京沪高速列车的顶层技术指标旨在确保高速运行的安全与舒适。列车设计持续运营速度为350km/h，最高运行速度可达380km/h，最高试验速度超过400km/h，全程直达运营时间约为4小时。车内噪音控制在VIP客室不大于65dB(A)，其他客室不大于68 dB(A)，司机室不大于76 dB(A)，通过台不大于78dB(A)。噪音达到70 dB(A)以上会干扰谈话，造成心烦意乱，影响工作效率。
在节能方面，京沪高速列车以350km/h速度运行时的基本阻力小于0.165千牛/吨，平均轴重小于15吨，牵引总效率不低于85%，直达人均耗能小于80千瓦时，再生制动能量回收率大于90%。京沪高速列车在侧风风速20m/s以下正常运行，20~25m/s时限速200km/h，25~30m/s时限速160km/h，30~35m/s时限速70km/h，大于35m/s时停运。列车耐受170kV雷击电压。雨水、积雪不超过轨面100mm时，列车可正常运行。
为应对不同运量的需求，京沪高速铁路系统采用长短编组交叉运营方式。京沪高速列车设计并非完全的新设计，而是在京津城际铁路积累的数据和经验基础上，利用CRH2-300和CRH3型动车组技术平台，研制CRH2-350和CRH3-350两种车型。这些车型需对轮轨动力学、空气动力学、高速受流和振动噪声等问题进行优化设计，以突破制约速度提升的关键技术。
CRH2-300型和CRH3型动车组自正式投入运营以来，总体运营情况良好，动车组主要系统性能稳定、安全可靠，如牵引性能、制动性能、动力学性能、弓网受流性能等；动车组主要系统设备与车内设施故障率低、运行稳定；动车组与线路、通信信号、牵引供电和运输组织之间匹配良好。这些动车组满足京津城际铁路350km/h速度下的安全、舒适、节能、环保和可靠运行。
为了实现京沪高速铁路直达旅行时间4小时左右的目标，满足长距离、高密度、大运量、多样化的运输需求，京沪高速列车的研制在确保高速度、高舒适性、高安全可靠性及节能环保等先进技术水平的同时，综合考虑了经济性因素。这确定了京沪高速列车的顶层技术指标，为实现高速铁路的高质量运行提供了技术保障。
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