高速鐵路與磁浮技術(shù)的發(fā)展歷程及展望

1、高速鐵路與磁浮技術(shù)的發(fā)展歷程及展望         這篇高速鐵路與磁浮技術(shù)的發(fā)展歷程及展望的關(guān)鍵詞是高速鐵路,磁浮技術(shù),                    2006年3月13日，國家發(fā)改委正式宣布，京滬高速鐵路和滬杭磁浮項目雙雙獲得批準。這意味高速輪軌與磁浮兩項高新技術(shù)在我國比翼齊飛，中國開始邁向高速軌道交通時代。

2、        高速鐵路的興建        1825年鐵路誕生后，100年間一直保持著速度等方面的優(yōu)勢，得到了迅速發(fā)展。1920年代，世界鐵路總長度已增加到127萬公里。其后，隨著航空業(yè)和高速公路的迅猛發(fā)展，鐵路的客貨運量被嚴重分流，英、美等國甚至開始大量拆除原有的鐵路，致使至今鐵路總長度仍約為130萬公里。1950年代前半期，鐵路、海運、汽車占貨運的比重分別為30%、8%、62%，汽車運輸?shù)谋戎匾堰_到鐵路的2倍，鐵路已淪落為“夕陽產(chǎn)

3、業(yè)”。        直到1964年高速鐵路問世，一度被人們視為夕陽產(chǎn)業(yè)的鐵路出現(xiàn)了生機。高速鐵路始建于日本，1950年代初，日本經(jīng)濟進入戰(zhàn)后復興期，經(jīng)濟高速增長。戰(zhàn)后百廢待舉，公路、港口建設緩慢，大量運量壓向鐵路，鐵路的運能越來越不能滿足社會的需要，特別是連接東京、名古屋和大阪三大經(jīng)濟圈的東海道干線的運輸能力已近極限，單向每日發(fā)送列車數(shù)超過200列，約每7.2分鐘一列，鐵路已成為制約日本社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。1964年日本要舉行東京奧運會，1970年要舉辦大阪世博會，本來已超負荷的鐵路運輸更將不堪重負。

4、0;       正當其時，技術(shù)進步為高速鐵路的誕生創(chuàng)造了條件。早在1951年，日本鐵道技術(shù)研究所已在中距離線路上實現(xiàn)了列車的電動車化，并在1957年5月正式宣布：“在東京、大阪間新建標準軌距線路，采用電動車組編列方式，最高時速度達250公里、運行時間縮短到3 小時，所有這些在技術(shù)上是可以實現(xiàn)的。”日本運輸省的咨詢機構(gòu)國有鐵道干線調(diào)查會組織各方面專家進行論證，最終得出結(jié)論：“應該充分利用國內(nèi)外技術(shù)之精粹，盡快新建標準軌高速鐵路?！?958年12月，東海道新干線工程批準立項，1959年4月開始建設。1962年4月先建成了一段長

5、約37 公里的試驗線路，在試驗線上完成了電動車組樣車的高速試驗以及正式投入運營前必需的最后調(diào)試。1964年10月1日即東京奧運會開幕前9天，東海道新干線正式投入運營，最高運行時速達到了預定的210公里。        東海道新干線開業(yè)之初，一天往返60列車，高峰時段最多每小時單向發(fā)送2列，日均運送6萬多人次。它的運量增長基本與日本國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長相一致。1974年日均運量為34萬人次;1998年日均運量達37萬人次，高峰時段每小時單向發(fā)送11列。東海道新干線的開通大大緩解了交通壓力，同時也對東京奧運會和大阪世博會

6、的成功舉辦做出了貢獻。        東海道新干線全長515.4公里，當時的總投資為3 800億日元，每公里7.37億日元(約合人民幣每公里5 300萬元)。由于投入運營后客流的迅速增長，加上管理有方，運營成本得到很好控制，東海道新干線正式投入運營后的第7年收回了全部投資。1964年到1985年間，創(chuàng)利34 000億日元;1985年后，每年創(chuàng)利都在2 000億日元(約合人民幣142.9億元)以上?？梢?，高速鐵路不僅速度快，而且經(jīng)濟效益好，這為高速鐵路的投資多元化提供了可能。   

