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2015年5月28日 (木)

新幹線は「過剰性能」なのか?

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タイ王国が新幹線を採用、という。ありがたい話だし賢明な選択だと思う。日本メーカの家電品には「メイドインタイランド」が幾らかあるが、それで国産比不良が多いという話は聞かぬ。日本の生産システムの理念と仕組みを理解し、実直に実践して頂いている結果だと思う。きっと新幹線の運営もこなせることと思う。

さて新幹線の輸出となると、いつも「高すぎる」「3分間隔で運転できるシステムが必要なのか?」という話を良く聞く。まず、当たり前だが高速で安定して走行するには頑丈な線路が必要である。切り離せないことは自明であろう。では3分間隔という信号はどうか。過剰、なのか。

シミュレーションしてみよう。時速300キロの各駅停車を、後続のやはり時速300キロの高速列車が追い抜くシーンを考える。各駅停車は時速70キロで本線から停車用側線に進入する。なお70キロはそれで駅に進入して、客が転ぶなどせずスムーズに減速してピタリと止まれる大体の限界と見て良い。列車長は東海道新幹線16両と同一の400メートルとする。

まず、ここで最悪事態を次のように置く。側線へ列車全体が抜けきる直前に事故が起き、それでも後続の高速列車が安全に停止できること、とする。時速300キロから非常ブレーキで停止できる距離は、新幹線の場合4000mとされる。

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(ソースの例。東だが似たようなもんだ)

事故時点で4000m手前が限界、である。ここから逆算する。

・全長400メートルの列車が時速70キロで分岐点を通過するのに要する時間
時速70キロ=秒速19.5mより、400÷19.5≒20秒

・時速300キロから時速70キロに減速するのに要する時間
新幹線N700系の常用ブレーキ減速度最大値2.7km/h/s
時速300キロ-70キロ=230キロ
230÷2.7=85秒

・減速時間中に走行する距離
まず減速度km/h/sをm/s/sに置き換える。
2.7km/h/s=0.75m/s/s

時速70キロから300キロまで加速するのと一緒なので。

走行距離=19.5×85+(1/2)×0.75×85^2=5860m

・この間、後続高速列車が走行する距離

減速を開始してポイントを通過し終わる時間=20+85=105秒
また、時速300キロ=秒速83.3m
より

83.3×105≒8800m

すなわち、後続高速列車が8800m走行して尚、4000m空いている必要がある。つまり、各駅停車がブレーキを掛ける位置(分岐点手前5860m)にある時、後続列車が居るべき位置は、

8800+4000=12800m

両列車の距離は

12800-5860=6940m

時速300キロの列車が6940m走るのに要する時間は

6940÷83=83秒=1分23秒

「3分間隔」はざっくりこの2倍と言える。ギリギリの2倍なので妥当であろう。つまり、「そんなに縮められる」ではなく「それだけ空けなくてはならない」のである。もちろん、4000m以内の事故は回避出来ない。しかし、それ以上なら回避するべきだし、人の目で4km先を見るのは難しい。応じた信号システムは絶対に外せない、こうなる。比して中や韓がどんな信号システムを提示しているのか知らぬ。なお、東海道新幹線の当初のシステムは、全線を3キロずつ位に区切り、「停止すべき位置からの距離」に応じて段階的にブレーキが掛かるシステムであった。

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これなら多少は安く出来るであろう。が、3分間隔のポテンシャル自体は持っていた方が、柔軟性、遅延回復に大いに寄与する。

その速度、そのもたらす経済効果、そして総体としてのパラダイムシフト。大いに体感されたい。

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