铁路

铁路是一种运输系统，车辆通常编组成列车，沿着承托并引导其运行的轨道行驶。“铁路”一词可以指单条线路、相互连通的路网，也可以指经营铁路的机构；英语中的 railroad 是美国通常采用的对应称呼。铁路将固定的基础设施、车辆、供电、信号以及协调有序的运营结合在一起。铁路运输服务涵盖城市客运、长途货运和高速城际出行等多种类型。(networkrail.co.uk)

历史发展

现代铁路起源于矿山及其他工业场所用于运输物料的轨道运输线。早期系统依靠马匹或重力，而非机车牵引。在工业革命期间，蒸汽机在铁路运输中的应用，使运输更重的货物和开展更长距离的运输服务成为现实。铁路由此与煤、工业制成品及旅客的运输紧密联系起来。(tringhistory.tringlocalhistorymuseum.org.uk)

斯托克顿—达灵顿铁路于1825年9月27日开通，开通列车由“运动一号”蒸汽机车牵引。其重要意义在于将蒸汽牵引用于公共铁路，而不在于发明了轨道本身。利物浦—曼彻斯特铁路于1830年9月15日开通，连接了一座重要港口与一座制造业中心，同时承运旅客和货物。这些线路标志着商业铁路运输发展中的重要阶段。(blog.railwaymuseum.org.uk)

此后的一项里程碑是日本新干线于1964年10月1日在东京与大阪之间开通。其专用基础设施、电力列车和一体化控制系统确立了现代高速铁路的模式。法国于1981年开通巴黎—里昂高速铁路服务，此后高速铁路在欧洲和亚洲得到更广泛的应用。(uic.org)

轨道与基础设施

传统的铁路轨道由两根钢轨及支撑钢轨的轨枕组成；轨枕在北美英语中称为 ties。轨枕保持两根钢轨的相对位置，并将荷载传递至下方的道床。许多轨道铺设在碎石道砟上，道砟有助于保持结构稳定；另一些轨道则采用混凝土板。钢轨打磨、道砟养护和定期更新，可维持轨道的线形以及列车轮子所接触的运行表面。(networkrail.co.uk)

轨距是两根钢轨之间的距离。标准轨距的标称值为1,435毫米，即4英尺8½英寸，但也存在更窄和更宽的轨距。轨距兼容是列车跨线直通运行的基本条件：历史上，不同轨距将路网分隔开来，因而需要改轨或安排旅客换乘、货物换装。仅统一轨距，并不意味着轨道设计的所有方面都实现了标准化。(uic.org)

道岔用于引导列车从一条轨道转入另一条轨道，英语中也称 points 或 turnouts。交叉设备则使线路能够相交。这些部件的磨损较为集中，需要在养护中特别关注。轨道还需要防范环境因素造成的应力：温度变化会使钢轨产生膨胀和收缩力，冰则可能阻碍道岔动作。养护和临时限速有助于应对这些情况。(networkrail.co.uk)

车辆与牵引

铁路机车车辆包括机车、动力客运车辆、客车和货车。机车为所连挂的车辆提供牵引力，而动车组则将动力设备配置在列车编组内部。铁路收藏中的车辆和实际运营的车队，通常按动力形式区分为蒸汽、内燃和电力车辆。车辆编组与动力配置取决于所提供的运输服务。(blog.railwaymuseum.org.uk)

在电传动内燃机车中，内燃机驱动发电机，发电机再向带动车轴转动的牵引电动机供电。其他内燃车辆则采用机械传动或液力传动。电力列车从外部供电设备获取电，常见的供电方式为架空接触网或导电轨，并使用电动机驱动。因此，电气化既改变车辆本身，也改变支撑车辆运行的基础设施。(midcontinent.org)

信号与运营

铁路信号用于控制列车运行，并维持安全的列车间隔。由于列车可能需要很长的制动距离，安全运行依赖于有关进路和轨道占用情况的信息，而不能仅靠司机观察前方。传统信号系统将线路划分为闭塞区间，并通过轨旁信号授权列车运行；机车信号则在列车内部显示行车信息。(networkrail.co.uk)

列车检测设备包括轨道电路和计轴器。轨道电路利用经由钢轨构成的电路，判断某一区段是否空闲。更完整的信号系统还会协调道岔、进路可用状态、运行时刻表和列车防护设备。系统按故障时转入安全状态的原则设计，因此，即使轨道本身没有障碍，信息缺失或设备故障也可能使列车停车。(networkrail.co.uk)

运输服务、能耗与环境影响

铁路客运包括城市轨道交通、常规城际运输和高速铁路。铁路货运通过路网运送货物，可与其他运输方式互为补充。铁路尤其适合沿既有运输走廊承运大量旅客或货物，但运输服务的成效也取决于基础设施投资、商业竞争力以及与其他运输服务的衔接。(iea.org)

铁路是客运和货运方式中能量利用效率最高的方式之一。不过，其环境表现仍取决于动力方式、电力来源、运营效率和基础设施。电气化可减少对石油的依赖，而随着发电的碳排放强度降低，还可减少运营过程中的二氧化碳排放。生命周期评价也必须考虑建设和养护的影响：例如，轨道更新涉及更换钢轨、轨枕及支撑材料。(iea.org)