高速磁悬浮技术的确可为两地通行节省一半时间。但这一技术是否安全可靠,投资回报是否经济,引发轮轨派和磁浮派又一次交手

时间就是金钱,效率就是生命。追求速度是深圳这座城市的基因。11 月 14 日,深圳市发改委发布招标公告,拟对广深高速磁悬浮城际铁路开展规划研究。

广州和深圳早已实现「一小时生活圈」。两地间现有时速 200 公里的动车组,每日开行 78 对至 98 对不等;还有时速约 350 公里的广深港高铁,每日运行 120 对以上。从广州南站出发,高铁最快仅需 29 分钟即可到达深圳北站。

这还不够快。如能修建一条最高时速 600 公里的高速磁悬浮铁路,广深两地间就能实现 15 分钟直达。

若仅仅进行算数对比,高速磁悬浮技术的确可为两地通行节省一半时间。但这一技术是否安全可靠,投资回报是否经济,引发轮轨派和磁浮派再次交手。

在轨道交通领域,时速 200 公里以下划为中低速范畴;200 公里到 600 公里之间称作高速;600 公里以上即为超高速。中低速以轮轨技术为主流,超高速是磁浮的天下,这是业内共识。惟独在高速领域,两大技术孰优孰劣,专家们争议多年。

轮轨派认为,当前磁浮领域没有可靠的制动技术;磁浮派以开通运营 17 年的上海磁悬浮线引证安全性。轮轨派认为,磁浮线路投资不菲,只有投入长距离运输才有可能取得商业成功;磁浮派认为轮轨派算错了账,磁浮技术可以减少磨损,大幅降低运营成本。

政府态度将决定天平倒向哪一边。「招标公告是一个信号,显示政府有非常强烈的意向。」广东省内一名要求匿名的磁悬浮专家如此解读,「只是政府还不知道要怎么上这个项目,所以还要咨询专业机构。」

招标公告显示,深圳市发改委拟投入不超过 300 万元,对线路功能定位、客流需求、线站位方案、经济性评估等问题展开前期研究。「我们现在没有项目规划,只是课题采购。」深圳市发改委重大项目处有关负责人婉拒了财新记者的采访,「我们不希望再炒作这件事。」

政协委员提案

广深之间建设高速磁悬浮的设想,最早公开出现在广东省政协委员的提案中。2019 年 1 月,由广东省政协常委、高科技产业商会会长王理宗牵头,24 名省政协委员联名发布《关于启动广深高速磁悬浮试验线规划建设前期研究的提案》。

提案指出,广深间动车组和高铁的通行能力均接近饱和,且高铁站点距离城市中心较远,因此有必要新增一条高速通道。

提案显示,这一设想最初由国家发改委提出,深圳市积极响应。

2017 年 11 月,国家发改委印发《增强制造业核心竞争力三年行动计划 (2018–2020 年) 》,明确提出将在未来三年研制新一代时速 600 公里高速磁悬浮列车。这一任务交给了中国中车 (601766.SH)。事实上,早在 2016 年 6 月,中国中车就宣布启动时速 600 公里的磁悬浮项目研发,其子公司中车四方承担造车任务。

2018 年 1 月,中车四方「时速 600 公里高速磁浮交通系统技术方案」 (下称技术方案) 通过评审。这意味着项目可以进入施工设计。2019 年 5 月,时速 600 公里的磁浮试验样车在青岛下线。中国中车方面称,试验样车已实现静态悬浮。

光有车还不够。磁悬浮列车要跑起来,除了装备,还需要考虑基建、运营,尤其是线路配套。在这些方面,国内几近空白。提案显示,国家发改委等有关部委拟于广深、沪杭、成渝等城市群中选取一处,建设中国自主研发的高速磁悬浮试验线。此后,深圳市与国家发改委进行了深入沟通,认为广深之间「有条件、有优势」担当重任。

