中低速磁浮技術引領綠色交通

簡 煉

(深圳市地鐵集團有限公司 深圳 518001)

隨著城市化進程的發展，大城市交通堵塞問題已對節能減排、低碳發展、社會效率和人們的生活帶來嚴重的負面影響。為解決這個難題需要采用綜合治理的措施，發展軌道交通是一種科學發展的新路。目前，傳統的輪軌交通由于建設造價飆升，投資壓力越來越大，導致運營的虧損越來越嚴重，政府財政將長期背上巨額的建設負債和運營補貼。加之國內外形勢變化，地下空間的公共安全管理難度也越來越大。

輪軌系統由于產生的振動和噪聲，絕大多數線路需要建在地下，這就導致造價居高不下，運營的能耗、地下的安全管理等問題越來越多，規劃和建設線路、出入口、風亭選址和落地越來越難，拆遷費用和反對拆遷的不和諧問題將嚴重制約著發展的步伐。而中低速磁浮交通系統這一新型軌道交通系統，因其噪聲低、振動小、爬坡能力強、轉彎半徑小、選線靈活、出入口落地容易，可以與住宅和商業區密切融合地發展，加上具有造價低、使用費用低、安全等獨特優勢，可創造一種科學、低碳、和諧的城市交通解決方案，使公共交通又好又快地發展。

中低速磁浮交通系統堪稱人類發展歷史上迄今為止唯一相對寧靜的中大運量機動化交通系統，是繼蒸汽機車發明后的交通領域的又一次技術革命，它將產生不可估量的潛在價值。下面介紹其基本原理、技術特點、經濟性、適用范圍和應用前景。

1 基本原理和特點

1.1 基本原理

磁浮技術是利用電磁力同性相斥，異性相吸的原理，使用磁力使列車懸浮在軌道上方運行，軌道與車輛的懸浮間隙約為9 mm左右。

1.1.1 懸浮原理

如圖1所示，安裝在車體上的U形電磁鐵與F形軌道的倒U形鐵磁性軌道相互構成磁場閉合磁路。通過給U形電磁鐵上的線圈通入勵磁電流，產生吸引軌道的吸力，獲得車輛垂向支撐力。通過氣隙感應器裝置調節電磁鐵的勵磁電流，調整電磁鐵與軌道之間的吸力，以保持電磁鐵與軌道之間的距離穩定，實現列車穩定懸浮。

圖1 中低速磁浮系統基本原理

1.1.2 導向原理

如運行過程中產生左右偏離，使得U形電磁鐵的鐵心與倒U形軌道錯位，利用倒U形軌道與U形磁鐵之間的吸力相互作用，產生導向力，使列車返回中心線。

1.1.3 推進原理

中低速磁浮系統采用直線電機驅動方式，如圖1中推進系統部分所示，電機的定子安裝在車輛上，轉子(或稱反應板)沿列車前進方向展開設置在軌道上。當定子通入電流后，產生一個移動磁場，該磁場在反應板上感應出電流和磁場，由于磁場的相互作用產生推力，牽引列車前進或后退。

1.2 特點

1)更安全。列車抱著軌道運行，不會發生顛覆和翻車事故，地上運行如遇到突發緊急事件，救援空間大。

2)噪聲低。在距離軌道10 m處的峰值噪聲為64 dB左右，不影響沿線居民生活。

3)振動小。列車運行時不接觸軌道，沒有機械磨擦。

4)爬坡能力強。車輛的爬坡能力可達70‰。

5)轉彎半徑小。列車的最小轉彎半徑可以達到75 m。

6)線路適應性強。磁浮交通可以貼近密集的建筑物和住宅區建設，可主動躲避地上地下障礙物，還不怕風霜雨雪，10級臺風不影響運行等。

7)適用中大運量，單節列車載客最多為200人，8節編組的列車載客量可以達到4萬人次/h以上。

8)建設投資少。中低速磁浮交通是自主產品，車輛和設備造價相對較低，可以靈巧選擇架設路徑，降低線路的土建結構投資，能夠躲避一些障礙物，可以減少征地拆遷、管線改移的費用。目前估算，綜合總造價大約3億元人民幣/km。

9)維護成本低。列車無機械傳動系統，機械維修量很少，車輛和軌道的使用壽命增加。

10)更環保。列車采用直線電機驅動，無廢氣排放，對植被、水土、生物、動物、水等環節影響極小。

11)電磁輻射強度符合標準。系統產生的交流與直流磁場的強度值，經權威機構檢測滿足世界衛生組織的標準，技術上可以做到低于目前輪軌系統的水平。

12)技術的繼承性強。懸浮控制是最關鍵的核心技術，車輛轉向架、F型軌排是新技術，其他都與輪軌交通相同或類似。

13)施工周期短。高架橋施工效率高，可以做到減少征地、拆遷、管線改移、交通疏解的工程量。

14)施工安全風險小。在地上施工，作業面小、工程量少，安全防護相對容易，施工安全風險可控。

15)拆遷量少。設計和施工中可以主動采取措施躲避遇到的障礙物。

16)出入口選址容易。高架線的出入口落地的選擇方案較多，容易與周邊的建筑物結合起來。

17)擾民減少。施工占地面積小，施工周期短，拆遷量少，對日常交通和百姓生活的影響減少。

18)高強度利用土地資源。高架線路可以利用公共空間，將車輛就地停在高架車站，車輛段的占地面積可以減少。

19)用人減少。系統沒有機械傳動部分，維護和管理人員相對減少，可減少相應的成本和費用。

20)運營編組靈活。每節車均帶動力，列車運營可以實現1～8節的靈活編組，適應每天客流不均衡變化的需要，并且節省能源。

當然，中低速磁浮交通也有一些美中不足之處。如磁浮列車由于采用直線電機牽引，直線牽引電機的結構決定其效率較低，它的牽引能耗比旋轉電機牽引高16%左右。另外，磁浮交通一般情況下，線路采用高架敷設，在視覺上對城市景觀造成一些影響。

