磁浮鐵路技術標準體系研究

朱海軍 柴冠華

國家鐵路局規劃與標準研究院，北京 100055

近年來，磁懸浮技術在航空航天、裝備制造、生物醫藥、家居生活等領域廣泛應用，在軌道交通工程方面得到持續發展。多個國家先后開展了不同深度、多種制式的磁浮鐵路技術研究。磁浮鐵路作為一種新型軌道交通系統［1］，依靠電磁作用力實現列車懸浮于軌道之上，徹底改變了傳統輪軌鐵路利用輪軌接觸支撐方式，具有啟停速度快、振動噪聲低、爬坡能力強、安全可靠等優勢。

標準在支撐經濟活動和社會發展、引領行業技術進步、規范監督管理等方面發揮著突出作用。開展磁浮鐵路技術標準體系研究，強化磁浮鐵路標準頂層設計，可有效解決標準之間發展不平衡、內容不協調、組成不合理、管理不明確的問題。本文從工程建設角度，分析磁浮鐵路系統組成和工程建設涉及的專業構成，提出磁浮鐵路技術標準體系的建設和標準編制建議。

1 磁浮鐵路技術

1.1 國內外技術發展

1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾提出電磁懸浮原理，開始了磁懸浮技術探索應用之路。20世紀60年代末以德國、日本為代表的發達國家開始對磁浮鐵路技術進行研究［2-3］。德國采用常導磁浮鐵路技術研制出TR01—TR04等型號中低速磁浮列車和TR05—TR08等型號高速磁浮列車，建成埃姆斯蘭高速磁浮試驗線。日本采用常導磁浮鐵路技術研發了HSST系列低速磁浮列車，建成大江和東部丘陵兩條試驗線；采用低溫超導磁浮鐵路技術研制出ML、MLU、MLX、L0等型號高速磁浮列車，建成山梨和宮崎兩條試驗線。

20世紀80年代初中國開展了大量磁浮鐵路技術研究和工程實踐［4］。中低速磁浮方面，2016年5月長沙磁浮快線投入商業運營，2017年12月北京S1線投入商業運營，其最高運行速度均為100 km/h；高速磁浮方面，2006年4月上海磁浮示范線作為首條投入商業運營的高速磁浮線建成投產，最高運營速度、試驗速度分別為430、501 km/h。2014年研制出真空管道高溫超導磁浮環形試驗線。2019年時速600 km高速磁浮試驗樣車在青島下線，2020年在磁浮工程試驗線上順利完成動態試驗。這些技術成果和工程實踐標志著中國磁浮鐵路技術研究與應用實現重大突破。

1.2 磁浮鐵路工程

1）系統組成

綜合分析上海磁浮示范線、長沙磁浮快線及北京S1線的系統組成［5-8］，磁浮鐵路工程可分為磁浮線路、磁浮列車、供電系統和運行控制系統四部分。

磁浮線路為磁浮列車提供行走的路徑，承受列車荷載。上部結構為軌道，主要由導軌、感應板等組成；下部結構為支墩和基礎，主要指橋梁、路基等。

磁浮列車由多節車輛組合而成，每節車輛由車體、車載設備和走行機構組成。車載設備包括蓄電池、懸浮控制器、制動系統等，走行機構包括懸浮架、電磁鐵、懸掛系統等。

供電系統主要包括變電站、沿路供電電纜和其他供電設備。其將公用電網110 kV的交流高壓電降壓至20、1.5 kV等［9］。

運行控制系統是列車運行管理與監控系統，被譽為磁浮系統大腦，主要由中心調度指揮、軌旁運行控制、車載運行控制三個核心功能部分組成。

2）專業構成

磁浮鐵路工程建設可分為勘察、設計、施工、驗收四個階段。各個階段參建單位加強協調配合，多個專業無縫銜接，以保證在限定的時期內保質保量完成項目建設。磁浮鐵路建設中涉及線路、路基、橋涵、隧道、軌道、站場、牽引供電、運行控制、信息、車輛、房建、給水排水、環保等專業。

2 鐵路行業標準體系

2.1 體系架構

隨著高速鐵路、客貨共線鐵路等傳統輪軌鐵路建設運營發展，鐵路行業標準形成了較為完善的體系。2017年國家鐵路局發布《鐵路標準化“十三五”發展規劃》（國鐵科法〔2017〕15號），其中將鐵路行業標準分為鐵路技術標準和鐵路工程建設標準兩大類，見圖1。鐵路技術標準用于規范鐵路裝備產品技術要求，鐵路工程建設標準用于規范鐵路建設技術要求。

圖1 鐵路行業標準體系架構

鐵路工程建設標準由基礎標準、綜合標準和專業標準三部分組成?；A標準主要規范了傳統輪軌鐵路術語、符號及制圖要求；綜合標準主要規范了高速、城際、客貨共線、重載等不同類型鐵路設計的總體技術要求；專業標準按勘察、設計、施工、驗收四個建設階段進行細分，涵蓋路基、橋涵、隧道、軌道、站場等各專業的具體技術要求。

