為何要建時速600公里磁浮?國家磁浮中心主任解讀
2020年06月28日08:37

  原標題:專訪國家磁浮中心主任:為何要建時速600公里磁浮,安全嗎

  6月21日,由中車四方股份公司承擔研製的時速600公里高速磁浮試驗樣車,在同濟大學嘉定校區磁浮試驗線上成功試跑,這標誌著我國高速磁浮研發取得重要新突破。

  在同濟大學高速磁浮試驗線上,試驗樣車首次進行系統聯合調試,開展了多種工況下的動態運行試驗,包括不同軌道梁以及道岔、小曲線、坡道、分區切換等,完成七大項200多個試驗項點,對懸浮導向、測速定位、車軌耦合、地面牽引、車地通信等關鍵性能進行了全面的測試。

  “在多工況試驗條件下,車輛懸浮導向穩定,運行狀態良好,各項關鍵技術指標符合設計要求,達到設計預期。”高速磁浮課題負責人、中車四方股份公司副總工程師丁叁叁表示。

  據中車四方方面介紹,此次試驗樣車成功試跑,實現了從靜態到動態運行的突破,獲取了大量關鍵數據,高速磁浮系統及核心部件的關鍵性能得到了初步驗證,為後續高速磁浮工程樣車的研製優化提供了重要的技術支持。

  據介紹,目前,時速600公里高速磁浮項目研發進展順利,試驗樣車成功試跑的同時,一列5輛編組高速磁浮工程樣車的研製也在穩步推進中,按照計劃預計在2020年底下線,屆時將形成高速磁浮全套技術和工程化能力。

  那麼,時速600公里高速磁浮是一種怎樣的交通製式?其技術先進性體現在哪裡?作為高鐵大國,為何我國還需要時速600公里高速磁浮?該項目研製的意義和目的是什麼?圍繞這些問題,近日,澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者專訪了同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院院長、(國家)磁浮交通工程技術研究中心主任陳小鴻教授,以期對時速600公里高速磁浮項目做全面深入瞭解。

  為何將指標定在時速600公里

  陳小鴻告訴澎湃新聞記者,高速磁浮交通系統可分解為4個子系統,一是線路軌道系統;二是車輛系統;三是牽引及控製系統;四是運行控製系統。

  她介紹,現在全世界面嚮應用的高速磁浮系統有三大類,一類是發源於德國、落地在上海的常導長定子系統,現在我國正在研發的時速600公里高速磁浮系統也屬於這一類系統;第二類是日本的低溫超導系統,日本正在建設的東京到大阪設計時速500公里的高速磁浮便屬於這類;第三類是管道式磁浮,目前美國、英國正在研發,這類系統設計速度更高,比如膠囊列車。

  為何我國要將高速磁懸浮的技術指標定為時速600公里?陳小鴻解釋,時速500公里和時速600公里的系統,從運營的角度來講,並沒有特別本質的區別。但時速500-600公里的運輸技術,是一個完全不同於現在高速列車的系統。速度越高,則說明技術水準越高。

  “把系統目標速度放在600公里,與我國國土空間尺度和連接核心城市間的距離也有關係。”陳小鴻表示,像日本的高速磁浮線規劃是從東京到名古屋到大阪,差不多是500公里的距離,用時速500公里系統點對點一小時內就能到。但對我們國家來講,像北京、上海、廣州這樣的核心大城市,間距在1000多公里,如果要讓大都市群相互聯繫,並且能在時間效益上發揮優勢,兩點間加上停站希望是三小時可達。

  “因此,我們國家把目標速度放在了600公里,有這個需要。當然這也給我們國家整個的工業製造水平、研發水平提出了更高的要求。”陳小鴻說道。

  時速600公里高速磁浮與輪軌優劣對比

  對比輪軌,陳小鴻認為,時速600公里高速磁浮具有6大優勢:

  一是速度更快。

  二是更高運輸速度的技術經濟性。從高速輪軌系統本身的技術能力,可以達到時速350-400公里,但存在能耗、製動安全性和長期運營維護問題。因此從技術經濟性角度,並不適宜去追求更高速度並大面積鋪開。對比而言,高速磁浮也被叫做地面飛行,在非粘著、無摩擦往前運行的情況下,適宜跑到500-600公里的速度,這是它最重要的特點和優點。

