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磁浮地铁准备上路 北京S1线顺利完成第一阶段热滑试验

2017-07-16 17:20 编辑:刘伟利 来源:北京晚报

2017年7月16日讯,北京地铁最近传出消息,备受瞩目的S1线顺利完成第一阶段热滑试验,具备确保磁浮列车可以安全地在轨道上开行的条件。此次S1线的热滑实验成功,标志着首条在北京运行的磁浮线路具备正式送电条件下运行的可能,为下一步磁浮车辆动车调试工作提供了必要条件。

上海磁浮列车 视觉中国供图

S1线将于今年年底开通试运营,方便城西市民进城。目前S1线磁浮列车已顺利完成从石门营车辆段至石龙路四站五区间带电热滑运行。下一步地铁S1线其他站还将陆续进行各项测试。在地铁各项测试结束后,还将进行空载试运营。

S1线自西向东分设石门营、小园、矿务局、上岸、石龙路、四道桥、金安桥、苹果园8座车站。S1线是北京市首条中低速磁浮轨道线,从门头沟方向乘坐S1线,10分钟即可到达苹果园,方便了市民从北京西部地区进入中心城区。

S1线最西端位于门头沟新城,向东依次跨越京原路、莲石路到规划沙石坑西侧路路北,而后向北沿规划滨河路南延至规划石龙路,再跨西六环、永定河后,进入首钢厂区,最后沿着既有的京门铁路南侧到达石景山区苹果园站。

北京地铁S1号线是全国首条开工建设的中低速磁浮交通项目,按照公开的材料,中低速磁浮列车的最高速度可以达到约100千米每小时,其速度与普通的市区地铁相当,每节车厢大约容纳乘客在150人左右。为了保证其运输效率,S1号线的站间距相对于其他地铁要长一些,其站间距会拉长到1.5千米到2千米。

磁浮交通,顾名思义,就是靠磁力使磁浮列车浮起来运行的交通方式。我国自2001年启动上海高速磁浮示范线建设,同时也在此前研究基础上积极开展磁浮交通系统技术研发,并于2001年成立国家磁浮研究中心。国家磁浮研究中心现依托于同济大学磁浮研究中心,曾参与完成了磁浮上海示范线建设,并至今一直承担着其运行维护技术保障与支持工作;还曾分别建成一条1.5km长高速磁浮和一条1.7km中低速磁浮综合试验线;为长沙磁浮工程提供全系统、全过程技术支撑咨询,牵头编制了一系列高速磁浮、中低速磁浮国家行业标准与企业标准。

同济磁浮研究中心洪少枝博士说,世界上至今唯一的一条高速磁浮商业运营线,是上海浦东机场到龙阳路地铁站的磁浮上海示范线,从2002年12月31日开始试运行到至2017年3月31日,已经安全、稳定运行了5205天,完成运行里程1627万千米,实现载客4814万人次,并一直保持着迄今地面交通工具最高的运行准点率纪录。

然而,在过去的近十年里,关于磁浮技术的讨论相对沉寂。到了2016年,我国磁浮交通技术发展历程中迎来了一个重要的年份。这一年5月,我国完全自主研发制造的中低速磁浮线——长沙磁浮项目投入运营,这也是我国首条、迄今世界运行里程最长的中低速磁浮商业运营线。长沙磁浮项目在国内产生了明显的示范效应,多个城市表示在考虑建设中低速磁浮运营线,也吸引了多个国家代表团来访问考察。

其间,更有影响力的事件传来:国家“十三五”重点研发计划“现代轨道交通专项”启动时速600公里高速磁浮交通和时速200公里中速磁浮交通研发项目,其速度指标超过了日本已开工建设的超导高速磁浮项目。

磁浮距离民众的日常生活似乎越来越近,有人说,这是我国要在大陆型高速、大运能、可组织交通系统上保持世界领先的表现。

在国外,磁浮技术也取得了新进展,日本超导高速磁浮项目建设继续推进;美国的Hyperloop1目标是实现1000公里每小时以上试验速度……

这是否意味着,磁浮交通这一技术路线,在几经起伏后,又迎来了新的春天?

