中国磁悬浮呼之欲出_趣味物理-查字典物理网

今年3月，随着世界上第一条商业化运营的磁悬浮列车工程在上海浦东打下第一桩，北京将在近期上马两条磁悬浮线路的消息也被披露出来。而各地有关要上磁悬浮的动议也在猛增。一时间，中国似乎已然成为第一个磁悬浮应用大国。

八达岭长城附近和东直门可到北京机场这两条磁悬浮线路尽管还只停留在计划阶段，但却成为国人瞩目的焦点。众说纷纭中，一个最响亮的质疑是，八达岭线路仅2公里，东直门到机场的距离也不过26公里，在如此之短的距离当中修建磁悬浮线路的意义究竟何在？与之相关的另外几个问题是：与日、德等发达国家相比，我国的磁悬浮技术进展究竟如何？与地铁和轻轨相比，磁悬浮列车的优势究竟在哪里？带着上述疑问，记者专访了西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所副所长胡基士教授。

胡基士：1982年生，河南人

记者：磁悬浮列车的技术难度主要有哪些方面？

胡基士：磁悬浮列车主要有两大关键技术：一是悬浮技术二是驱动技术。一般的车子都是由车轮来支撑的，而悬浮列车则是由电磁力，一种看不见的磁场将它托起来；再有就是牵引，传统的车子都是由旋转的机械带动轮子转，通过车轮与轨道的黏着，即摩擦现象产生牵引力的。现在车子没有轮子以后，就无法再使用旋转让车子走，就用线性电机产生的磁力来驱动，实际上可以把线性电机看成是将旋转电机展平，或者可以把它想像成直径无限大。

记者：我国是何时攻克上述技术难关的？

胡慕士：常导低速磁悬浮列车的主要关键技术是在“八五”期间解决的。当时国家科委立了一个项目，叫“磁悬浮列车关键技术研究”，由许多单位一起攻关。但这里所说的只是技术上的一些关键问题，而不是工程上的，而且主要是指中低速的，不是高速的。

记者：中低速和高速是怎样一个概念？

胡基士：在传统概念里，时速200公里以下的列车为中低速，200公里以上的为高速。在磁悬浮的概念里，还没有一个标准的说法，大概地说，时速200公里以下为中低速，高速磁悬浮列车的时速通常在400公里以上。时速100公里的适用于城市交通，类似地铁轻轨交通，通常采用高架。与地铁相比，高架的成本要低，施工周期短，难度也小。

记者：既然时速在100公里左右为什么一定要用磁悬浮，用其他交通工具不好吗？

胡基士：这个问题我等一会儿回答。200公里以下的时速主要用于大型城市与卫星城之间的交通，比如说市中心到机场和周围卫星城。通常，100公里左右的距离用200公里的时速比较合适，它的旅行时间也就是半个小时。那么为什么已经有了那么多的传统交通工具，还要用磁悬浮呢？现在城市轨道交通有一系列的优点，而汽车则有许多不足的地方：第一，汽车占地面积比较多，要修很多路，根据国外的统计，一辆车平均综合占地约0．3～0．7亩。

记者：这个综合占地是怎么计算出来的？

胡基士：开汽车就要修道路，而且这个道路不是把所有车辆密密麻麻摆放上去就可以的，它必须保证有足够的空间以使交通顺畅，再说还要有停车场，这样算起来综合占地比较大。第二，汽车的废气污染比较严重。第三，汽车对于一次能源的依赖，一个城市可能还感觉不出来，但是对于一个国家而言就上升到战略性的问题。相比而言轨道交通的好处在于，它主要是用电，电的来源很广，这样不仅没有废气污染问题，而且对任何一种一次性能源的依赖性也不大。当初为什么最先修地铁呢？因为把轨道修在地面存在很多问题，比如噪声污染，平交道口的处理问题。所以在城市修轨道交通必须要封闭起来，要么高架，要么下地，反正必须要立交而不能平交。为了解决噪声问题就把它下地了，当然还有“平战”结合的考虑。地铁的问题在于造价太高，北京地铁现在基本上都是全国产的，每公里约5亿元，现在广东和上海采用的是进口设备，它的造价还要高，每公里达7－8亿元。但是轨道交通如果建设太少，联不成网就不能充分发挥它的作用，所以地铁的造价对于大多数城市来说还是很难承受的。为了缓解这个问题，建设轻轨是一种有效的办法，它的造价比地铁低，而且为了减少噪音，利用了许多先进的技术。

记者：轻轨的噪音污染大概有多大？

胡基士：按标准，要求从25米处测量应在75分贝以下，当然这是就国外那些真正的轻轨而言。轻轨不是把传统的火车简单地高架就可以了的，它要考虑线路、车辆、悬挂等一系列问题，包括降低噪音、提高速度等等。比如为了降低噪音，国外有的就采用胶轮；为了提高舒适度，便采用空气簧。轻轨的造价一般比地铁便宜得多，但比传统的列车要贵。

