统的轮轨高铁,还有人提出磁悬浮列车的设想,这在1988年被官方定义为高铁的一种研发方向,并开始独立研究。经过6、7年的努力,1992年10月,5个高铁修建计划由官方公布于众,在此之前的1991年,美国政府颁布了《陆上综合运输效率法案》,相关立法夜紧锣密鼓地进行,为高铁的修建保驾护航。然而这一切都未能促使高铁变成现实,因为高铁研发没钱了。自此之后,美国未能独立研发出新的哪怕是准高速的列车。


1992年,美国国会授权美国铁路客运公司(Amtrak)提升东北铁路大通道的服务水平,并对铁路进行.电.气.化改造,重点解决纽约到波士顿之间繁重的旅客运输问题,寻找Metroliner的替代列车。美国高铁市场向全世界打开“高铁之门”,瑞典,德国,法国蜂拥而至。Amtrak先后在东北走廊试验了瑞典X2000动车组和德国ICE 1动车组,最终选择了阿尔斯通与庞巴迪联合研制的Acela特快列车。

1993.10.23,德国ICE1型高速动车组在东北走廊进行试运营,行车速度超过80mph
1993.10.23,德国ICE1型高速动车组在东北走廊进行试运营,行车速度超过80mph
1993.10.23,德国ICE1型高速动车组在东北走廊进行试运营,行车速度超过80mph
1993.10.23,德国ICE1型高速动车组在东北走廊进行试运营,行车速度超过80mph
1993年3月,瑞典X2000型动车组在东北走廊进行试运营
阿西乐快线线路图

阿西乐特快列车的车厢在庞巴迪制造,机车则在阿尔斯通制造。它从2000年10月起服务于东北铁路大通道,衔接了波士顿,纽约,费城,巴尔的摩和华盛顿。阿西乐快线(属东北铁路走廊)运营前,美国铁路上很少开行客运列车。阿西乐快车成功吸引了大批游客,在华盛顿到纽约的航空运输面前有一定的竞争力。Amtrak经济效益显著,仅阿西乐快车就为自家公司贡献了25%的市场份额。到了2005年,美国铁路客运公司在整个运输市场的收入,从运营阿西乐快车前的18%升到40%。


阿西乐快车最高运营速度是240km/h。但由于运行在既有线,大部分地段都限速运行,截止本专栏投稿时,列车只能在罗德岛到马萨诸塞州的区域达速240km/h,华盛顿到纽约区段的最高时速是216km/h,大部分区段的速度是116~135km/h左右,与欧亚同时期的高铁列车相比还是慢了。


诚然,美国在高铁技术研发方面的不积极早已被民众默认,以至于奥巴马总统在2009年宣布投资80亿美元修建高铁时,竟然有公众大呼小叫:“乘坐高铁?那我到了车站该怎么办?”

阿西乐快车
如今的阿西乐快车。大家可以在《模拟火车2015》中试玩这款列车

高铁梦

中国在2008年开通速度等级达到350km/h的京津城际铁路的消息令西方大为震惊,他们未曾想到,一直宣称自己是发展中国家的中国居然掌握了全新的高铁修建技术。若论美国没有受到刺激,是不可能的,这也是奥巴马政府在2009年高调宣布投资80亿美元构建高铁网的直接诱因。


总统豪气干云,口才颇佳:“想象一下,以超过160km/h的速度呼啸穿过大大小小的城镇,起点站离家门口不过几步路,终点站距离目的地不过几个街区之遥。这是一箱多么伟大的工程,有了它,我们就能重振美国雄风!”


美国政府很清楚,利用高铁这个巨大的基础性建设工程来刺激经济是一个解决经济危机的良策,但总统的宣言更像是“画饼充饥”。1991年时,美国经济较正常时,研究高铁就是因资金不足而搁浅,以目前的美国经济状况,80亿美元(折合RMB约545亿元)只能用来修建不超过200km的低标准的高铁。


当时的美国民众都不相信80亿美元能创造些什么。一名官员称:“美国高铁已成为全球性笑柄”。美国人口学家、新美国基金会高级研究员菲利普·朗曼表示,奥巴马政府的高铁梦破裂也许是一件好事,因为在美国建设真正的高铁会很贵、极具破坏性,饱受争议,还有很大的政治风险。


