高速輪軌和磁懸浮技術在世界軌道交通運輸體系中的發展
摘 要: 高速輪軌交通從20 世紀60 年代開始建設, 到2001 年世界已建成的高速鐵路有5 214 km ; 正在建設的新線有4 730 km , 正在研究和準備立項的有8 604 km 。從德國、日本建成磁懸浮試驗線后, 世界有5 個國家啟動磁懸浮線路研究, 中國上海成為世界第一個高速常導磁懸浮商用試驗線建設的地區。世界輪軌高速鐵路的發展沒有因為磁浮技術的發展而停滯, 隨著速度目標值的提高, 高速輪軌技術仍然在不斷創新。磁懸浮的研究與
試驗和輪軌高速鐵路的建設與發展在世界上并存。
關鍵詞: 高速鐵路; 輪軌高速; 磁懸浮; 綜述
1 引 言
20 世紀60 年代, 世界上第一條運營速度超過200 km·H-1 的高速鐵路率先在日本建成。此后, 日本、法國、德國、意大利、西班牙等發達國家開始了大規模的建設。90 年代, 輪軌高速鐵路技術在西歐國家普及, 泛歐高速鐵路網的規劃與建設得到了歐洲議會和歐共體的支持。與此同時, 該技術也在亞洲得到進一步發展: 韓國、臺灣等地區先后開始建設, 并重新進行路網規劃。
60 年代初輪軌高速鐵路技術的最高商業運營速度為200 km·h-1, 隨著技術的進步, 90 年代末達到了320 km·h-1 。當時, 世界上一些從事交通運輸的專家認為, 輪軌接觸型技術最高運營速度僅能達到300 km·h-1 左右, 要想超過這一極限, 只能借助于非接觸類技術, 磁懸浮技術將作為新一代地面交通運輸技術, 成為21 世紀的城市間主要交通運輸工具。
60 年代初, 日本開始投入資金、建設試驗段對磁懸浮高速列車技術進行研發; 隨后, 德國、法國、美國、英國、加拿大等國家也先后開始對這項技術的應用進行研究。截止到90 年代初, 日本、德國持續進行研發的投資均已超過10 億美元, 并先后研制出常導和超導類型的車輛并進行早期試運行, 而其他國家大都終止了高速領域研究試驗。90 年代, 德國通過了對TR07 磁懸浮車輛的認證, 并擬于漢堡—柏林間建設世界上第一條商用磁懸浮線路, 日本也在山梨試驗段上實現了超導磁浮列車試驗速度達到了550 km·h-1 的最高運行速度。高速磁懸浮技術取得的成就, 重新喚起了各國對其市場應用的關注與興趣。當今, 對采用輪軌/ 磁懸浮技術建設地面高速交通運輸體系的爭論, 已經成為世界范圍的熱門話題:
(1) 90 年代初, 韓國政府批準建設京釜高速鐵路, 在國內鐵路界引發輪軌/ 磁懸浮高速技術的爭論和比較, 最后選定采用輪軌技術建設高速鐵路。
(2) 1998 年, 澳大利亞批準悉尼—堪培拉高速鐵路的可行性研究, 第一個討論的議題是輪軌/ 磁懸浮高速技術比較, 最后選定了輪軌高速鐵路。
(3) 1998 年至2000 年, 德國漢堡—柏林鐵路選擇磁懸浮/ ICE 技術(輪軌) 問題, 引起全國范圍的爭論; 2000 年2 月5 日, 宣布漢堡—柏林磁懸浮線下馬。
(4) 近年來, 美國加利福尼亞州在進行洛衫磯
3.—舊金山高速鐵路規劃研究時, 就采用輪軌/ 磁懸浮技術爭執不下, 目前主要的建議意見是: 修建50 km～60 km 的磁懸浮試驗線, 舊金山—圣地亞哥之間600 余公里的線路采用高速輪軌技術。
