高速磁懸浮是超復(fù)雜大型系統(tǒng)工程。2021年7月20日，時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng)正式在青島下線。按照項(xiàng)目推進(jìn)計(jì)劃，目前亟須建設(shè)一條工程試驗(yàn)線，以完成達(dá)速試驗(yàn)，盡快實(shí)現(xiàn)工程化落地。廣東、浙江、成渝、安徽……我國(guó)首條高速磁懸浮線會(huì)花落何地?

人間四月，草長(zhǎng)鶯飛。

中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱中車四方)廠內(nèi)調(diào)試線上，高速磁懸浮項(xiàng)目技術(shù)總師、中車四方副總工程師丁叁叁正與團(tuán)隊(duì)人員一起，按試驗(yàn)計(jì)劃，對(duì)時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng)進(jìn)行全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試和驗(yàn)證優(yōu)化工作。

一列5節(jié)編組的磁懸浮列車在調(diào)試軌道上穩(wěn)穩(wěn)起跑，流線型車頭、藍(lán)灰相間的車身，科技感十足。試驗(yàn)人員正通過(guò)一項(xiàng)項(xiàng)精準(zhǔn)調(diào)試，讓整套磁懸浮系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)。

600公里磁懸浮項(xiàng)目推動(dòng)情況如何?我們何時(shí)能坐上時(shí)速600公里磁懸浮列車?

一種新興的高速遠(yuǎn)距離交通模式

自工業(yè)革命起，人們遠(yuǎn)距離出行的交通方式逐漸發(fā)展為輪軌鐵路、現(xiàn)代航運(yùn)、高速公路與航空，并持續(xù)至今。

還有沒(méi)有新的交通模式?

“在安全前提下，人類對(duì)以速度換空間的交通技術(shù)的追求永無(wú)止境。”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組組長(zhǎng)、北京交通大學(xué)教授賈利民說(shuō)。

1922年，德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾從列車受到的很大阻力來(lái)自車輪與輪軌摩擦這一原理中得到啟發(fā)，想到：若列車懸浮于軌道之上，不就跑得更快嗎?1934年，赫爾曼獲得世界第一項(xiàng)磁懸浮技術(shù)專利。

磁懸浮利用的基本原理是“同性相斥、異性相吸”電磁懸浮原理，以磁鐵對(duì)抗地心引力，使車輛懸浮，再利用電磁力引導(dǎo)，推動(dòng)列車前行。

“自20世紀(jì)60年代始，德國(guó)、日本等主要發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展大規(guī)模磁懸浮交通研究，技術(shù)路線分別是常導(dǎo)和超導(dǎo)。”中國(guó)工程院院士錢清泉說(shuō)，前者利用電磁吸力，后者利用電動(dòng)斥力，實(shí)現(xiàn)列車懸浮于軌道。

德國(guó)先后研發(fā)出9代TR系列磁懸浮列車，1999年其研制出的TR08列車，完成了時(shí)速450公里高速試驗(yàn)，達(dá)到工程化應(yīng)用水平。

21世紀(jì)初，中國(guó)開(kāi)始把眼光瞄向這個(gè)交通新模式。

2002年12月31日，由中德聯(lián)合建設(shè)、采用常導(dǎo)技術(shù)建成的上海高速磁懸浮示范線通車，全長(zhǎng)30公里，最高運(yùn)行時(shí)速430公里，最高試驗(yàn)時(shí)速501公里，并于2006年4月正式運(yùn)營(yíng)。這也是世界首條商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的磁懸浮示范線。

“列車竟然沒(méi)輪子，而是懸浮在軌道上面，太魔幻了!”第一次乘坐這條磁懸浮線時(shí)產(chǎn)生的震撼，至今令上海市民徐巖記憶猶新。

“基于這條示范線，我國(guó)開(kāi)展了常導(dǎo)技術(shù)的長(zhǎng)期自主創(chuàng)新和技術(shù)積累，基本消化吸收了常導(dǎo)高速磁懸浮的技術(shù)理論問(wèn)題。”錢清泉說(shuō)。

自主創(chuàng)新隨即開(kāi)啟。

2016年10月21日，科技部啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃先進(jìn)軌道交通重點(diǎn)專項(xiàng)——時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目。項(xiàng)目獲批中央財(cái)政資金3.63億元，總投入資金超過(guò)30億元，是“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃投入最大的一個(gè)重點(diǎn)專項(xiàng)。