2018 年 11 月 9 日,深圳市市长陈如桂主持召开办公会议,要求深圳市发改委、轨道办牵头,抓紧研究提出试验线方案。

「当时国家发改委有这个想法,希望前期调研,并没有说什么时候实施。」王理宗告诉财新记者,「在这个情况下,深圳市委、市政府积极推动,并希望通过政协委员提案的方式,推动省政府重视这个事情,积极向国家发改委申请这个机会。」

广东省发改委后来综合广深两地政府和广东省铁路投资集团等单位的意见,答复提案:「支持开展广深高速磁浮试验线的前期研究工作。」

答复还显示,中国工程科技发展战略广东研究院 (下称中工广东院) 已经设立高速磁悬浮铁路重大咨询研究项目组开展调研。广东省发改委积极配合项目组进行研究论证工作。

公开资料显示,中工广东院成立于 2018 年 11 月 14 日,由中国工程院与广东省政府共建,是一个公益性、咨询性的学术机构。中国工程院和广东省政府主要负责人共同出任该机构理事长。

2019 年 6 月 14 日,中国工程院院士、中工广东院副理事长何华武在世界交通运输大会上透露:中国工程院牵头组织相关方,开展了《大湾区高速磁悬浮铁路预可研》课题研究。课题名称冠以「大湾区」,意味着还将香港纳入视线。何华武透露,广深港通道高速磁浮铁路已有四条线路备选方案。

何华武现年 64 岁,是中国高铁技术主创人和主要实施推广人之一,亦是中车四方技术方案的评审专家之一。

财新记者于 11 月底致函中国工程院,希望了解课题进展,截至本刊发稿未获回复。

安全争论

两院院士、机车车辆动力学专家沈志云反对在高速范围内发展磁悬浮列车。「广深之间要实现高速直达,修建时速 450 公里的轮轨高铁是最佳选择。」沈志云说。

沈志云现年 90 岁,是 1999 年国家科学技术进步一等奖获得者。他筹建了牵引动力国家重点实验室,建成时速 400 公里的高速列车机车车辆整车滚动振动试验台,是行业领军人物之一。

这位轮轨派的代表人物认为,现阶段中国并不具备能够投入商业化运营的、完全自主研发的高速磁悬浮控制技术。他的观点对中国中车研制的高速磁悬浮样车提出了挑战。

中国中车的样车采用德国常导磁悬浮技术。中国工程院院士、铁道电气化自动化专家钱清泉告诉财新记者,该样车是在引进德国技术的基础上,进行了消化、吸收、再创新,国内已经掌握其核心技术,「跟高铁一样」。钱清泉现年 83 岁,同样是中车四方技术方案的评审专家之一。

但沈志云告诉财新记者,常导核心技术只掌握在德国西门子公司手中,从未出让。而所谓德国技术「国产化」,也只是停留在造车阶段。

轮轨派对这一技术的安全性表示担忧。

沈志云介绍说,德国的常导磁悬浮技术和国内的高温超导、日本的低温超导利用「同性相斥」相反,原理为「异性相吸」。磁悬浮列车底部通过空气弹簧设置多组 U 形电磁铁「底盘」。在水平方向,U 形电磁铁开口横抱一条磁铁轨道。电磁铁通电后产生磁力,其下半部分与轨道产生吸力,整个底盘被抬起大约 10 毫米。此时轨道和底盘之间出现空间,列车实现悬浮。

控制好车与轨道之间的空间高度格外重要。若是这一距离偏离规定范围,就要借助极其灵敏的控制器,迅速调整电压和电流改变磁场,恢复合适的距离。

沈志云认为,调整这样一个上千安、上万伏的大磁场需要反应时间。照其测算,600 公里时速的常导磁悬浮列车,调整磁场只有 1 毫秒的反应时间。若来不及反应,高速前行的车辆和轨道就会贴靠失稳,摩擦起火。

沈志云说,「这么大一个机电系统,如果坐上了人,要在一毫秒里作这么大的调整,至少风险很大。」

财新记者采访的多名专家均提及,大约在两三年前,德国试验线在测试新技术时,「烧掉」了一辆试验车。

「他们 (德国方面) 认为这个技术方向不对,已经当垃圾给扔掉了。」沈志云说。多名专家向财新记者确认,德国曾两度尝试上马磁悬浮项目,但因经济可行性差而被迫停止。在这次事故后,德国拆掉了试验线。

