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图书分类

Book classification
  1. 本书主要介绍高速铁路中与铁道交通运营管理专业紧密联系的相关知识,总结了世界高速铁路的先进技术成果和运营经验,从基本知识、基本概念、基本原理及基本技能角度对高速铁路相关专业进行了介绍,同时增加了近年来我国高速铁路建设所取得的先进技术成果,力求为广大读者了解高速铁路提供一个良好的窗口。本教材在内容的编排上,注重理论联系实际,突出基本概念、基本原理、基本知识的学习,注意吸收和运用国内外高速铁路建设、发展...查看更多
  1. 第一章  绪  论
    高速铁路是当今世界集高新技术于一身的重大技术成就,既有基础设施的高标准建造,也有动车组移动装备的高速度要求,更要有把车、地、通信、信号、自动控制和调度指挥合为一体的系统集成的核心技术要求。高速铁路是社会经济发展和运输市场竞争的需要,它促进了地区经济的发展和城市化进程,在经济发达、人口密集地区的经济效益和社会效益尤为突出。从20世纪初至50年代,德国、法国、日本等国都开展了大量的有关高速列车的理论研究和试验工作。1903年10月27日,德国人用电动车首创了试验速度达210 km/h的世界纪录;1955年3月28日,法国人用两台电力机车牵引3辆客车,使试验速度达到了331 km/h,但直到20世纪60年代,高速铁路技术才进入实际运用阶段。
    高速铁路的概念是相对的、不断发展变化的,各国的标准也不一样。国际铁路联盟(UIC)规定的高速铁路是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化),使营运速率达到200 km/h及以上,或者专门修建新的“高速新线”,使营运速率达到250 km/h及以上的铁路系统。我国对“高速铁路”的定义分为两部分:一是指既有线改造达到200 km/h和新建时速达到200~250 km的线路,在这部分线路上运营的时速不超过250 km的高速列车称为“动车组(D车)”,以及按D车模式运行的跨线G车,同时可执行普通客运列车及少量货运列车作业的运营模式;二是指新建的时速达到300~350 km的线路,这部分线路上运营时速达到300 km及以上的“高速动车组(G车)”以及最高速达300 km/h的D车。
    高速铁路除了列车营运速率达到一定标准外,车辆、路轨、操作都需要配合提升。
    第一节  国外高速铁路发展概述
    一、日本新干线
    1. 日本高速铁路的发展历史
    日本是世界上第一个建成实用高速铁路的国家。1964年10月1日东海道新干线正式营业,代表了当时世界第一流的高速铁路技术水平,标志着世界高速铁路由试验阶段跨入了商业运营阶段。刚开通时高速列车运行速度为210 km/h,从东京至大阪间旅行时间由6 h30 min缩短到3 h。东海道新干线投入运营后,高速列车的客运市场占有份额迅速上升,每天平均运送旅客36万人次,年运输量达1.2亿人次,取得了预期的经济效益。
    1975年山阳新干线通车营业,列车最高速度270 km/h;1982年上越新干线通车营业,列车最高速度240 km/h;1985年东北新干线通车营业,列车最高速度240 km/h;1997年长野新干线通车营业,列车最高速度260 km/h。
    2011年3月5日,日本新干线速度最快的列车“隼鸟号”投入运营。其运行在首都东京与北部城市青森之间,最快运行速度达到320 km/h,如图1-1所示。
     
    图1-1  日本高速铁路列车“隼鸟号”
    2. 运输组织特点
    日本新干线全部是新建的客运专线,与既有铁路走向分开。白天行车、夜间维修。由于只开行高速列车,运输组织工作简便。
    3. 运营组织特点
    (1)营销措施。发行上班族、学生用的月票,推销“买10送1”的优惠次数票。
    (2)方便的换乘条件。新干线的车站设置最大可能地考虑到方便旅客集结、疏散和换乘。一般中间站均与既有线车站共站而设,使旅客在两线之间方便换乘,同时利用城市交通网,与地铁、有轨交通、市郊列车等共站。
    二、法国高速铁路
    (一)法国高速铁路的发展历史
