綠色引擎：中低速磁懸浮

阮曉東

磁懸浮列車是軌道交通中的“異類”。之所以這么說，是因?yàn)榇艖腋×熊囯m然有軌道進(jìn)行方向的導(dǎo)引，然而其動(dòng)力來源卻與輪軌式列車有顯著的區(qū)別。磁懸浮列車可分為高速磁懸浮列車和中低速磁懸浮列車兩種，前者的最高時(shí)速可達(dá)到500公里以上，其速度介于干線飛機(jī)與高速輪軌列車之間；后者時(shí)速在100至120公里之間，一般適用于城市內(nèi)、近距離城市間及旅游景區(qū)的交通連接。

最近幾個(gè)月來，關(guān)于磁懸浮列車的新聞一個(gè)接一個(gè)，讓人們又將注意力集中到這種能夠“凌空飛馳”的列車上。特別是中低速磁懸浮列車，給人的感覺是飛速向大家的生活中駛來。

成為關(guān)注點(diǎn)

2013年2月，北京市宣布首條中低速磁懸浮交通線路S1線前期涉及的12個(gè)村莊拆遷工作及環(huán)境影響、安全運(yùn)營等方面的評(píng)估工作均已完成，只待審批完成即可開工。而按照國務(wù)院的意見，S1線作為中低速磁懸浮交通示范線，將實(shí)現(xiàn)門頭溝區(qū)與長安街的一脈貫通，并可極大地促進(jìn)門頭溝經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

在今年4月1日，中國工程院中低速磁懸浮交通技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究啟動(dòng)會(huì)在西南交通大學(xué)舉行。在錢清泉院士主持下，與會(huì)專家集中研討了中低速磁懸浮交通技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，包括中低速磁懸浮交通和國家交通、能源、環(huán)境和城市發(fā)展協(xié)同，中低速磁懸浮交通技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，中低速磁懸浮交通新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等。

而后，在今年6月上海舉辦的2013中國國際軌道交通展覽會(huì)上中國南車展出的商用中低速磁懸浮列車首先成為眾多城市關(guān)注的焦點(diǎn)；7月，深圳軌道交通8號(hào)線擬采用中低速磁懸浮列車的消息又受到高度關(guān)注，深圳的居民紛紛對(duì)中低速磁懸浮列車是否有磁污染、噪音大不大、造價(jià)大不大等問題對(duì)相關(guān)部門進(jìn)行了詢問。據(jù)了解，8號(hào)線一旦通過工程可行性研究報(bào)告，將成全國最長的中低速磁懸浮列車專線。此外，張家界50公里長的中低速磁懸浮運(yùn)營線也在積極推進(jìn)，而濟(jì)南、青島、洛陽等城市已將建設(shè)中低速磁懸浮線路列入“十二五”規(guī)劃。

那么，為什么低速磁懸浮交通技術(shù)在最近引起這么多的注意呢？

綠色和安全

目前，世界上很多國家的城市軌道交通已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，而中低速磁懸浮交通發(fā)展則具有獨(dú)特的市場機(jī)遇，這一點(diǎn)實(shí)際上被日本最先證實(shí)。2005年，日本建成世界上惟一的中低速磁懸浮列車運(yùn)營線——愛知線。愛知線在日本東部丘陵地區(qū)運(yùn)行，這條線路自商業(yè)運(yùn)營以來，至今已經(jīng)安全運(yùn)行了8年。而正是日本成功的工程應(yīng)用，也促使中國、美國、韓國等國家都在努力研發(fā)中低速磁懸浮列車，開展城市磁懸浮軌道交通規(guī)劃。

