深瞳工作室出品
科技日?qǐng)?bào)記者 矯陽 策劃 劉莉
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。
正在調(diào)試線上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的我國(guó)時(shí)速600公里高速磁懸浮交通系統(tǒng) 中車四方供圖
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)的追求永無止境?！眹?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。
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)?！敝袊?guó)工程院院士錢清泉說，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)理論問題。”錢清泉說。
自主創(chuàng)新隨即開啟。
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?！倍∪f。
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。
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。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。
2019年5月23日，參觀人員在山東青島登上時(shí)速600公里高速磁懸浮試驗(yàn)樣車參觀。新華社記者 李紫恒攝
“經(jīng)過近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?！敝袊?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，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?！眳⑴c《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)?！辟Z利民說。
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?！倍∪f。
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)不存在脫軌問題。”賈利民說，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)工程院院士樂嘉陵說，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)?！倍∪f。
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、無江河山川環(huán)境，僅為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短途運(yùn)輸?！眹?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。
針對(duì)建設(shè)試驗(yàn)線初期投資大的問題，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)沒有接觸，沒有摩擦，沒有磨耗，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?！倍∪J(rèn)為，上海磁懸浮示范線已運(yùn)行20年，至今沒經(jīng)歷一次大修。從全生命周期角度來看，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。
事實(shí)上，中國(guó)的高鐵建設(shè)投融資模式，或可為未來高速磁懸浮的發(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》。
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，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放的指導(dǎo)意見》，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)最早開啟改革開放的熱土，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)磁懸浮交通早已開始?！爸袊?guó)工程院作為牽頭組織相關(guān)方，正在開展《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，開展工程預(yù)可行性研究?！焙稳A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。