    法国的高速铁路(TGV)建成于1981年,最早在巴黎与里昂之间穿梭,现已形成了以巴黎为中心向外辐射的东南线、大西洋线、北方线、东南延伸线(或称罗纳河一阿尔卑斯线)、巴黎地区联络线、地中海线和欧洲东部线等7条交通主干线,可以到达50多个城市,并延伸到英国、荷兰、比利时、瑞士等邻近国家,是全球最快的高速列车之一。法国高铁的车站一般建于城市中心,出发前10 h上车即可,因此让乘客感到出行比乘坐飞机更加便捷。从巴黎出发,只需要3 h就可以到达西南地区的马赛,2 h就可以到达东南部的里昂。截止到2013年,已经有超过20亿人次搭乘过法国高铁,接近地球人口数量的1/3,每年的乘客人次不少于1.25亿人。
    (二)运输组织特点
    1. 新旧线兼容
    为了扩大高速列车的服务范围以吸引客流,法国TGV高速列车不但在高速铁路新线上运行,还运行在既有线上,包括经过改造、允许速度达到和超过200 km/h以及未经过改造、允许速度低于200 km/h的既有线。新线加上这些既有线统称TGV线路,总长约7 000 km,TGV运输运量占法国国营铁路总运量的63%之多。TGV东南线自1981年投入商业运营以来,运量增长了90%。这种模式适用于与普通线路相衔接的高速客运专线。
    2.“纯高速”模式
    在高速线上只运行TGV高速列车,这种模式适用于新建的客运专线。
    (三)运营组织特点
    1. 灵活的票价制度
    在出发前提早90天开始售票,订票越早,价格相对越便宜;将一周的7天时间分为“白色时段”和“蓝色时段”,除星期一上午、星期五和星期天下午是白色时段,其他时间有30%或以上的折扣;在官网上进行季度性促销,这些优惠票通常只在网站上销售;另外,常年给25周岁及以下的年轻人提供青年卡,给65岁以上的老年人提供老年卡,给5个人及以上的家庭出行提供家庭卡,在非高峰时段几乎可以享受票价一半的优惠,经常出差的上班族则可购买月票式的公务卡。
    2. 推出廉价高铁
    法国国营铁路公司投入新型的4组双层列车,适当提高车厢的载客量,从1 000个座位提升到1 268个,取消餐车区,并不再区分座位等级。每个人仅限携带一件行李放于座位底下,超出部分需另外付款。购票只能在网上完成,售出后不退不换。廉价高铁不从巴黎的主要火车站发出,而从靠近迪士尼乐园的近郊火车站发出,既不干扰现有火车运行网络,也能缩短行车时间。每年有不少于100万乘客可以享受到25欧元以下的票价,其中40万张的价格为10欧元,由成人陪伴的12岁以下儿童票价仅为5欧元,相比传统高铁大概100欧元的票价,廉价高铁仅为它的1/10~1/4。
    三、德国高速铁路
    (一)德国高速铁路的发展历史
    德国高速铁路称为ICE,即“城际高速铁路”,是连接城市,解决人员、货物运输的交通工具,它将德国国内130多个大小城市连为一体,对人员和信息的往来与交流,以及经济建设发挥了极其重要的作用。
    目前,高速铁路有磁悬浮技术和传统的轮轨技术。以前德国政府一直比较重视相对先进的磁悬浮技术,但由于磁悬浮铁路造价昂贵,并与现有铁路无法接轨,因此德国政府一直没把依靠磁悬浮技术的高铁投入到商业运营中。使用传统轮轨技术的ICE-V列车也一直处于试验阶段,直到1981年法国的TGV列车用事实证明了高速火车在商业上的成功,德国才开始准备把这种列车投入到高速列车的研究和运营中。
    1991年,首个ICE列车正式运营,开通了两条线路,一条是从汉诺威直达巴伐利亚州的重镇维尔茨堡的铁路线,全长327 km,另一条是曼海姆至斯图加特,全长99 km。之后,德国高速铁路迅速发展,分别在1998年、2002年、2006年和2007年开通了4条高速铁路线。德国新建和改建的高速铁路线总长至少已达1 560 km。德国铁路公司声称,自1991年投入运营以来,高速铁路的运营里程已经相当于从地球到太阳往返了3次。
    虽然德国在全面掌握高速铁路技术方面比日、法两国要晚,但是其独特的技术已经能与日法两国相媲美。
    (二)运输组织特点
    1. 新旧线混用
    德国铁路的高速网是由改造的旧线(最高速度200 km/h)和新建高速线(最高速度250~300 km/h)混合组成的。德国既有铁路的线路质量一般较高,允许运营160~200 km/h城间快速IC列车。在这种国情下,德国发展高速铁路时,不会脱离原有铁路网的基础,不会不重视原有城市间的基本客流,也不会放弃大量的货运市场。