记者：请您描述一下75分贝究竟是怎样一个概念？

胡基士：我们平常说话的声音也就是四五十分贝，75分贝约相当于在闹市区的感觉。

记者：也就是说噪音对周围居民的影响还是很大的。而且您刚才的意思是说国外基本上是控制在75分贝左右，言外之意就是我们国内还达不到这个要求。

胡基士：国内在轻轨方面基本上还是空白。

记者：可是据说我们已经准备上马轻轨项目了。

胡基上：我们国家原来在80年代末由湘潭电机厂搞过一个轻轨项目，但后来没有继续下去。到了90年代后期大家都觉得上轨道是潮流所向，所以又从头开始想这个事情。研究得很多，但是还没有达到产业化。重庆、大连都是采用的国外技术。

记者：磁悬浮与轻轨以及传统轨道交通工具有何差别？

胡基士：磁悬浮列车和传统的轨道交通工具相比，比较接近轻轨，因为都是用高架。它最大的特点就是没有轮轨关系，而是通过磁场、磁力线产生的磁力支撑。因为没有轮轨关系，它的牵引力就不受我们传统的摩擦系数也就是黏着系数的限制。我们知道，汽车开到泥塘里就会产生空转现象，这时候车辆的发动机功率并没有下降，但转换成实际牵引力却下降了。轮轨系统的最大牵引力不仅受发动机功率的限制，而且受黏着系数的限制，因此也受天气、地面等状况的影响。但是，磁悬浮不存在这个问题，它与黏着系数无关，牵引力也就不受上述因素的影响，因此它的爬坡能力就比较强，只要提高它的牵引力就可以。从这个意义上说，它是一种全天候的交通工具。

磁悬浮的另外一个特点就是分布荷载。我们现在的交通工具都是集中荷载，包括轻轨在内。你看汽车整个的重量都压在轮子上面，从几何上看这属于点支撑，火车、地铁、轻轨都是如此。但是磁悬浮是面支撑，这样对于线路的冲击就较小，因此整个线路结构要轻型一些，在一些技术参数上不像集中荷载要求那么高。因为是分布负荷，乘坐磁悬浮列车也比较舒适、比较安全。

记者：磁悬浮的噪音污染严重吗？

胡基士：噪音来源于很多方面，首先是轮轨系统滚动和传动产生的噪音；二是车辆内部设备的噪声，比如电机、散热系统等；三是空气，车辆摩擦空气产生噪音。磁悬浮列车不存在第一种噪声，第二种噪声是有的，但随着技术进步会逐渐降低；第三噪声与速度有关，一般地说当速度上到100－200公里才会有较大的噪声。

记者：去年底有报道说，西南交大成功地试验了一辆磁悬浮列车。

胡基士：原来我们一直在研究常导中低速的磁悬浮列车，而去年研究成功的则是一个高温超导的模型车。现在的超导磁悬浮列车还不是很成熟，主要是日本在研究，他们在东京旁边的山梨县搞了一条18．4公里的试验线，时速已经达到552公里。

记者：高温超导和低温超导的差别在哪里？

胡基士：低温超导是利用液氦冷却，一般温度在-269℃。这里所说的高温超导指的是液氮，温度是-196℃。高温并非通常温度概念中的常温，而是相对于低温而言的。低温的成本高，因为液氦的来源相对较少，不像液氮，氮气在空气中的含量非常丰富。

记者：那为什么要研究低温超导呢？

胡基士：这是因为最初在高温的情况下，实现不了超导，于是先研究了低温超导。现在人们在研究高温超导，因为温度提得越高推广应用的可能性也越大。

记者：那是不是高温超导的技术难度比低温超导要大？

胡基士：的确是这样的。

记者：北京市现在正准备在八达岭和东直门到北京机场之间修建两条轨道，这个项目已经确定了吗？

胡基土：八达岭这条线路上磁悬浮的可能性比较大，而从东直门到机场这条线路到底是上磁悬浮还是轻轨，目前正在论证过程之中，还没有定论。

记者：北京这两条磁悬浮线路的可行性如何？

胡基土：目前全世界还没有一条磁悬浮列车线路真正投入商业运行，搞得比较好的有德国和日本。德国的高速磁悬浮，从技术上说应该是比较成熟了，能够达到商业应用的程度，但是由于德国本身的市场容量比较小，现代交通工具比较发达，所以没有一条合适的线给它建。上海那条线路就是应用的德国技术，最大时速在430公里。日本搞了两套系统，一套是高速，是由铁路部门投资的，想与航空竞争，但是这个系统目前还不十分成熟，可靠性、安全性和经济性都还需要进一步考虑；另外一套系统是中低速，由航空公司搞的，主要想应用在机场到市区之间的延伸服务。日本主要定位了三种档次，即时速100公里、200公里和300公里。100公里这个档次目前正在名古屋修建一条8．9公里的应用线，200、300只是一种概念设计，还没有进入实质性阶段。我们国家主要搞的也是中低速，100公里左右，我们现在青城山建的试验线工程已经开工了，车辆近期就出厂，是由西南交通大学、长春客车厂和株洲电力机车研究所共同出资联合研制的。北京如果要上这两条线，我们觉得建这种中低速的，时速在150公里左右的为好。我们认为加把油，利用国产技术应该问题不大。