已故中国工程院院士王梦恕曾在 2007 年公开指出,「在陆地上的交通工具,没有轮子是很危险的」。据《纽约时报》2007 年 9 月 23 日报道,当年德国磁浮试验线上曾发生事故,抢修车被一辆运行车撞击,车上 25 人死亡。王梦恕指出,安全运营的基本条件是制动力强,避免追尾或者撞车,而磁悬浮列车减速直至停车的性能很差。

但磁浮派不这么认为。针对德国试验线上曾经发生的若干次事故,北京交通大学智能系统与安全技术研究中心主任贾利民告诉财新记者,「试验车本来就是在试验新技术,会有各种风险。技术稳定之前,什么事情都有可能发生。如何避免出现事故和重大事故,就是技术需要解决的问题。」

贾利民称,中国在上海磁悬浮线上积累了大量的经验。「比如救援、逃生、车辆等问题,在这一次中车自主研发过程中,我们都给予了充分考虑。」贾利民说,「这些问题在新的技术架构下,都能够克服。」

因为上海磁悬浮项目的存在,沈志云的主张应者寥寥。沈志云回忆说,他曾受邀参加某个高速磁悬浮技术项目讨论会,「我知道我的意见他们会反对,说完了我马上离开」。后来,其他参会者告知沈志云,他的观点受到「集体批判」,理由是现在的控制技术已经到了纳秒级,即百万分之一毫秒,「不存在控制失灵的问题」。

贾利民告诉财新记者,之前上海试验线上也发生过若干事故,但本质都不是控制系统出问题,而是运营维护管理上有不足。「该紧的螺丝没拧紧,电阻增大,发热起火。」贾利民说,「再好的技术,运维跟不上,肯定不行。」

上海镜鉴

上海高速磁悬浮项目一直被视为这项技术发展成熟的标志。

在上世纪 90 年代初,中国提出修建京沪高速铁路的计划。1998 年,时任国务院总理朱镕基在两院院士大会上提问:京沪高速铁路是否可以采用磁悬浮技术?

上海高速磁悬浮示范线于 2002 年底举行通车典礼。这条线路由中德两国合作,装备、基建均采用德国标准,全长约 30 公里,仅设龙阳路和浦东机场两个站点,单程用时约 8 分钟。

上海磁悬浮项目官网显示:该车仅在 2003 年 11 月 12 日进行无荷载最高运行时速测试时,时速达到 501 公里。此后,其实际运行最高时速和一般时速分别为 430 公里和 300 公里。公开资料显示,在上海磁悬浮线路上,仅有 10 公里路段的时速可以超过 400 公里。

2006 年 4 月,上海磁悬浮项目正式开始商业运营,成为世界上首条投入运营的磁悬浮列车线路。新华社当时报道称,上海磁悬浮列车示范运营线项目的实际单位造价约为每公里 3.1 亿元,项目总成本约为 100 亿元。而高速轮轨的单位造价约为每公里 1 亿元,只相当于磁悬浮线的三分之一。据新华社 2002 年报道,上海磁悬浮项目在兴建初期即向银行贷款 50 亿元。同济大学一篇发表于 2007 年的测算磁悬浮项目收益的论文称,上海磁悬浮项目的利息约为每年 2.8 亿元。

上海磁悬浮线客服告诉财新记者,该线目前日客流量约为 1 万人次。若以目前单程票价 50 元计,这条线路每年的票务收入仅为 1.8 亿元。

在轮轨派看来,与高速轮轨相比,磁悬浮线路前期成本太高,并不经济。而磁浮派认为,由于减少了摩擦,磁悬浮线路的整个运行周期长,维护成本低,从整个项目周期来看,高速磁悬浮「未必不经济」。

磁悬浮线路当前性价比较 17 年前有所提升。钱清泉说,现在修建磁悬浮线路,总体来说,每公里的成本价大约是高铁的 1.3 倍至 1.5 倍,但在实际经验中尚未有确切数据。「各地的地价不一样,环境条件也不一样。比如涉及到拆迁,成本就会有比较大的差异。」他说。