    2. 客货混运
    德国高速铁路的建设还特别强调扩大货物运输能力,改善运输质量和消除运输瓶颈地段,所以采用客货混运的运输方式,在高速线路上既要运行ICE列车,也要运行货物列车,还要开行地区和短途客运列车。所以这些高速线路运输任务很繁忙,甚至过负荷。德国高速铁路运营经验表明,客货列车混运时货物列车(轴重22.5t)对线路加重破坏的现象不明显,对其维修量的增加也不显著。但从运营的角度来说,在同一时间段里客货混运不好,因速度相差大,影响高速铁路的能力发挥,所以一般采用客货列车分时运行,昼间运行客车,夜间运行货车。
    3. 固定模式运行
    德国的ICE动车组在6:00—24:00实行节拍运输,即按固定相等的运行间隔开行。在每条线上白天每方向约开行15列列车。这些动车组实行以前大多是1 h,目前根据运量需要有的区段出现了30 min的节拍运输,在一些运量小的区段采用2 h间隔的节拍运输。这种运输方式,对大多数旅客来说全天能提供均衡而最佳的列车。节拍时间容易记忆,便于旅客对车次的选择。
    (三)运营组织特点
    1. 灵活的票价政策
    德国铁路的客运票价由客运公司营销部门负责,根据列车等级制定不同的客票价格,其中ICE列车的票价远高于其他列车。在客票的价格政策上采用了灵活机制,以市场需求为导向。其票价制度的特点是:以旅客需求为出发点,根据不同的旅客群、不同的时间和地点对同一产品采取不同的销售价格。德国铁路的客票定价系统具有以下特点:
    (1)运价率。运价率实行递远递减,旅行距离越长,单位距离票价越低。
    (2)车票优惠。对旅行距离在100 km以上的旅客,按提前购票天数执行限额销售优惠价客票;对同时旅行但是同行人数不同的乘客分别给予不同程度的优惠票价。
    (3)免费乘车。对与成人同行的14岁以下儿童实行免费,短途旅客下车后可凭火车票任意免费搭乘市郊的轻轨、公共汽车等交通工具。
    2. 完善的营销机制
    在客运营销方面,德国铁路公司更关注客票的多样化,以适合各种消费人群。为了适应激烈的竞争,德国铁路公司不断推出新的客票种类,如特价票、通票,年票、团体票等。
    3. 多方位的营销渠道
    德国铁路在全国分为4个售票管理中心,33个分处管辖720个车站售票点,有4 300名售票员,站售票只设在大站。每年人工售票大约27亿欧元。近年来的发展趋势是尽量减少人工售票,以减少人工费用支出。另外,德国铁路公司的客票营销组织按旅客不同的需求建成不同营销渠道方案,除了车站人工售票以外,还提供有7种主要的营销渠道:旅行中心、自动售票机、获得德国铁路公司许可证的旅行社、互联网系统、车上售票系统、订票中心和呼叫中心。
    第二节  高速铁路的技术经济特征
    高速铁路是基于传统的轮轨交通工具的基础之上,广泛运用现代高新技术发展起来的产物。其技术充分发挥了既先进又实用的特点,虽源于传统铁路,但借助于多项高新技术,已形成一种能与既有路网兼容的新型交通系统,是当代科学技术进步与经济发展的象征。
    高速铁路是高新技术在铁路上的集中反映,它使交通运输结构发生了新的重大变化,是当代经济、社会、科技、交通发展的必然产物,是世界“交通革命”的一个重要标志。高速铁路与公路、航空等运输方式相比,具有输送能力大,安全可靠,在一定旅行距离内可节省时间,旅行舒适度高,较少受气候变化的影响,又节省石油和土地资源,保护生态环境,摆脱交通堵塞等优势。是解决大通道上大量旅客快速输送问题的最有效途径,已成为世界铁路的普遍发展趋势。高速铁路具有一系列技术经济优势,主要表现在以下几个方面:
    1. 速度快
    速度是高速铁路技术水平的最主要标志,各国都在不断提高列车的运营速度。法国继1990年5月创造的试验速度515.3 km/h的世界纪录后,其地中海新干线建成并构成了由加来至马赛全长1 067.2 km的高速线路;2001年5月26日,法国组织了不停车高速运行1 000 km以上的试验,前1 000 km只用了3h9min,平均运行速度达到317.46 km/h(全程历时约3.5 h,平均运行速度305 km/h),最高运行速度达到了366.6 km/h。法国、日本、德国、西班牙和意大利高速列车的最高运营时速分别达到了350 km、300 km、280 km、270 km和250 km。除最高运营速度外,旅客更关心的是旅行速度,因为旅行速度直接决定了旅客全程的旅行时间,高速列车可以大大缩短全程旅行时间。运营速度为250〜300 km/h的高速铁路,与公路(100 km/h)、航空(700 km/h)的旅行时间相比,分别在运距250〜600 km和200〜800 km的范围内具有明显优势。如果考虑到高速列车的安全、方便、舒适、票价等优点,其“优势运距”还可延伸。
