磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究

朱海軍 柴冠華

國(guó)家鐵路局規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)研究院，北京 100055

近年來(lái)，磁懸浮技術(shù)在航空航天、裝備制造、生物醫(yī)藥、家居生活等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在軌道交通工程方面得到持續(xù)發(fā)展。多個(gè)國(guó)家先后開(kāi)展了不同深度、多種制式的磁浮鐵路技術(shù)研究。磁浮鐵路作為一種新型軌道交通系統(tǒng)［1］，依靠電磁作用力實(shí)現(xiàn)列車(chē)懸浮于軌道之上，徹底改變了傳統(tǒng)輪軌鐵路利用輪軌接觸支撐方式，具有啟停速度快、振動(dòng)噪聲低、爬坡能力強(qiáng)、安全可靠等優(yōu)勢(shì)。

標(biāo)準(zhǔn)在支撐經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展、引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、規(guī)范監(jiān)督管理等方面發(fā)揮著突出作用。開(kāi)展磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究，強(qiáng)化磁浮鐵路標(biāo)準(zhǔn)頂層設(shè)計(jì)，可有效解決標(biāo)準(zhǔn)之間發(fā)展不平衡、內(nèi)容不協(xié)調(diào)、組成不合理、管理不明確的問(wèn)題。本文從工程建設(shè)角度，分析磁浮鐵路系統(tǒng)組成和工程建設(shè)涉及的專(zhuān)業(yè)構(gòu)成，提出磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)編制建議。

1 磁浮鐵路技術(shù)

1.1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展

1922年德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾提出電磁懸浮原理，開(kāi)始了磁懸浮技術(shù)探索應(yīng)用之路。20世紀(jì)60年代末以德國(guó)、日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始對(duì)磁浮鐵路技術(shù)進(jìn)行研究［2-3］。德國(guó)采用常導(dǎo)磁浮鐵路技術(shù)研制出TR01—TR04等型號(hào)中低速磁浮列車(chē)和TR05—TR08等型號(hào)高速磁浮列車(chē)，建成埃姆斯蘭高速磁浮試驗(yàn)線。日本采用常導(dǎo)磁浮鐵路技術(shù)研發(fā)了HSST系列低速磁浮列車(chē)，建成大江和東部丘陵兩條試驗(yàn)線；采用低溫超導(dǎo)磁浮鐵路技術(shù)研制出ML、MLU、MLX、L0等型號(hào)高速磁浮列車(chē)，建成山梨和宮崎兩條試驗(yàn)線。

20世紀(jì)80年代初中國(guó)開(kāi)展了大量磁浮鐵路技術(shù)研究和工程實(shí)踐［4］。中低速磁浮方面，2016年5月長(zhǎng)沙磁浮快線投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，2017年12月北京S1線投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，其最高運(yùn)行速度均為100 km/h；高速磁浮方面，2006年4月上海磁浮示范線作為首條投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的高速磁浮線建成投產(chǎn)，最高運(yùn)營(yíng)速度、試驗(yàn)速度分別為430、501 km/h。2014年研制出真空管道高溫超導(dǎo)磁浮環(huán)形試驗(yàn)線。2019年時(shí)速600 km高速磁浮試驗(yàn)樣車(chē)在青島下線，2020年在磁浮工程試驗(yàn)線上順利完成動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。這些技術(shù)成果和工程實(shí)踐標(biāo)志著中國(guó)磁浮鐵路技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)重大突破。

1.2 磁浮鐵路工程

1）系統(tǒng)組成

綜合分析上海磁浮示范線、長(zhǎng)沙磁浮快線及北京S1線的系統(tǒng)組成［5-8］，磁浮鐵路工程可分為磁浮線路、磁浮列車(chē)、供電系統(tǒng)和運(yùn)行控制系統(tǒng)四部分。

磁浮線路為磁浮列車(chē)提供行走的路徑，承受列車(chē)荷載。上部結(jié)構(gòu)為軌道，主要由導(dǎo)軌、感應(yīng)板等組成；下部結(jié)構(gòu)為支墩和基礎(chǔ)，主要指橋梁、路基等。

磁浮列車(chē)由多節(jié)車(chē)輛組合而成，每節(jié)車(chē)輛由車(chē)體、車(chē)載設(shè)備和走行機(jī)構(gòu)組成。車(chē)載設(shè)備包括蓄電池、懸浮控制器、制動(dòng)系統(tǒng)等，走行機(jī)構(gòu)包括懸浮架、電磁鐵、懸掛系統(tǒng)等。

