​高铁和民航的分水岭在哪里?

航旅新零售 航旅新零售 李瀚明 2022-09-06 09:34:31

无论是陆地还是天空,主要是克服空气阻力。

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。

航旅新零售

航旅新零售(微信公众号ID:AirDS-):聚焦航空分销与服务领域,推动航旅新零售认知升级,助力航空零售转型和旅客服务数字化转型。

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豆汁儿咖啡老王

高铁是个大卖场!

刚看到一个媒体报道:一个昆铁的小程序,列车点餐服务一年,盒饭销量50多万份,纸巾是17万,扑克是14万,卫生巾销量是12万!

2022-09-18
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