中低速磁浮技術(shù)引領(lǐng)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(fā)展，大城市交通堵塞問題已對節(jié)能減排、低碳發(fā)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(fā)展軌道交通是一種科學發(fā)展的新路。目前，傳統(tǒng)的輪軌交通由于建設(shè)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(shè)負債和運營補貼。加之國內(nèi)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(tǒng)由于產(chǎn)生的振動和噪聲，絕大多數(shù)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(guī)劃和建設(shè)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(fā)展的步伐。而中低速磁浮交通系統(tǒng)這一新型軌道交通系統(tǒng)，因其噪聲低、振動小、爬坡能力強、轉(zhuǎn)彎半徑小、選線靈活、出入口落地容易，可以與住宅和商業(yè)區(qū)密切融合地發(fā)展，加上具有造價低、使用費用低、安全等獨特優(yōu)勢，可創(chuàng)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(fā)展。

中低速磁浮交通系統(tǒng)堪稱人類發(fā)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(tǒng)，是繼蒸汽機車發(fā)明后的交通領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命，它將產(chǎn)生不可估量的潛在價值。下面介紹其基本原理、技術(shù)特點、經(jīng)濟性、適用范圍和應(yīng)用前景。

1 基本原理和特點

1.1 基本原理

磁浮技術(shù)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(gòu)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(chǎn)生吸引軌道的吸力，獲得車輛垂向支撐力。通過氣隙感應(yīng)器裝置調(diào)節(jié)電磁鐵的勵磁電流，調(diào)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(wěn)定，實現(xiàn)列車穩(wěn)定懸浮。

圖1 中低速磁浮系統(tǒng)基本原理

1.1.2 導向原理

如運行過程中產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)采用直線電機驅(qū)動方式，如圖1中推進系統(tǒng)部分所示，電機的定子安裝在車輛上，轉(zhuǎn)子(或稱反應(yīng)板)沿列車前進方向展開設(shè)置在軌道上。當定子通入電流后，產(chǎn)生一個移動磁場，該磁場在反應(yīng)板上感應(yīng)出電流和磁場，由于磁場的相互作用產(chǎn)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(fā)生顛覆和翻車事故，地上運行如遇到突發(fā)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(zhuǎn)彎半徑小。列車的最小轉(zhuǎn)彎半徑可以達到75 m。

6)線路適應(yīng)性強。磁浮交通可以貼近密集的建筑物和住宅區(qū)建設(shè)，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(jié)列車載客最多為200人，8節(jié)編組的列車載客量可以達到4萬人次/h以上。

8)建設(shè)投資少。中低速磁浮交通是自主產(chǎn)品，車輛和設(shè)備造價相對較低，可以靈巧選擇架設(shè)路徑，降低線路的土建結(jié)構(gòu)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(tǒng)，機械維修量很少，車輛和軌道的使用壽命增加。

10)更環(huán)保。列車采用直線電機驅(qū)動，無廢氣排放，對植被、水土、生物、動物、水等環(huán)節(jié)影響極小。

11)電磁輻射強度符合標準。系統(tǒng)產(chǎn)生的交流與直流磁場的強度值，經(jīng)權(quán)威機構(gòu)檢測滿足世界衛(wèi)生組織的標準，技術(shù)上可以做到低于目前輪軌系統(tǒng)的水平。

12)技術(shù)的繼承性強。懸浮控制是最關(guān)鍵的核心技術(shù)，車輛轉(zhuǎn)向架、F型軌排是新技術(shù)，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(yè)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(shè)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(jié)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(tǒng)沒有機械傳動部分，維護和管理人員相對減少，可減少相應(yīng)的成本和費用。

20)運營編組靈活。每節(jié)車均帶動力，列車運營可以實現(xiàn)1～8節(jié)的靈活編組，適應(yīng)每天客流不均衡變化的需要，并且節(jié)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(jié)構(gòu)決定其效率較低，它的牽引能耗比旋轉(zhuǎn)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(shè)，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(tǒng)的特點決定其適用于大中城市市內(nèi)的主要公共交通、1小時都市圈和城市間、旅游景區(qū)及對噪聲和振動控制等具有特殊要求的交通線路，其構(gòu)造時速為每小時150 km以下?？梢暂^容易地在空中增加公共交通線路，增加城市繁華區(qū)、住宅區(qū)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(shù)支持。

2.1 可作為主要的公共交通工具

磁浮車輛每節(jié)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(diào)節(jié)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(shè)公共汽車的地方建設(shè)，還可在高密度的生活小區(qū)、酒店和商場里設(shè)車站，適合城市任何地方建設(shè)，使乘客使用起來更加方便。

2.2 作為1小時都市圈和衛(wèi)星城的主要交通工具

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

2.3 適合作旅游景區(qū)的景點和交通

結(jié)合中低速磁浮交通的環(huán)保優(yōu)勢，適合作為旅游景區(qū)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(qū)兩者結(jié)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(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強的特性，適用于在山區(qū)、高低不平的區(qū)域，需要轉(zhuǎn)小彎、爬大坡環(huán)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(qū)，在城市中心商務(wù)區(qū)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(fā)了中低速磁浮交通系統(tǒng)的核心技術(shù)，經(jīng)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(tǒng)配套的規(guī)模生產(chǎn)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(huán)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(tǒng)與輪軌系統(tǒng)的對比研究”、“中低速磁浮投融資和盈利經(jīng)營模式研究”應(yīng)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(tǒng)的方案研究”等。從應(yīng)用方面科學地回答了對新事物的認知問題，經(jīng)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(huán)境友好型的綠色交通系統(tǒng)。

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

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(tǒng)交通技術(shù)建設(shè)公共交通的城市繁華區(qū)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(yù)計在不久的將來，中低速磁浮交通必將成為我國城市市區(qū)內(nèi)、近距離都市和城市間、旅游景區(qū)的理想交通工具，是支持科學、低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展交通的革命性技術(shù)。它在公共交通領(lǐng)域具備升級換代的效應(yīng)，是公共交通領(lǐng)域的劃時代的先進生產(chǎn)力，將會給人類生活帶來深刻的變化，具有極為廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)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(shù)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(shù)方案環(huán)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(shù)方案和安全可靠性、適應(yīng)性以及經(jīng)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.