中国发展磁浮交通的条件及前景，本文主要内容关键词为：中国论文,前景论文,条件论文,磁浮论文,交通论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
前言
近20年来，国外磁浮技术应用于现代交通，并成为高科技的现代地面交通运输方式，已取得突破性的进展。从磁浮原理性试验研究步入磁浮运行技术的试验，进入进行商业性的综合技术运行试验。
德国的常导高速磁浮列车技术的成熟，立法和将修建商业运营线，以及日本的超导高速磁浮列车技术和综合运行试验，都以时速500公里的速度向世人展示技术的成熟，并证实能为下个世纪人类社会提供全新的高速地表交通工具。
一、世界两大体系（常导、超导）高速磁浮交通运输技术成熟向商业实用化推进
以德国为首的常导(EMS)高速磁浮交通运输技术经25年的研究、试验，技术成熟，达到商业实用阶段（图1所示）。
德国政府、社会确认了Transrapid(TR)系统及子系统的安全、无风险和对该系统的全面经济评估，完成了建造第一条常导高速磁浮交通运输线（柏林—汉堡）的全部审批程序。1997年4月25日德国政府通过新闻媒介向世界宣布，磁悬浮工程将继续进行。1998年建造柏林—汉堡高架（全长284公里，时速为500公里）高速磁浮交通运输线。2003年投入试运行，2004年开始正式试验运营，2005年投入商业运营。
日本独家把超导型高速磁浮交通运输技术作为一种新的交通系统向实用化目标进行开发。它经历了30年的研究、试验、开发，现正在东京—大阪间的山梨试验段上进行综合的商业运行检验试验。目前试验速度已达到550公里／小时。为此日本成立了超导磁浮高速列车实用化评价委员会。根据试验的初步结果，实际已开始准备将山梨线18.4公里高速磁浮交通运输试验线延伸至42.8公里的工程建设。
由德国、日本分别获得的常导（500公里／小时）和超导（550公里／小时）两大不同体系的高速磁浮交通运输技术的试验证实，其技术成熟，经济、安全、可靠而进入实用阶段。它提供了介于高速轮轨（350公里／小时）和航空（800公里／小时）之间的(350～550)公里／小时这一速度范围内经济、技术最佳的陆上交通工具。它由非接触式电磁悬浮和驱动系统代替传统铁道的轮轨功能，是现代交通的一次革命。它的发展无可置疑地将成为21世纪保护地球环境，符合人类工程的高速陆上新交通工具。
二、磁浮交通运输的技术经济性能
1.作为陆上交通，试验已证明磁浮列车爬坡能力强，它可根据所需推力的要求（如上坡和加速段）设置供电和线圈的电磁推力，保证实现与平道同样的运行速度，提高线路通过能力。（铁路的爬坡能力取决于轮轨能力）。即高速（常导、超导）均可实现10%的坡道上不减速运行，为常规铁路设置坡度1.2%～4%的2.5倍。低速常导70～100公里／小时，最大坡度7%，适用于城市交通。因而适应复杂地形，减少隧道开挖，由此节省投资。
2.磁浮交通线曲线半径小，由于磁浮交通线通过曲线时，存在有自导向力，克服高速离心力的作用，保持车体垂直位于线路中央。据德国测定磁浮列车在300公里／小时时速时，曲线半径1590米，是常规铁路（5100～7000米）的1/3，磁浮列车400公里／小时时，最小曲线半径允许2825米，由此选线建设减小了地貌的限制，有利于土地利用。
3.磁浮交通线占地少，德国提供资料，常规铁路每米轨占地13.7平方米，磁浮交通线复线每米轨占地11.8平方米，高架7.9平方米／米，同距离线路磁浮交通线较轮轨铁路少占地10%～15%。
4.磁浮交通线安全性高。磁浮交通线不仅系统设计的安全体系完善，无机械撞击振动和机械磨损带来的不安全因素，更由于磁浮列车为抱式（德国常导）、槽式（日本超导）运行，不存在列车脱轨的问题，大大提高了运行可靠性，解决高速运行关键的安全问题（由德国提供的预测资料，磁浮交通比飞机安全20倍，比常规铁路安全250倍，比公路汽车安全约700倍）。
5.磁浮列车加速度高，启动快。德国常导磁浮列车从0→300公里／小时的加速时间仅需105秒，加速距离仅为5公里，日本超导磁浮列车加速时间为8.5秒；轮轨铁路的ICE达到同样速度需464秒，距离为30公里，在相同距离内达到同样运行速度磁浮列车提高了施行速度，缩短了旅行时间。