供電系統(tǒng)主要包括變電站、沿路供電電纜和其他供電設(shè)備。其將公用電網(wǎng)110 kV的交流高壓電降壓至20、1.5 kV等［9］。

運(yùn)行控制系統(tǒng)是列車(chē)運(yùn)行管理與監(jiān)控系統(tǒng)，被譽(yù)為磁浮系統(tǒng)大腦，主要由中心調(diào)度指揮、軌旁運(yùn)行控制、車(chē)載運(yùn)行控制三個(gè)核心功能部分組成。

2）專(zhuān)業(yè)構(gòu)成

磁浮鐵路工程建設(shè)可分為勘察、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收四個(gè)階段。各個(gè)階段參建單位加強(qiáng)協(xié)調(diào)配合，多個(gè)專(zhuān)業(yè)無(wú)縫銜接，以保證在限定的時(shí)期內(nèi)保質(zhì)保量完成項(xiàng)目建設(shè)。磁浮鐵路建設(shè)中涉及線路、路基、橋涵、隧道、軌道、站場(chǎng)、牽引供電、運(yùn)行控制、信息、車(chē)輛、房建、給水排水、環(huán)保等專(zhuān)業(yè)。

2 鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系

2.1 體系架構(gòu)

隨著高速鐵路、客貨共線鐵路等傳統(tǒng)輪軌鐵路建設(shè)運(yùn)營(yíng)發(fā)展，鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形成了較為完善的體系。2017年國(guó)家鐵路局發(fā)布《鐵路標(biāo)準(zhǔn)化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》（國(guó)鐵科法〔2017〕15號(hào)），其中將鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分為鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)兩大類(lèi)，見(jiàn)圖1。鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范鐵路裝備產(chǎn)品技術(shù)要求，鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范鐵路建設(shè)技術(shù)要求。

圖1 鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)由基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、綜合標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三部分組成?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范了傳統(tǒng)輪軌鐵路術(shù)語(yǔ)、符號(hào)及制圖要求；綜合標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范了高速、城際、客貨共線、重載等不同類(lèi)型鐵路設(shè)計(jì)的總體技術(shù)要求；專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按勘察、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收四個(gè)建設(shè)階段進(jìn)行細(xì)分，涵蓋路基、橋涵、隧道、軌道、站場(chǎng)等各專(zhuān)業(yè)的具體技術(shù)要求。

2.2 體系特點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)相對(duì)合理，形成以術(shù)語(yǔ)、符號(hào)及工程制圖要求為基礎(chǔ)，以不同類(lèi)型鐵路建設(shè)總體要求為統(tǒng)領(lǐng)、以專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)要求為支撐的標(biāo)準(zhǔn)體系；②覆蓋全面，標(biāo)準(zhǔn)覆蓋鐵路工程建設(shè)勘察、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收各階段，涵蓋鐵路路基、橋梁、隧道等各專(zhuān)業(yè)，形成了協(xié)調(diào)統(tǒng)一、系統(tǒng)成套的標(biāo)準(zhǔn)體系；③基本適應(yīng)發(fā)展，滿(mǎn)足高速、城際、客貨共線、重載等不同類(lèi)型鐵路建設(shè)需求，指導(dǎo)建成京張等高速鐵路和浩吉等重載鐵路；④作用明顯，在保安全、控質(zhì)量、促融合、提效率等方面充分發(fā)揮了基礎(chǔ)性引領(lǐng)作用。

3 磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

3.1 體系定位

磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分，在推進(jìn)磁浮鐵路標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中將發(fā)揮重要作用［10-11］。構(gòu)建磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)立足服務(wù)行業(yè)發(fā)展，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的“保底線、守門(mén)檻”作用，統(tǒng)一不同速度等級(jí)磁浮鐵路技術(shù)要求，致力建設(shè)特色鮮明、系統(tǒng)完備、協(xié)調(diào)統(tǒng)一、科學(xué)先進(jìn)的磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)磁浮鐵路工程設(shè)計(jì)和裝備制造技術(shù)發(fā)展。