(原标题:磁浮地铁准备上路)

延伸阅读
“漂浮”的列车什么样

视觉中国供图

磁浮到底是怎么“浮”起来的

磁浮交通,是一种靠磁力使磁浮列车浮起来运行的交通方式,其从悬浮机理上可分为电磁悬浮和电动悬浮两种,前者如磁浮上海示范线采用的德国TR列车、日本爱知线HSST列车、长沙磁浮线和北京将采用的磁浮列车;后者如日本山梨线超导高速磁浮MLX、LO系列列车。

同济磁浮研究中心洪少枝博士向记者介绍,电磁悬浮的原理是对车载的、置于导轨下方的悬浮电磁铁通电励磁而产生磁场,磁铁与轨道上的铁磁构件相互吸引,将列车向上吸起悬浮于轨道上,磁铁和铁磁轨道之间的悬浮间隙一般约8到12毫米。列车通过控制悬浮磁铁的励磁电流来保证稳定的悬浮气隙,通过直线电机来牵引列车行走。

而电动悬浮的原理是当列车运动时,车载磁体的运动磁场在安装于线路上的悬浮线圈中产生感应电引起同向磁场流,两者相互作用,产生一个向上的斥力将列车悬浮于路面一定高度,一般为100到150毫米,列车运行靠直线电机牵引。与电磁悬浮相比,电动式磁浮系统在静止时不能悬浮,必须达到一定速度后才能起浮,大约是达到150千米每小时开始悬浮。

除悬浮机理不同外,磁浮列车的牵引电机形式也有所不同,虽然都是直线电机,但分为“长定子直线同步电机”和“短定子直线异步电机”两种。当采用长定子直线同步电机时,电机的定子沿整个线路铺设,电机的转子安装在车上,适合于较高速度的磁浮列车牵引,如磁浮上海示范线、德国的TR常导磁浮列车和日本的MLX、LO等系列超导磁浮列车。当采用短定子直线异步电机时,电机的定子安装在车上而转子在轨道上,适合于低速磁浮列车,如长沙磁浮线和日本爱知磁浮线等。由此,又可将磁浮交通技术分为高速磁浮技术、中低速磁浮技术两种,前者的最大运行速度约为400到500千米每小时,后者的最大运行速度大致在80到100千米每小时;近年来在开发的时速200千米每小时磁浮称为中速磁浮技术。

此外,日本的超导磁浮列车利用安装在车辆上的低温超导线圈,产生强磁场,被称为超导磁浮交通。除此之外,目前其他磁浮交通技术都采用普通导体通电励磁,产生电磁浮力和导向力,故称为常导磁浮交通。

磁浮为什么安全环保还节能

与人们熟悉的铁路、城市轨道交通类似,作为公共交通方式的一种,磁浮交通系统的子系统构成也分为运行控制系统、车辆系统、牵引供电系统、线路轨道系统四部分。

洪少枝介绍,除了非接触“悬浮”运行的特点外,磁浮交通还是一个高度集成的自动控制系统。以高速磁浮技术为例,在安全性方面多道把关程序,如系统构造为车辆环抱线路行驶,保证不会脱轨;运用列车运行的控制与安全防护技术,保证任何妨碍正常运行的故障均会导向安全停车;不会发生追尾和对撞;即使在极端故障情况下,也能保证悬浮和制动;车辆按民航飞机的防火标准设计,且相邻车厢间隔离门的防火隔离时间大于10分钟;车辆采用防碰撞设计,保证在可能范围碰撞发生后,不危及列车的悬浮导向稳定性,同时列车碰撞部位的变形,不挤伤车内人员及乘客;由于系统的加减速性能高,在接收到地震监测信号后,可用更短的制动时间保障列车停车。

事实上,磁浮上海示范线投入试运行之前,在中、德两国政府磁浮领域合作框架下,委托中外专家组成的第三方评估机构,进行了从系统、子系统到零部件三个层次的安全评审与考核运行,通过安全审批后再颁发载客试运行批文及许可证。投入运行后,经历了风霜雨雪等各种极端天气的考验,且在相当于11级风速的台风中,上海磁浮列车仍按时刻表正常运行。

除安全性强的特点外,磁浮交通系统的环保指标也很高,比如在同等速度下,磁浮列车噪声明显比其他陆上交通工具低。

以人们最为关心的电磁辐射指标来看,洪少枝介绍,根据美国、中国权威机构在磁浮上海示范线进行的全面、综合测量,以及与电磁辐射国际标准、国家标准分析比较,结果表明:高速磁浮交通系统对环境的电磁辐射与高速轮轨系统、地铁系统相当,均远低于现行标准限值。

此外,磁浮列车因具有相对较高的爬坡能力与较小的转弯半径,其线路对地形的适应性较强,可以沿即有交通走廊选线,从而少占用土地,不增加新的环境负担,减少噪声对大众和自然生态的影响。