“項(xiàng)目采用常導(dǎo)技術(shù)路線，瞄準(zhǔn)工程化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用問(wèn)題，研發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng)。項(xiàng)目由中國(guó)中車組織、中車四方牽頭承擔(dān)，匯集了國(guó)內(nèi)磁懸浮、高鐵領(lǐng)域的‘國(guó)家隊(duì)’，30多家行業(yè)優(yōu)勢(shì)高校、科研院所和企業(yè)‘產(chǎn)學(xué)研用’聯(lián)合參與。”丁叁叁說(shuō)。

與此同時(shí)，德、日兩國(guó)磁懸浮研究也在加速進(jìn)行。

“日本于2015年在山梨磁懸浮試驗(yàn)線創(chuàng)載人運(yùn)行時(shí)速603公里世界紀(jì)錄，計(jì)劃于2027年開(kāi)通磁懸浮中央新干線;德國(guó)已于2009年完成新型磁懸浮列車測(cè)試，最高時(shí)速550公里。”錢清泉說(shuō)。

作為高精尖技術(shù)集大成者，高速磁懸浮是一項(xiàng)復(fù)雜的超級(jí)工程，需要跨過(guò)一道道難度極高的技術(shù)門檻。

僅一項(xiàng)懸浮導(dǎo)向，就需要突破大量關(guān)鍵核心技術(shù)。

列車懸浮軌道上的間隙，需穩(wěn)定在10毫米左右，而對(duì)于超高速運(yùn)行，空氣擾動(dòng)和線路不平順等因素的激擾給懸浮導(dǎo)向等系統(tǒng)帶來(lái)極嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。讓130多米長(zhǎng)、300多噸重、5節(jié)編組的磁懸浮列車懸浮于軌道上，并以時(shí)速600公里“貼地飛行”，將是軌道交通技術(shù)的劃時(shí)代創(chuàng)新。

為讓列車“浮得穩(wěn)”，研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了封閉式攻關(guān)。在長(zhǎng)達(dá)13個(gè)月的時(shí)間里，團(tuán)隊(duì)成員吃住在現(xiàn)場(chǎng)，平均每天工作14個(gè)小時(shí)，前后試驗(yàn)4000多次，終于撥云見(jiàn)日，研發(fā)出了完全自主化的高精度、高穩(wěn)定性懸浮導(dǎo)向系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)時(shí)速600公里高速磁懸浮工程化應(yīng)用，需挑戰(zhàn)磁懸浮跨江穿山高速運(yùn)行、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、高強(qiáng)度車體、牽引制動(dòng)、低延時(shí)通信、長(zhǎng)途多分區(qū)多車輛全自動(dòng)追蹤、任意點(diǎn)停車、減震降噪等一系列技術(shù)難題。

以氣動(dòng)設(shè)計(jì)為例。當(dāng)磁懸浮列車時(shí)速達(dá)到600公里，車體受到的氣動(dòng)壓力急劇攀升，是目前時(shí)速350公里高速列車的10倍，同時(shí)氣動(dòng)噪聲的攀升呈6—7次方增長(zhǎng)，設(shè)計(jì)難度挑戰(zhàn)極大。歷經(jīng)5年，通過(guò)1680余項(xiàng)仿真計(jì)算、4250余項(xiàng)地面臺(tái)架試驗(yàn)和500余項(xiàng)線路試驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)啃下了一塊又一塊“硬骨頭”。

梅花香自苦寒來(lái)。一份具有國(guó)際先進(jìn)水平的優(yōu)秀答卷脫穎而出。

懸浮系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)、間隙波動(dòng)控制在±4毫米范圍內(nèi)、氣動(dòng)阻力降低17%、氣動(dòng)噪聲降低4分貝、車體強(qiáng)度提高2倍、厘米級(jí)高精度停車、毫秒級(jí)低時(shí)延車地通信……

2018年，時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng)技術(shù)方案通過(guò)專家評(píng)審;2019年，試驗(yàn)樣車下線;2020年，試驗(yàn)樣車在上海同濟(jì)大學(xué)試驗(yàn)線上成功試跑，完成7大類204項(xiàng)功能試驗(yàn)，安全性、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求;2021年1月，研制出成套系統(tǒng)并開(kāi)始聯(lián)調(diào)聯(lián)試。2021年7月20日，時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng)正式在青島下線。