  三是適應能力更強。比起高鐵可以爬更高的坡,可以有更小的轉彎半徑,在建設的過程當中,意味著高速磁浮對地形、地貌、地勢的適應能力更強,適合我國地形複雜多變的情況。比如高速磁浮建設完全可以沿著已經建成的高速公路,不會給選線帶來很大的限製。

  四是安全、受氣候條件影響小。由於高速磁浮是抱軌運行,沒有脫軌風險。無論是颱風、暴雨甚至是雨雪冰凍,氣候條件都不會影響它的安全運行。

  五是可維護性強。高速磁浮系統的主要特色就是冗餘設計、並且具備智能運維條件,在運行過程當中,其關鍵設備部件的狀況在監控中心就可瞭解,有問題在夜間回庫時可以立即進行替換和維修。

  六是可縮短門到門的距離。儘管在達到500-600公里速度時,磁浮列車和空氣摩擦的噪聲會相對較大,但在時速200公里以下,磁浮列車的噪聲會低於輪軌列車,“所以在進站速度降下來時,磁浮其實是很安靜的系統,這也意味著可以把它的站建得離城區更近一些,讓門到門的接駁時間更短一些。”

  不過,陳小鴻也坦言,輪軌系統已有100多年曆史,且在我國已有一張覆蓋非常好的網絡,因此,時速600公里高速磁浮需要在現有綜合交通體系內尋找到它的位置,比如在重要的走廊帶上,是否會有速度的互補性、有運力需要填充等,“作為後發的系統,要尋找到它的發展空間還是有一定的難度,公眾在接受度、認識度上也會有一點點欠缺。”

  此外,磁浮列車總避不開討論電磁輻射的話題。對此,陳小鴻強調,其實磁浮列車的電磁輻射比看電視更低,甚至還不如打手機。原因在於磁浮列車是抱軌運行,提供動力的電磁場均鎖定在內部。“所以大家對它的認知熟悉程度是不夠的,缺乏宣傳會給工程推廣帶來一定的困難。”

  接下來可能在國內推廣嗎

  澎湃新聞記者注意到,高速磁浮在全球範圍內並沒有得到很大面積推廣,對此,陳小鴻認為,“作為一個後發的系統要尋找它合適的空間,不是一件非常容易的事情。”

  她解釋稱,雖然磁浮最早發源地在德國,但德國的國土面積小,大約相當於中國的一個省,且歐洲鐵路發展最早最成熟,在歐洲幾乎很難找到一些有足夠客流的大城市聚集帶,且距離足夠長到要用時速500公里左右的速度才能達到需求。

  她回憶,現在每兩年開一次的國際磁浮會議,其中最積極的國家包括巴西、俄羅斯、德國,本來今年在中國開,“巴西在自主研發自己的系統,俄羅斯也在做磁懸浮貨運系統,美國有馬斯克在推1000公里時速的膠囊列車,中國當然當仁不讓,也非常積極地去推動,而且中國的國土面積需要有一個更高速的系統。”

  陳小鴻提到,對國土面積較小的國家來講,的確沒有這個高速連接需要。但這裏要說到日本,日本雖然國土面積不大,但國家經濟的大部分都集聚在太平洋沿岸城市群,即東京到大阪的城市帶。在1964年東海道新幹線通車的三年後,自1967年就開始籌劃東海道磁浮新幹線,2017年正式開工建設、2027年東京至名古屋段建成。因為其在這個走廊帶上有足夠的、不同速度要求的客流需求。

  那麼,時速600公里磁浮的研發是否意味著是接下來可能在國內推廣的一個起點?

  對此,陳小鴻認為,這是一個重要的里程碑,“要真正做工程實施,一定要有能夠自主研發、能夠有完整生產能力的體系。現在這一款車設計是按照600公里時速的要求來設計的,這應該說是一個很重要的起點,它標誌著我們有能力去做這個車。除了車以外,其他系統同時也在研發,最終要把它集成為一個完整的系統,能夠達到600公里的時速,這是我們的目標。”

  “我個人的觀點是,隨著整個系統和技術的成熟,高速磁浮一定會在我們國家開始投入應用,只不過在哪條線上先做、在什麼時候做是問題,做本身不是問題。”陳小鴻說道。

  為何還需要時速600公里高速磁浮

  在相對完善的高速鐵路網下,為什麼我國還需要時速600公里的高速磁浮?