除了资金短缺,美国高铁如今面临的困难和障碍也非常大。艾森豪威尔时代的美国联邦政府具有发言权和决策权,一言九鼎,修建国家级的大工程并不难,但目前的联邦政府负债累累,很多地方州政府没有修建高铁的意愿。虽然经过调查,60%的民众支持修建高铁,阿西乐快线也很受欢迎,但这些改变不了美国高铁的“拖延症”。


奥巴马总统曾公布计划称欲使用刺激基金建设10条高铁线路。但佛罗里达州等州的.共.和.党.州.长.拒绝接受联邦资金.共.和.党.在2011年控制国会后,对高铁融资百般设障,高铁计划曾受到影响。


加州成了2015年以前美国惟一寻求建设高铁,也是惟一有资金建设高铁的州。

美国加州高铁在2017年的修建情况AV13942225

根据本专栏投稿时的情况,加州曾经特别关注中国的CRH380A型高速动车组列车,但没有向中方发出订单(四方股份的CRH380A在2015年通过了美国的知识产权评估。在南车跟踪美国高铁市场的过程中,由南车提供自己的技术条件和设计方案,美方检索出来所有相关技术专利900多项,再找专业人士评估是否侵权。最终结果是没有侵权,CRH380A的技术完全是中国自主产权。)


被称为史上最昂贵的加州高铁项目自2005年立项起就一波三折。先后遭到.共.和.党.国.会.议员、中部农场主的强烈反对。前者认为造价过高,搭乘人数不足,难以盈利。后者则抗议高铁通过大片农田和果园,农场主的土地被征收,甚至将高铁局告上法庭。


为营造高铁筹款,加州选民在2008年11月投票通过了发行99.5亿美元的高铁债券。2011年.共.和.党控制国会之前,加州获得了33亿美元的联邦刺激基金。2010年,美国政府提供了33亿美元联邦基金。(值得注意的是,美国联邦铁路管理局规定,任何在美国本土开工的项目,如果获得了联邦资金的支持,就必须使用美国制造的设备,连设备零件都必须是美国的。如果是海外制造商提供,则必须在美国建厂生产设备。联邦政府要求加州须在2017年完成预定的高铁第一期工程2012年7月,经加州议会通过,布朗决定用45亿美元州政府债券和32亿联邦拨款中的大部分建设加州中部梅塞德经福瑞斯诺至贝克斯菲尔德两个路段总长约280km的铁路2014年,加州议会通过决议,每年从碳排放总量管制和交易税中提供约10亿美元。此外,高铁局希望能从私人企业获得余下投资。最终,加州政府手头有至少150亿美元的高铁建设启动资金。

加州高铁
加州高铁

目前的加州高铁属加州铁路走廊,全长1287km,投资达到680亿美元(一说684亿美元),以加州首府萨克拉门托为起点,从南至北经中部农业区贯穿加州,连接洛杉矶、圣荷西和旧金山等大都市;后期将南延至圣地亚哥,北延至加州州政府沙加缅度,共设24站,线下运营速度350~400km/h。2015年1月6日,加州高铁一期经过重重论证之后正式开工建设,计划连接阿纳海姆、旧金山、圣何塞、萨克拉门托、弗雷诺斯、洛杉矶和本州其他重要城市。刚宣誓就任州长第二任期的杰瑞·布朗、美国环保署署长吉娜·麦卡锡、加州高速铁路局等机构官员出席了在弗雷斯诺市中心举行的动工典礼,他们还在一条纪念铁轨上签名留念。(加州高铁一期本应在2013年动工,高铁局表示,延误的原因是当局花费了很多精力收购沿线土地。)目前,由于各地建设条件不同,整个加州高铁工程将分成10个路段。率先开工的将是相对地广人稀的中部梅塞德至福瑞斯诺路段中的从马德拉至福瑞斯诺的46km部分。从加州北部的旧金山到南部的洛杉矶约610公里,目前驾车需要约6小时。若要搭乘航班,飞行时间约为1小时20分钟。 加州高铁开通后,从旧金山到洛杉矶预计只需3个小时


加州州长杰瑞·布朗表示,高铁相比公路和机场而言,更加便宜,且对环境更为友好,符合他一贯推崇的新能源理念。他说,加州是美国人口第一大州,最有可能发展高铁。在未来15年内加州再生能源的利用率将达到50%。 在私人投资者的支持下,不管.共.和.党.是否在华盛顿作梗,他都将推进680亿美元的高铁建设。(海外的铁路公司一直将美国视为尚未开拓的高铁市场,但建设高铁需要公共融资,这点一直遭到.共.和.党.反对。)加州高铁局还说,高铁的设计和计划工作已经创造了632个工作机会,陆续还将有2万人参与建造。