(5) 1998 年, 荷蘭政府計劃建設阿姆斯特丹國際機場—北部城市格羅寧根之間的高速通道, 由于無法確定采用磁懸浮、還是采用輪軌技術, 目前仍在進行比較研究。
2 高速鐵路輪軌系統建設持續增長
截止到1999 年底對高速鐵路新建線的統計表明, 世界上六個國家已建成并投入運營線路的總長為4 61615 km ; 正在建設的新線有3 326 km , 涉及到11 個國家; 正在進行研究和準備立項的新建線分布在12 個國家、共31 條線路, 總長達到7 888 km 。
國際鐵路聯盟所提供的數據和各國鐵路公布資料的統計見圖1 , 圖2 。
圖1 世界高速輪軌鐵路發展
圖2 日本和歐洲高速鐵路旅客運輸的增長
近兩年來, 由于法國TGV 地中海線和日本北陸新干線的繼續修建與開通, 2001 年底投入運營的線路增加到5 214 km , 在建新線為4 730 km , 已經進行研究和準備立項的新建線總長為8 604 km 。高速鐵路新建線路的增加, 主要源于一些國家政府對建設高速鐵路的重視和政策傾斜, 如西班牙政府實施了鐵路重建計劃, 全國新開工建設340 km 高速鐵路新線, 另外作出530 km 新線的規劃。2002 年, 德國的科隆—法蘭克福高速線, 西班牙馬德里—巴塞羅那新建線路中的一部分也將陸續開通, 投入商業運營。隨著高速鐵路新線的陸續建成, 高速旅客運輸出現了日益增長的勢頭。為各國帶來了良好的社會效益和企業經濟利益。
3 高速磁懸浮線路建設和研究的推進
20 世紀90 年代以來, 共有五個國家的政府建立專門項目, 從事高速磁懸浮工程前期研究或建設。這些國家磁懸浮項目近期進展情況如下所列。
德國政府于1992 年將建設柏林—漢堡300 km 高速磁懸浮線路項目列入聯邦運輸計劃。1997 年, 鐵路公司決定采用常導磁懸浮技術。世界上很多國家非常關注這一技術實際應用的進展。其中, 美國和我國政府針對該項技術的應用, 進行了深入研究, 并開始啟動試驗計劃。
德國交通部2000 年2 月宣布, 由于多種原因, 柏林—漢堡磁懸浮項目未能實施, 此后, 國際磁懸浮公司將注意力從城市間移向城市中心—機場線路, 并開始選取合理的應用項目。6 月, 政府簽署協議, 支持對慕尼黑37 km 長以及多特蒙德—杜塞爾多夫80 km 長兩條線路開展可行性研究工作。2002 年元月, 聯邦運輸部宣布, 經過研究, 聯接慕尼黑市中心車站—慕尼黑機場, 杜塞爾多夫市中心車站—多特蒙德市中心車站的兩個磁懸浮運輸項目, 在技術、運營和經濟上都是可行的。
慕尼黑中心車站—慕尼黑機場間的磁懸浮線路是一條3618 km 長的線路, 建設費用約為16 億歐元。杜塞爾多夫市中心車站和多特蒙德市中心車站的快速線則長7819 km , 預計將耗資32 億歐元。宏觀經濟評估表明, 這兩個項目均為投資收益型。運輸部將對項目的研究做出評估, 并與兩個州政府商談項目, 聯邦政府可提供23 億歐元, 作為磁懸浮運輸系統的建設資金。今年6 月30 日, 國際鐵路雜志(IRJ) 通過互聯網發布了一條消息, 德國北萊茵地區威斯特伐利亞州政府拒絕在杜塞爾多夫市—多特蒙德市中心的交通項目中采用磁懸浮技術, 州政府傾向在這個項目中采用傳統的S2Bahn 輕軌鐵路技術。對此, 施羅德總理表示接受州政府的決定。至此, 磁懸浮在德國僅剩慕尼黑一個項目。
