1.4　中低速磁浮工程试验

1.4.1　国外中低速磁浮工程试验线情况

1.日本东部丘陵线TKL（Tobu Kyuryo Line）

（1）项目概况

早在1992年1月，日本运输部政策委员会就计划到2008年完成名古屋爱知地区中等运量的快速运输系统HSST。1999年4月，日本政府最后选择了磁浮系统。2000年2月，借助爱知世博会的机会，爱知快速运输有限公司成立，随即开始实施环境评价、线路图及制定相关的铁路法规等，2002年4月启动了全线工程，于2005年3月6日提前3年实现该线商业运营。

名古屋东部丘陵线TKL（Tobu Kyuryo Line）是世界上第一条正式的中低速磁浮商业化运营线路，如图1.4.1所示。线路起于名古屋地铁的藤丘站，止于爱知环线铁路的八草站，全长8.9km，正线数目为双线，其中隧道1.4km，高架线7.5km；设有车站9座，其中地下站1座，地面站1座，高架站7座；全线设包含运行控制中心、电力供应、车库、维修场地和办公室在内的综合基地1处。列车最高运行速度为100km/h，定员244人。单线运行时间只有15min，高峰期每5min发一趟车。

（2）线路主要技术标准

正线数目：双线；线间距3850mm。

最小曲线半径：平曲线半径75m，竖曲线半径1500m。

最大坡度：纵坡6％，最大横坡角6°。

最高运行速度：100km/h，最大加减速度1.1m/s2，紧急制动减速度1.25m/s2。

（3）轨道基本结构

本线标准轨道由轨道梁、钢轨枕、导轨和反应板组成，铝制反应板安装在导轨上部，如图1.4.2所示。导轨由耐火钢焊接而成，宽375mm，长9575mm，平均重125kg/m。钢轨水平倾角0～6°，可以克服0.075g的离心力。钢轨装配限制非常严格，HSST每10m长偏差不得大于5mm。在车速100km/h情况下要维持6mm悬浮间隙。

（4）车辆基本参数

车辆外观根据轻松、明快的理念进行设计，车体为铝合金焊接结构，每辆车每侧设有两个宽1200mm双扇对开的侧门。列车由3辆车（Mc1+M+Mc2）组成，共有9列27辆。首车和尾车车体长均为14m，中间车为13.5m，车宽2.6m，高3.45m，自重17.3t，设计最大质量（满载）28.0t。驱动方式是常导磁悬浮系统，由直线异步感应电机推进。

（5）牵引供电技术

供电制式为DC 1500V，供电线路以适当的高度和间隔分布在轨道梁一侧，通过绝缘支架安装供电轨。

（6）列车运行控制技术

由于磁浮列车运行时车辆与轨道无接触，就列车运行控制系统而言，磁浮系统与轮轨系统有着较大的区别：一是轮轨系统中轨道电路集判断区间占用、检查列车完整性和断轨保障于一体的基础不复存在；二是列车位置检测也难以使用轨道电路和轮轨列车的转速表（或里程表）来实现；三是列车运行数据的发送和采集无法通过轨道媒介来完成。因此，TKL线采用了在轨间敷设交叉感应环形线圈进行车地数据通信和测速定位。

在解决了车地数据通信和测速定位方式后，TKL线采用的列车运行控制系统与轮轨列车自动控制系统（ATC）的技术性能和构成模式相近，通常完成列车自动监视系统（ATS）、列车超速防护系统（ATP）和列车自动驾驶系统（ATO）三部分功能，如图1.4.3所示。其中列车超速防护系统（ATP）在磁浮列车的运行中承担确保行车安全的重要职责，是列车运行控制系统的关键一环，它的主要功能有速度监督和超速防护、列车间隔控制、列车检知、速度检出等。该系统包括ATP地面设备和ATP车载设备。

车载ATO设有列车自动启动、停止，开门指令系列，列车在每一个站点的出站控制等功能。这些都是通过ATO数据通信系统和无线发射接收器联合完成的。

2.韩国仁川机场线

（1）项目概况

韩国政府于2006年10月敲定磁浮列车商业化项目计划，此后9年4个月共投入4000亿韩元（约合人民币21.78亿元）。2012年8月，仁川机场磁浮列车试运行路线竣工。按原计划，列车经过1年的试运行后于2013年9月正式开通，但在试运行中出现多种问题，加上完善安全对策，开通日期推迟至2016年。