  陳小鴻認為,儘管目前高鐵網在某一些走廊上還有一點提速的空間,但不會太大。現在粵港澳、京津冀、長三角等城市群,的確有快速聯繫的時間需求。此外,在重要的走廊上,光有一條高鐵是不夠的,將來的京滬,包括整個沿海大通道,從整個客流需求上都有增加線路、提高運力的要求。

  “問題是再去造一條同樣速度、同樣能力的一模一樣的線路,還是說提供給客流有分層選擇,就像飛機和鐵路各有分工一樣。”陳小鴻說道。

  目前,飛機的巡航速度在時速800公里左右,高鐵在時速300公里左右,磁浮時速定在500~600公里,便既能補充重要走廊上的能力不足,還能夠提供一個差異化的服務。

  “我不認為高速磁浮會與高鐵網絡產生衝突,這一點在交通業內是達成了共識的。”她解釋稱,在服務群體上,高速磁浮與高鐵沒有衝突,在重要的幹線走廊上,在已經有了高鐵的情況下,磁浮是對通道運力的補充,是對速度區段的填充。

  “所以從目前來講,建設落地肯定是要跟著市場走、跟著需求走,有需要就去建,而不是在一開始就想要做一張大網絡,不會用這種方式去考慮。”陳小鴻表示,高速磁浮未來實際上會是一種走廊型、自然形成的局部網絡,這是目前能夠看到的它的未來應用場景。

  她表示,比如長三角一體化,肯定是要在交通的便利化、同城化下才能真正做到一體化。此外,在城市群的內部,也有半小時的可達範圍、一小時大都市圈等需要,實際上也需要更高速度的運輸系統來提供服務。

  造價會比輪軌高很多嗎

  陳小鴻表示,從經濟的角度來說,高速磁浮的造價不會比輪軌高很多,且成本不僅僅包括建設成本,還包括長期的運行維護成本,需要同線路同等條件下來做比較才有意義。

  她舉例稱,東京到大阪的磁浮新幹線在建設前做過仔細研究,整體來講磁浮成本比輪軌高10%多,“從這點來說,高速磁浮的確不能算是一個很昂貴的不能接受的系統,雖然整個建設運營成本會高一些,但往返時間縮短也有社會經濟價值。以京滬為例,若未來京滬間使用磁浮運行,時間可以縮短到三小時。”

  那麼這是否意味著未來磁懸浮在我國大規模投入商業運營是可能的?

  對此,陳小鴻表示,目前還很難說是否能大規模投入商業運營,但我們國家會堅定不移地在高速磁浮的產業化與工程化應用上走下去,“這是毋庸置疑的。”

  為何要啟動時速600公里高速磁浮項目

  之所以我國要啟動時速600公里高速磁浮項目的研究,陳小鴻表示主要出於2點考慮,一是國家需要,二是技術研發。

  在國家需要方面,時速600公里高速磁浮項目首先要服務於我國的經濟社會發展,即我國地理空間尺度的確需要這一速度段的載運工具,成為綜合交通系統的一部分,使各種交通方式能夠互補並互相銜接。

  在技術研發方面,交通運輸任何一代的新技術,都會對相關技術產生非常大的引領和帶動作用。“看上去是研製一個新的交通工具,其實是讓我們國家交通行業的整個研發能力、產業體系不斷迭代更新,不斷向前走。600公里時速的磁浮系統,不僅僅局限於磁浮技術本身,實際上還會對關聯的新技術、新材料應用等帶來很重要的引領和貢獻。”

  據中國中車方面介紹,時速600公里高速磁浮交通系統的研製,是科技部國家重點研發計劃“先進軌道交通”重點專項課題。該項目由中國中車組織,中車四方股份公司技術負責,聯合30餘家企業、高校、科研院所共同攻關,目的是攻克高速磁浮核心技術,研製具有自主知識產權的時速600公里高速磁浮工程化系統,形成我國高速磁浮產業化能力。

  二十年的堅持

  陳小鴻表示,能夠取得今天這樣的重要突破,源自在國家科技部、上海市等各方力量的堅定支持下,同濟大學磁浮交通工程技術研究中心與國內一大批科研團隊,堅持二十年,堅持自主創新、緊密合作,為今天高速磁浮系統研發及工程化研究奠定了堅實的基礎。

  早在2000年,為支持世界上首條商業運營的高速磁浮線——往返於上海地鐵龍陽路站與浦東國際機場的上海高速磁浮示範運營線,科技部支持籌建了國家磁浮交通工程技術研究中心,開展磁浮交通技術的國產化和創新研究。