我國是世界上第一個進行高速常導磁懸浮商用試驗線建設的國家。1999 年11 月, 科技部與德國國際磁懸浮公司, 就在中國境內選擇適當線路作為磁懸浮試驗場地簽署了意向書。2000 年6 月, 上海市與國際磁懸浮公司簽署了合作開展陸家咀—浦東國際機場磁懸浮線路可行性研究的協議。2002 年12 月, 上海城市—浦東國際機場的高速磁懸浮系統正式投入試運行。
美國早在1990 年就開始了“ 國家磁懸浮啟動” 的研究工作(National Maglev Initiative , 簡稱NMI) , 歷時三年。研究認為, 作為一種21 世紀具有潛力的交通運輸工具, 美國有能力研究和制造, 并希望政府給予支持。國會于1998 年6 月通過了21 世紀運輸平衡法案, 制訂了在美國推廣磁懸浮的法律條款, 規定1999 —2001 財政年度中由聯邦政府撥款1015 億美元, 用于開展磁懸浮示范工程項目可行性研究及部分工程建設費用。同年10 月, 國際磁懸浮美國公司成立。2000 年10 月, 德美兩國交通部長達成協議, 為在美國應用磁懸浮技術, 合作開發安全與環境保護標準。
經過一年多可行性研究及技術準備, 美國交通部于2001 年元月選擇了匹茲堡和華盛頓—巴爾的摩兩條線路, 撥款1 400 萬美元, 用于這兩條線路的技術設計和環境分析研究, 以便為最終確定美國的第一條磁懸浮試驗線提供足夠的依據。預計最終選定磁懸浮試驗線, 將在2003 年的下半年。
目前在美國的兩個磁懸浮候選項目的大體情況是:
賓夕法尼亞州的匹茲堡: 線路全長76 km (47 英里), 將匹茲堡機場到匹茲堡, 以及城市的東郊連接起來。該項目經過地區道路崎嶇, 一年四季氣候多變, 在機場、市中心和郊區都設有車站, 以此展示在各種環境下磁懸浮技術提供商業服務的潛力。
馬里蘭州的巴爾的摩城到華盛頓DC : 線路全長64 km (40 英里), 將巴爾的摩的卡姆登綜合中心、巴爾的摩華盛頓國際機場與華盛頓的聯合車站連接在一起。前期研究表明: 即便在通道中已經具備Amtrak 高速列車, 該項目的建成仍可以提供20 000 人次·日-1 ～40 000 人次·日-1 的旅客運輸能力。建設該項目將有助于華盛頓巴爾的摩地區爭取2012 年奧林匹克運動會。
日本政府在完成了1997～1999 財政年度山梨線磁懸浮試驗計劃以后, 2000 年又批準了五年計劃, 進行高速超導磁懸浮系統的耐久性試驗和新型材料開發研制工作。早期規劃東京—大阪磁懸浮中央新干線的建設, 將于試驗結束后再確定。
日本運輸省和日本東海鐵路公司于2003 年4 月組成了專門委員會, 對500 km 長的東京至大阪磁懸浮新干線作出初步預算, 委員會預計, 該線路的建設成本每公里1142 億至115 億美元。線路有100 km 的隧道, 東京和大阪地區的線路要建在40 m 深的地下。預計全線需要7 年～10 年才能建成。按照每小時20 趟列車計算, 總共需要800 節～900 節磁懸浮車。車輛的成本在50 億～58 億美元。因此, 線路建設的總成本預計將達到692 億美元到825 億美元。
荷蘭政府于1997 年, 提出在阿姆斯特丹Schiphol 機場與北部城市格羅寧根之間建設187 km 高速鐵路的要求。自1998 年, 可行性研究提出了多個方案, 2001 年以后, 選擇的系統集中在高速輪軌/ 磁懸浮之間進行比較。究竟選取何種技術, 將于2007 年作出最終決定。