6.磁浮交通线利于环境保护。同样速度运行，轮轨铁路增加轮轨的撞击和弓、网的冲击，由此产生振动和增加噪音。德国测得数据（声源和测点距离25米）：
速度 轮轨铁路磁浮交通线
100km/h 89～91分贝82.5分贝
250km/h(ICE) 87～93分贝86.5分贝
300km/h(TGV)95～105分贝 93分贝
500km/h 90分贝
（平滑车体）
日本提供资料：相同速度运行，超导磁浮列车噪音比轮轨低15%。磁浮列车磁场影响（由日本超导磁浮列车测得）：
人座位上 0.01T
人在站台上（加悬梯隔离） 0.03T
车悬浮非运行时为稳定磁场 1T
运行时交变磁场（人距车>4m）0.001T
列车错车时的交变磁场（用挡磁板） 0.002T
日本国铁研究所结论：0.005T磁场照射，相当于太阳光的能量，对人体根本无害。
7.运行维修费。轮轨铁道车轮对轨道的撞击作用力与速度成3次方关系，线路的维修工作量大。磁浮交通线是非接触运行，轨道的运行维修约是常规铁路的一半。
8.能耗。德国提供的磁浮交通线
500km/h（货运）426wh/t·km
400km/h（客运）64wh/t·km
300km/h43wh/t·km
TCE71wh/t·km
250km/h时磁浮列车和TCE能耗比0.55∶0.87低速时（低于200km/h时），高速铁路与磁浮差不多。
在相同高速下，磁浮列车比ICE节能30%。
日本资料：
200km/h（新干线），29.3wh/t·km
500km/h（超导磁浮列车）90wh/t·km
在相同高速条件下，超导磁浮列车的能耗比高速轮轨减少20%。
9.投资
根据日方提供的山梨线工程投资和德方提供的柏林—汉堡线投资予以分析。
柏林～汉堡线长284公里，共设5个车站，列车间隔10分钟，每列车6节车厢，运行1小时计，投资预算见下表：
德国磁浮交通线每公里造价预计3200万马克（包括运行部分），磁浮项目总造价为89亿马克，线路部分56亿马克（含线圈，速度为450km/h），占总造价的63%。ICE线路造价5.2亿马克（速度为300km/h）。总体讲满足同样运行速度的ICE线路投资高于磁浮交通线，磁浮车辆是72500马克／座，ICE是64300马克／座，磁浮车造价高于ICE。德国在此问题上的答案：磁浮交通线为普通铁路造价的1.3倍。柏林～汉堡磁浮交通线与ICE的造价没有做过比较，因柏林～汉堡间需快速交通系统，只有磁浮交通可以达到400km/h。而高速列车的经济速度范围200～360km/h之间，这两种系统无可比性。
日本山梨线长42.8公里，隧道长35公里，占82%。
山梨线预算每公里造价70.1亿日圆。
目前已建成的18.4公里，平均每公里造价88～96亿日圆（按三合一线圈计算）。该段隧道总长占全程的90%，工程困难，变电站全套设备均算在18.4公里短线上，包括全部试件，平均造价高，当正式工程时将降低造价。按此比，日本正在建设的轮轨高速线，平均每公里造价80亿日圆，则磁浮为轮轨高速铁路的110%～120%。
由上述两国不同体系高速磁浮交通线造价预算看，磁浮交通线的造价比高速轮轨铁道不超过20%～30%。
从两国高速磁浮列车的实践和上述九方面进行综合评价，发展磁浮交通是世界陆上交通发展的必然趋势。
三、我国发展磁浮交通的初探
1.国际磁浮交通发展估计
综上所述，人们利用磁浮技术的特点，将其用于交通运输，使其产生突出优于其他交通工具，为21世纪人类带来保护环境、安全、舒适的具有特殊意义的陆上交通。这一特殊意义随德国、日本的常导和超导高速磁浮交通的建设、商用化而证实。估计到21世纪20年代后磁浮交通将得到大的发展。德国的汉堡—柏林常导高速磁浮线2004年正式投入商业运行，经3～5年的运营，整个系统得到充分的考核和暴露问题，再经10年的完善、改进、规划而得到发展。日本在本世纪末将完成山梨线全部工程（42.8公里）建设和全面的超导高速（现试验已达550公里／小时）综合检验试验及评估，在2005年（或更早一些时间）将有投入运营段与德国比美，同样经15年时间总结、改进、完善得到发展，由此带动世界的磁浮交通的全面发展。
