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磁悬浮:从德国进口到中国原创

科学观点 / 2013-06-25

  为了到达 3000 多公里以外的家乡,连续 56 个小时维持坐姿,白天还能看窗外的风景解闷,晚上只有拿张报纸往座位下一铺将就一夜。好容易熬到下车,才发现双腿已经肿得走不动路了……这是记者在 7 年前回家时经历的“噩梦”般的一幕。

    时代在发展,身处“第三次浪潮”的我们和上代人相比已经幸运太多,因为科技正给大众生活带来无限快捷的可能。磁悬浮列车就是继飞机之后,人类将电磁技术运用于陆地交通的又一高速奇迹。据说, 磁悬浮列车启动后 39 秒内即达到最高速度,目前的最高时速是 552 公里。德国科学家预测,到 2014 年,磁悬浮列车的时速将达 1000 公里,而一般轮轨列车的最高时速仅为 300 公里。此外, 磁 悬浮列车路轨的寿命是 80 年,普通路轨只有 60 年。

    如果说由于价格的昂贵,频当“空中飞人”对大众还稍嫌奢侈;因为速度的限制,乘坐普列对需达远地的旅客又太缓慢冗长,那么高速便捷的磁悬浮列车,很可能成为解决现代人陆地交通困扰的灵药。但从中国目前的研究进展来看,磁悬浮列车 飙速城市之梦,似乎依然像列车行驶的状态一样悬浮半空。

    让我们把目光从德国磁悬浮列车、上海磁悬浮示范线移到西部首条交大青城山磁悬浮试验线。

磁悬浮列车:昂贵,并快速着

    说到磁悬浮列车,不能不先说到它的前身 ―― 一般轮轨列车 。正是因为 一般轮轨列车 速度 越来越不适应物流和人流快速流动需要 ,才催生了 磁悬浮列车的出现。

    磁悬浮列车是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向,实现列车与地面轨道间的无机械接触,再利用线性电机驱动列车运行。虽然它仍保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点,但由于在运行时与轨道之间无机械接触,从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题。事实上,磁悬浮列车连轮子也没有了,它运行时不接触地面,只是在离轨道 10 厘米的高度“飞行”。

    作为目前最快速的地面交通工具,磁悬浮列车技术的确有着其他陆地交通技术无法比拟的优势。

    首先,它克服了传统轮轨铁路提速的障碍,具有极大的提速空间。第一条轮轨铁路出现在 1825 年,经过 140 年努力,其运营速度才突破 200 公里 / 小时,由 200 公里 / 小时到 300 公里 / 小时又花了近 30 年, 虽然技术还在完善与发展,继续提速的余地已不大 ,况且轮轨铁路提速代价高昂, 300 公里 / 小时高速铁路的造价比 200 公里 / 小时的准高速铁路高近两倍。但与之相比,从 1969 年在世界上第一个磁悬浮列车的小型模型德国出现,到 1979 年磁悬浮列车技术创造 517 公里 / 小时的速度纪录才用了仅仅十年时间。

    其次,磁悬浮列车速度快。常导磁悬浮可达 400-500 公里 / 小时,超导磁悬浮可达 500-600 公里 / 小时。

    再次,磁悬浮列车能耗低、污染小。据日本研究与实际试验的结果,在同为 500 公里/时速下,磁悬浮列车每座位公里的能耗仅为飞机的 1 / 3 。据德国试验,当磁悬浮列车时速达到 400 公里时,其每座位公里能耗与时速 300 公里的高速轮轨列车持平;而当磁悬浮列车时速也降到 300 公里时,它的每座位公里能耗可比轮轨铁路低 33% 。 磁悬浮列车采用电力驱动,不需燃油,这使它的发展不受能源结构、特别是燃油供应的限制,实现无有害气体排放。

    人类研究磁悬浮列车的历史已长达半个多世纪。但由于造价昂贵、技术不成熟等原因,很多国家相继放弃了该项技术的研究,使磁悬浮列车投入民用的脚步始终未能实现质的飞跃。 1984 年,英国曾开通从伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站的仅 600 米的磁浮铁路。在运行了 11 年之后,这趟一度是世界上唯一从事商业运营的磁浮列车被机场班车取代。 2006 年 9 月 22 日,德国一列磁悬浮高速列车在北部地区试运行中发生重大车祸,造成 23 人死亡、 10 人重伤,成为磁悬浮列车研制和试用以来发生的第一起致命事故。虽然事故原因是磁悬浮控制中心的人为调度失误,却仍给磁悬浮列车的安全蒙上了一层阴影。

    目前,中国对磁悬浮铁路技术的研究还处于初级阶段。 1994 年,西南交大成功地进行了 4 个座位、自重 4 吨、悬浮高度为 8 毫米、时速为 30 公里的磁悬浮列车试验。 1998 年,由中科院电工所、国防科技大学等单位共同研制 6 吨单转向架磁悬浮试验车的研制成功,为低速常导磁悬浮列车的研究提供了技术基础。 

