开启“贴地飞行”时代

2020-07-17姚晓岚

科学大观园 2020年14期

姚晓岚

试验现场。

6月21日，由中車四方股份公司承担研制的时速600公里高速磁浮试验样车，在同济大学嘉定校区磁浮试验线上成功试跑，这标志着我国高速磁浮研发取得重要新突破。

在同济大学高速磁浮试验线上，试验样车首次进行系统联合调试，开展了多种工况下的动态运行试验，包括不同轨道梁以及道岔、小曲线、坡道、分区切换等，完成七大项200多个试验项点，对悬浮导向、测速定位、车轨耦合、地面牵引、车地通信等关键性能进行了全面测试。

“在多工况试验条件下，车辆悬浮导向稳定，运行状态良好，各项关键技术指标符合设计要求，达到设计预期。”高速磁浮课题负责人、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁表示。

据中车四方方面介绍，此次试验样车成功试跑，实现了从静态到动态运行的突破，获取了大量关键数据，高速磁浮系统及核心部件的关键性能得到了初步验证，为后续高速磁浮工程样车研制的优化提供了重要技术支持。

据介绍，目前，时速600公里高速磁浮项目研发进展顺利，试验样车成功试跑的同时，一列5辆编组高速磁浮工程样车的研制也在稳步推进中，按照计划预计在2020年底下线，届时将形成高速磁浮全套技术和工程化能力。

那么，时速600公里高速磁浮是一种怎样的交通制式？其技术先进性体现在哪里？作为高铁大国，为何我国还需要时速600公里高速磁浮？该项目研制的意义和目的是什么？围绕这些问题，近日，记者专访了同济大学铁道与城市轨道交通研究院院长、（国家）磁浮交通工程技术研究中心主任陈小鸿教授，以期对时速600公里高速磁浮项目做全面深入了解。

为何将指标定在时速600公里

据陈小鸿介绍，高速磁浮交通系统可分解为4个子系统，一是线路轨道系统;二是车辆系统;三是牵引及控制系统;四是运行控制系统。

她表示，现在全世界面向应用的高速磁浮系统有三大类，一类是发源于德国、落地在上海的常导长定子系统，现在我国正在研发的时速600公里高速磁浮系统也属于这一类系统;第二类是日本的低温超导系统，日本正在建设的东京到大阪设计时速500公里的高速磁浮便属于这类;第三类是管道式磁浮，目前美国、英国正在研发，这类系统设计速度更高，比如胶囊列车。

为何我国要将高速磁悬浮的技术指标定为时速600公里？陈小鸿解释，时速500公里和时速600公里的系统，从运营的角度来讲，并没有特别本质的区别。但时速500～600公里的运输技术，是一个完全不同于现在高速列车的系统。速度越高，则说明技术水准越高。

“把系统目标速度放在600公里，与我国国土空间尺度和连接核心城市间的距离也有关系。”陈小鸿表示，像日本的高速磁浮线规划是从东京到名古屋到大阪，差不多是500公里的距离，用时速500公里系统点对点一小时内就能到。但对我们国家来说，像北京、上海、广州这样的核心大城市，间距在1000多公里，如果要让大都市群相互联系，并且能在时间效益上发挥优势，两点间加上停站希望是3小时可达。

“因此，我们国家把目标速度放在了600公里，有这个需要。当然这也给我们国家整个的工业制造水平、研发水平提出了更高的要求。”陈小鸿说道。

高速磁浮与轮轨优劣对比

对比轮轨，陈小鸿认为，时速600公里高速磁浮具有六大优势：

一是速度更快。

二是更高运输速度的技术经济性。从高速轮轨系统本身的技术能力，可以达到时速350～400公里，但存在能耗、制动安全性和长期运营维护问题。因此从技术经济性角度，并不适宜去追求更高速度并大面积铺开。对比而言，高速磁浮也被叫作地面飞行，在非粘着、无摩擦往前运行的情况下，适宜跑到500～600公里的速度，这是它最重要的特点和优点。

三是适应能力更强。相比高铁，高速磁浮可以爬更高的坡，可以有更小的转弯半径，在建设过程当中，意味着高速磁浮对地形、地貌、地势的适应能力更强，适合我国地形复杂多变的情况。比如：高速磁浮建设完全可以沿着已经建成的高速公路，不会给选线带来很大的限制。

四是安全、受气候条件影响小。由于高速磁浮是抱轨运行，没有脱轨风险。无论是台风、暴雨甚至是雨雪冰冻，气候条件都不会影响它的安全运行。

五是可维护性强。高速磁浮系统的主要特色是冗余设计，并且具备智能运维条件。在运行过程当中，在监控中心就能了解其关键设备部件的状况;如果有问题，在夜间回库时就可以立即进行替换和维修。

