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磁浮铁路的由来与展望
2003-10-08

磁浮铁路的由来
　　磁浮铁路的产生源于人们对轮轨粘着式铁路局限性的认识。传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力而随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。为了解决这一难题，在本世纪60年代初，一些国家开始着手研究非粘着式超高速铁路。磁浮铁路就是非粘着式铁路的一种。
　　磁浮铁路主要有两种类型：一种是常导电磁铁吸引式磁浮铁路，另一种是超导电磁铁相斥式磁浮铁路。常导电磁铁吸引式是在车体两侧倒转向上的底部安装电磁铁，与位于上方的导向轨相互吸引，使车辆浮起10～15毫米的高度，用感应线性电动机来驱动。这种磁浮铁路的速度相对来说要低一些。超导电磁铁相斥式是在车上安装超导电磁铁，当车辆通过装在地面上的线圈或非磁性金属极时，利用地面线圈产生的感应电流与车上的电磁铁之间的相斥力使列车浮起。这种方式所产生的漂浮力较大，车辆与地面间的有效漂浮间隙可达100毫米以上，用同步线性电动机来驱动。这种磁浮铁路的速度很高，但技术难度较大。
　磁浮铁路除了具有速度快的特点之外，还有噪声低、振动小、无磨耗、不受气候条件影响、不污染环境、安全、舒适、节能等优点，因而引起了人们极大的兴趣，许多国家纷纷制定了研究计划。
磁浮铁路在各国的发展
　　迄今为止，对磁浮铁路进行过研究的国家主要有日本、德国、英国、加拿大、美国、前苏联和中国。当前以日本和德国处于领先的地位，而美国和前苏联则分别在七八十年代放弃了研究计划。下面把各主要国家对磁浮铁路的研究情况作一简要介绍。
　　日本于1962年开始研究常导磁浮铁路。此后由于超导技术的迅速发展，从70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。1972年首次成功地进行了22吨重的超导磁浮列车实验，其速度达到每小时50公里。1977年12月在宫崎磁浮铁路试验线上，最高速度达到了每小时204公里，到1979年12月又进一步提高到517公里。1982年11月，磁浮列车的载人试验获得成功。1995年，载人磁浮列车试验时的最高时速达到411公里。为了进行东京至大阪间修建磁浮铁路的可行性研究，于1990年又着手建设山梨磁浮铁路试验线，首期184公里长的试验线已于1996年全部建设完成。
　　德国对磁浮铁路的研究始于1968年(当时的联邦德国)。研究初期，常导和超导并重，到1977年，先后分别研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆，试验时的最高时速达到400公里。后来经过分析比较认为，超导磁浮铁路所需的技术水平太高，短期内难以取得较大进展，遂决定以后只集中力量发展常导磁浮铁路。1978年，决定在埃姆斯兰德修建全长315公里的试验线，并于1980年开工兴建，1982年开始进行不载人试验。列车的最高试验速度在1983年底达到每小时300公里，1984年又进一步增至400公里。目前，德国在常导磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟，德国政府已决定在汉堡至柏林之间修建一条292公里长的磁浮铁路。该铁路将于1998年底开始动工，计划在2005年正式投入运营。
与日本和德国相比，英国对磁浮铁路的研究起步较晚，从1973年才开始。但是，英国则是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。1984年4月，伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之间一条600米长的磁浮铁路正式通车营业。旅客乘坐磁浮列车从伯明翰机场到英特纳雄纳尔火车站仅需90秒钟。令人遗憾的是，在1995年，这趟一度是世界上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了11年之后被宣布停止营业，其运送旅客的任务由机场班车所取代。