关于磁悬浮的运营成本,王梦恕曾在 2008 年撰文称,影响磁悬浮寿命的因素太多,尤其是长定子的绕组线圈和铁芯长年裸露在外,铁芯锈蚀绕组是非常突出的问题,许多进电开关也受到气候影响。上海磁悬浮项目运营至 2008 年时,仅更换线圈和换触头这一项,就花费了 1.2 亿欧元 (约 9.3 亿元人民币)。

深磁科技 (深圳) 有限公司创始人彭楚尧指出,上海磁悬浮线的站点选择不科学,是其运营效益不理想的一个原因。深磁科技 (深圳) 有限公司是一家提供磁悬浮/磁技术应用解决方案的科技型企业。

「很少有人会专门跑到龙阳路去坐磁悬浮去机场。」他说,「如果换到陆家嘴,那可能十几年前中国就大规模上磁悬浮了。」陆家嘴位于上海市浦东新区的黄浦江畔,是众多跨国银行的大中华区及东亚总部所在地。

据财新记者了解,上海磁悬浮项目最初没有选点陆家嘴,一方面是因为当时上海市政府认为市中心的土地面积不够,另一方面是因为民众认为项目可能产生较大辐射,对人体有害。最终上海选择了较为偏远的龙阳路作为示范线起点站。

彭楚尧称,上海示范线偏试验性质,并没有重点考虑经济价值,仅仅是为了探索「京沪高速铁路到底应该选择传统轮轨列车还是磁悬浮列车」。此后,诸多专家都意识到:由于距离过短和地质条件不同等原因,上海磁悬浮对京沪高速铁路并没有借鉴意义。

2006 年,京沪高铁与沪杭磁悬浮交通项目的建议书双双获批。京沪高铁最终采用了传统轮轨技术。沪杭磁悬浮项目原本计划在上海磁悬浮示范线的基础上更进一步——将线路拉长至 175 公里,预算投资 350 亿元,票价预期为 150 元/人,设计运行时速为 450 公里。

这条线路原计划在 2010 年上海世博会前建设完工。因为轮轨派专家的反对,以及公众对磁悬浮的辐射和噪音较为敏感,该项目不了了之。轮轨派专家批评这个项目技术不成熟,建设成本高,且与既有铁路不兼容。

2011 年 6 月,京沪高铁正式通车,运行时速为 350 公里。中国高铁开始快速发展。长线路、高时速的磁悬浮项目陷入沉寂。上海 30 公里的磁悬浮示范线成了国内高速磁浮线的「独苗」。

「后高铁时代」

在时速 600 公里以上范围,磁悬浮技术将引领超高速铁路交通,专家之间没有争议。「在时速 600 公里以上,轮轨不具备足够的牵引力来实现这样的超高时速。」沈志云说。

2012 年,有「科技狂人」之称的特斯拉 CEO 埃隆·马斯克提出「Hyperloop 超级高铁真空管道磁浮」构想,为轨道交通大开脑洞。Hyperloop 是以「真空钢管运输」为理论核心的交通工具,胶囊座舱像炮弹一样发射出去,在搭建好的固定真空管道中超高速运行,时速可达 1200 公里。

钱清泉称,当磁浮列车运行到时速 350 公里以上时,牵引能耗绝大部分都将消耗在空气阻力上。搭建一个低真空管道,减少磁浮列车与空气的摩擦,列车即可向更快速度迈进,「理论上,各种速度都可以」。

目前中国多地都计划上马高速磁悬浮项目。2018 年 7 月,贵州铜仁政府和美国的 Hyperloop Transportation Technologies 公司签订战略协议,共同研究在贵州建设时速 1220 公里的超级高铁,前期计划修建一条 10 公里的试验线路。2018 年 10 月,山东省提出,要在沿海城镇带预留以高速磁悬浮为代表的列车通道。