六是可缩短门到门的距离。尽管在达到500～600公里速度时，磁浮列车和空气摩擦的噪声会相对较大，但在时速200公里以下，磁浮列车的噪声会低于轮轨列车，“所以在进站速度降下来时，磁浮的系统是很安静的，这也意味着可以把它的站建得离城区更近一些，让门到门的接驳时间更短一些。”

不过，陈小鸿也坦言，轮轨系统已有100多年历史，且在我国已有一张覆盖非常好的网络，因此，时速600公里高速磁浮需要在现有综合交通体系内寻找到它的位置，比如在重要的走廊带上，是否会有速度的互补性、有运力需要填充等。“作为后发的系统，要寻找到它的发展空间还是有一定的难度，公众在接受度、认识度上也会有一点点欠缺。”陈小鸿说。

此外，磁浮列车总避不开讨论电磁辐射的话题。对此，陈小鸿强调，其实磁浮列车的电磁辐射比看电视更低，甚至还不如打手机。原因在于磁浮列车是抱轨运行，提供动力的电磁场均锁定在内部。“目前大家对它的认知熟悉程度还不够，缺乏宣传会给工程推广带来一定的困难。”陈小鸿说

接下来可能在国内推广吗

记者注意到，高速磁浮在全球范围内并没有得到很大面积推广，对此，陈小鸿认为，“作为一个后发的系统要寻找它合适的空间，不是一件非常容易的事情。”

她解释称，虽然磁浮最早发源地在德国，但德国的国土面积小，大约相当于中国的一个省，且欧洲铁路发展最早最成熟，在欧洲几乎很难找到一些有足够客流的大城市聚集带，且距离足够长到要用时速500公里左右的速度才能达到需求。

她回忆，现在每两年开一次的国际磁浮会议，其中最积极的国家包括巴西、俄罗斯、德国，本来今年在中国开，“巴西在自主研发自己的系统，俄罗斯也在做磁悬浮货运系统，美国有马斯克在推1000公里时速的胶囊列车，中国当然当仁不让，也非常积极地去推动，而且中国的国土面积需要有一个更高速的系统。”

陈小鸿提到，对国土面积较小的国家来讲，的确没有这个高速连接需要。但这里要说到日本，日本虽然国土面积不大，但国家经济的大部分都集聚在太平洋沿岸城市群，即东京到大阪的城市带。在1964年东海道新干线通车3年后，自1967年就开始筹划东海道磁浮新干线，2017年正式开工建设、2027年东京至名古屋段建成。因为其在这个走廊带上有足够的、不同速度要求的客流需求。

试验样车内部。

那么，时速600公里磁浮的研发是否意味着是接下来可能在国内推广的一个起点？

对此，陈小鸿认为，这是一个重要的里程碑，“要真正做工程实施，一定要有能够自主研发、能够有完整生产能力的体系。现在这一款车设计是按照600公里时速的要求来设计的，这应该说是一个很重要的起点，它标志着我们有能力去做这个车。除了车以外，其他系统同时也在研发，最终要把它集成为一个完整的系统，能够达到600公里的时速，这是我们的目标。”

“我个人的观点是，随着整个系统和技术的成熟，高速磁浮一定会在我们国家开始投入应用，只不过在哪条线上先做、在什么时候做还是问题，做本身不是问题。”陈小鸿说。

为何还需要时速600公里高速磁浮

在相对完善的高速铁路网下，为什么我国还需要时速600公里的高速磁浮？

陳小鸿认为，尽管目前高铁网在某些走廊上还有一点提速的空间，但不会太大。现在粤港澳、京津冀、长三角等城市群，的确有快速联系的时间需求。此外，在重要的走廊上，光有一条高铁是不够的，将来的京沪，包括整个沿海大通道，从整个客流需求上都有增加线路、提高运力的要求。

“问题是再去造一条同样速度、同样能力的一模一样的线路，还是说提供给客流有分层选择，就像飞机和铁路各有分工一样。”陈小鸿说。

目前，飞机的巡航速度在时速800公里左右，高铁在时速300公里左右，磁浮时速定在500～600公里，便既能补充重要走廊上的能力不足，还能够提供一个差异化的服务。

“我不认为高速磁浮会与高铁网络产生冲突，这一点在交通业内是达成共识的。”陈小鸿解释称，在服务群体上，高速磁浮与高铁没有冲突，在重要的干线走廊上，在已经有了高铁的情况下，磁浮是对通道运力的补充，是对速度区段的填充。

“从目前来讲，建设落地肯定是要跟着市场走、跟着需求走，有需要就去建，而不是在一开始就想要做一张大网络，不会用这种方式去考虑。”陈小鸿表示，高速磁浮未来实际上会是一种走廊型、自然形成的局部网络，这是目前能够看到的它的未来应用场景。