不过,加州高铁的修建周期之长超乎想象,比起中国高铁跨越般的修建速度,加州高铁进度可以用蜗牛爬来形容,全部计划完工要等到2029年。据福瑞斯诺当地媒体“福瑞斯诺蜜蜂网”在2015年春的统计,福瑞斯诺至贝克斯菲尔德沿线高铁建设需要动迁376户,总计1144名当地居民;393家企业,总计近2900名雇员将会失业;永久失去3500英亩(约合14平方千米)的优质农地;分割140多项农业产权,动迁15家农业加工企业;损失3400万美元(约2.1亿美元)农业收入和340个农业工作机会。从福瑞斯诺至贝克斯菲尔德的183km铁路,高铁局需购买约1700个有关地块。2013~2015年按计划应该已经购买的近400个地块实际只购买了近百个。加州的公共交通网络覆盖不完全,出行总是至少有一英里(约1.6km)不能搭乘公共交通工具,步行又太远,所以还是得选择开车。加州高铁对客流的吸引力,加州民众对高铁的热情度也引发了美联社的疑虑一些环保人士起诉高铁局,声称高铁项目的推进将危害11个濒危物种的生存。


加州高速铁路管理局在2014年年底招标16列高速列车,要求定员450人,行驶时速达到200mph(321.86km/h)。根据2015年的信息,加州高速铁路管理局预计将在未来14年订购最多95列高速列车,采购金额超过30亿美元。当时的中国北车和中国南车曾与西门子和庞巴迪竞标,新成立的中车继续参与了车辆竞标。(中铁总当时也成立了中国铁路国际有限公司,在海外开展业务)加州还没有最终确定将采用何种高速列车。


除了之前热门的加州高铁外,德州也正在修建高铁,也号称力争修建全美第一条高铁。这条连接达拉斯和休斯顿两大城市的高铁长约240英里(390公里)。Fluor Enterprises和Lane Construction Corp被选为建设达拉斯到休斯顿之间高速铁路的承建合作伙伴。


此外,跟据2017年的信息,德克萨斯中部铁路公司(Texas Central Railway)(私营性质)计划利用私人投资和日本JR东海的新干线技术修建达拉斯-休斯顿高铁。TCR首席执行官(CEO)蒂姆·基斯接受共同社电话采访时表示“百分之百承诺使用JR东海的新干线技术”,并强调“希望在2021年德州高铁能投入运营”。德州高铁此前需筹措100亿至120亿美元的工程费。为吸引商务旅客这一利用高铁的主要目标人群,基斯曾表示“将设定可与飞机竞争的票价”,并预测到2026年有望实现每年400万人次搭乘高铁列车。 


除了加州和德州,新英格兰、佛罗里达、宾夕法尼亚、科罗拉多,新墨西哥等州和美国南部地区都有意向修建高铁。

连接达拉斯和休斯敦的德州高铁

据2017年的信息,联邦监管机构正在为德州高铁项目准备环境影响报告,确定最终的路线和车站位置。达拉斯的车站会在市中心外。


除了现有的阿西乐快线所属的东北高铁走廊,联邦政府还规划了9条高铁走廊:连接华盛顿等11座城市的东南走廊;加州高铁走廊;连接波特兰和西雅图的太平洋西北走廊;衔接萨尔塔等7座城市的南部中心走廊;连接休斯敦和新奥尔良等16座城市的墨西哥湾走廊;连通奥兰多和迈阿密等3座城市的佛罗里达走廊;连接匹兹堡和费城的吉斯通走廊,连接水牛城、罗切斯特等6座城市的帝国走廊;连接波士顿、波特兰等五座城市的新英格兰北部走廊;芝加哥枢纽改造工程也纳入高铁计划范围。

2016年的美国新一代高速列车设想

美国全新一代高速列车设想

根据英国《每日邮报》2016年8月29日的消息:美国铁路公司表示,2021年将推出新一代高速列车,并替换现有的Acela快车。目前他们已经获得联邦政府贷款24.5亿美元,约人民币163.5亿,用于投资至少28组新一代列车,并且彻底检修东北走廊铁路线。美国的新一代高速列车设计运营时速300km/h,同时列车将着重提升乘坐舒适度,提供额外USB端口和电源插座,并提升无线网络质量从公布的渲染图来看,该车将采用轻质结构,符合空气动力学设计,从而减少约20%的能源消耗。