“經(jīng)過(guò)近20年的持續(xù)研究和技術(shù)積累，我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了高速磁懸浮全系統(tǒng)的自主研制能力，形成了成套工程化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自主可控的產(chǎn)業(yè)配套能力。”中國(guó)工程院副院長(zhǎng)、中國(guó)科協(xié)副主席何華武表示，我國(guó)高速磁懸浮已從研發(fā)階段進(jìn)入高速線路試驗(yàn)階段，將逐步過(guò)渡到示范運(yùn)營(yíng)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。

立體交通和城市發(fā)展的新角色

在蓬勃興起的新一輪技術(shù)革命中，高速磁懸浮或?qū)⒄紦?jù)一個(gè)重要角色。這項(xiàng)代表當(dāng)今世界軌道交通建設(shè)最高水平的技術(shù)，已進(jìn)入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。

2019年9月，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，提出“開(kāi)展時(shí)速600公里級(jí)高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)儲(chǔ)備研發(fā)”;2021年2月發(fā)布的《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，提到“研究推進(jìn)超大城市間高速磁懸浮通道布局和試驗(yàn)線路建設(shè)”。

“工業(yè)革命以來(lái)，創(chuàng)新都是交通、通訊、能源三者結(jié)合。第一次工業(yè)革命是火車、煤炭、電報(bào)結(jié)合;第二次工業(yè)革命是汽車、電話、石油結(jié)合;第三次工業(yè)革命是飛機(jī)、高鐵以及傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合。”參與《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》及相關(guān)規(guī)劃編制工作的中國(guó)城市中心總工程師、國(guó)土產(chǎn)業(yè)交通規(guī)劃院院長(zhǎng)張國(guó)華認(rèn)為，這一次新的革命是以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代表的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G，以及超高速磁懸浮為代表的更加高效的綜合交通跟互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合。

2021年3月21日，交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于下達(dá)2021年交通運(yùn)輸戰(zhàn)略規(guī)劃政策項(xiàng)目計(jì)劃的通知》，其中“計(jì)劃開(kāi)展京滬磁懸浮高速鐵路工程研究”引起人們的特別關(guān)注。

“時(shí)速600公里的高速磁懸浮可填補(bǔ)高鐵和航空運(yùn)輸之間的速度空白，形成包括航空、高鐵、高速磁懸浮和城市交通的速度梯度更加合理、高效、靈活便捷的多維交通架構(gòu)。”賈利民說(shuō)。

據(jù)《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，我國(guó)將建設(shè)4大國(guó)際性綜合交通樞紐集群：分別是京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)和成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈。涵蓋20個(gè)左右國(guó)際性綜合交通樞紐城市，80個(gè)全國(guó)性綜合交通樞紐城市和一大批國(guó)際性樞紐港站、全國(guó)性樞紐港站。

“依實(shí)際旅行時(shí)間計(jì)算，在1500公里運(yùn)程范圍內(nèi)，高速磁懸浮是最快的交通方式，能大幅縮短旅行時(shí)間，重塑時(shí)空觀念。”丁叁叁說(shuō)。

以北京至上海為例，搭乘時(shí)速600公里的高速磁懸浮列車，加上旅途準(zhǔn)備時(shí)間，兩地通行僅需3.5小時(shí)左右。京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、成渝、長(zhǎng)江中游城市群“五極”經(jīng)濟(jì)圈之間，2000公里范圍，4小時(shí)內(nèi)通達(dá)。

以時(shí)速600公里高速運(yùn)行，磁懸浮列車的安全性、能耗及舒適度如何?