2.我国磁浮技术研究简况
为跟踪世界磁浮技术的发展，国家科委将“磁浮列车关键技术（常导）”列入“八五”科技攻关计划；“九五”期间设立“磁浮列车重大技术经济问题研究”国家软科学研究项目，进行基础研究和经济技术分析。
磁浮列车（包括高、低速）技术研究，它涉及自动控制、计算机应用、电力电子、电磁理论、空气动力学、超导、常导技术应用，低温技术、材料学等众多学科领域的发展前沿。它又是一个庞大的系统工程，包括轨道建筑、磁浮车、供电系统’、控制和通讯工程等。高速磁浮列车技术的成熟和发展，显示了国家的综合科学技术的发展和实力。
“八五”立项研究跨出基础研究的第一步，通过低速常导磁浮车的研制，掌握了悬浮、推进、导向、控制理论技术，我国已有了最大悬浮力4吨，2转向架，3转向架的磁浮模型试验样车。在研究中建立起小规模的基础研究队伍，为进一步追踪世界磁浮技术的研究奠定基础。在此基础上“九五”期间，设立了国家软科学研究项目，其中包括“我国发展及应用高速磁浮列车重大技术经济问题研究”和“中、低速磁浮列车在城市交通中发展及应用可行性研究”。研究方式上以某线为实例，测算高速磁浮列车在我国的造价，通过比较，论证其在我国的适用性，以摸清实例线的基本情况，掌握基本数据，为发展高速磁浮列车进行准备研究。并论证国产低速磁浮列车的造价及客运能力，通过与城市快速轨道交通系统比较，探讨我国城市轨道交通的适用性。进一步评估国产低速磁浮列车技术的技术成熟程度和尚待研究解决的问题，测算其达到实用所需的投入和风险，探讨低速磁浮列车示范方案，资金筹集的途径，测算其造价及评价其可行性。
通过近几年研究，达到追踪世界磁浮技术研究，推动促进我国磁浮技术研究以及相关前沿学科的研究，建立我国磁浮列车的基础队伍，为国家有关磁浮列车问题的重大决策提供依据。我国幅员辽阔，高速发展的经济带的出现，例如长江三角洲地区经济的发展势头，预示将出现世界水平的城市群，由此带来的客流量的急增。以北京为中心的距离在2000公里范围，使介于轮轨系高速列车（最高时速350公里／小时）及航空（时速800～1000公里／小时）之间的高速磁浮列车（时速500～550公里／小时）获取不可取代的优势。我国持有的经济距离范围为发展高速磁浮交通将比在日本、欧洲更有广阔的前景。在世纪之交，考虑21世纪与我国经济发展相适应的高速磁浮交通技术，开展为时已晚的磁浮交通技术，对推动科技经济发展具有深远意义。
不可否认，在该领域我国与日本、德国相比，差距大且明显。就研究内容，我们只局限于常导短定子的起步，仅对车的主要单项进行室内研究试验，尚有待研究解决许多理论和实际问题。室内系统模型试验还没有条件进行。就工程应用讲，配套技术从供电、导轨系统、道岔等，通讯信号还没有进行专项研究，工程施工技术更是一项空白。高速领域尚未涉及。
然而，我国已跨出了基础研究的第一步，已认识了追踪研究的必要性。国际上两大体系的高速磁浮交通的技术成熟和实用化，促进了我国进一步追踪技术研究并带给有利的国际环境，有两大制式的高速磁浮交通可借鉴的样板，有可对两大制式比较的前提；对低速常导磁浮交通有可作为与城市其他交通直接进行技术经济比较的参考。
3.为追踪世界磁浮交通技术而开展储备研究的建议
(1)从常导入手，拓宽室内试验研究范围，进行具有一定实用性的低速常导试验线、车的研究。都江堰市青城山磁浮列车工程示范线已完成可行性研究，并通过专家鉴定，于1997年底动工。该示范线由国家立项，充分发挥了地方积极性，争取到国际间的技术合作。该示范线建于旅游区，完工后既可取得一定的经济效益，又具广泛宣传性。通过该线研究、设计、建造、试验，掌握该领域的高新技术的综合应用；通过实践掌握系统技术，扩大技术队伍；通过实际磁浮交通线，使更多的人认识了解新的交通及其发展，取得本国磁浮交通建设直至运营的经验，为发展中远距离磁浮交通奠定市场基础。
(2)新型交通工具的发展是和传统的交通工具的竞争比较中得以生存。中低速磁浮列车独特和有吸引力的优势是低噪音，无污染，占地面积小，造价相对较低廉，尤其是我国大城市的交通网还没有真正形成，有可与地铁进行比较的条件，这可以说是我国城市中发展磁浮交通比发达国家有利的方面。