專家介紹說，中國磁懸浮交通已經(jīng)有了近30多年理論研究，差的只是工程實(shí)踐。為了縮短與世界發(fā)達(dá)國家的差距，自2001年開始，北京市科委先后4次立項(xiàng)持續(xù)支持中低速磁懸浮交通系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化。2010年3月，《中低速磁懸浮交通技術(shù)及工程化應(yīng)用研究》課題研究報(bào)告結(jié)題，標(biāo)志著中國成為世界上第二個(gè)掌握中低速磁懸浮列車技術(shù)的國家。當(dāng)時(shí)，中低速磁懸浮列車技術(shù)只有中國和日本掌握，美國和韓國還在研發(fā)中，而該項(xiàng)目主持單位北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司為首的工程化體系則掌握了中低速磁懸浮列車核心技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)。

據(jù)了解，中低速磁懸浮列車與傳統(tǒng)的輪軌交通車輛有很大的差別，它取消了車輪、齒輪傳動(dòng)等機(jī)械結(jié)構(gòu)，也沒有旋轉(zhuǎn)電機(jī)和傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、而是采用磁力使車輛懸浮于軌道上。由于其技術(shù)體系與原有的輪軌交通有了顯著的不同，特別是磁懸浮列車投入商業(yè)運(yùn)營后要保證大編組、高密度運(yùn)營條件下磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性和可靠性，這就要求其具備高度的安全保障。其實(shí)在高速磁懸浮列車的運(yùn)行中，目前已經(jīng)有2006年8月份的上海磁懸浮火災(zāi)事故和2006年9月份的德國薩克森州埃小鎮(zhèn)拉滕發(fā)生的磁懸浮試驗(yàn)線列車與服務(wù)機(jī)車相撞事故的案例，那么中低速磁懸浮列車的安全性能如何呢？

業(yè)內(nèi)專家介紹說，中低速磁懸浮交通相對(duì)于輪軌交通和高速磁懸浮交通都安全得多。這主要得益于其特殊的機(jī)械特性。首先，中低速磁懸浮列車是懸浮“抱”在軌道上運(yùn)行，列車和路基一體化，所以不存在脫軌問題，在運(yùn)行中也不會(huì)發(fā)生顛覆事故，加之采用冗余結(jié)構(gòu)等措施，可確保其更安全可靠。其次，磁懸浮交通線一般采用高架系統(tǒng)，而高架交通有利于各種救援力量進(jìn)行救援。磁懸浮列車每節(jié)車都安裝了四個(gè)液壓支撐輪，一旦列車停電，列車就會(huì)由四個(gè)液壓輪支撐著落在軌道上，列車可以被前來救援的列車推走或拉走。此外，列車追尾的安全風(fēng)險(xiǎn)防范控制更可靠。磁懸浮列車在原有信號(hào)系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全的保障下，可以再增加新的防撞自動(dòng)控制系統(tǒng)，多一層防撞安全保護(hù)。最后，施工也很安全。中低速磁懸浮系統(tǒng)建設(shè)過程的安全施工比輪軌系統(tǒng)容易控制，而且建設(shè)周期短，也減少了出現(xiàn)施工安全問題的概率。

而正如深圳軌道交通8號(hào)線規(guī)劃論證過程中居民所擔(dān)心的那樣，中低速磁懸浮交通在電磁干擾、運(yùn)行噪音和造價(jià)等方面有什么特征呢？

國家863磁懸浮重大專項(xiàng)專家組副組長、北京控股磁懸浮交通研究中心總設(shè)計(jì)師常文森表示，中低速磁懸浮列車的研究和制造，涉及自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、直線推進(jìn)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、故障監(jiān)測(cè)與診斷等眾多學(xué)科，技術(shù)十分復(fù)雜，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，也是一個(gè)綠色環(huán)保的工程技術(shù)體系。常文森介紹說，中低速磁懸浮列車噪聲和振動(dòng)都很小，它的噪音只有60多分貝，不影響周圍百姓的生活。而在磁輻射方面，磁懸浮列車使用直流電電力牽引，所以無空氣污染及電磁干擾，國家規(guī)定工業(yè)環(huán)境磁輻射小于500，離磁懸浮列車3米測(cè)試，磁輻射為0.38，磁懸浮列車地板為6.1，小于電視、通訊工具磁輻射。