    2. 安全性好
    高速铁路必须保证行车的高度安全,否则,一旦出事故都将是毁灭性的。各国高速铁路除采用了一系列的现代化的先进技术设备构成的安全监控系统外,在运输组织中对涉及行车安全的各个环节还必须有一套十分严密的管理制度,有关运输设备与设施必须科学地进行养护与维修,与行车有关的操作人员都必须事先进行岗位培训,持证上岗。先进的技术设备及其安全保障系统只能起到防止事故的作用,而严密的管理才能减少和消灭事故。
    高速铁路在国外已有45年安全运营的实践,除德国1998年6月3日发生翻车事故(死亡101人)、日本2004年10月23日在新瀉地震中首次发生运行中的新干线列车脱轨的严重事故(无人员死亡)、西班牙2013年7月24日在加利西亚省圣地亚哥附近发生的列车脱轨事故(死亡80人)外,目前尚未发生其他乘客伤亡事故。我国2011年7月23日甬温事故中死亡40人。相比之下,高速铁路可称得上是当今世界上最安全的现代高速交通运输方式。
    3. 列车运行准点率高
    正点率是高速铁路系统设备可靠性和运输组织水平的综合反映,也是运输服务质量的核心。只有列车始发、运行和终到正点,旅客才能有效安排自己的时间,所以旅客十分看重正点率。各国都十分重视高速列车的正点率问题,并以此作为与其他交通运输方式竞争的重要手段。西班牙规定高速列车晚点超过5 min要退还旅客的全额车票费;日本规定到发超过1 min就算晚点,晚点超过2 h就要退还旅客的加快费。在列车正点率方面对旅客有所承诺,不但在市场竞争中赢得了旅客,同时也强化了自身的管理工作。西班牙高速铁路自投入运营以来,列车正点率高达99.6%以上,很少发生过赔付事件(退款只占总收入的0.2%)。日本东海道新干线列车平均误点时间只有0.3 min。
    4. 输送能力大
    列车间的间隔越小,运行密度越大,为旅客提供的服务频率越高,旅客等待乘车的时间就越短,就能吸引更多的客流。列车密度主要决定于最小行车间隔时间,客运专线(高速铁路)最小行车间隔时间技术设备可以达到3 min。以日本东海岛新干线为例:日本东海道新干线高峰期发车间隔为3.5 min,平均每小时发车达11列,在东京与新大阪间的2.5 h的运行路程中,开行“希望”号1列、只停大站的“光”号7列以及各站都停的“回声”号3列,每列车可载客1 200〜1 300人,年均输送旅客达1.2亿人次。相比较而言,4车道高速公路年均单向输送能力为8 760万人;目前最大的飞机可乘坐300〜400人/架,两地飞行按单向每天20架计算,每天单向输送旅客仅7 000〜8 000人。
    5. 能耗低
    能耗高低是评价交通运输方式优劣的重要经济技术指标之一。根据有关方面的统计,各种交通运输工具平均每人千米的能耗:飞机2 998.8 J,大轿车583.8 J,小轿车3 309.6 J,普通铁路403.2 J,高速铁路571.2 J。如果以普通铁路每人千米的能耗为1.0,则高速铁路为1.42,大轿车为1.45,小汽车为8.2,飞机为7.44。汽车、飞机均使用的是不可再生的一次能源—— 汽油或柴油(现代新型节能汽车尚未批量投入运用),而高速铁路使用的是二次能源—— 电力。随着水电、太阳能、风能和核电等新型能源的发展,高速铁路在能源消耗方面的优势还将更加突出。这也是在当今石油等能源紧张的情况下,世界各国选择发展高速铁路的重要原因之一。
    6. 环境污染小