7、60;    高速鐵路是當代鐵路的一項重大技術(shù)成就，具有全天候、運能大、速度快、安全好、能耗低、污染輕、占地少、投資省、效益高等一系列技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，因此在全世界得到了推廣。 2004年4月1日韓國漢城至釜山高速鐵路第一期工程通車，2010年第二期工程新建段完成后，將進一步縮短全程時間，從2小時40分縮短為1小時56分。漢城至釜山高速鐵路的線路42.5%是舊線改造，其余為新建。        西歐的高速鐵路網(wǎng)正在形成，網(wǎng)絡規(guī)模預計到2010年底將擴大一倍，達到6 000多公里。

8、南非計劃修建一條從約翰內(nèi)斯堡至比勒陀利亞的高速鐵路，這條全長80公里的高速鐵路，總投資為70億蘭特(約合80億人民幣)。該項工程已得到政府批準，預計5年內(nèi)可以建成，屆時非洲大陸將擁有第一條高速鐵路。巴西將修建南美洲第一條高速鐵路，從首都巴西利亞至戈亞斯州首府戈亞尼西，全長205公里，時速250公里，初步投資預算為每公里800萬1 000萬美元，總投資在20億美元以上。截至2004年1月末，世界高速鐵路總長共 5 891公里。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2007年，各有關(guān)國家和地區(qū)至少還將建成3 000公里高速鐵路并投入運營。高速鐵路的誕生是鐵路史上的一場革命，它給日趨衰落的鐵路行業(yè)帶來了新的契機，世界鐵路

9、正在走向高速化。        高速輪軌技術(shù)的發(fā)展        迄今為止，世界上的高速鐵路有三種模式：一是既有線、客貨混運型，最高運行時速為200公里，較多采用這種制式的有英國、俄羅斯等國;二是新建線、客貨混運型，最高運行時速為250公里，較多采用這種制式的有德國、意大利等國;三是新建線、客運專線型，最高運行時速可達300 公里，較多采用這種制式的有日本、法國、韓國等國。     &#

10、160;  新干線300系列車是日本高速鐵路技術(shù)發(fā)展的一個里程碑，于1992年投入使用。它采用了動力分散型的技術(shù)制式和新的牽引系統(tǒng)(即交流異步牽引電機和變頻變壓控制系統(tǒng))，以及輕質(zhì)鋁合金整體車體、無搖枕轉(zhuǎn)向架，因此與此前的0系、100系子彈頭列車相比，其重量大為減輕，集流弱點也得到改善。0系列車有8個受電弓，300系僅有2個受電弓。        日本高速鐵路自投入運營以來，一直采用動力分散方式。動力分散型的優(yōu)點是：無需火車頭，可增加載運空間;更多車軸為動力車軸，可增加粘著力;可通過再生制動節(jié)約

11、電能，即制動時將牽引電機用作發(fā)電機，所產(chǎn)生的電能可通過受電弓返回到接觸網(wǎng)。其他國家也借鑒了300系的優(yōu)點，著力發(fā)展分散型電動車組，如德國研制出的ICE3高速列車已將原來的動力集中型改為動力分散型。高速列車車體輕、噪聲低、可靠性高、節(jié)能好。盡管最近10年間東海道新干線的列車速度不斷提高，已由建成時的每小時210公里提高到300公里，但能耗不斷降低。新干線700系列車時速達到270公里，每座席能耗僅為14.7千瓦時。        環(huán)境保護是制約高速鐵路發(fā)展的一大難題。故在提速、節(jié)能之外，降噪、減振是高速鐵路技術(shù)進步的

12、另一個方向。各國高速鐵路技術(shù)競爭的重點在于節(jié)約能耗、降低軌道噪聲、降低生命周期成本以及其他全方位的比較上。        最近，日本鐵路東?？瓦\公司、東日本客運公司在700系列車的基礎(chǔ)上，聯(lián)合研制成功了時速300公里的N700系高速列車。它首次采用主動擺式車體技術(shù)，試驗樣車已于2005年3月交付使用，在經(jīng)過兩年的試運行后，將于2007年投入商業(yè)運行。由于空氣阻力與速度的平方成正比，高速列車的最高時速如果從300公里提高到360公里，其能耗將增加50%，單位能耗可能超過飛機，能耗增加的費用遠超過時間節(jié)省所帶來的效益。