  磁浮中心在“十五”期間組織科研團隊,自主研發建成了位於同濟大學嘉定校區的這條高速磁浮試驗線,該1.5公里長的試驗線是目前世界上唯一一條在用的常導長定子磁浮交通系統綜合試驗線,可為高速磁浮交通技術的研發、系統集成、軟件調試、部件性能考核與改進提供試驗條件。

  “十一五”研製了時速500公里的國產化樣車(一列4節)並用於上海高速磁浮示範線,形成直線電機、道岔等設備和材料的國產化能力,當時籌劃滬杭線、上海二個機場之間的快線,有一個“小高潮”。“十二五”期間,以保障上海高速磁浮示範線穩定運行為目標,開展了系統研發替代進口關鍵零部件和維護檢測設備的工作。有了科研的有力支持,在無返廠大修情況下保障了上海高速磁浮示範運營線近18年的持續安全穩定運行。同時,持續完善試驗平台,形成能夠支持對自主研發磁浮系統開展集成試驗與功能驗證的能力。

  “十三五”國家繼續為高速磁浮設置重點研發計劃項目,中國中車組織、中車四方股份公司負責時速600公里高速磁浮交通系統研究,同濟大學承擔“高速磁浮交通系統關鍵技術仿真驗證與優化設計研究”、“高速磁浮交通系統運行環境與影響因素分析及系統服役性能與環境可靠性關鍵技術”、“複雜環境下列車-軌道-隧道多元耦合與控製”等研究課題,繼續研究車輛如何優化、控製系統接口間配合,研究如何形成檢驗各類系統的能力,車軌關係與軌道高精度快速檢測技術,以及設施設備的長期服役性能等工程化、產業化的關鍵技術和前瞻性技術。

  除了時速600公里高速磁浮項目的研究工作和試驗外,磁浮中心也作為核心單位之一,在開展低真空管道磁浮的前期研究工作。

  此外,磁浮中心還自主研發了位於上海臨港新城、總長1.72公里的中低速磁浮工程化試驗線。這是國內第一條具備完整的線路與車輛性能綜合試驗能力的工程試驗線,已先後為國內多家單位完成中低速磁浮關鍵設備和整車測試工作。該試驗線還支持了磁浮中心為國內首條投入運行的中低速磁浮項目——長沙磁浮項目提供了包括設計、建設、系統調試和運營維護在內的全過程技術支持,並為軌道和車輛等關鍵設備的製造提供技術支撐。

  對上海的意義

  陳小鴻認為,上海在這些年圍繞高速磁浮系統所做的工程、營運與技術研究,不僅僅有直接的產品產出,更重要的是形成了紮實的基礎和完整的體系。此次時速600公里高速磁浮在上海試驗,她認為至少有二點意義:

  一是體現了研究的延續,從“十五”到現在,科技部對磁浮研究支持在不斷地一步一步地往前走,原來所有的積累在現在的研究中,都發揮了應有的作用。

  二是能夠增強信心,“從整個國家規劃與建設推進來說,能夠讓相關研究單位、工程單位以及決策層看到這個系統的實實在在的進展,看到新一代國產自主研發的車在跑,能夠增強大家繼續推動該項目實施的信心。”

  2020年底形成高速磁浮全套技術和工程化能力

  據中國中車方面介紹,目前高速磁浮項目研發進展順利,試驗樣車成功試跑的同時,一列5輛編組工程樣車的研製也在穩步推進中。

  按照計劃,時速600公里高速磁浮工程樣機系統預計在2020年底下線,將形成高速磁浮全套技術和工程化能力。

  未來,通過高速磁浮示範工程建設,進行時速600公里線路運行等相關工作,可以推動該技術的持續創新和產業化落地,拉動我國高端裝備製造升級和戰略新興產業發展。

  問及何時老百姓有可能真正體驗到高速磁浮?陳小鴻坦言,這取決於兩方面,一是系統的技術成熟,一是規劃建設項目的落地,缺一不可。

  “我們當然也非常期待。一方面是爭取營造一個更好的性能測試環境,持續驗證,希望通過一段時間的努力,能夠讓它具有工程化示範運營的環境和條件。但是在這一點上,不僅僅取決於技術的成熟,還要經過規劃、決策、審批、建設等程序,老百姓才可能有機會去乘坐這麼一條真正能‘飛起來’的磁浮線。”她說道。

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