    当今,环境保护是关系人类生存的全球性紧迫问题,交通运输与生态环境密切相关。交通运输对环境的污染主要是废气和噪声。据统计,在旅客运输中,各种交通运输工具一氧化碳等有害物质的换算排放量,公路为0.902 kg/(人•km),铁路为0.109 kg/(人•km),客机为635 kg/h(另还有二氧化碳46.8 kg/h,三氧化硫15 kg/h),这些有害物质在大气中一般要停留2年以上,是当今造成大面积酸雨,植被生态遭到破坏和建筑物遭受侵蚀的主要原因。由于高速铁路实现了电气化,使铁路基本消除了粉尘、油烟和其他废气污染。另外,在噪声污染方面,日本曾经的航空运输每千人千米产生的噪声为1,大轿车为0.2,而高速铁路仅为0.1。从以上数据看,在现代交通运输中,航空和汽车运输造成的环境污染越来越大。而长期生活在噪声环境中,会使人的听觉器官受到损害,甚至耳聋。因此,法、日等国都在高速铁路两侧修建隔音墙来降低噪声。人们越来越认识到,为防止地球上臭氧层被破坏而造成的气候异常现象,应大力发展清洁能源的交通工具,减少飞机和汽车排放的废气,加大城市轨道交通和高速铁路发展的力度。
    7. 服务质量高
    高质量服务必须要有完善的客运服务系统作保证。客运服务系统是指直接面向旅客,为其在旅行过程中提供方便、周到的服务而设置的设施及系统。高速旅客列车不仅设施先进,运行平稳,而且火车上有飞机和汽车无法比拟的个人活动空间,甚至可以提供会议、娱乐、观光等条件。
    第三节  我国高速铁路发展规划
    2004年1月,国务院通过了《中长期铁路网规划》,确定了“扩大规模、完善结构、提高质量、快速扩充运输能力、迅速提高装备水平”的铁路网发展目标。为了进一步适应国民经济发展的需要,于2008年对铁路网规划进行了调整,《中长期铁路网规划(2008年调整)》规划到2020年,全国铁路营业里程达到12万km以上,复线率和电气化率分别达到50%和60%以上,主要繁忙干线实现客货分线,基本形成布局合理、结构清晰、功能完善、衔接顺畅的铁路网络,运输能力满足国民经济和社会发展需要,主要技术装备达到或接近国际先进水平。
    为满足快速增长的旅客运输需求,建立省会城市及大中城市间的快速客运通道,规划“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统,建设客运专线1.6万km以上,进一步延伸并扩大客运专线覆盖面,加强客运专线之间相互连通和衔接;进一步扩大城际客运系统的组团建设,加快长株潭、成渝、中原、武汉、关中、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区的城际轨道交通建设步伐,并与既有线提速改造工程相衔接。未来我国将
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  1. 第一章  绪  论 1
    第一节  国外高速铁路发展概述 1
    第二节  高速铁路的技术经济特征 5
    第三节  我国高速铁路发展规划 8
    第二章  高速铁路线路 11
    第一节  概  述 11
    第二节  高速铁路线路的平面和纵断面 11
    第三节  高速铁路轨道 15
    第四节  无缝线路 26
    第五节  高速铁路路基 28
    第六节  高速铁路桥隧结构 30
    第三章  高速铁路车站 37
    第一节  概  述 37
    第二节  高速铁路车站设备 39
    第三节  高速铁路车站图型 44
    第四章  高速铁路动车组 52
    第一节  动车组概述 52
    第二节  动车组的编号、基本组成及主要技术参数 53
    第三节  CRH5型动车组 56
    第四节  CRH380B型动车组 73
    第五章  高速铁路客运服务 86
    第一节  概  述 86
    第二节  高速铁路客运站及列车服务 87
    第三节  高速铁路列车乘务组成及制度 95
    第四节  高速铁路服务系统 100
    第五节  高速铁路动车组应急处理 110
    第六章  CTC调度指挥与列控系统 116
    第一节  CTC调度系统的构成及分类 116
    第二节  CTC车站行车组织办法 118
    第三节  CTCS-2级列控系统信息传输 121
    第四节  应答器、轨道电路设置原则及限速 124
    参考文献 130
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