美国全新一代高速列车设想
美国全新一代高速列车内部设计
美国全新一代高速列车内部设计

埃隆·马斯克提出的基于常导高速磁悬浮系统的“超级回路”高铁“Hyperloop”

根据官方报道:就在美国加州高铁蓄意待发,扬帆启程之前,美国一位亿万富翁兼技术天才却对加州高铁的高投资和低速度颇不以为意,转手就抛出了自己的高铁设想:非常酷,省钱,速度高,占地少,安全环保。这个设想就是以常导高速磁悬浮系统为技术基础的,已经在全世界红火了好多年的“超级回路”,据说可以改变高速铁路的发展历史。虽然美国政府官方对此并没表态,但是这位技术天才的号召力不可小觑,民间资本风起云涌,各路英才远程协作,终于将这个看似不可能的高铁技术慢慢变成了现实。这位技术天才兼亿万富翁就是埃隆·马斯克,在未来改变人类历史的十项技术发明中,埃隆·马斯克公司就占据了两项,分别是可回收火箭技术与特斯拉自动驾驶技术。而埃隆马斯克本人,据说就是漫威公司著名漫画人物钢铁侠的原型。这位天才曾经说过,他将来有一天要到火星上退休,并为此在不断努力!

埃隆·马斯克和“超级回路”列车

如果没有奥巴马在2009年关于高铁技术的那场演讲,美国加州高铁计划也许还要延迟。经过艰难的磨合与推进,加州高铁新建工程于2015年启动。然而,在技术达人埃隆·马斯克看来,高达684亿美元的造价、平均时速264km/h(极速350km/h)、长达2.5小时的旅程,与飞机和汽车相比,性价比实在不高。因此,2013年,他提出了一种“超级回路”(Hyperloop)新型交通方式,并做了技术可行性分析,通过互联网开放式平台,分享研究成果,希望借助众筹的力量,将这一颇具辉煌前景的设想实施落地。


根据马斯克技术白皮书提供的数据,“超级回路”列车平均时速可达970km/h,而最高运行速度为1200km/h,环保节能无污染,利用太阳能作为供应能源,从洛杉矶至旧金山500km的距离,只需要35分钟就可到达,而造价约为60亿至75亿美元,是轮轨式高铁造价的10%。人气和影响力直追乔布斯的埃隆·马斯克点燃了“超级回路”的火种。


然而,他并不是第一个提出这个概念的人。如果向上追溯,最早提出真空管道列车概念的时间是1812年,首次提出这个概念的人是英国机械工程师兼发明家乔治·梅德赫斯特;到了1864年左右,英国伦敦修建了一条“水晶宫气动铁路”,通过蒸汽机驱动直径6.7米的巨型风扇为列车提供动力;1870年在美国纽约开通运营“海滨气动运输系统”,通过埋在地下的管道,利用压缩空气驱动列车运行;


1910年,美国火箭专家罗伯特·戈达德首次为真空管道列车命名;第一个提出真空管道设想并申请专利的人是德国工程师赫尔曼·肯佩尔,他是基于磁悬浮列车技术原理提出的这个观点,并于1934年申请了专利。而“真空管道运输”商标名称则是机械工程师达里尔·奥斯特于20世纪90年代提出,并于1997年获得专利。

真空管道列车 设想图

埃隆·马斯克只是重新提出了类似的概念,并命名为“超级回路”。最重要的是,他并非只会幻想,二是努力把这项技术真正变成现实,并呼吁更多人参与这项伟大的运输革命,这是他的过人之处。“超级回路”是在实现局部真空的密封管道中,悬浮在空气垫之上,通过直线电机和空气压缩机提供动力,驱动加压之后的旅客舱快速移动,进而实现高速行车的目的。


“超级回路”的技术原理与“真空管道列车”类似,但是与后者最大的不同之处就在于管道的密封性要求有差异。“真空管道列车”对管道的密封要求严格,要达到真空级别,摈弃一切空气阻力,实现起来非常困难。而“超级回路”则要求将管道减压到1毫巴(100帕斯卡)即可,这样在技术上相比于“真空管道”更容易实现(事实上,将管道中数百万立方米的空气从管道中抽出仍是一个巨大的技术挑战)。