而在成本方面，中低速磁懸浮交通也顯示出特有的優(yōu)勢(shì)，中低速磁懸浮列車的綜合工程造價(jià)遠(yuǎn)低于高速磁懸浮列車，其中，中低速磁懸浮每公里2.3～2.8億元，輕軌每公里2.5～4.1億元，這主要是由于磁懸浮列車爬坡能力強(qiáng)，可以爬7%的大坡。利用上述特性，中低速磁懸浮交通建設(shè)可以避開需要拆遷的建筑物，還可以降低引橋造價(jià)，大大減少線路土石方工程量，減少投資。

此外，在長期使用的人工費(fèi)、設(shè)備設(shè)施的維護(hù)費(fèi)用和耗能方面其使用成本相對(duì)輪軌均降低。而中低速磁懸浮列車的綠色性能還體現(xiàn)在磁懸浮系統(tǒng)本身零部件的壽命沒有因?yàn)檎駝?dòng)而損害，整個(gè)系統(tǒng)壽命周期延長，成本攤銷時(shí)間相對(duì)延長，當(dāng)期應(yīng)攤銷成本減少。如日本名古屋線2005年3月運(yùn)營以來，到目前列車和軌道沒有進(jìn)行過機(jī)械維修，只有個(gè)別小電器插件更換過。正因?yàn)槿绱?，中低速磁懸浮交通技術(shù)可以成倍地節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營成本，比如深圳地鐵8號(hào)線規(guī)劃線路總長26.4公里，擬采用的磁懸浮制式的造價(jià)大約90億人民幣，比地鐵列車每公里節(jié)省3億元的成本。

步入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營階段

中國中低速磁懸浮列車目前已經(jīng)走過了十余年的研究和試驗(yàn)階段。在這個(gè)艱辛的過程中，中國的中低速磁懸浮列車的懸浮控制、線路工程、供電、通信信號(hào)、列車控制和運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)備已完成設(shè)計(jì)定型、工藝定型，并獲得了90多項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。

目前，中國的中低速磁懸浮列車技術(shù)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段，其標(biāo)志性事件是2005年7月，首輛中低速磁懸浮工程化樣車在唐車公司問世，并投入試驗(yàn)運(yùn)行。2008年5月，唐車公司建成了1.547公里長的中國首條中低速磁懸浮列車工程化試驗(yàn)示范線，國家科技部將其確立為國家科技支撐計(jì)劃中低速磁懸浮交通試驗(yàn)基地。目前，中低速磁懸浮列車已安全試驗(yàn)運(yùn)行7萬多公里，時(shí)速達(dá)到100公里以上，可靠性和安全性得到了充分驗(yàn)證。

而在走過了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段后，真正檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量和效果的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營階段就要登上舞臺(tái)。而為了促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營，2012年9月，住建部城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)召開3項(xiàng)中低速磁懸浮交通國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)送審稿審查會(huì)，涉及《中低速磁懸浮交通軌排通用技術(shù)條件》、《中低速磁懸浮交通道岔系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)條件》、《中低速磁懸浮交通車輛電氣系統(tǒng)技術(shù)條件》，它們與此前已經(jīng)編制和正在編制的6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，共同形成了中國中低速磁懸浮交通的基本標(biāo)準(zhǔn)體系，為中國中低速磁懸浮交通技術(shù)推廣應(yīng)用奠定了新的基礎(chǔ)。

不過中低速磁懸浮列車技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)展了30多年，但至今得到商用的線路還是很少，無論是在中國還是在其他國家。在中國目前的軌道交通規(guī)劃中，確定建設(shè)的只有北京地鐵S1線和張家界中低速磁懸浮項(xiàng)目，其中北京地鐵S1線將在今年年內(nèi)開建，擬2015年建成；而張家界簽約一期從黃龍洞景區(qū)至武陵源景區(qū)的中低速磁懸浮項(xiàng)目還未見有大的進(jìn)展；此外還有正在進(jìn)行工程可行性研究，有望明年開建的深圳磁懸浮專線，將于2018年完成。