2 適用范圍

中低速磁浮系統的特點決定其適用于大中城市市內的主要公共交通、1小時都市圈和城市間、旅游景區及對噪聲和振動控制等具有特殊要求的交通線路，其構造時速為每小時150 km以下。可以較容易地在空中增加公共交通線路，增加城市繁華區、住宅區公共交通的密度，增加運能，為徹底解決大城市的公共交通能力不足的問題提供了技術支持。

2.1 可作為主要的公共交通工具

磁浮車輛每節車均帶動力，可獨立行使，列車可以1～8輛獨立運行或靈活編組運行，調節運能，運力可以在單向每小時5000～40000人次的范圍選擇，可以在沒有條件建設公共汽車的地方建設，還可在高密度的生活小區、酒店和商場里設車站，適合城市任何地方建設，使乘客使用起來更加方便。

2.2 作為1小時都市圈和衛星城的主要交通工具

適合在距離150 km的范圍內，點對點的城市群之間的交通、中心城區至衛星城的交通。

2.3 適合作旅游景區的景點和交通

結合中低速磁浮交通的環保優勢，適合作為旅游景區的交通工具。同時，自身也具備旅游項目的屬性，也可以成為旅游項目兼作交通工具。在旅游景區兩者結合起來相得益彰。

2.4 適用于對噪聲和振動控制有特殊要求的交通線路

中低速磁浮交通線路建在地上或地下均可行使，它不需要附加任何的防噪聲和振動的措施，可滿足要求低噪音和低振動的交通線路。

2.5 適用于彎道小和坡度大的交通線路

它的轉彎半徑小、爬坡能力強的特性，適用于在山區、高低不平的區域，需要轉小彎、爬大坡環境的交通線路。

2.6 適合作為城市綜合體交通和觀光項目

在旅游景區，在城市中心商務區作為交通或旅游觀光項目，同時也可以兼顧兩種功能。

2.7 適合時速為每小時150 km以下的交通需要

適合時速為每小時80～150 km的速度目標的需求。

3 展望

我國用30年自主研發了中低速磁浮交通系統的核心技術，經過了11年工程化的研究，完成了國家“十一五科技支撐計劃”的專題研究。目前，已基本形成了系統配套的規模生產能力。從2006年開始，深圳地鐵集團從使用的角度完成了“中低速磁浮交通的安全性研究”、“中低速磁浮交通能耗研究”、“中低速磁浮交通環境影響研究”、“中低速磁浮交通磁輻射研究”、“中低速磁浮交通系統與輪軌系統的對比研究”、“中低速磁浮投融資和盈利經營模式研究”應用專題研究，以及“深圳地鐵8號線采用中低速磁浮交通系統的方案研究”等。從應用方面科學地回答了對新事物的認知問題，經專家評審認為:中低速磁浮交通是安全性更高、造價低、使用和維護費用少、環境友好型的綠色交通系統。

中低速磁浮交通系統是唯一寧靜的中大運量交通系統。世界上第一條應用這種系統的商業線路已運營6年，其特點和優勢、安全性、實用性和經濟性均已得到驗證。深圳8號線已做了近6年的應用研究和前期工作，業內資深專家評審認為，深圳8號線采用中低速磁浮交通系統是較好的選擇，是可行的，深圳作為創新型先鋒城市，應盡快建設磁浮交通8號線。國內還有一些城市也在積極研究準備上磁浮交通系統。

中低速磁浮交通可以有效地解決輪軌交通的造價高、拆遷難度大、安全等問題科學途徑;可以在無法用傳統交通技術建設公共交通的城市繁華區域增加新的公共交通線路，最大限度地在大中城市增加公共交通的覆蓋范圍，增加公共交通的密度和強度，增加公共交通的出行比例。預計在不久的將來，中低速磁浮交通必將成為我國城市市區內、近距離都市和城市間、旅游景區的理想交通工具，是支持科學、低碳、綠色、可持續發展交通的革命性技術。它在公共交通領域具備升級換代的效應，是公共交通領域的劃時代的先進生產力，將會給人類生活帶來深刻的變化，具有極為廣闊的應用前景，應該作為解決城市交通的主要手段大力推進，使我國在解決城市交通的效率方面走在世界的前列。

［1］深圳市地鐵集團有限公司.深圳市軌道交通8號線中低速磁浮交通工程技術方案研究報告［R］.深圳，2010.

［2］深圳市地鐵集團有限公司.中低速磁浮交通安全可靠性研究報告［R］.深圳，2010.

［3］深圳市地鐵集團有限公司.中低速磁浮交通技術方案環境影響研究報告［R］.深圳，2010.

［4］深圳市地鐵集團有限公司.中低速磁浮交通電磁輻射研究報告［R］.深圳，2010.

［5］深圳市地鐵集團有限公司.中低速磁浮交通運行能耗研究報告［R］.深圳，2010.

［6］深圳市地鐵集團有限公司.中低速磁浮技術方案和安全可靠性、適應性以及經濟性研究報告［R］.深圳，2010.

［7］深圳市地鐵集團有限公司.中低速磁浮8號線投融資與盈利運營模式研究報告［R］.深圳，2010.