13、因此，高速鐵路進一步提高速度的空間較小。人們正在努力探索后高速鐵路時代的交通工具。        磁浮技術(shù)的發(fā)明        磁浮技術(shù)的研究始于20世紀初，1922年德國人開普爾(H. Kemper)提出了磁懸浮原理，并于1934年獲得了“沒有車輪的磁懸浮車輛”的專利。        磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和導向系統(tǒng)三大部分組成。盡管可以使用與

14、磁力無關(guān)的推進系統(tǒng)，但在目前的絕大部分設計中，這三部分的功能均由電磁力來完成。磁浮列車基于電磁鐵同性相斥、異性相吸的原理，實現(xiàn)列車的浮起、推進和導向。它與輪軌鐵路的根本區(qū)別在于列車懸浮在軌道之上，運行時沒有輪軌接觸，不存在黏著極限速度，為不斷提高地面交通工具的速度提供了可能。鐵路列車主要靠鋼軌與鋼輪之間的黏著力向前推進。速度越快，黏著力越小，列車牽引力也越小,同時速度越快空氣阻力越大。根據(jù)理論公式推算，輪軌時速很難超過375公里。盡管1990年5月18日法國高速列車TGV-A 以515.3公里的最高時速沖破了上述極限，但這一黏著極限速度肯定存在。    

15、    磁浮技術(shù)按是否利用超導電磁鐵分為超導和常導兩類，超導以日本的MLX型為代表;常導以德國的TR型和日本的HSST型為代表。超導按溫度又可以分為兩種，日本研究的是低溫超導(-269°C,液氦冷卻)，美國研究的是高溫超導(液氮冷卻)。磁浮技術(shù)按速度可分為高速磁浮(時速約500公里)和中低速磁浮(時速約100公里)兩類，前者用于干線交通與地區(qū)交通，后者用于城市交通。由于超導磁浮列車只有當時速超過150公里才能浮起，所以超導都是高速磁浮。常導磁浮包括高速和中低速兩種類型。超導磁浮列車的懸浮高度約100毫米，常導磁浮列車只有10毫米，超導對軌道的精

16、度要求低于常導，但低溫超導應用難度大，常導容易實現(xiàn)。超導磁輻射對人體有害，需進行磁屏蔽，常導不需要磁屏蔽。日本于1972年成功進行了2.2噸重的超導磁浮列車實驗，時速達到50公里。1977年12月在宮崎磁浮試驗線上，列車最高時速達到了204公里; 1979年12月又進一步提高到517公里。1982年11月，磁浮列車的載人試驗獲得成功。1995年，載人磁浮列車試驗的最高時速達到411公里。為了進行東京至大阪間修建磁浮線路的可行性研究，1990年又著手建設山梨磁浮試驗線，首期18.4公里長的試驗線已于1996年全部建設完成。2003年12月，日本鐵道公司在山梨試驗線上創(chuàng)造了時速581公里的陸上速度

17、世界紀錄。德國建設了一條長31.5公里的常導高速埃姆斯蘭特試驗線，試驗速度達到時速450公里。原計劃2005年建成柏林至漢堡磁浮線路，全長292公里，設計時速為450公里，最高運行時速430公里，后因工程費用大大超過預算，不得不終止。蘇聯(lián)曾研制出一輛18噸的磁浮車，并在一條600米長的線路上進行運行試驗。中國于1991年開始對磁浮列車進行有計劃的研究，目標是低速列車。國防科技大學、西南交通大學、鐵道科學研究院、中國科學院電工所等單位都獨立或合作研制出了小型試驗樣車。        磁浮交通速度快，占地少，使用電能，