“列車和軌道間采用‘車抱軌’結(jié)構(gòu)，磁懸浮系統(tǒng)不存在脫軌問(wèn)題。”賈利民說(shuō)，而磁懸浮系統(tǒng)的電磁相互作用，決定了其不可能產(chǎn)生對(duì)人有傷害的電磁泄漏。經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試和評(píng)估，它產(chǎn)生的輻射甚至不如一個(gè)微波爐。

由于無(wú)輪軌接觸，當(dāng)磁懸浮列車以時(shí)速600公里運(yùn)行時(shí)，車外100米處的噪聲滿足居民住宅區(qū)的限值要求;車內(nèi)噪聲值等同客機(jī)巡航時(shí)客艙中部噪聲。

采用電磁懸浮，耗電量是否更高?“恰恰相反，高速磁懸浮能耗與大多人想的不一樣，其系統(tǒng)綜合效率與高鐵相當(dāng)，全系統(tǒng)耗電量并不高，是一種綠色環(huán)保的交通工具。”中國(guó)工程院院士樂(lè)嘉陵說(shuō)，據(jù)有關(guān)專家測(cè)算，在350公里速度等級(jí)下，高速磁懸浮人均百公里能耗3.5度電，與復(fù)興號(hào)高鐵相當(dāng)。當(dāng)高速磁懸浮以時(shí)速600公里運(yùn)行時(shí)，人均百公里能耗約為航空的二分之一。

工程化落地尚需“臨門一腳”

高速磁懸浮是超復(fù)雜大型系統(tǒng)工程，必須遵循“基礎(chǔ)理論研究、原理樣機(jī)研制、系統(tǒng)工程技術(shù)研究、工程樣機(jī)研制、線路工程試驗(yàn)驗(yàn)證、示范應(yīng)用系統(tǒng)考核、商業(yè)運(yùn)營(yíng)推廣”的研發(fā)流程。

“按照項(xiàng)目推進(jìn)計(jì)劃，目前亟須建設(shè)一條工程試驗(yàn)線，以完成達(dá)速試驗(yàn)。”丁叁叁說(shuō)。

已有的上海磁懸浮線能做600公里磁懸浮試驗(yàn)線嗎?

“這條線路一是距離短，僅30公里，達(dá)不到進(jìn)行時(shí)速600公里試驗(yàn)條件;二是線路工況簡(jiǎn)單、無(wú)江河山川環(huán)境，僅為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短途運(yùn)輸。”國(guó)家磁浮交通工程技術(shù)研究中心副主任、同濟(jì)大學(xué)教授黃靖宇解釋道。

“上海線使用的牽引運(yùn)控等核心技術(shù)非國(guó)產(chǎn)，而600公里磁懸浮試驗(yàn)線還需要對(duì)我國(guó)自主研發(fā)的牽引供電、運(yùn)控通信系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。”中國(guó)工程院院士吳光輝補(bǔ)充說(shuō)。

針對(duì)建設(shè)試驗(yàn)線初期投資大的問(wèn)題，丁叁叁從技術(shù)角度闡釋了自己的觀點(diǎn)。

“懸浮式交通系統(tǒng)初期投資可能會(huì)比輪軌方式高，但懸浮式交通系統(tǒng)沒(méi)有接觸，沒(méi)有摩擦，沒(méi)有磨耗，它屬于模塊化設(shè)計(jì)，本身維護(hù)量很少，所需維護(hù)人員僅為輪軌方式的1/10左右。”丁叁叁認(rèn)為，上海磁懸浮示范線已運(yùn)行20年，至今沒(méi)經(jīng)歷一次大修。從全生命周期角度來(lái)看，高速磁懸浮的經(jīng)濟(jì)性很顯著，而且線路成網(wǎng)后，運(yùn)價(jià)也會(huì)降下來(lái)。

事實(shí)上，中國(guó)的高鐵建設(shè)投融資模式，或可為未來(lái)高速磁懸浮的發(fā)展提供借鑒。

中國(guó)高鐵建設(shè)歷經(jīng)由財(cái)政撥款、銀行貸款至投資多元化的融資階段。面對(duì)高鐵對(duì)經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大拉動(dòng)作用，多方投資意愿逐漸強(qiáng)勁。2020年7月，為加快推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展，國(guó)家發(fā)改委等多部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于支持民營(yíng)企業(yè)參與交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》。

2022年1月8日，我國(guó)首條民營(yíng)控股高鐵——杭臺(tái)高鐵通車運(yùn)營(yíng)。這個(gè)線路長(zhǎng)269公里、總投資449億元的高鐵項(xiàng)目，民營(yíng)占股51%，其通車運(yùn)營(yíng)被認(rèn)為是中國(guó)鐵路改革里程碑式的事件。