3.2 建設(shè)原則

①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完備，覆蓋磁浮鐵路工程各階段各專(zhuān)業(yè)，整體結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容全面；②統(tǒng)一協(xié)調(diào)高效，統(tǒng)籌發(fā)展和安全，加強(qiáng)與法律法規(guī)、政策措施的銜接配套，統(tǒng)一磁浮鐵路關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)磁浮鐵路建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理發(fā)展需要，提升互聯(lián)互通效率；③科學(xué)先進(jìn)適用，層次清晰，界面合理，考慮未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)技術(shù)發(fā)展和工程建設(shè)需求，構(gòu)建具有前瞻性、充足預(yù)留發(fā)展空間的體系框架。

3.3 體系架構(gòu)

磁浮鐵路與輪軌鐵路雖有較大差異，但在建設(shè)階段、專(zhuān)業(yè)組成等方面還是有相似之處，現(xiàn)有的適應(yīng)輪軌鐵路的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系可為建設(shè)磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系提供重要參考。根據(jù)行業(yè)監(jiān)管要求，結(jié)合磁浮鐵路工程特點(diǎn)，構(gòu)建涵蓋工程建設(shè)、裝備產(chǎn)品、運(yùn)營(yíng)服務(wù)全過(guò)程技術(shù)要求的磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

從工程建設(shè)角度分析，體系中的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)分為三層。

第一層包括基礎(chǔ)、綜合、專(zhuān)業(yè)、管理四個(gè)方面。與現(xiàn)有鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系相比，新增了管理標(biāo)準(zhǔn)，包含工程建設(shè)中可行性研究、工程監(jiān)理等內(nèi)容；基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)用于統(tǒng)一磁浮鐵路的工程術(shù)語(yǔ)、符號(hào)等；綜合標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范不同磁浮制式系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求；專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)定各專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求。

第二層是對(duì)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按建設(shè)階段和工程投資控制有關(guān)要求細(xì)分，包含勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等各建設(shè)階段的標(biāo)準(zhǔn)和造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?？睖y(cè)規(guī)定工程地質(zhì)勘察與工程測(cè)量方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收規(guī)定各自建設(shè)階段的技術(shù)要求。

第三層是對(duì)各建設(shè)階段標(biāo)準(zhǔn)及造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)再次細(xì)化。造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)從辦法規(guī)則、不同專(zhuān)業(yè)的預(yù)算概算估算及價(jià)格信息等方面對(duì)磁浮工程投資控制進(jìn)行規(guī)范；勘測(cè)階段標(biāo)準(zhǔn)明確工程地質(zhì)勘察及工程測(cè)量具體方法的應(yīng)用要求；設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收三個(gè)階段的標(biāo)準(zhǔn)均按路基、橋涵、隧道、軌道、站場(chǎng)、牽引供電、運(yùn)行控制、信息、車(chē)輛、房建、給水排水、環(huán)保等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行劃分，分別提出具體的工程建設(shè)技術(shù)要求。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)編制建議

①滿(mǎn)足磁浮鐵路建設(shè)急需，著眼引領(lǐng)行業(yè)健康發(fā)展，加快綜合性、基礎(chǔ)性、獨(dú)特性標(biāo)準(zhǔn)的制定，有序推進(jìn)磁浮鐵路勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及造價(jià)成套標(biāo)準(zhǔn)編制；②突出磁浮鐵路技術(shù)特點(diǎn)，深化磁浮鐵路與輪軌鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比研究，重點(diǎn)制定與磁浮鐵路技術(shù)關(guān)系緊密、特點(diǎn)鮮明的部分，其余與磁浮鐵路技術(shù)關(guān)聯(lián)不大的內(nèi)容，可參照現(xiàn)行鐵路行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；③統(tǒng)一關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，深入開(kāi)展磁浮鐵路軌距、限界、荷載等調(diào)研工作，合理確定技術(shù)要求，著力解決影響磁浮鐵路互聯(lián)互通建設(shè)發(fā)展的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與現(xiàn)有鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)比分析，現(xiàn)有的部分鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可直接應(yīng)用于磁浮鐵路建設(shè)，一些標(biāo)準(zhǔn)僅需要對(duì)適用范圍等局部修訂即可滿(mǎn)足建設(shè)要求。另外還需根據(jù)建設(shè)需求及時(shí)制定一批體現(xiàn)磁浮鐵路工程特點(diǎn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2019年TB 10630—2019《磁浮鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)作為鐵路行業(yè)第一項(xiàng)指導(dǎo)磁浮鐵路建設(shè)發(fā)展的綜合標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了常導(dǎo)磁浮鐵路技術(shù)要求，為規(guī)范和引領(lǐng)磁浮鐵路工程設(shè)計(jì)提供重要技術(shù)支撐。