高速轮轨和磁悬浮技术在世界轨道交通运输体系中的发展

摘要: 高速轮轨交通从20 世纪60 年代开始建设， 到2001 年世界已建成的高速铁路有5 214 km ; 正在建设的新线有4 730 km ， 正在研究和准备立项的有8 604 km 。从德国、日本建成磁悬浮试验线后， 世界有5 个国家启动磁悬浮线路研究， 中国上海成为世界第一个高速常导磁悬浮商用试验线建设的地区。世界轮轨高速铁路的发展没有因为磁浮技术的发展而停滞， 随着速度目标值的提高， 高速轮轨技术仍然在不断创新。磁悬浮的研究与试验和轮轨高速铁路的建设与发展在世界上并存。

关键词: 高速铁路; 轮轨高速; 磁悬浮; 综述

1 引言 20 世纪60 年代， 世界上第一条运营速度超过200 km·H-1 的高速铁路率先在日本建成。此后， 日本、法国、德国、意大利、西班牙等发达国家开始了大规模的建设。90 年代， 轮轨高速铁路技术在西欧国家普及， 泛欧高速铁路网的规划与建设得到了欧洲议会和欧共体的支持。与此同时， 该技术也在亚洲得到进一步发展: 韩国、台湾等地区先后开始建设， 并重新进行路网规划。 60 年代初轮轨高速铁路技术的最高商业运营速度为200 km·h-1， 随着技术的进步， 90 年代末达到了320 km·h-1 。当时， 世界上一些从事交通运输的专家认为， 轮轨接触型技术最高运营速度仅能达到300 km·h-1 左右， 要想超过这一极限， 只能借助于非接触类技术， 磁悬浮技术将作为新一代地面交通运输技术， 成为21 世纪的城市间主要交通运输工具。 60 年代初， 日本开始投入资金、建设试验段对磁悬浮高速列车技术进行研发; 随后， 德国、法国、美国、英国、加拿大等国家也先后开始对这项技术的应用进行研究。截止到90 年代初， 日本、德国持续进行研发的投资均已超过10 亿美元， 并先后研制出常导和超导类型的车辆并进行早期试运行， 而其他国家大都终止了高速领域研究试验。90 年代， 德国通过了对TR07 磁悬浮车辆的认证， 并拟于汉堡—柏林间建设世界上第一条商用磁悬浮线路， 日本也在山梨试验段上实现了超导磁浮列车试验速度达到了550 km·h-1 的最高运行速度。高速磁悬浮技术取得的成就， 重新唤起了各国对其市场应用的关注与兴趣。当今， 对采用轮轨/ 磁悬浮技术建设地面高速交通运输体系的争论， 已经成为世界范围的热门话题: (1) 90 年代初， 韩国政府批准建设京釜高速铁路， 在国内铁路界引发轮轨/ 磁悬浮高速技术的争论和比较， 最后选定采用轮轨技术建设高速铁路。 (2) 1998 年， 澳大利亚批准悉尼—堪培拉高速铁路的可行性研究， 第一个讨论的议题是轮轨/ 磁悬浮高速技术比较， 最后选定了轮轨高速铁路。 (3) 1998 年至2000 年， 德国汉堡—柏林铁路选择磁悬浮/ ICE 技术(轮轨) 问题， 引起全国范围的争论; 2000 年2 月5 日， 宣布汉堡—柏林磁悬浮线下马。 (4) 近年来， 美国加利福尼亚州在进行洛衫矶 3. —旧金山高速铁路规划研究时， 就采用轮轨/ 磁悬浮技术争执不下， 目前主要的建议意见是: 修建50 km～60 km 的磁悬浮试验线， 旧金山—圣地亚哥之间600 余公里的线路采用高速轮轨技术。 (5) 1998 年， 荷兰政府计划建设阿姆斯特丹国际机场—北部城市格罗宁根之间的高速通道， 由于无法确定采用磁悬浮、还是采用轮轨技术， 目前仍在进行比较研究。 2 高速铁路轮轨系统建设持续增长 截止到1999 年底对高速铁路新建线的统计表明， 世界上六个国家已建成并投入运营线路的总长为4 61615 km ; 正在建设的新线有3 326 km ， 涉及到11 个国家; 正在进行研究和准备立项的新建线分布在12 个国家、共31 条线路， 总长达到7 888 km 。 国际铁路联盟所提供的数据和各国铁路公布资料的统计见图1 ， 图2 。