在国内高速磁悬浮铁路研发领域,除有中国中车使用的常导磁悬浮技术,还有高温超导磁悬浮技术。高温超导磁悬浮为完全自主研发,西南交通大学已完成系统开发与测试,目前正在建设高速试验平台。「高温超导技术,时速 600 公里是起点。从时速 600 公里往上,速度越快,它浮得越好。」沈志云说,「但这一技术目前还处于基础研究阶段。」

磁悬浮在中低时速上已有不少项目落地,超高速应用还为时尚早。而在时速 200 公里至 600 公里区间,常导高速磁悬浮项目是否应该尽快落地,两派存在争议。中国铁道学会理事长、中国工程院院士卢春房认为,轮轨运行到时速 400 公里左右,由于受到轮轨关系、弓网关系以及空气动力学各方面制约,再向前提速将会比较困难;而常导磁悬浮列车的速度目标值能够向时速 600 公里发展。

沈志云不认可这种观点。「时速 200 公里至 600 公里是轮轨的天下。」他说,在这一时速区间内,磁悬浮开发周期长、成本高,而轮轨技术成熟、成本低、运量大,技术完全自主研发。「高铁已经跑到 350 公里时速,完全可以继续提速到 500 公里时速。」沈志云说。

此外,磁浮列车的线路试验速度和日后实际运营速度,亦将存在一定差距。沈志云以高铁为例介绍说,动车和谐号在试验台上可以跑出时速 600 公里;在线路试验上时速为 480 公里;而在实际运营时,出于安全考虑,实际运营的最高时速控制在 350 公里,甚至降速到 300 公里。若以此类比,号称时速 600 公里的磁悬浮车,在未来实际运营中,其速度亦不会超过高铁太多。

但中国中车显得迫不及待。磁悬浮试验样车下线后,中国中车制定了高速磁悬浮项目未来四年工作计划。据《中国经营报》2019 年 5 月报道,中国中车人士透露,该公司拟在 2022 年 6 月前完成短距离线路立项、建设,完成高速考核。这意味着,要让这列时速 600 公里的磁悬浮试验样车跑起来,至少还需要两年时间。

卢春房在世界交通运输大会上称,中国中车研究了悬浮、导向、列车控制、车辆制造等技术问题,「现在缺一条试验线。这些技术要经过验证才能用,我们在呼吁国家决策」。

贾利民告诉财新记者,一般来说,运营试验线长度至少需要 40 公里至 50 公里。磁悬浮在试验线运行时不能载人,其目的是对整个高速磁悬浮系统进行验证,并实现优化迭代。

「用尽可能多的里程,暴露出足够的问题,碰到足够多未来可能遇到的场景,来验证和优化技术。」贾利民说,日后这条试验线可以转为运营线。若以轮轨经验看,新型高速列车的试验里程要达到 50 万公里后,才允许载客运营。业内人士认为,要让该样车能够「安全、稳定地跑起来」,至少需要七八年。

具体到广深项目,站点设置和运行速度料将发生矛盾。地方政府管辖的行政区划面积有限。而对时速 600 公里的高速磁悬浮线路而言,距离太短跑不出速度优势。一名专家告诉财新记者,间隔 200 公里至 300 公里设一个站点,是较为经济的做法。

这意味着,广深高速磁悬浮线路只能选择直达。线路中间穿越的城市,无法享受经济利益,而如果没有线路途经城市的政府支持,项目可能遭遇征地困难。

广东省发改委给政协委员的复函亦指出,珠三角地区土地开发强度大,通道资源缺乏,高速磁悬浮线路隧道占比高,因此需对项目工程经济技术可行性、运输产品竞争力等多个方面开展进一步充分论证。中国中车方面拒绝了财新记者的采访请求。

沈志云认为,中国在高铁技术方面具有独特优势,本世纪的前 50 年属于「高铁时代」,中国应主要发展以轮轨技术为基础的高速铁路;而后 50 年,随着技术和经济的发展,高速磁悬浮列车将发挥更加重要的作用,他将其称为「后高铁时代」。

「现在要做的工作,就是让中国能够继续引领『后高铁时代』。磁悬浮要作好基础研究和关键技术开发。」沈志云说,「开发好了,到 2050 年,咱们再载客运营。」

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