记者：从试验线到商业应用最大的问题是什么？

胡基士：主要是安全性、

可靠性及经济性问题。车子能在试验线上跑和能在线路上稳这条线路可以按照200公里的标准来考虑，车子则可先按150公里的时速标准来设计，以后再提到200公里。

记者：磁悬浮提速是对车厢还是对轨道有要求。

胡基士：首先是车辆的问题。功率首先要上来，这种车辆的牵引设备是在车上，其次是轨道的问题，因为地面的电要送到车上去，所以在线路和车辆之间存在一个受流的过程。这就好比城市电车上面挂有一根杆子夹在电线上，那根杆子叫受流器，电线则是供电网。中低速磁悬浮也存在接触受流问题，所以中低速的磁悬浮还不是完全的无接触，受电这一点还是有接触的，尽管接触的面积和力很小，但还是会影响速度的。设计线路时肯定要考虑速度的余量。在建时速100公里的系统时，线路要按时速200公里的标准来考虑，便于提速后使用。

记者：您觉得在两公里的距离上建一条磁悬浮线路，是否有必要？

胡基土：从目前情况看，八达岭那边至少是需要一个交通的衔接，原来在规划八达岭高速公路时，就规划了这么一条衔接线。我想就北京控股公司而言，他们考虑的是：首先这条线路需要一个交通工具，其次磁悬浮会产生比较好的社会效益，也就是说会吸引很多的游客到八达岭，另外在同等情况下票位也会比其他交通工具高一些。毕竟和市内公共交通有所不同，在这里磁悬浮会成为一种旅游项目。

记者：这条线路会不会对长城景区造成影响？

胡基士：现场地形我也曾经去看过，应该说不会给长城的景区造成什么负面影响。因为那里本身就有一条铁路线，磁悬浮的线路基本已经定下来，大致是在铁路旁边沿着铁路走，周围基本没有什么大的建筑。而且与长城还有一点距离，对长城景区的影响我想不会太大。

记者：两公里对磁悬浮列车的速度是不是体现不出来？

胡基士：它本身就是低速列车，高速意义也不大，因此平均速度跑到50公里就不错了。两分钟就到了。

记者：这样一个纯粹的商业行为是不是投资太大了？

胡基士：我估计整个工程下来大约需要3亿人民币。

记者：东直门这条线路您感觉上轻轨还是上磁悬浮好？

胡基士：我感觉上磁悬浮会比较好一些。今后建造卫星城是一个大趋势，而这条路又是朝着顺义的方向，沿线会成为很重要的交通走廊；随着经济的发展，人们对于交通工具舒适性的要求会逐渐提高。根据这条线路的特点，我觉得走高架比校可行，因为要过两个立交桥，三元桥和四元桥，具体怎么过可以再商榷。但是无论如何都不可能采取平交，而地铁的造价又太贵，因此高架应该是一个比较合适的选择。走高架就要涉及以下几个问题，一是噪音问题，二是爬坡能力，再有就是综合比较它的造价和舒适度，相比而言磁悬浮当然比轻轨有优势。此外，建磁悬浮还有一个示范作用，上海的那条线是高速线路，它的示范作用是大城市之间的干线交通。北京的这条线路是中低速的，其示范作用在于大城市和其卫星城之间的交通。另一个意义在于上海那条线是引进的德国技术，而这条线则主要是国产技术。再有，磁悬浮的技术含量比较高，无论从舒适度、环境保护、可持续发展等方面都有其优点。不仅如此，磁悬浮还可以带动一些技术、产业的发展，比如它的控制技术，线性驱动技术和无线通信技术都可移植到其他项目中。

记者：磁悬浮在我国城市交通中成为主角．正式投入运营的前景如何？

胡基士：我比较看好磁悬浮列车，至少它是城市轨道交通工具之一。目前的状况是，没有一种交通工具能够全面覆盖所有的情况，必然需要多种交通形式供用户来选择。磁悬浮一般适合中小运量，因为高架对它而言是比较合适的选择，而一旦高架就必然限制了它的运输能力，比如站台的限制，列车长度的限制等，很多时候站台会和过街天桥连在一起，甚至就架在线路上，因为空间不允许。我觉得磁悬浮作为时速在200公里左右的市郊铁路，应用前景非常乐观，因为它达到200公里的时速比较容易。

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