线路长度为6.1km，从仁川国际机场站出发，经由长期停车场站、联合办公大楼站、国际业务地区站、水上乐园站，最后到达龙游站，如图1.4.4所示。

（2）线路主要技术标准

正线数目：双线。

最小曲线半径：平曲线半径50m，竖曲线半径1500m。

最大坡度：纵坡7％，最大横坡角6°。

最高运行速度：110km/h；加速度：1.11m/s2；减速度：1.11m/s2（运营时），1.25m/s2（紧急情况下）。

（3）轨道基本结构

本线标准轨道与日本TKL线基本相同，仅在轨道细部尺寸上略有差别，轨距1850mm。

（4）车辆基本参数

本线列车由2辆车（Mc1+Mc2）组成，共有5列10辆。车体长均为12m，车宽2.7m，高3.45m。驱动方式是常导磁悬浮系统，由直线异步感应电机推进，如图1.4.5所示。

（5）牵引供电技术

供电制式为DC 1500V，第三轨受流。

（6）列车运行控制技术

列车运行控制系统与日本TKL线基本相同。

1.4.2　国内中低速磁浮工程试验情况

1.工程试验线

截止到2012年，我国中低速磁浮交通领域的科研、试验已有近25年的历史，先后形成了3条工程化试验线。即：

①唐山中低速磁浮试验线长1.5km。

②上海临港中低速磁浮试验线长1.7km。

③株洲中低速磁浮试验线长1.5km。

1989年，国防科技大学在我国第一次研制出小型磁浮试验车CMS-01。1992年，“磁浮列车关键技术研究”列入国家“八五”攻关计划，由中国铁道科学研究院（以下简称“铁科院”）牵头，国防科技大学、西南交通大学、株洲电力机车研究所参与。1994年，西南交通大学建成43m钢结构实验线，研制了双转向架4t磁浮车。1995年，国防科技大学研制成功6t磁浮转向架。1998年，铁科院研制的6t单转向架磁浮车实现稳定悬浮。1999年，“常导短定子磁浮列车工程关键技术研究”作为“八五”攻关项目的延续列入“九五”攻关计划继续予以支持，该项目由西南交通大学承担，随即启动了青城山磁浮列车工程试验示范线项目，建成线路420m，并投入试验。2001年11月，国防科技大学研制的中低速磁浮列车CMS-03，通过专家评审，实现了在204m轨道上以20km/h试运行速度。

（1）唐山中低速磁浮试验线

2008年5月，唐山中低速磁浮试验基地建成，利用国防科技大学研制的长沙试验车进行CMS-03试验。2008年11月，实用型中低速磁浮列车CMS-04首辆车总体总成在唐山轨道客车有限公司完成制造，并开始试验，各项指标试验和检测结果表现优良。唐山试验线如图1.4.6所示。2009年6月15日，实用型中低速磁浮列车在唐山轨道客车有限公司正式下线，北京市决定将该系统运用于S1线的建设，以期作为后来中低速磁浮交通的运营示范线。

唐山中低速磁浮试验线正线全长1.547km，高架单线结构，设有车站1座，出站端设磁浮单开道岔1组。线路上设置了半径为50m的平曲线和坡度为7％的上下坡道。“F”形导轨采用一次性热轧成型的钢轨条，轨距为2000mm。供电制式为DC 1500V，“工”字形供电轨。

（2）上海临港中低速磁浮试验线

2005年2月，上海磁浮中心向上海市政府提出“关于开展低速交通技术研究的请示”，2005年8月17日，上海电气集团公司与上海磁浮交通工程技术研究中心签订项目合作协议，确定将试验线设在电气集团临港重装备基地内。2005年12月28日，投资2.5亿的上海低速磁浮试验线在电气集团临港重装备产业园内开工建设。2006年底，试验线土建工程和机电设备安装工程全面完成并开始车辆组装与调试，试验线如图1.4.7所示。2007年9月13日，上海市科委主持召开“低速磁浮交通系统集成技术研发及试验线工程”项目中期评估会，项目完成中期评估目标，列车最高调试速度达到75km/h。2008年4月21日，试验速度达到102km/h。

上海临港中低速磁浮试验线正线全长1.7km，高架单线结构，设有车站1座，线路中部设磁浮单开道岔1组。线路上设置了半径为50m的平曲线和坡度为7％的上下坡道。“F”形导轨（以下简称“F轨”）采用轨坯机加工成型的钢轨条，轨距为1900mm。供电制式为DC 1500V，“C”字形供电轨。

