我國城市軌道發展現狀及最新軌道交通技術應用解析

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當前，我國城市軌道交通科研正在加速發展當中，城市鐵路不僅為人們日常出行提供快速便捷方式，還豐富了我們的科技人文娛樂生活。當前我國科研領域頻頻爆出軌道交通領域最新研究成果：我國首條自主研發中低速磁懸浮線路長沙項目正式啟動，全球首例川“熊貓”空中懸掛式軌道列車掛線運營，14年首個真空管超高速磁懸浮列車原型測試已在西南交大實驗室誕生、預計將于2017年建成真空管道試驗線...雖然部分技術尚處于實驗階段，但相信用不了多久將會與大家見面。

　　相關專家認為，速度是引領軌道交通技術的發展的核心動力，下一代高速列車、高速磁懸浮軌道交通、真空管道軌道交通將成為未來軌道交通技術在高速方向重點發展的三個領域。

　　我國首例無人駕駛地鐵投入運營

　　根據日前報道，香港鐵路有限公司南港島線正式開通，這并非一條普通的地鐵線，它是全國首條運營全自動駕駛地鐵車輛的線路，而剩下的南港島線東段也將于12月28日正式啟用。

　　據了解，該線路地鐵車輛由中車長客股份公司自主研發制造，打造的是一款GOA4(Grades of AutomaTIon 4)等級的全自動無人駕駛地鐵車輛。

　　南港島線全線共10列車3，列車為3輛編組的不銹鋼A型地鐵車，其運行最高時速可達到80公里。它最大的特點是可以實現自動控制，例如自動喚醒、自動運營、自動故障診斷及自動清洗功能等。而且車廂前后也沒有駕駛室，列車兩端是開放式空間。

　　全球首列懸掛式軌道列車問世

　　今年11月下旬，世界第一列以鋰電池動力包為牽引動力的空中懸掛式軌道列車”(以下簡稱“空鐵”)在成都正式掛線。據了解，此次四川“熊貓”空鐵因其可愛憨厚的造型、新穎獨特的設計，自問世之日起就引得了眾多群眾與網友們的熱情關注。

　　據悉，“新能源空鐵”由民營企業四川中唐空鐵集團有限公司全資，西南交通大學牽引動力國家重點實驗室牽頭，聯合中國中車、中國中鐵、攀枝花鋼鐵公司等7家大型國有企業協同研制。

　　位于成都雙流西南航空港經濟開發區生產園區的U型空鐵試驗線，白色的單軌軌道梁全長1400米，每隔約10米由一根離地5米高的樁基支撐。整條試驗線由乘客車站、一條正線軌道、一條副線及列車、靜調庫等相關配套設備構成，可以完全真實地模擬新能源空鐵在實際運行中的直線、彎道、爬坡等性能，并通過10000公里的運行測試，形成標準化數據。

　　新能源空鐵是一款我國擁有完全自主知識產權的新型軌道交通系統。該系統采用新能源、新材料、新設計、集成若干相關成熟技術建造。系統具有平穩舒適安全性高、節能環保噪音低、占地少適應性強、建設工期短難度小、景象美觀視野開闊等優點。

　　根據西南交大教授翟婉明介紹，新能源空鐵從圖紙畫下第一根線到出廠，只用了4個月10天，勘稱奇跡。據稱，該條試驗線最高時速60公里，最大運能可達每小時2萬人次，每公里建設成本僅為地鐵的六分之一到八分之一，其各項建設指標完全適應商業運營要求。

　　國產首創真空管磁懸浮軌道車

　　現今，磁懸浮列車已經在我國得到深入廣泛的應用，目前，我國科研也正在大力發展磁懸浮列車技術。2003年上海浦東機場建成了世界首列正式商業化的高架磁懸浮列車，在當時是世界上最快的商業線路，時速可達431公里，全程運行僅需要短短的8分鐘。

　　然而工程師對于速度的追求是無止境的，2014年西南交通大學超導實驗室正式對外公布全球首個真空管超高速磁懸浮列車原型測試平臺，高速懸浮列車運行速度再次升級!

　　事實上，西南交大早在2013年3月便研制出了最初的高溫超導磁懸浮(HTS)測試環線，而最新的這個模型則加入了真空管道，成為世界上首個真空管道運輸(ETT)系統。

　　根據研究人員的估算，未來真空管高溫超導磁懸浮列車的運行速度最快可達近3000公里/時。因此這項技術不僅能夠用于客運，而且還能被用于軍用/商業航空器的發射技術。

　　我國首條中低速磁懸浮列車 - 長沙“追風號”

　　2015年10月6日，長沙磁懸浮列車項目正式試車，據悉，這是我國首條商用的磁懸浮列車，也是我國自主研發的首個中低速磁懸浮線路項目。長沙磁懸浮列車路線全長18.7公里，設計時速為120公里，全程約只需10分鐘車程。

　　據了解，長沙磁浮工程長沙磁浮工程西起長沙高鐵南站，東至黃花機場，均為高架線。項目投資估算總額為41.95億元。全線初期設長沙火車南站、榔梨站和黃花機場站。工程已于2015年上半年末正式開工，2015年底實現通車，2016年上半年投產運營。列車采用3輛編組，車輛最高運營速度100公里/小時。