然而,旅客舱在局部真空管道中高速运行,与飞机速度不相上下,管道中残留的空气就成了最大的阻碍,解决办法是在旅客舱的前面安装进气风扇和空气压缩机,将旅客舱前面的空气吸入后,分流到后面,进而减少空气阻力。沿着管道底部布置的直线电机,为旅客舱提供动力,旅客舱底部与管壁之间形成0.5到1.3毫米的空气垫,使得旅客舱悬浮在空气垫上,只需要克服空气阻力,就可以实现高速行车。


在旅客舱高速运行过程中,由于空气摩擦会产生很多热量,需要设置冷却系统进行降温,同时,还可以通过旅客舱头部的风扇和空气压缩机实现列车制动。在列车启动加速之际,施加在乘客身上的加速度是0.5g,传统轮轨式高速列车加速度不超过0.1G,“超级回路列车”的加速度还是飞机起飞和降落加速度的2至3倍,在一定程度上向乘客提出了挑战(加速度超过0.3G之后一般就会有乘客出现不适)。在基础设施方面,“超级回路”的管道既可以架设在桥梁之上,也可以下钻地下,既能够节省用地,也可以实现与周边环境的协调。

“超级回路列车”设想图

“超级回路”的设想很丰满,但是现实很骨感,从想象到技术实现,需要付出艰辛的努力,有一大堆技术难题需要攻克。随便举几例,首先是旅客舱高速运行控制方向的难题。我们都知道,轮轨式高铁列车利用铁路轨道进行导向,磁悬浮列车通过设置在线路两侧的电磁铁进行导向,即使是汽车,也通过驾驶员的方向盘进行导向。那么没有司机的旅客舱,是通过何种方式进行导向的呢?在高速运行经过弯道之际,如何避免旅客舱撞击管壁造成行车事故?根据研究结果显示,当旅客舱以230m/s高速运行之时,仅仅偏离中心线1mm,就会带来可怕的撞击和振动。我们不难想象,乘客在这种环境中旅行中的感受,肯定和面临飞机失事是同一种心理。


其次,如何保证旅客舱安全制动?到目前为止,“超级回路”列车的制动方式依旧处于概念和初步模拟阶段,能否实现高速行车的快速制动,是保证乘客生命财产安全的关键所在。就拿轮轨式高速动车组而言,采用的都是复合制动系统,意味着有多达9种制动方式可以分级或者混合使用。而列车从制动到停车的距离,与列车的速度成正比,一般而言,时速120公里/小时及以下的列车,制动停车距离约为800m,而时速300km/h~350km/h小时的高速列车,制动停车距离长达5~6km。与此类比,时速1225km/h的“超级回路”列车的制动距离该是多少,我们不难估算出来。轮轨式高速动车组实施全方位的紧急制动,也需要数公里才能停下,“超级回路”列车仅仅凭着稀薄空气提供的制动力,要想安全停车,就过于乐观了。


第三就是乘客的旅行心理问题。我们很多人都有或多或少的幽闭恐惧症,在一个密封的空间,既不能随便移动,也不能饮食,甚至不能上卫生间,谈不上舒服,想看外面的风景了,更是不可能。一旦突发疾病,临时处置都很困难。在这种幽闭的环境里,最适合冒险刺激,而不适合长途旅行。因此,解决乘客的旅行心理,给他们提供舒适的乘车环境,也是必须要考虑的问题。

超级回路

技术天才埃隆·马斯克一呼百应,全球有很多技术英才摩拳擦掌,为实现这项运输革命而殚精竭虑。截止到2016年,全球一共成立了三个“Hyperloop”技术公司。其一是超级回路运输技术公司”(HTT),他们雄心勃勃,除了想要承建旧金山至洛杉矶的“超级回路”之外,还将目光瞄向了国外,并与斯洛伐克政府签订了一项承建合同,线路衔接伯拉第斯拉瓦、维也纳和布达佩斯,并在2016年3月份开始进行实质性研究。为了加快研发进展,在2015年5月,HTT公司宣布在加州岸谷小镇修建长8公里的试验线路,并于当年11月份破土动工,在未来的32个月内,完成1.5亿美元的投资,而公司的负责人则保守预测,“超级回路”若想投入实用,要在十年之后了。