不仅如此,国外研究机构认为磁浮线路封闭面积小、表面积需求小、能耗比小,所以二氧化碳排放量及声响发射也有优越性。

因此,洪少枝说,综合来看,磁浮系统运行对环境造成的负担比其他可比较的交通系统更少。

铁路是公认的节能交通系统,而高速磁浮交通系统更加节能,洪少枝介绍了其中四点原因,一是磁浮列车的非接触运行方式;二是磁浮系统采用分段供电技术;三是磁浮列车设计大幅减少列车截面面积等。

洪少枝说,德国莱茵州技术监督协会研究表明,在相同运行速度和座位宽敞程度情况下,磁浮列车比高速轮轨铁路的单位运量节能20%到40%。同时,运行过程中的馈电能源能够回收利用;此外,磁浮列车采用同步直线电机驱动方式,其供电效率也较高。

磁浮交通的未来会是什么样

对公众而言,其出行更关注的是从出发地到目的地之间交通模式的最优组合与效率,根据便捷性、经济性和时间要求优化组合配置,没有哪一种交通方式能够单独实现整个交通出行过程。由于速度差异,高速磁浮和中低速磁浮交通技术的适用范围是不一样的。

洪少枝说,高速磁浮系统的旅行速度(即出行距离除以出行时间)可达每小时300到450千米,可在中长距离实现3小时舒适旅行,与高速轮轨和民用航空互为补充、合理分工,在中长距离大城市之间实现快速联系,开行高密度、大编组点对点直达列车,再利用磁浮城际线、高速公路、铁路等对枢纽范围内的中小城市辐射、集疏旅客。

高速磁浮列车在城市群内部,可作为城市群内主要节点城市之间的通勤交通,以城市群内的特大型城市为核心,集聚和辐射周边中小城市,形成半小时到一小时的商务、公务、通勤、旅游为主要目标的旅行圈,可在枢纽与车站、车站与车站之间开行高密度、中小编组的点对点列车。

而对中低速磁浮交通而言,其速度与城市轨道交通相当,但由于在噪声、振动等方面几乎不增加环境负担,使得其可以采用地上线路形式替代轮轨式轨道交通,比地铁建设成本大幅度降低且较少占用土地。因此在城市区域,中低速磁浮交通在中等运量的通道上可完全替代地铁;特别是可以作为中心城与卫星城之间的主要交通方式,或卫星城内部通勤、旅游景区内部交通等。

洪少枝认为,磁浮系统对轮轨铁路实际运行中存在的脱轨、磨损、爬坡能力、噪声等问题,提出了革命性的技术解决方案,使高速列车可跑得更快、运行成本更低、更适应地形变化,是继汽车、轮船、火车、飞机和管道运输之后,填补火车和飞机之间速度空白的第六种交通运输系统。无论是高速磁浮还是中低速磁浮,都是地面轨道交通技术未来的发展方向。

国外,磁浮交通技术也受到重视。德国政府从1969年开始支持磁浮系统技术开发;1987年成功建成全长31.5公里的试验线,1991年,完成常导磁浮系统技术开发并通过评估,宣布技术成熟,可以进入工程应用。随后规划建设柏林-汉堡线、慕尼黑机场线项目,且均通过了可行性研究和严格的环境评估。由于德国即有交通系统非常发达,人口分布及流动特点决定了其新建磁浮交通项目客流不足,因而将重点转向技术输出,并于2001年实现对中国上海出口TR08型列车及运行系统成套设备。

日本历届政府对磁浮交通技术研发的资金、政策、技术评估等均给予全面支持。2014年12月,其高速磁浮中央新干线工程正式开工,其中东京到名古屋段预计于2027年开通,名古屋到大阪段预计于2045年完工;该线全长436千米,最高行车速度505千米每小时,工程总投资约合人民币4800亿元,届时东京到大阪只需67分钟,比目前新干线和航空都更快。2015年4月,在总长42.8千米的山梨试验线上,最新的LO型列车创造了载人试验603千米每小时的最高速度纪录。

美国是德国、日本积极推广其各自高速磁浮交通系统的对象,具有极大的高速轨道交通潜在需求。由美国的艾隆·马斯克于2013年提出的超级高铁概念近几年取得举世瞩目的进展。其设想是将“铝制胶囊”置于钢铁管道之中,利用磁浮技术使胶囊列车悬浮起来,然后将管道抽至真空,再像发射炮弹一样将车厢发射至目的地,可实现时速1200千米,超过绝大部分民航飞机的最高时速。可以想见,未来地面高速交通技术的发展将更具创新性,更加精彩纷呈。本报记者 蔡文清

 

来源:北京晚报 记者 蔡文清

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