图1 世界高速轮轨铁路发展

图2 日本和欧洲高速铁路旅客运输的增长 近两年来， 由于法国TGV 地中海线和日本北陆新干线的继续修建与开通， 2001 年底投入运营的线路增加到5 214 km ， 在建新线为4 730 km ， 已经进行研究和准备立项的新建线总长为8 604 km 。高速铁路新建线路的增加， 主要源于一些国家政府对建设高速铁路的重视和政策倾斜， 如西班牙政府实施了铁路重建计划， 全国新开工建设340 km 高速铁路新线， 另外作出530 km 新线的规划。2002 年， 德国的科隆—法兰克福高速线， 西班牙马德里—巴塞罗那新建线路中的一部分也将陆续开通， 投入商业运营。随着高速铁路新线的陆续建成， 高速旅客运输出现了日益增长的势头。为各国带来了良好的社会效益和企业经济利益。 3 高速磁悬浮线路建设和研究的推进 20 世纪90 年代以来， 共有五个国家的政府建立专门项目， 从事高速磁悬浮工程前期研究或建设。这些国家磁悬浮项目近期进展情况如下所列。 德国政府于1992 年将建设柏林—汉堡300 km 高速磁悬浮线路项目列入联邦运输计划。1997 年， 铁路公司决定采用常导磁悬浮技术。世界上很多国家非常关注这一技术实际应用的进展。其中， 美国和我国政府针对该项技术的应用， 进行了深入研究， 并开始启动试验计划。 德国交通部2000 年2 月宣布， 由于多种原因， 柏林—汉堡磁悬浮项目未能实施， 此后， 国际磁悬浮公司将注意力从城市间移向城市中心—机场线路， 并开始选取合理的应用项目。6 月， 政府签署协议， 支持对慕尼黑37 km 长以及多特蒙德—杜塞尔多夫80 km 长两条线路开展可行性研究工作。2002 年元月， 联邦运输部宣布， 经过研究， 联接慕尼黑市中心车站—慕尼黑机场， 杜塞尔多夫市中心车站—多特蒙德市中心车站的两个磁悬浮运输项目， 在技术、运营和经济上都是可行的。 慕尼黑中心车站—慕尼黑机场间的磁悬浮线路是一条3618 km 长的线路， 建设费用约为16 亿欧元。杜塞尔多夫市中心车站和多特蒙德市中心车站的快速线则长7819 km ， 预计将耗资32 亿欧元。宏观经济评估表明， 这两个项目均为投资收益型。运输部将对项目的研究做出评估， 并与两个州政府商谈项目， 联邦政府可提供23 亿欧元， 作为磁悬浮运输系统的建设资金。今年6 月30 日， 国际铁路杂志(IRJ) 通过互联网发布了一条消息， 德国北莱茵地区威斯特伐利亚州政府拒绝在杜塞尔多夫市—多特蒙德市中心的交通项目中采用磁悬浮技术， 州政府倾向在这个项目中采用传统的S2Bahn 轻轨铁路技术。对此， 施罗德总理表示接受州政府的决定。至此， 磁悬浮在德国仅剩慕尼黑一个项目。 我国是世界上第一个进行高速常导磁悬浮商用试验线建设的国家。1999 年11 月， 科技部与德国国际磁悬浮公司， 就在中国境内选择适当线路作为磁悬浮试验场地签署了意向书。2000 年6 月， 上海市与国际磁悬浮公司签署了合作开展陆家咀—浦东国际机场磁悬浮线路可行性研究的协议。2002 年12 月， 上海城市—浦东国际机场的高速磁悬浮系统正式投入试运行。 美国早在1990 年就开始了“ 国家磁悬浮启动” 的研究工作(National Maglev Initiative ， 简称NMI) ， 历时三年。研究认为， 作为一种21 世纪具有潜力的交通运输工具， 美国有能力研究和制造， 并希望政府给予支持。国会于1998 年6 月通过了21 世纪运输平衡法案， 制订了在美国推广磁悬浮的法律条款， 规定1999 —2001 财政年度中由联邦政府拨款1015 亿美元， 用于开展磁悬浮示范工程项目可行性研究及部分工程建设费用。同年10 月， 国际磁悬浮美国公司成立。2000 年10 月， 德美两国交通部长达成协议， 为在美国应用磁悬浮技术， 合作开发安全与环境保护标准。 经过一年多可行性研究及技术准备， 美国交通部于2001 年元月选择了匹兹堡和华盛顿—巴尔的摩两条线路， 拨款1 400 万美元， 用于这两条线路的技术设计和环境分析研究， 以便为最终确定美国的第一条磁悬浮试验线提供足够的依据。预计最终选定磁悬浮试验线， 将在2003 年的下半年。 目前在美国的两个磁悬浮候选项目的大体情况是: 宾夕法尼亚州的匹兹堡: 线路全长76 km (47 英里)， 将匹兹堡机场到匹兹堡， 以及城市的东郊连接起来。该项目经过地区道路崎岖， 一年四季气候多变， 在机场、市中心和郊区都设有车站， 以此展示在各种环境下磁悬浮技术提供商业服务的潜力。 马里兰州的巴尔的摩城到华盛顿DC : 线路全长64 km (40 英里)， 将巴尔的摩的卡姆登综合中心、巴尔的摩华盛顿国际机场与华盛顿的联合车站连接在一起。前期研究表明: 即便在通道中已经具备Amtrak 高速列车， 该项目的建成仍可以提供20 000 人次·日-1 ～40 000 人次·日-1 的旅客运输能力。建设该项目将有助于华盛顿巴尔的摩地区争取2012 年奥林匹克运动会。 日本政府在完成了1997～1999 财政年度山梨线磁悬浮试验计划以后， 2000 年又批准了五年计划， 进行高速超导磁悬浮系统的耐久性试验和新型材料开发研制工作。早期规划东京—大阪磁悬浮中央新干线的建设， 将于试验结束后再确定。 日本运输省和日本东海铁路公司于2003 年4 月组成了专门委员会， 对500 km 长的东京至大阪磁悬浮新干线作出初步预算， 委员会预计， 该线路的建设成本每公里1142 亿至115 亿美元。线路有100 km 的隧道， 东京和大阪地区的线路要建在40 m 深的地下。预计全线需要7 年～10 年才能建成。按照每小时20 趟列车计算， 总共需要800 节～900 节磁悬浮车。车辆的成本在50 亿～58 亿美元。因此， 线路建设的总成本预计将达到692 亿美元到825 亿美元。

