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建一条磁悬浮的成本效益比

发布时间:2021-09-30 19:09:00
新闻来源:李及李微信公众号 李瀚明
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发布时间:21/09/30 19:09
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李瀚明 Li Hanming @ 李及李广州、粤港澳大湾区民航研究院(筹)

鈴木章浩 Akihiro Suzuki @ Li & Li Tokyo


       首先要先说一句题外话。我和几位身在珠三角的老师正在探讨「粤港澳大湾区民航研究院」的筹建事宜。欢迎各位有志同仁加入联系。

       最近有人建议在中国兴建 600 km/h 级别的高速磁悬浮铁路——最大的可能是连接上海、北京、广州和深圳。我们恰好为客户分析过世界第一条在建的长途磁悬浮线路——连接东京和名古屋的中央新干线,因此积累了很多与它相关的资料。我们谨将一些资料翻译成中文和中国同行分享。


       中央新干线的概况

       中央新干线首期工程从东京都港区的品川站延伸到爱知县名古屋市中村区的名古屋站,长约 290 公里。全线除首尾两端的品川站和名古屋站两个既有车站外,还计划在沿途经过的各县各设置一个车站(共四个车站)和两个车辆段:关东车辆段(位于神奈川县车站附近)和中部综合车辆段(位于岐阜县站附近)。下图是中央新干线的路线图(JR 东海提供)。

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       项目收地规模和成本

       中央新干线在收地要求上按 8000 米最小曲线半径、千分之 40 的坡度和 5.8 米以上轨道中心间隔的要求收地。因此,项目总体以直线穿越日本中央山脉,但为了避开富士山而略向北绕行。

       项目对最小曲线半径的高要求使得其 285.6 公里长度中,有 246.6 公里(86%)是隧道(包括穿山隧道和地下隧道)、23.6 公里高架桥(8%)、11.3 公里桥梁(4%)和 4.1 公里硬路基(2%)。

       这使得项目建设成本相当高。在第一代建设计划书(2014 年提交)的总成本 40158 亿日元(每公里141亿日元)中,土木成本共计 23663 亿日元。其中,收地成本约为 3420.4 亿日元(每公里 12 亿日元),地基费用 1100.9 亿日元(每公里硬路基 28 亿日元),桥梁费用 2922 亿日元(每公里桥梁 84 亿日元),隧道费用 16219.6 亿日元(每公里隧道 66 亿日元)。同时,项目使用的电磁技术也使得轨道建设的机电成本大幅度上升——项目轨道费用计 7243.6 亿日元(每公里 25.4 亿日元)。

       在第二代建设计划书(2021 年提交)中,项目总成本进一步飙升到7万亿日元(每公里 245 亿日元)。按 100 日元兑换 5.80 元人民币计算,每公里需要约 14 亿元人民币。

       耗资如此昂贵的工程,能够服务哪些地方呢?


       项目的设站问题——只能服务于京名阪的高铁

       中央新干线列车高达 500km/h 的最高营运速度,使得列车在出站时加速需要至少三分钟(按现在东海道新干线 N700 列车使用的 2.6km/h/s 计算,需要 192 秒),才能到达全速——此时列车已经行驶了 13.3 公里之远。而减速时也需要相似的时间和刹车距离。

       可以计算的是,如果要想在 40 分钟内完成东京到名古屋的行程,就必须让列车在除了东京出站加速和名古屋进站减速各 13 公里(用时共 6 分钟)以外的其它区段保持 500km/h 的全速(用时 34 分钟)。因此,中央新干线安排了大量的直达列车,以一站不停的形式,保证东京到名古屋的速度(均速 427.5km/h)。

       同时,中央新干线在设站时严格采用约 40 公里左右的站距,并且不考虑中间各地的设站问题——列车在中间段的设站所在城市虽然都以路过的县份为名,但车站往往位处偏远地区,基本仅作为紧急情况下的安全出口之用。例如,中央新干线的「岐阜县站」,离岐阜县人口最多的岐阜市距离有 80 公里之远。

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       这使得中央新干线几乎不可能拉动沿线地方经济——一条不在本地停车,只是路过本地的线路,能有什么作用呢?中央新干线路过的日本中部县份长野县,曾经全县凑了 5000 亿日元诚意金(该县人口才 200 万人,每人 25 万日元),希望中央新干线略向北绕路(下图方案 A 和 B)提振县内经济,但方案直接被 JR 东海以「不符合经济效益」为由否决。

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       虽然 JR 东海作为世界上盈利最高的高速铁路公司(每年盈利 5000 亿日元),有着可以自掏腰包负担全线费用的财力;但是这样的线路,对于平衡各地发展的作用显然是有限的——它的唯一用途,就是服务那些最有钱的地方。

       中国计划的磁悬浮同样面临这个问题,并且可能更为严重:一方面,中国磁悬浮的设计最高时速 600km/h 更快;另一方面,中国旅客习惯更低的加减速度带来的更舒适的体验——新干线使用的 2.6km/h/s 的加减速度下,旅客会感受到明显的不适,因此中国高铁的加减速度在 1.4km/h/s 左右。因此,中国高铁需要七分多钟(约 35 公里)才能加速到最高时速,站距需要控制在 80 公里左右。

       我们同样以京沪线为例。从北京到上海全长 1300 公里的京沪高铁,现在的最快列车需要 4:18(南京南停站)。那么磁悬浮列车的停站数量如何影响总旅途时间呢?要想实现北京到上海的 3 小时旅途的话,中间可以停几个站呢?两个半小时呢?