    2006 年 3 月 13 日, 沪杭磁悬浮交通项目建议书获得国务院批准; 4 月 26 日,上海磁悬浮列车示范运营线项目正式通过国家验收 , 4月 30 日,由西南交通大学研制的中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车,在成都 青城山 成功通过室外实地运行试验,标志着中国从实际应用的角度掌握了中低速磁悬浮列车技术。去年这三件交通界的大事,把“磁悬浮”又一次推上了大众关注的浪尖。那么,上海磁悬浮的运营前景如何?交大磁悬浮的研究有什么进展?中国自己的磁悬浮列车距离普及民用还有多远?

上海磁悬浮:高烧,却隐藏忧思

    “上海磁浮通过国家验收,我觉得意义重大。德国研发的科技成果,没在德国建设,而在中国生根、开花、结果。这足以说明,我们有魄力有能力引进消化吸收世界最先进的科技成果!”上海磁悬浮列车示范运营线竣工验收会上,上海副市长杨雄兴奋地对媒体表示。

    2006 年 4 月 26 日,经过近两年的商业试运营,上海磁悬浮列车示范运营线项目正式通过国家验收。运营线全长 29.873 公里,西起上海地铁 2 号线龙阳路站,东至浦东国际机场,设计最高运行时速 430 公里,单向运行时间 7 分 20 秒。

    图为车

 

    但这条当今“世界第一条商业 示范运营线”并非中国独创,它引进的是 德国高速常导磁悬浮系统技术 ,是 上海磁悬浮交通发展有限公司与柏林的磁悬浮高速列车国际公司合作的产物。截至 2006 年3月,单程票价 40 元的上海磁浮列车已累计运营 1180 天,运营里程超过 240 万公里,载客开行逾6万班次,安全运载乘客 623 万人次,还经历了积雪、大风等恶劣气候的考验。

    30 公里的上海磁浮示范线正式运营之际,更具挑战性的 170 公里沪杭磁浮线也被推上了日程。 3 月 13 日,国务院通过了沪杭磁浮交通项目建议书。专家认为,该项目预计将于 2008 年建成,并于 2010 年上海世博会前投入运营。这条连接上海、嘉兴、杭州三地的磁悬浮交通线建成后,将实现“两百里沪杭,一小时往返”,上海至杭州单程不过半小时,将大大提高长江三角洲地区的出行效率。

    但正当人们为上海磁浮线试运行两年无事故庆幸、对“一支烟工夫从沪返杭”的沪杭磁浮线翘首期待之时,一场火灾却给“发烧”的上海磁浮热潮浇上冷水。 8 月 11 日,浦东机场开往龙阳路地铁站的磁悬浮列车突然起火,此时,距离终点站只有 500 米,所幸 火被及时扑灭, 没有造成人员伤亡。事后, 上海磁悬浮交通发展有限公司称失火原因初步鉴定为:“德方提供的蓄电池起火。”

    迷信德国技术让上海磁悬浮列车付出了火灾的代价,虽然损失不大,但如果上海磁悬浮列车的设计人员总是游移在“合作”与“创新”的两端,而不是根据自身特点研发原创的产品,谁能保证正式运营后的 30 里磁浮线和万众期待的沪杭磁浮线,不会发生像德国“ 9 • 22 ”那样严重的惨剧呢?在美国一家铁路公司担任技术顾问的张教授指出,虽然学习国外技术是快速发展的有效途径,但任何一项引进的新技术都要通过日常使用来检验,而中国目前还没有制定与国际接轨的安全生产质量检测标准。张教授认为,中国应该把更多的精力放在独立研发方面,因为提高本国的科研能力是消化、适应国外技术的前提和基础,也是最终摆脱对国外的技术依赖、避免受制于人的保证。

    突发火灾引起人们对上海磁悬浮安全系数的担心,磁悬浮线路运营状况也同样让人忧虑。据有关资料透露, 上海磁悬浮的亏损面正在扩大。 2004 年,该公司亏损额为 2.68 亿元,至 2005 年,全年营业额不过 1.35 亿元,亏损额上升至 4.4 亿元。有业内人士指出,现有磁浮线路已经耗资 100 亿,如果不继续修建下去,这一段的钱就白投了,所以才继续修建更长的沪杭磁浮线。

    虽然沪杭磁浮被认为是“磁悬浮技术在中国发展的新的重要一步”,但投资问题、运行管理模式问题、如何进一步与德国开展技术合作的问题都需要谨慎研究。上海磁浮每公里的造价 3.13 亿元。如果磁悬浮技术要在更长距离上推广,降低建设成本非常重要。由于选用材质、生产规模等原因,磁悬浮车辆的造价要远高于轮轨车辆。如果沪杭间磁悬浮每半小时对发一趟,一般要有 4 ~ 5 列车,按每列 4 ~ 5 辆编组构成计算,几十辆车的规模使磁悬浮车辆成本更比轮轨高。上海磁悬浮运营线单程票价为 40 元,一般市民尚难以承受;若按此票价标准,沪杭磁悬浮线 175 公里,一张票就要 200 多元,市民能否接受、线路能否盈利还难以预测。