首條高速磁懸浮線將花落何地

近年來(lái)，國(guó)家接連發(fā)布多個(gè)重大規(guī)劃，擘畫發(fā)展藍(lán)圖，各地交通布局隨即加快“落子”，新興的交通模式——高速磁懸浮成為熱門選項(xiàng)。

2018年4月，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于支持海南全面深化改革開(kāi)放的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出建設(shè)中國(guó)(海南)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)。借此東風(fēng)，海南省很快研究了?？诘饺齺喰陆ㄜ壍澜煌ǖ谋匾院涂尚行?，時(shí)速600公里高速磁懸浮列車被列入備選方案。

作為中國(guó)最早開(kāi)啟改革開(kāi)放的熱土，南粵大地步子邁得似乎更大。

自2019年2月18日中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》后，粵港澳大灣區(qū)在建設(shè)“軌道上的大灣區(qū)”的路上加速奔跑。當(dāng)年2月，廣東省自然資源廳公布了《廣東國(guó)土空間規(guī)劃》(2020—2035年)，除傳統(tǒng)的地鐵、輪軌高鐵，首次提出預(yù)留建設(shè)滬(深)廣高速磁懸浮通道。

實(shí)際上，粵港澳大灣區(qū)規(guī)劃建設(shè)磁懸浮交通早已開(kāi)始。“中國(guó)工程院作為牽頭組織相關(guān)方，正在開(kāi)展《管(隧)道磁懸浮交通發(fā)展戰(zhàn)略研究》《大灣區(qū)高速磁懸浮鐵路預(yù)可研》等重大課題研究，并對(duì)粵港澳大灣區(qū)廣深港通道建設(shè)高速磁懸浮鐵路先行路段，開(kāi)展工程預(yù)可行性研究。”何華武透露。

作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)最強(qiáng)的區(qū)域，上海、杭州對(duì)新技術(shù)的追逐更勝一籌。2019年12月，中共中央國(guó)務(wù)院發(fā)布《長(zhǎng)三角洲區(qū)域一體化發(fā)展綱要》，其中交通項(xiàng)目部分表示“長(zhǎng)三角將積極審慎地開(kāi)展滬杭磁懸浮項(xiàng)目規(guī)劃研究”。隨即，浙江省于2021年4月17日正式對(duì)外宣布，將在上海至杭州間建設(shè)磁懸浮超級(jí)高鐵。

隨著《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》的發(fā)布，地處內(nèi)陸的成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈，首次與京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)一起，并列為“四極”。加快兩地交通建設(shè)，成為當(dāng)之無(wú)愧的引擎。2019年，成都出臺(tái)《東部新城綜合交通規(guī)劃》，提出將預(yù)留成渝600—800公里/小時(shí)超高速磁懸浮建設(shè)通道。

除以上熱門區(qū)域，嘗到高鐵強(qiáng)勁拉動(dòng)甜頭的安徽省，也將眼光瞄上了高速磁懸浮。

G60科創(chuàng)走廊，為上海、嘉興、杭州、金華、蘇州、湖州、宣城、蕪湖、合肥9個(gè)城市形成的區(qū)域發(fā)展帶。2021年4月，安徽省印發(fā)《安徽省貫徹落實(shí)長(zhǎng)江三角洲交通運(yùn)輸更高質(zhì)量一體化發(fā)展規(guī)劃實(shí)施方案》，提出研究G60科創(chuàng)走廊高速磁懸浮交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)間內(nèi)1小時(shí)通達(dá)。該方案給出了建設(shè)高速磁懸浮的具體時(shí)間表，計(jì)劃在“十四五”期間實(shí)施。

面對(duì)全國(guó)各地的積極規(guī)劃，首條線路將落地何處?

賈利民認(rèn)為，盡管各地都在積極規(guī)劃布局，但要實(shí)現(xiàn)時(shí)速600公里高速磁懸浮的真正落地，國(guó)家層面出臺(tái)具體的線路規(guī)劃可能是最重要的。盡快規(guī)劃出一條適合的試驗(yàn)線，進(jìn)行達(dá)速和運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)，將有助于使高速磁懸浮盡快進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)階段。

關(guān)鍵詞： 高速磁懸浮交通系統(tǒng) 國(guó)內(nèi)首條高速磁懸浮線 磁懸浮列車最高時(shí)速 關(guān)鍵核心技術(shù)新突破