18、對環(huán)境友好，這些優(yōu)勢與高速鐵路類似;此外，由于列車懸浮在軌道上，所以對軌道沖擊小、振動小、噪聲低，比高速鐵路更節(jié)能;列車爬坡能力強;由于不存在黏著極限速度，從長遠看，可代替飛機以避免空中線路過于繁忙，節(jié)省汽油。        磁浮技術(shù)的應用與展望        世界上正式投入運營的磁浮線有三條，即英國伯明翰線、 日本東部丘陵線和上海磁浮示范線。前兩條是中低速磁浮線，上海磁浮示范線是第一條高速磁浮線。   &

19、#160;    英國伯明翰線 英國進行過時速為50公里的低速磁浮列車試驗，并建設了一條從伯明翰鐵路車站至國家展覽中心的600米長的運營線路。該系統(tǒng)于1981年初開工，1984年5月竣工，列車最高時速54公里，最大運量每天5.1萬人次。但因故障率高、維修成本高等原因，于1996年停止使用。        日本東部丘陵線 東部丘陵線是日本第一條商業(yè)運營的磁浮交通線，建在愛知縣名古屋市。名古屋是愛知縣的首府和對外交通樞紐，鐵路運輸發(fā)達，2005年世博會期間有大量乘客通過干線鐵路經(jīng)

20、由名古屋市到達世博園區(qū)。愛知縣的地方鐵路愛知環(huán)狀鐵路，連接了兩條重要的干線鐵路，是另一條重要的運輸通道。 但是，愛知環(huán)狀鐵路和距世博園區(qū)最近的名古屋市內(nèi)地鐵東山線都不能直接到達世博園區(qū)。為提供直接到達園區(qū)的軌道交通服務，愛知縣新建了東部丘陵磁浮軌道交通線。該線兩端分別連接愛知環(huán)狀鐵路和名古屋地鐵東山線，通過換乘形成直接到達世博園區(qū)的軌道交通系統(tǒng)。東部丘陵線線運能較小，高峰時客流從兩個方向換乘東部丘陵線進入世博園區(qū)，兩個方向的乘客較為均衡，很好地利用了該線的運輸能力。        東部丘陵線采用常導吸引式磁浮系統(tǒng)，

21、設計最高時速為100公里，線路全長8.9公里，設9座車站，除一個區(qū)間為地下和地面過渡段外，其余線路和車站均采用高架形式。工程總投資約1 075億日元(約合人民幣84億元，每公里單位造價約合人民幣9.4億元)。這篇高速鐵路與磁浮技術(shù)的發(fā)展歷程及展望的關(guān)鍵詞是高速鐵路,磁浮技術(shù),            東部丘陵線噪聲和振動較小，乘坐舒適，車體采用大開度的車窗立面，通透感強，景觀效果較好。每列車額定載客244人，實際載客約360人，其中坐席104人，設計最小行車間隔5分鐘，每小時單

22、向額定運能約3 000人。目前行車間隔采用6分鐘，每小時單向額定運能約2 400人，由于額定運能的舒適度較高，實際運能可達到每小時 4 000人。雖然全線車站多為高架形式，但都采用了全封閉式的屏蔽門，增大了安全度，也改善了候車環(huán)境。        上海磁浮示范線    上海磁浮示范線從浦東機場至地鐵2號線龍陽路站，全長30公里，總投資100億元人民幣。它于2004年5月正式投入商業(yè)試運行。截至2006年3月底，安全運行里程累計超過240萬公里，運送乘客達4    632萬人次，并經(jīng)歷了積雪、大風等惡劣氣候的考驗。2006年4月26日，上海磁浮示范運營線正式通過國家竣工驗收。這次驗收通過，將為滬杭磁浮線的可行性研究提供非常有價值的借鑒。相對于高速鐵路而言，磁浮列車的最大優(yōu)點是速度更快，能耗則增加不多，很適合成為后高速鐵路時代的陸上交通工具。時速為450公里的磁浮列車的氣動阻力和能耗大致相當于時速為300公里的高速輪軌列車。磁浮技術(shù)的不足之處主要是當前造價偏高。以日本為例，東京-大阪超導磁浮線每公里造價預計約合人民幣11億元，東部丘陵線每公里造價約合人民幣9.4億元，而新干線高速鐵路每公里造價約合人