那么，阻礙其產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營的原因是什么呢？綜合業(yè)內(nèi)的專家看法，記者得到了兩種意見，其一是盡管中低速磁懸浮列車技術(shù)的花費(fèi)并不昂貴且更有效，環(huán)境更友好，但資金投入沒有特別的優(yōu)勢(shì)。隨著國內(nèi)城市軌道交通獲批項(xiàng)目不斷增加，輕軌等項(xiàng)目的投入也在降低。另外一個(gè)意見是中低速磁懸浮列車與軌道交通相互“沖突”，“輪軌技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于高鐵，如果再推廣磁懸浮技術(shù)，需要大批資金。中國當(dāng)前顯然沒有力量同時(shí)搞兩套技術(shù)，而且兩套技術(shù)同時(shí)運(yùn)行，在技術(shù)與管理上不好操作?！敝锌圃涸菏亢戊疋诱f。雖然何祚庥沒有明確指明中低速磁懸浮列車技術(shù)的劣勢(shì)并且還為中低速磁懸浮列車說了不少好話，但顯然，要讓中低速磁懸浮列車進(jìn)入城市，相關(guān)的管理、人才培訓(xùn)、安全保障等系統(tǒng)都要建立。另外，國內(nèi)缺少應(yīng)用先例也讓人難以體會(huì)到其示范效果到底如何，“現(xiàn)在還沒看到國內(nèi)有哪一家單位能夠?qū)⑵洌ㄖ械退俅艖腋×熊嚕┳龀墒痉扼w系，所以還需要加強(qiáng)這方面的應(yīng)用研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化?！焙戊疋颖硎?。

不過，這并不表示中低速磁懸浮列車技術(shù)沒有優(yōu)勢(shì)。中低速磁懸浮列車剛剛下線不久，其靜音、零排放、較大載客量、低造價(jià)等突出優(yōu)點(diǎn)還是具有很大的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景。那么，哪些地區(qū)會(huì)首先接受這一新生事物呢？

北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室毛保華教授指出，從經(jīng)濟(jì)承載能力看，磁懸浮列車的潛在空間可以分三個(gè)層次：第一個(gè)層次包括滬寧、滬杭、京津、廣深港等通道。這些通道具有較好的需求基礎(chǔ)，而且目前交通供給還不能滿足交通需求。第二個(gè)層次包括成渝、鄭武、焦?jié)?、沈大等通道，這些通道所在地區(qū)的地方政府的經(jīng)濟(jì)承載能力略差，可以考慮在磁懸浮技術(shù)的成熟度提高、建設(shè)與運(yùn)營成本進(jìn)一步降低后再推廣。而第三個(gè)層次是在上述基礎(chǔ)上，通過積累運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，可以考慮在有經(jīng)濟(jì)承載能力的線路延建中、長距離通道，如京廣、京滬通道。通過磁懸浮技術(shù)，使一些大城市之間的距離大幅度縮短，改善城市間的出行可達(dá)性，提高服務(wù)質(zhì)量和水平。以此來看，未來，長江三角洲、珠江三角洲、京津冀地區(qū)具備建設(shè)中低速磁懸浮線路的基本條件，其市場也會(huì)首先在這些地區(qū)打開。

此外，一些專家也指出，上海已經(jīng)建成的磁懸浮機(jī)場模式也是有吸引力的，其主要背景是機(jī)場乘客可能有更強(qiáng)的價(jià)格承受能力。以此來看，中低速磁懸浮列車在一些環(huán)境要求高、選擇線路靈活的地方更具有優(yōu)勢(shì)，也更容易存活，比如在大城市中心城區(qū)的連接線路、基于機(jī)場的干道運(yùn)輸系統(tǒng)、旅游景區(qū)內(nèi)部交通觀光線路等。我們也期待著在不久的將來能看到更多的城市使用中低速磁懸浮列車作為城市軌道交通工具。