(3)着手超导技术在交通运输中的应用研究，在室内进行超导小模型的线（车）试验装置的研制，并加速高温超导技术的应用研究，为国际合作造就自己的技术基础。
(4)进行城间高速磁浮交通的经济合理范围研究，选择相应的经济距离线的投入、产出、运输经济分析。
我国幅员广阔，有多条可进行比较和选用的客流量大，距离在500～2000公里的线，如京沪、京广、哈大、沪广、陇海等，通过经济分析，比较选择最佳磁浮线，并通过与高速铁路的投资综合比较，确定储备建设的磁浮线。如美国曾对16条城间线路高速磁浮线研究比较，确定了纽约—波士顿线为最佳投资回收盈利线，一旦高速磁浮交通技术成熟，即可建设。
“九五”期间，沪杭应用高速磁浮列车的预测，经济分析，工程方案，与轮轨高速铁路的综合比较，工程投资预算等研究，为开展上述研究打下了基础。
(5)加强国际合作
日本的低速常导和高速超导均在走向实用化，德国的常导高速将进入工程阶段，这已为世人所知。为我国发展这一技术提供了良好的范例。在前期合作的基础上，应从以下几方面入手：
·常导高速所用的传统技术较多，初看好像容易实现。由于它的悬浮高度只有10毫米，要求精确的控制技术，这就要求十分可靠的元器件和严格的工艺（包括车的机械、电气的高精度加工）特别是线路建设、导轨的加工安装精度不大于±毫米级。由于我国整体工业水平和工程质量难于达到，故加强国际合作，深入了解、掌握技术设备工艺。建议派磁浮技术领域所需的不同专业的专家、技术人员，参与国内规划同时前往德国磁浮工程中心从系统到专业的细节深入学习。
·超导磁浮列车悬浮高度是常导的10倍，为100毫米，并有自动控制性能，因此相对于常导在制造、工艺上的要求不那样苛刻。又因超导磁浮交通最高速度可达550公里／小时，还有进一步提高的可能，当高屏蔽效能高温超导替代低温超导后，降低超导磁铁的磁场影响，提高列车速度。从发展讲，超导的前景更好。可是我国的超导技术在交通系统的应用研究尚待起步。这样只有通过国际合作，在一个高的起点上向前推进，尽快的创造自身合作的基础。建议中科院牵头联合国内超导研究部门建立国内超导交通基础研究实验室，进行小模型研造。
·低速常导在我国城市交通中的应用已做了不少工作，有关城市如北京已有磁浮线选线方案及投资估计，按每公里投资2.5～3亿元的考虑，可有与地铁比选的条件。对有积极性发展磁浮交通的省、市，支持其进行规划列项。本着互惠互利原则进行国际合作，建议进一步与日本大江县CHSST公司的接触，争取车辆的无偿借用和线路建设的技术指导，以选择一大城市进行建线和车辆试验为第一步，在此基础上研制我国自己的车，取得经验，获得决策依据。
4.关于兼容问题
在进行高速轮轨铁路论证时，提出高、中速铁路的混跑问题，由此引出了高速轮轨铁路与普通铁路兼容的概念。在研讨发展高速铁路是采用磁浮高速列车还是高速轮轨列车中，又将兼容问题提出。
磁浮交通是悬浮于地面运行，跳出了轮轨的传统粘着体系的新的交通系统。它自有特点，自成系统，所以称它是陆上交通的一次革命。既然是革命，为什么一定要用传统的轨道限制它呢？人们要去认识它，掌握它，必须从传统的意识概念中跳出来。
从现实一点讲，兼容目的是什么？高速轮轨列车与普通轮轨列车的兼容是指在高速列车运行初期，运量尚未达到设计目标，高速列车对数还不多，允许适当的中速列车进入高速线，高、中速列车从速度、追踪间隔，求解都能兼容的最佳匹配。一旦高速列车达到饱和时，中速列车也就无从兼容了。这就是说轮轨系统的兼容也是有条件的，是以达到最佳运输效果为前提。高速磁浮列车速度达500公里／小时，高速轮轨列车是250～300公里／小时，现有列车是100公里／小时，它们的速差250～200公里／小时。兼容这一点从技术上讲不难做到，问题是实用价值不高。磁浮列车不应被简单地理解为更高速的列车，而应该是与轮轨铁路、飞机、汽车、轮船并行的一种独立的新型地面交通工具。
不同系统的交通，通过换乘进行有机的衔接，来达到最经济合理的快捷运输，因此加强交通系统的统筹规划，形成合理布局的大交通网，是至关重要的。