2.2 體系特點

①結構相對合理，形成以術語、符號及工程制圖要求為基礎，以不同類型鐵路建設總體要求為統領、以專項技術要求為支撐的標準體系；②覆蓋全面，標準覆蓋鐵路工程建設勘察、設計、施工、驗收各階段，涵蓋鐵路路基、橋梁、隧道等各專業，形成了協調統一、系統成套的標準體系；③基本適應發展，滿足高速、城際、客貨共線、重載等不同類型鐵路建設需求，指導建成京張等高速鐵路和浩吉等重載鐵路；④作用明顯，在保安全、控質量、促融合、提效率等方面充分發揮了基礎性引領作用。

3 磁浮鐵路技術標準體系建設

3.1 體系定位

磁浮鐵路技術標準體系是鐵路行業標準體系的重要組成部分，在推進磁浮鐵路標準化進程中將發揮重要作用［10-11］。構建磁浮鐵路技術標準體系，應立足服務行業發展，發揮標準的“保底線、守門檻”作用，統一不同速度等級磁浮鐵路技術要求，致力建設特色鮮明、系統完備、協調統一、科學先進的磁浮鐵路技術標準體系，引領磁浮鐵路工程設計和裝備制造技術發展。

3.2 建設原則

①系統結構完備，覆蓋磁浮鐵路工程各階段各專業，整體結構合理、內容全面；②統一協調高效，統籌發展和安全，加強與法律法規、政策措施的銜接配套，統一磁浮鐵路關鍵技術標準，適應磁浮鐵路建設運營管理發展需要，提升互聯互通效率；③科學先進適用，層次清晰，界面合理，考慮未來一定時期內技術發展和工程建設需求，構建具有前瞻性、充足預留發展空間的體系框架。

3.3 體系架構

磁浮鐵路與輪軌鐵路雖有較大差異，但在建設階段、專業組成等方面還是有相似之處，現有的適應輪軌鐵路的鐵路行業標準體系可為建設磁浮鐵路技術標準體系提供重要參考。根據行業監管要求，結合磁浮鐵路工程特點，構建涵蓋工程建設、裝備產品、運營服務全過程技術要求的磁浮鐵路技術標準體系架構，如圖2所示。

圖2 磁浮鐵路技術標準體系架構

從工程建設角度分析，體系中的工程建設標準分為三層。

第一層包括基礎、綜合、專業、管理四個方面。與現有鐵路行業標準體系相比，新增了管理標準，包含工程建設中可行性研究、工程監理等內容；基礎標準用于統一磁浮鐵路的工程術語、符號等；綜合標準用于規范不同磁浮制式系統的總體設計要求；專業標準用于規定各專業技術要求。

第二層是對專業標準按建設階段和工程投資控制有關要求細分，包含勘測、設計、施工、驗收等各建設階段的標準和造價標準?？睖y規定工程地質勘察與工程測量方面的技術標準；設計、施工、驗收規定各自建設階段的技術要求。

第三層是對各建設階段標準及造價標準再次細化。造價標準從辦法規則、不同專業的預算概算估算及價格信息等方面對磁浮工程投資控制進行規范；勘測階段標準明確工程地質勘察及工程測量具體方法的應用要求；設計、施工、驗收三個階段的標準均按路基、橋涵、隧道、軌道、站場、牽引供電、運行控制、信息、車輛、房建、給水排水、環保等專業進行劃分，分別提出具體的工程建設技術要求。

3.4 標準編制建議

①滿足磁浮鐵路建設急需，著眼引領行業健康發展，加快綜合性、基礎性、獨特性標準的制定，有序推進磁浮鐵路勘測、設計、施工、驗收及造價成套標準編制；②突出磁浮鐵路技術特點，深化磁浮鐵路與輪軌鐵路技術標準的對比研究，重點制定與磁浮鐵路技術關系緊密、特點鮮明的部分，其余與磁浮鐵路技術關聯不大的內容，可參照現行鐵路行業有關標準；③統一關鍵技術參數，深入開展磁浮鐵路軌距、限界、荷載等調研工作，合理確定技術要求，著力解決影響磁浮鐵路互聯互通建設發展的問題。

4 結語

通過與現有鐵路行業標準體系對比分析，現有的部分鐵路行業標準可直接應用于磁浮鐵路建設，一些標準僅需要對適用范圍等局部修訂即可滿足建設要求。另外還需根據建設需求及時制定一批體現磁浮鐵路工程特點的技術標準。2019年TB 10630—2019《磁浮鐵路技術標準（試行）》正式發布，該標準作為鐵路行業第一項指導磁浮鐵路建設發展的綜合標準，規定了常導磁浮鐵路技術要求，為規范和引領磁浮鐵路工程設計提供重要技術支撐。