陈小鸿表示，比如长三角一体化，肯定是要在交通的便利化、同城化下才能真正做到一体化。此外，在城市群的内部，也有半小时可达范围、一小时大都市圈等需要，实际上也需要更高速度的运输系统来提供服务。

造价会比轮轨高很多吗

陈小鸿表示，从经济的角度来说，高速磁浮的造价不会比轮轨高很多，且成本不仅仅包括建设成本，还包括长期的运行维护成本，需要同线路同等条件下来做比较才有意义。

陈小鸿举例称，东京到大阪的磁浮新干线在建设前做过仔细研究，整体来讲，磁浮成本比轮轨高10%多，“从这点来说，高速磁浮的确不能算是一个很昂贵的不能接受的系统，虽然整个建设运营成本会高一些，但往返时间缩短也有社会经济价值。以京沪为例，若未来京沪间使用磁浮运行，时间可以缩短到3小时。”

那么，这是否意味着未来磁悬浮在我国大规模投入商业运营是可能的？

对此，陈小鸿表示，目前还很难说是否能大规模投入商业运营，但我们国家会坚定不移地在高速磁浮的产业化与工程化应用上走下去，“这是毋庸置疑的。”

我国之所以启动时速600公里高速磁浮项目的研究，陈小鸿表示，主要出于两点考虑，一是国家需要，二是技术研发。

在国家需要方面，时速600公里高速磁浮项目首先要服务于我国的经济社会发展，即我国地理空间尺度的确需要这一速度段的载运工具，成为综合交通系统的一部分，使各种交通方式能够互补并互相衔接。

在技术研发方面，交通运输任何一代的新技术，都会对相关技术产生非常大的引领和带动作用。“看上去是研制一个新的交通工具，其实是让我们国家交通行业的整个研发能力、产业体系不断迭代更新，不断向前走。600公里时速的磁浮系统，不仅仅局限于磁浮技术本身，还会对关联的新技术、新材料应用等带来很重要的引领和贡献。”

据中国中车方面介绍，时速600公里高速磁浮交通系统的研制，是科技部国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项课题。该项目由中国中车组织，中车四方股份公司技术负责，联合30余家企业、高校、科研院所共同攻关，目的是攻克高速磁浮核心技术，研制具有自主知识产权的时速600公里高速磁浮工程化系统，形成我国高速磁浮产业化能力。

二十年的坚持

陈小鸿表示，能够取得今天这样的重要突破，源自在科技部、上海市等各方力量的坚定支持下，同济大学磁浮交通工程技术研究中心与国内一大批科研团队，坚持20年，坚持自主创新、紧密合作，为今天高速磁浮系统研发及工程化研究奠定了坚实的基础。

早在2000年，为支持世界上首条商业运营的高速磁浮线——往返于上海地铁龙阳路站与浦东国际机场的上海高速磁浮示范运营线，科技部支持筹建了国家磁浮交通工程技术研究中心，开展磁浮交通技术的国产化和创新研究。

磁浮中心在“十五”期间组织科研团队，自主研发建成了位于同济大学嘉定校区的这条高速磁浮试验线，该1.5公里长的试验线是目前世界上唯一一条在用的常导长定子磁浮交通系统综合试验线，可为高速磁浮交通技术的研发、系统集成、软件调试、部件性能考核与改进提供试验条件。

“十一五”研制了时速500公里的国产化样车（一列4节）并用于上海高速磁浮示范线，形成直线电机、道岔等设备和材料的国产化能力，当时筹划沪杭线、上海两个机场之间的快线，有一个“小高潮”。“十二五”期间，以保障上海高速磁浮示范线稳定运行为目标，开展了系统研发替代进口关键零部件和维护检测设备的工作。有了科研的有力支持，在无返厂大修情况下保障了上海高速磁浮示范运营线近18年的持续安全稳定运行。同时，持续完善试验平台，形成能够支持对自主研发磁浮系统开展集成试验与功能验证的能力。

中車四方联合同济大学等研究单位开展此次试验。

“十三五”期间，国家继续为高速磁浮设置重点研发计划项目，中国中车组织、中车四方股份公司负责时速600公里高速磁浮交通系统研究，同济大学承担“高速磁浮交通系统关键技术仿真验证与优化设计研究”“高速磁浮交通系统运行环境与影响因素分析及系统服役性能与环境可靠性关键技术”“复杂环境下列车—轨道—隧道多元耦合与控制”等研究课题，继续研究车辆如何优化、控制系统接口间配合，研究如何形成检验各类系统的能力，车轨关系与轨道高精度快速检测技术，以及设施设备的长期服役性能等工程化、产业化的关键技术和前瞻性技术。

除了时速600公里高速磁浮项目的研究工作和试验外，磁浮中心也作为核心单位之一，在开展低真空管道磁浮的前期研究工作。此外，磁浮中心还自主研发了位于上海临港新城、总长1.72公里的中低速磁浮工程化试验线。