然而,另一家公司比HTT公司走得更快,这就是“超级回路一号”公司(Hyperloopone),前身是“超级回路技术”公司,为了避免与HTT公司名字混淆,改成了现在的名字。该公司准备承建洛杉矶到拉斯维加斯的“超级回路”线路,并在美国内华达州修建了长约5公里的试验线路,在2016年5月12日首次在室外测试列车的推进系统并取得了成功,从零公里加速到96公里只用了1秒钟。按照该公司的计划,“超级回路一号”公司将于2016年的年底对完整的推进系统进行全面测试,这项测试意义也很重大,意味着“超级回路”告别了纸上谈兵,开启了漫长的攻坚之旅。按照“超级回路一号”公司的计划,最早在2019年可以开展货物运输,到2021年开始实施载人试验。


除了这两家主要的公司互相竞争之外,埃隆·马斯克主创的spaceX公司也参与到了“超级回路”的技术研发之中,提出准备修建1.5公里的试验轨道,并在2016年2月18号向社会公开了《SpaceX公司“超级回路”试验轨道说明书》,列举了需要通过集思广益才能解决的系列技术难题,向实用性迈开了至关重要的一步。


值得一提的还有加拿大TransPod公司,专门攻关“超级路”中的核心设备——旅客舱。2016年3月份,TransPod公司对外宣布,要研发全尺寸的“超级回路”旅客舱,并在当年12月份的柏林博览会上亮相。该公司研发计划雄心勃勃,他们将旅客舱的目标速度设定为1000km/h,采用计算机自动控制,通过太阳能提供能源,预计到2020年,商用的旅客舱就可以下线投入使用。

目前已知的“Hyperloop”的情况

在2017年秋,马斯克的东海岸建设计划获得重大进展,美国马里兰州正式批准开挖第一期16公里的隧道。


马斯克成立了子公司“钻孔公司”(Boring Company)负责这一项目。据美国《巴尔的摩太阳报》等媒体消息,马里兰州的官员正式批准这家公司,在巴尔的摩-华盛顿高速公路(隶属于州政府)的地下空间,开挖超级高铁所需的16公里隧道。


根据马里兰州运输局局长Pete Rahn介绍,钻孔公司希望在巴尔的摩到美国首都华盛顿之间,挖掘一条大约56km的地下隧道,提供超级高铁服务。不过,这条隧道所需的三分之二路段,隶属于美国联邦政府。


地下超级高铁,是马斯克推出的一种全新交通模式。在地下的真空管道中,车辆、乘客或者货运可以实现高速运输,其中地面的车辆也能够通过垂直升降系统,接入到隧道网络中。除了城市交通之外,马斯克认为这种交通模式也能够用于长途和城市之间的运输。


2013年,马斯克在白皮书中公开了上述交通理念,随后业内出现了若干家新创科技公司从事这一领域,而马斯克则成立了钻孔公司负责相关的项目。该公司目前在洛杉矶市启动了隧道挖掘和试验性的项目。


美国东海岸是商业最繁华和人口最密集的地区,集中了一大批大都市。马斯克计划修建一条隧道超级高铁,连接巴尔的摩、费城、纽约、华盛顿等大城市。在2017年7月份,东海岸超级高铁项目获得了相关政府官员的口头批准。


据报道,马斯克目前同时管理着SpaceX、特斯拉等企业,之前他并不愿意亲自投入超级高铁项目,而是交给外部公司来开创领域。不过马斯克似乎改变了主意,开始切入到超级高铁实际项目中。之前他曾表示,如果东海岸隧道超级高铁变成现实,从纽约到华盛顿市,民众只需要29分钟。


毋庸置疑的是,东海岸高铁项目需要几十亿美元的资金,但是据《巴尔的摩太阳报》的报道,马里兰州政府此前并不打算提供资金支持。州政府官员表示,马斯克的钻孔公司在2017年11月前获得了和其他基础设施和公用事业公司一样的许可,即在地下安装工程设施进行挖掘作业。

据《华盛顿邮报》报道,马里兰州州长Larry Hogan曾表示,他对于能够帮助钻孔公司把高速的电动交通模式带到马里兰州感到很骄傲,这将会有助于连接巴尔的摩和华盛顿市。


对于马斯克而言,旗下的太空企业SpaceX仍在开发与研究重型火箭,特斯拉公司需要扩建生产线扩大Model 3电动汽车的生产,马斯克无法对钻孔公司提供巨大的资金支持。


美国高铁,“未完待续”·········

【联队长说高铁9】匍匐前进的美国高铁(字数≈2万)的评论 (共 条)

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