　　我国在80年代初开始立项，对常导电磁铁吸引式磁浮铁路进行研究。到1994年10月，由西南交通大学建成我国首条磁浮铁路试验线，并同时开展磁浮列车的载人实验。该项实验成果于1996年1月通过铁道部组织的专家鉴定，从而使我国对磁浮铁路的研究跨入到先进国家的行列之中。
磁浮铁路面临的挑战
　　尽管磁浮铁路具有前面所述的种种优点，并且在一些国家里也取得了较大的发展，有的甚至已基本解决了技术方面的问题而开始进入实用研究乃至商业运营阶段，但是随着时间的推移，磁浮铁路并没有出现人们所企望的那种成为主要交通工具的趋势，反而越来越面临着来自其它交通运输方式，特别是高速型常规(轮轨粘着式)铁路的强有力的挑战。
　　首先，磁浮铁路的造价十分昂贵。与高速铁路相比，修建磁浮铁路费用昂贵。根据日本方面的估计，磁浮铁路的造价每公里约需60亿日元，比新干线高20％。如果规划中的从东京到大阪之间的中央新干线修建为磁浮铁路，全线造价约需3万亿日元，而为了对建造磁浮铁路这一方案进行可行性研究而计划建造的一条428公里长的试验线，其初步预算就达3000亿日元。德国也认为磁浮铁路的造价远远高于高速铁路。根据德国在80年代初的这一项估算认为，修建一条复线磁浮铁路其造价每公里约为659万美元，而法国的巴黎至里昂和意大利的罗马至佛罗伦萨的高速铁路每公里的造价只分别为226万和236万美元。现在，德国规划中的汉堡至柏林292公里长的铁路如果建造成为磁浮铁路，其初步预算就达59亿美元，约合每公里2000万美元。磁浮铁路所需的投入较大，利润回收期较长，投资的风险系数也较高，从而也在一定程度上影响了投资者的信心，制约了磁浮铁路的发展。
　　其次，磁浮铁路无法利用既有的线路，必须全部重新建设。由于磁浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同，因而难以在原有设备的基础上进行利用和改造。高速铁路则不同，可以通过加强路基、改善线路结构、减少弯度和坡度等方面的改造，某些既有线路或某些区段就可以达到高速铁路的行车标准。如，日本1964年投入运营并大受欢迎的东京至大阪的新干线，在没有对机车做重大改进的情况下，仅通过修建曲线半径较大，即没有急转弯和陡坡较小的铁路等方法，从而使列车速度大大提高。再如德国的汉堡至柏林既有铁路线，经过技术改造后，某些区段的最高速度每小时可达230公里。此外，欧洲一些国家如德国、瑞典、意大利等国的设计人员，还采用使车厢在转向架上转动和倾斜的升降技术来对付铁路弯道(即采用摆式车体)，这样在无须对既有线路进行改造和更新的情况下，也使列车行驶速度提高到每小时220公里。在对既有线路进行高速铁路改造的过程中，还可以实现高、中速混跑，列车根据不同区段的最高限速以不同的速度行驶。因而，与磁浮铁路的全部重新建设相比，高速铁路的线路和运行成本就大大降低了。
　　再次，磁浮铁路在速度上的优势并没有凸显出来。30多年前，许多人认为轮轨粘着式铁路的极限速度为每小时250公里，后来又认为是300～380公里。但是现在，法国的"高速列车"(TGV)、德国的"城际快车"(ICE)和穿越英吉利海峡的"欧洲之星"列车以及日本的新干线，其运行速度都达到或接近每小时300公里。1990年，在巴黎西部地区运行的法国第二代高速列车TGV－A"大西洋"号更是创下了试验时速5153公里的世界纪录。更何况，既便是磁浮铁路的行车速度达到每小时450～500公里，在典型的500公里区间内的运行中，也只比时速为300公里的高速铁路节约半小时，其优势不是特别明显。

前景展望
　　任何一项新的发明创造，要想使其真正发挥作用，走入人们的生活之中，必须要经历理论、技术、实用以及是否经济四个阶段的检验。当前，在一些国家如日本、德国等，修建磁浮铁路从技术上已基本不存在问题，并且也开始进入到实用性阶段。但就目前来看，磁浮铁路要实现成为一种大众化交通工具的目标，尚有一段距离要走。从经济效益角度来分析，磁浮铁路当前只在旅游等一些特殊行业项目上具有商业价值，还不具备大规模兴建的经济可行性。然而，也应该看到，随着超导材料和超低温技术的发展，修建磁浮铁路的成本有可能会大大降低。到那时，磁浮铁路作为一种快速、舒适的"绿色交通工具"，这个梦想或许就真的会实现了。