    同时,沪杭磁浮是170公里,上海线只有30公里,这样,在环境保护、土地占用、车厢内的降噪以及提高旅客舒适性等方面,也提出更高要求。即便沪杭建成磁悬浮,是否能马上成为普通百姓的日常性代步工具,目前尚难下定论。

 交大磁悬浮: 成功,但困难重重

    如果说上海的常导高速磁悬浮是依赖德国技术的半成品,那么西南交通大学研发的中低速磁浮列车,则是 100% 的“中国原创”。但这棵中国人自己培育的高速幼苗,却徘徊在资金短缺和应用无门的维谷,何时能投入城市使用悬而未决。

    2006 年4月30日,一辆标着“交大磁浮 CFC-01 ”字样、蓝白相间的流线型列车缓缓从青城山一个大型场棚里驶出。这辆 磁悬浮列车长 11 . 2 米、宽 2 . 6 米、高 3 . 3 米,自重18吨,可载60人。该列车采用的是常导电磁吸力主动控制悬浮原理,控制系统分为列车自动运行控制模式和司机驾驶控制模式,运行中列车悬浮8-10毫米,最高车速在每小时80-160公里之间。它 沿着 419 米长、从山门曲绕至白鹭洲度假村的磁浮轨道飞速行驶,顺利跑完全程。中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车就此试运行成功。

    虽然只有短短 410 米,却蕴涵了交大学者二十年的默默耕耘。二十年来,交大磁悬浮列车的研发几经资金短缺的尴尬。从 1986 年开始研究小悬浮球,到 1996 年初步掌握磁悬浮高速运行的原理,十年历练的交大磁悬浮项目终于在 1997 年成功研制出了接近实用的第二代磁悬浮车,被科技部部列为国家攻关计划。同一年,由成都、都江堰两级政府出面,选定都江堰和青城山为线路实验点,并与长春客车厂、株洲电力机车研究所等单位共同投资,注册了大城公司,这才得以继续研发。

    2001 年,斥资 3000 万建设的磁悬浮列车线路在青城山落成。 据 “交大青城磁悬浮列车工程公司”董事长胡正民对《华西都市报》记者介绍,磁悬浮轨道最初计划为一条旅游交通线,总长 200 公里零 60 米;青城山是旅游景区,从山脚下建到山门口,既有旅游观光意义,也起到了交通作用。交大学者当时的打算是将青城山的实验线与营运线结合,向产业转化。待实验线正式开通后,再试运行并报国家相关部门审定,最后才会进入市场运作。但由于种种原因,只建了 419 米,并且在建成后搁浅 4 年,直到 2005 年才又重新开始试验。由于太短, 419 米的磁悬浮既不能用于游客交通,也不能拿来商业运营,只能用于工程示范。

    虽然还不能商业运营,交大磁悬浮列车的潜在价值不容忽视。西南交大电气工程学院副院长张昆仑指出, 上海采用的是德国磁浮技术用于城际交通,这决定了它的技术研究方向是高速度 ( 时速 430 公里左右 ) 。而青城山磁浮列车的最高时速是 100 公里,更适合城市内部交通。并且 , 中低速磁悬浮列车成本更低。 青城山 400 余米的磁浮线造价 3000 万元,而上海 30 公里造价为 89 亿元,何况青城磁浮线的造价并不代表在城市内部修建的造价。

    发展空间是巨大的,但磁悬浮列车这样巨额投资的项目总要投入民用才能凸现它真正的价值,青城山磁悬浮列车 似乎还未绕过应用阻塞的关口。从技术上讲, 尽管青城山的磁悬浮列车已经 “ 飞起来 ”, 但试验线还没有经过安全认证,目前不能接受市民乘坐。本刊记者在采访时看到,列车轨道下栽种着半人多高的灌木,由于轨道带电,参观的观众也不能跨进灌木丛内以免发生事故,青城山磁悬浮列车的安全指数显然有待完善。而且,目前青城山中低速磁浮车的重量是 18 吨,如果在市内运行,必须对对车辆重量进行减重。

    将知识演变为财富,不仅需要学者的努力,更需要政府和企业的大力支持。据悉, 中低速磁浮车工程应用线的综合造价在每公里 1 亿- 1.5 亿之间,但目前还未传出磁悬浮列车应用工程资金到位的消息 ,西南交大电气工程学院副院长张昆仑也 对本刊记者表示,交大中低速磁悬浮列车的民间运营还处于停滞状态。

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