荷蘭早于90 年代中期就進行了高速鐵路的規劃和研究, 歐洲之星Thalys 高速列車已經將巴黎、5 采用不同技術建設高速鐵路的態度倫敦、布魯塞爾和阿姆斯特丹這四國首都聯接起來。2001 年3 月, 聯接安特衛普( 與荷蘭邊境接 如前所述, 我們對涉及磁懸浮項目的五個國家壤的比利時城市) —阿姆斯特丹(荷蘭首都) 之間中目前高速輪軌/ 磁懸浮系統的建設、計劃和研究長120 km 的高速鐵路開工修建, 拉開了荷蘭境內項目作了初步統計(見表1) 。
表1 五國高速輪軌/ 磁懸浮在建和計劃項目
對以上國家高速鐵路建設中采用的技術進行了解和統計以后, 我們得到如下啟示:
(1) 早期建設輪軌高速鐵路的國家, 正在不斷完善其路網結構, 爭取最佳經濟和社會效益, 輪軌高速鐵路仍在建設。
(2) 新建高速鐵路的國家(如美國與荷蘭) 并沒有因為磁懸浮技術放棄輪軌系統, 而是根據社會發展和運輸市場的需求, 根據技術先進性、成熟性和運輸線路的實際情況確定自己的選擇, 輪軌高速鐵路在這些國家正在起步建設。
(3) 希望采用高速磁懸浮技術的國家正在謹慎地推進工程應用試驗。他們主要考慮的因素有以下幾點:
a1 常導磁懸浮技術的成熟性尚未得到商業應用的檢驗, 與其他交通運輸工具相比的競爭能力有待于驗證。
b1 理論上分析, 磁懸浮技術有一定的優點, 但由于尚未投入實用, 其優點尚未得到驗證, 投入運營的風險來自于不可預見的因素。基于這兩點, 目前磁懸浮試驗段建設的長度均不會大大超過德國阿姆斯蘭試驗段的長度。
c1 常導磁懸浮系統的最高試驗速度是450 h
km·-1, 與輪軌系統最高運營速度的差距僅120 h
km·-1; 超導磁懸浮系統的試驗速度達到550 km· h-1, 與輪軌系統最高運營速度的差距為220 km·
h-1 (尚未進入工程試用階段) 。在這兩種技術中, 那一個系統更具發展潛力, 未來高速磁懸浮的主導技術應該選用哪一種并未明確。
(4) 在一些國家目前建設和研究待定的五條磁懸浮線路中, 有四條用于聯接城市中心與機場的短途線路, 這使得磁懸浮低噪音和占地面積小等優勢得以發揮, 但由于距離較短, 且受環境條件的制約, 其高速的優勢將難以實現; 高速磁懸浮系統在這一領域的應用、與其他交通工具的競爭能力有待于在試驗運營中得到驗證。
6 結 語
綜上所述, 不論是科學技術發達的美國、德國和西歐各工業國家, 還是東歐、亞洲等地的發展中國家和地區, 均首先選用了輪軌高速鐵路系統作為建設高速鐵路的技術體系。在2002 年國際鐵盟公布的2010 年～2020 年全歐洲境內高速鐵路網的規劃中, 完全采用了輪軌高速鐵路技術, 建設近30 000 km 的高速鐵路網。本文希望通過世界鐵路發展的現實使人們了解, 磁懸浮的研究與試驗和輪軌高速鐵路的建設與發展在世界上并存, 兩者通過競爭取得的勝負要由運輸市場裁決。
參考文獻
[ 1 ] 盧乃寬. 世界高速鐵路建設發展趨勢[J ] . 中國鐵路, 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 ] 美國交通部網站: www. dot. gov/ affairs/ [OL ] .
[ 5 ] 國際鐵路聯盟網站: www. uic. asso. fr [OL ] .