　　中低速磁浮交通技術是指依靠電磁力將列車懸浮，利用直線電機驅動的軌道交通技術，運行時速為100～120公里。具有噪聲低、環保性能好(距線路10米處不高于64分貝)、線路適應性強(正線轉彎半徑75米，爬坡能力70‰)、乘坐舒適、運行安全可靠，建設、維護成本低、運營效益好等特點。適用于大中城市市內、近距離城市間和旅游景區的交通連接。

　　另外根據最新消息稱，京瀘線時速600公里高速磁浮鐵路，將于2020年交付首臺樣車測試使用，并在山東建成一條高速磁浮試驗鐵路。

　　看過了這么多我國的城市軌道交通取得的驚人的科研成果，相信再過幾年，高速磁懸浮列車、高速高空軌道列車、真空軌道列車將會給我們帶來對軌道交通顛覆性的促進作用。既然聊到城市軌道交通，下面我們就來了解一下我國近年來在高速軌道交通科研上取得的科研進展及相關軌道技術。

　　何為磁懸浮列車?

　　根據百度百科的解釋，磁懸浮列車是一種現代高科技軌道交通工具，它通過電磁力實現列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導向，再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。

　　磁懸浮列車運行時與軌道保持一定的間隙，因此運行起來更安全、平穩舒適、無噪聲，可以實現全自動化運行。

　　磁懸浮列車的使用壽命可達35年，相比普通輪軌列車則僅僅只有20—25年。磁懸浮列車路軌的壽命是80年，普通路軌則只有60年。

　　磁懸浮列車的原理

　　磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車也有兩種相應的形式

　　一種是利用磁鐵同性相斥原理而設計的電磁運行系統的磁懸浮列車，它利用車上超導電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產生的相斥力，使車體懸浮運行的鐵路;

　　另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設計的電動力運行系統的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側倒轉向上的頂部安裝磁鐵，在T形導軌的上方和伸臂部分下方分別設反作用板和感應鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導軌間保持10—15毫米的間隙，并使導軌鋼板的排斥力與車輛的重力平衡，從而使車體懸浮于車道的導軌面上運行。

　　上述兩種磁懸浮的方式，也可以稱之為常導磁吸式(EMS)和 超導磁斥式。

　　其次，磁懸浮列車的高速前進也是利用電磁體間的磁力完成的。 簡單的講就是，在位于軌道兩側的線圈里流動的交流電，能將線圈變為電磁鐵。由于它與列車上的超導電磁體的相互作用，就使列車開動起來。列車前進是因為列車頭部的電磁體(N極)被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體(S極)所吸引，并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體(N極)所排斥。當列車前進時，在線圈里流動的電流流向就反轉過來了。其結果就是原來那個S極線圈，現在變為N極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉換而得以持續向前奔馳。根據車速，通過電能轉換器調整在線圈里流動的交流電的頻率和電壓。

　　中低速磁懸浮是什么，有什么優點?

　　顧名思義，中低速磁懸浮速度將低于高速磁懸浮列車運行速度，一般認為，中低速磁懸浮只適用于城市近距離交通用途，并且時速不超過約一兩百公里。

　　相比高速磁懸浮列車，中低速磁懸浮具有以下幾個優點：

　　首先，能耗更低。以長沙磁浮運營數據為例，其噸公里綜合能耗為1.9度電，比同等長度的城軌耗電低0.2度。在企業的試驗線上，中低速磁浮的能耗比城軌高20%。但投入運營才發現，運距變長后，磁浮能耗反而降低。

　　其次是噪音更小。地鐵運行產生的噪聲一般達80分貝，而磁浮列車約為60分貝，比普通人打電話的聲音還小。如果列車采用的國產電機、空調能進一步優化，噪音還可更低。

　　再次是工期更短，造價更低。修相同距離磁浮線的工期，不足地鐵的一半。

　　另外，在輻射安全問題上，磁浮列車車輛內電磁輻射的安全限值和地鐵同一標準。

　　真空管道軌道技術的實現

　　從2013年開始，有著對軌道速度狂熱執著追求的科技達人馬斯克對于“真空運輸”概念，首次提出“超級高鐵”的理念。而根據他的預想，超級高鐵時速將達到1200公里，接近音速。這一速度將比現在最快的子彈頭列車快兩三倍，比飛機的速度快兩倍。超級高鐵正是真空管道軌道的概念現實化的載體。

　　超級高鐵在真空管道中運行，車廂像一個膠囊。每一個膠囊被放置于管道中，像炮彈一樣被發射至目的地。膠囊處于幾乎沒有摩擦力的環境中，無間斷地行駛。

　　據悉，超級高鐵將采用自供電設計，通過在管道上部鋪設太陽能面板，產生足夠的電能維持運行。真空管道運輸達到超高速度乘客也絲毫不會感受到任何加速度，比火車和飛機也更安全、更便宜、更安靜。

　　在真空管道軌道的設計原型中，其技術原理是在地面或地下建一個密閉管道，用真空泵將管道抽成真空或部分真空。在這樣的環境中運行的車輛，行車阻力會大大減小，從而有效地降低能耗，同時氣動噪聲也可以大大降低。

　　國內最早的超級地鐵研究專家已表明，經過技術的不斷改進，超級高鐵未來實現時速6500公里在技術上基本上不存在任何問題，但關鍵問題是真空管道軌道路程長，而且全程都需要抽氣以適應真空運輸環境，整體造價數額驚人，甚至比地鐵建設成本還高出好幾倍。