​高铁和民航的分水岭在哪里？

前几天聊起国内高速铁路和民航的话题。正好我曾经和合伙人（东京的小林老师和芝加哥的 Markowitz 老师）搭档承揽 JR 东海就高速铁路业务国际化的咨询项目（出口美国得克萨斯州），当时积累了一些材料。

我们当时向 JR 东海的主要汇报内容，是高速铁路系统打入美国的主要需求痛点。在美国这样的民航大国推销高铁，势必要找到民航和高速铁路的分水岭，才能找到细分市场。因此，我们对此进行了细致的研究。

我们首先需要知道一点：无论是在陆地还是天空，将人从 A 运到 B 需要的能量，主要是克服空气阻力所需的做功。

通常而言，空气阻力由四个因素决定：

阻力系数。越是流线型的物体，这个系数越小。不过对于飞机和高铁而言，这个系数一般是一样的。

空气密度。对于空气而言，不同海拔高度的空气密度不同。通常而言，海平面空气的密度为 1.23 千克每立方米；而万米高空的空气密度约为 0.41 千克每立方米，是约三分之一左右。

受力面积。受制于建筑限界，高铁列车的迎风面面积一般是一个宽 3.4 米、高 4 米，类似于长方形的形状；飞机的话，737 客机机身宽 3.8 米，高 4 米，但是它更像一个椭圆形。考虑到 737 客机一般一排 6 座，高铁列车一般一排 5 座，可以近似将窄体客机“每个人”的机身面积和高铁列车视为相等。

速度的平方。

我们可以看到的是，理论上如果高铁列车的运行速度超过它的 1.732 分之一，在地面运行的高速铁路列车就会面临和民航客机一样的空气阻力。同时，还要考虑风力的影响。在高空中往往可以遇到速度超过 200 千米每小时的高空气流（Jet Stream），而在地面这种强风还是不要遇到比较好。

因此，我们不妨将高铁的理想速度考虑为飞机的一半。波音 737 客机一般以 828 千米每小时的速度巡航——而 828 千米每小时的一半是 414 公里每小时。

换言之，对于高速铁路而言，即使不考虑任何其他因素，只考虑能源消耗的话，在 414 公里每小时以上的运行速度都是不经济的。在这个速度以上的高速铁路运行，如果需要将能耗控制在比飞机低的水平，就需要建设长隧道隔绝列车运行环境与外界，并降低隧道内部的气压（这也是中央新干线磁浮列车和 Hyperloop 的共同做法）。

但是中国高铁显然不可能采用全封闭管道 + 抽气的方法，这种方法非常昂贵。因此，中国高速铁路现在的列车最高速度为 400 公里每小时（CR400A/BF）。

对于高铁而言，从 300km/h 提升到 350km/h，时间减少 14%，耗能增加 36%；从 350km/h 提升到 400km/h，时间减少 13%，耗能增加 31%；从 300km/h 提升到 400km/h，时间减少 25%，耗能增加 78%。多消耗 78% 的能源，理论上就要多花费 78% 的票价。这是否是一件值得的事情呢？

换言之，如果高铁提升到 400km/h 的速度，价格就和飞机相当了，反而失去了一些对价格敏感的客流。因此，世界各国普遍将高速铁路的速度上限根据实际情况控制在 200km/h 到 400km/h 之间。

高速铁路的中间停站也是一个阻碍速度的问题。我们以京沪高速铁路从北京到上海的行程为例。我们将上下行列车的中间停站数量（x 轴）和运行时间（y 轴）投影在散点图上，可以做出一个拟合准确度为 0.961 的线性拟合曲线：y = 12.621 x + 243.76。换言之，京沪中间一站不停，所需的时间约为 4 小时零 4 分钟；每多停一站，就需要增加 13 分钟的行车时间。另外一提，东海道新干线的这一公式（东京到大阪之间，拟合准确度为 0.9767）是 y = 8.3056 x + 112.83：东京到大阪之间一站不停所需时间为 1 小时 53 分钟；每多停一站，增加 9 分钟。

通常而言，高铁停一站所增加的时间包括了减速、停车和加速。东海道新干线使用的 N700S 系动车组，最高速度为 285km/h，最高起步加速度为 2.6km/h/s，最高制动减速度为 2.7km/h/s。因此，从 285 减速到 0，需要两分钟；从 0 加速到 285，又需要两分钟。

但是，这个加减速度已经很快了。如果有在日本坐过新干线的朋友可能知道，新干线起步时的摇晃和推背感比中国高铁大得多，硬币是断然不可能立起来的，甚至水都会洒出来。而中国的高速铁路为了平顺的起步和减速（立硬币的平顺性是中国高铁的买点之一），使用的加减速度比日本更低（大概在 1.8 左右）。因此，中国的一次停车所需时间更长。

但是中国高铁不可能放弃中间停车站。一方面，京沪等高速铁路的资本中包含沿线地方政府出资（例如京沪高铁除了两端的上海申铁投资有限公司、北京市基础设施投资有限公司以外，还有中间车站的江苏省铁路集团有限公司、南京铁路建设投资有限责任公司、天津铁路建设投资控股(集团)有限公司、山东铁路投资控股集团有限公司），需要考虑中间各地的利益诉求；另一方面，对于高速铁路而言，与其在长途列车服务上和飞机竞争，不如在中间停车站之间的旅途（京沪沿线的济南西、南京南）这一“稳赢的市场”上最大化客座率和利润。

因此，我们可以看到京沪高铁有大量中间停靠 10 多个车站的列车，总运行时间达到了 6 个小时。这进一步降低了高铁的旅程平均时速，使得高速铁路难以在长途航线上和飞机竞争。

综上所述，高速铁路在很长的一段时间内，速度都会停留在 400km/h 以下，甚至大部分只有 300km/h 左右。在这一区间，民航仍然能在长距离路线上占据绝对优势。例如，在东京到福冈（800 公里）之间移动的旅客，只有 15% 乘坐新干线，而剩下 85% 仍然是民航的客户。即使考虑到中国高铁比日本快 20%，那也就是 1000 公里而已。

但是高铁胜在它是一个民航和普速火车之间的中间选项。对于高速铁路而言，在通过中间站短途旅途获得收入基础以后，在长途服务上能够以更灵活的姿态竞争。高铁的另外一个优势是全程网络覆盖，对于需要打电话或上网的人很有用。

在长途服务上，JR 东海和国铁采取了不同的策略。JR 东海选择将新干线的票价一次性上浮到飞机全价票的水平，以位于市中心的车站为卖点吸引商务客；但国铁选择更灵活的姿态，提供“比全服务航空公司便宜一些”、“比廉价航空座位舒适、能带行李”的中间服务。

换言之，高铁在长途旅行市场不会以速度取胜，而是提供价格和速度的中间选择。商务客人仍然会选择飞机，只是价格敏感性客户会考虑高速铁路。因此，最惨的就是那些“廉价”航空公司。