表1 五国高速轮轨/ 磁悬浮在建和计划项目

对以上国家高速铁路建设中采用的技术进行了解和统计以后， 我们得到如下启示: (1) 早期建设轮轨高速铁路的国家， 正在不断完善其路网结构， 争取最佳经济和社会效益， 轮轨高速铁路仍在建设。 (2) 新建高速铁路的国家(如美国与荷兰) 并没有因为磁悬浮技术放弃轮轨系统， 而是根据社会发展和运输市场的需求， 根据技术先进性、成熟性和运输线路的实际情况确定自己的选择， 轮轨高速铁路在这些国家正在起步建设。 (3) 希望采用高速磁悬浮技术的国家正在谨慎地推进工程应用试验。他们主要考虑的因素有以下几点: a1 常导磁悬浮技术的成熟性尚未得到商业应用的检验， 与其他交通运输工具相比的竞争能力有待于验证。 b1 理论上分析， 磁悬浮技术有一定的优点， 但由于尚未投入实用， 其优点尚未得到验证， 投入运营的风险来自于不可预见的因素。基于这两点， 目前磁悬浮试验段建设的长度均不会大大超过德国阿姆斯兰试验段的长度。 c1 常导磁悬浮系统的最高试验速度是450 h km·-1， 与轮轨系统最高运营速度的差距仅120 h km·-1; 超导磁悬浮系统的试验速度达到550 km· h-1， 与轮轨系统最高运营速度的差距为220 km· h-1 (尚未进入工程试用阶段) 。在这两种技术中， 那一个系统更具发展潜力， 未来高速磁悬浮的主导技术应该选用哪一种并未明确。 (4) 在一些国家目前建设和研究待定的五条磁悬浮线路中， 有四条用于联接城市中心与机场的短途线路， 这使得磁悬浮低噪音和占地面积小等优势得以发挥， 但由于距离较短， 且受环境条件的制约， 其高速的优势将难以实现; 高速磁悬浮系统在这一领域的应用、与其他交通工具的竞争能力有待于在试验运营中得到验证。 6 结语 综上所述， 不论是科学技术发达的美国、德国和西欧各工业国家， 还是东欧、亚洲等地的发展中国家和地区， 均首先选用了轮轨高速铁路系统作为建设高速铁路的技术体系。在2002 年国际铁盟公布的2010 年～2020 年全欧洲境内高速铁路网的规划中， 完全采用了轮轨高速铁路技术， 建设近30 000 km 的高速铁路网。本文希望通过世界铁路发展的现实使人们了解， 磁悬浮的研究与试验和轮轨高速铁路的建设与发展在世界上并存， 两者通过竞争取得的胜负要由运输市场裁决。

参考文献 [ 1 ] 卢乃宽. 世界高速铁路建设发展趋势[J ] . 中国铁路， 2000 ， (3) . [ 2 ] Proceeding of 3RDWorld Congress on High Speed Rail [ Z] . EurailSpeed Berlin ， 1998. [ 3 ] Proceeding of 4THWorld Congress on High Speed Rail [ Z] . EurailSpeed Madrid ， 2002. [ 4 ] 美国交通部网站: www. dot. gov/ affairs/ [OL ] . [ 5 ] 国际铁路联盟网站: www. uic. asso. fr [OL ] .