       通过计算可得,一站不停的情况下,列车跑完京沪全程需要 137 分钟;按照新闻宣传的「两个半小时跑完京沪」的话,列车理论上最多只能停靠 2 站,实际上可能只有 1 站甚至必须一站不停。

       这时候,沿线地方几乎无法从「京沪磁悬浮」中获得任何好处——如果说中央新干线穿越日本的山间无人区,可以选择跳过不停的话,京沪磁悬浮要穿越的,是中国鲁西苏北平原的人口密集地带——在这样的人口密集地带跳站,可能面临远强于中央新干线的阻力。换言之,磁悬浮建设者无法指望地方政府的补充资金——它必须像 JR 东海一样,全额自付所有的建设费用。


       项目的输送能力——比飞机还长的间隔

       减速时间的另外一个影响是列车之间的距离间隔——如果前一辆列车突然完全停止,后车需要足够的距离才能停下来。京沪高铁 350km/h 的时速,以旅客感受舒适的减速度 1.4km/h/s 减速到 0 需要 250 秒,因此京沪高铁的最小列车间隔一般控制在 5 分钟左右;磁悬浮 600km/h 的时速,如果采用同样的减速度的话,需要 430 秒,因此磁悬浮列车间隔可能要保持在 8 分钟左右。

       8 分钟的间隔,意味着磁悬浮列车单向每小时最多可以有 7.5 班列车(采用 2 小时定图),输送人次在 7500 人次(按每列列车 1000 人定员计算)。与此相比,既有高铁每小时单向最多可以有 12 班列车,输送人次在 12000 人次左右。

       因此,京沪磁悬浮服务的每年可提供座位数,在单向 3800 万人次(494 亿座公里)左右(每日运行 14 小时,每小时 7500 人次,全长 1300 公里计算)。每年双向 7600 万人次(1000 亿座公里)的客流量,能够支持多高的建设成本呢?

       我们假设上座率是 80% 好了——这就有 800 亿客公里。假设按照既有二等座 0.43 元每公里的标准,每年收入 344 亿人民币。按 10% 的营业利润率计算,每年营业利润 34.4 亿人民币。

       假设该公司的盈利全部拿来偿还磁悬浮建设费用的话,我们可以设计一个还款计划。我们以公众最熟悉的等额本息还款为例(这是地产按揭最常见的还款模式之一)。营业利润摊分到 12 个月,可以组成一个月供 2.87 亿元人民币的等额本息还款。

       假设银行给予 3% 的年利率和 360 个月的还款周期。此时,每一亿元本金的月供为 42 万元,2.87 亿元月供可以支持 683 亿元的建设费用。683 亿元的建设费用相当于每公里 5250 万元人民币——连普通高铁的建设费用都凑不齐。

       因此,如果按照中国既有高铁的做法的话,磁悬浮列车 0.43 元的票价不能支持其建设费用。那么,如果按照中央新干线的做法的话,需要定价多少钱合适呢?


       中央新干线的建设背景

       那么,为什么JR东海敢建设中央新干线呢?

       第一个因素是更高的加减速度带来的更频密的班次。相比中国考虑舒适性的 1.4km/h/s,日本为了效率采用了 2.6km/h/s 的高加减速度(在加速时旅客会略感不适)。这使得中央新干线列车间隔可以缩短到 4 分钟(减速需要 192 秒),单向每小时可以安排 15 班列车。单向每年可以输送 8213 万人次,是中国磁悬浮方案的两倍有多。

       第二个因素是日本既有高铁相对的高票价。品川站到名古屋站的既有轮轨高铁价格为无座(自由席)10560 日元,二等(指定席)11100 日元,一等(绿色车厢)14960 日元——这个价格相当于每公里 33 日元(2 元人民币)。因此,按全部均为二等座,同样八成的上座率计算,双向共 13140 万人次旅客可以带来收入 1.5 万亿日元,营业利润 1500 亿日元。

       中央新干线 7 万亿日元的建设费用,按照日本的零利率政策和同样 360 个月的还款周期,每年需要归还 2333 亿日元。为了偿还建设费用,价格大概需要加价到既有高铁的 1.5 倍(品川到名古屋指定席 16650 日元,每公里 60 日元,3.5 元人民币)。由于速度提升,这个加价是比较合理的。

       换言之,中央新干线的决定,建立在两倍的输送量和六倍的价格之上:中国可能需要将票价定到 5 元人民币每公里的水平,才能够达到中央新干线盈亏平衡的目标。

       总而言之,磁悬浮列车可能并不是划算的买卖:

       1、停站模式的变化使得地方政府不会像轮轨高铁一样为此提供资金;

       2、输送能力的欠缺使得项目的运输人次数不能达到理想的平衡水平;

       3、而定价的欠缺使得磁悬浮项目很难在合适的期限内收回建设成本。

       这就和当年的协和客机一样——虽然在技术上很先进,但并不是面向公众的交通工具。






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