（3）株洲中低速磁浮试验线

2010年，原南车集团株洲电力机车有限公司（现中车株洲电力机车有限公司，简称“中车株机公司”）携手西南交通大学等单位，开始研发中低速磁浮。2011年在株洲市石峰区中车株机公司内，建成一条1572m长的中低速磁浮试验线。2012年1月21日，中车株机公司在磁浮交通系统中心举行了磁悬浮车辆下线典礼，首列实用型磁浮列车被命名为“追风者”号，列车开始在试验线上全面运行调试，试验速度最高达到92km/h，如图1.4.8所示。

株洲中低速磁浮试验线正线全长1572m，高架单线结构，设有停车库1座，库内设磁浮单开道岔1组，配线1条。线路上设置了半径为50m的平曲线和坡度为7％的上坡道。“F”形导轨采用一次性热轧成型的钢轨条，轨距为1860mm。供电制式为DC 1500V，“C”字形和“工”字形供电轨混合使用。

2.国内中低速磁浮系统研究试验小结

综上所述，中低速磁浮轨道交通系统在我国经历了理论研究、专项技术研发和积累、原理性和功能性验证、原型车研制、以及工程化试验线和实用性磁浮列车的建造，所有该领域的科研、试验等，均以100％自主知识产权和国产化为原则开展工作。唐山、上海、株洲中低速磁浮试验线多年的试验验证表明：

（1）中低速磁浮轨道交通系统在我国已具备100％自主知识产权和完全国产化能力。

（2）国内三条中低速磁浮试验线均采用了实用性磁浮车辆在线上试验，试验运行安全性好，可靠性高，初步具备工程化、商业示范建设条件。

（3）中低速磁浮车辆技术、轨道和道岔技术、线路技术、牵引供电技术、列车运行控制技术等磁浮关键技术的研发和建造可全部实现本地化。

（4）中低速磁浮作为中运量的新型轨道交通系统，具有转弯半径小、爬坡能力强、经济性好、节能环保、运行平稳安全等独特优势，具有良好的推广价值和运用前景。

基于此，2009年，北京市决定将唐山中低速磁浮试验线系统运用于S1线的建设，以期作为中低速磁浮交通的运营示范线。2013年底，在株洲中低速磁浮试验线试验运行近两年后，湖南省政府以打造湖南自己的磁浮装备制造产业为终极目标，决定在长沙建设连接高铁枢纽和航空港的中低速磁浮快线，自2014年5月至2016年5月，在短短两年时间内，完成了从工程研究设计、征地拆迁、工程建造、系统设备制造安装、车辆制造及组装调试、系统综合联调直至工程正式载客试运营，创造了我国轨道交通工程建设史上的奇迹。

值得注意的是，由于在我国到目前为止尚未正式公开颁布有关磁浮轨道交通系统技术标准的规范性文件，国内三条中低速磁浮试验线均采用了各研发单位自定的企业标准，其中的轨道结构和轨距、车辆限界尺寸和荷载、悬浮控制逻辑电路和控制软件等都各不相同。唐山试验线和建设中的北京S1线轨道采用2000mm轨距，车辆由唐山轨道客车有限公司（现中车唐山机车车辆有限公司）制造，选用国防科技大学研制的悬浮控制器和控制软件。上海临港试验线轨道采用1900mm轨距，车辆由大连机车车辆厂（现中车大连机车车辆有限公司）制造，选用同济大学研制的悬浮控制器和控制软件。株洲试验线和已建成通车的长沙中低速磁浮工程示范线轨道采用1860mm轨距，车辆由中车株机公司制造，全部5列运用车中有3列选用了西南交通大学研制的悬浮控制器和控制软件，1列选用了国防科技大学研制的悬浮控制器和控制软件，1列选用了同济大学研制的悬浮控制器和控制软件。

3.长沙中低速磁浮工程示范线

（1）工程概况

长沙磁浮工程（又名长沙磁浮快线），位于长沙市东部，连接高铁站与黄花机场。线路途经长沙市雨花区和长沙县黄兴镇、梨镇、干杉镇，全长18.54km，其中高架线路（含车站）总长17.636km，低置线路总长0.904km。全线设磁浮高铁站、磁浮梨站、磁浮机场站三个车站和车辆综合维修基地一处，如图1.4.9所示。初步设计批复总概算46.03亿元。

（2）长沙磁浮工程建设模式

长沙中低速磁浮工程为我国首条自主设计、自主施工、自主制造、自主管理的具备完全自主知识产权的磁浮轨道交通线路，也是湖南省头号重点工程。此前国内没有完整的中低速磁浮运营线案例，相关技术在国内高等院校、科研单位仍处于研究阶段，因此，项目极具挑战性。

在无施工设备制造实例、无联调联试及运营维护经验的诸多困难下，湖南省方面鉴于本项目的设计、施工、建设管理等各方面的复杂性，最终决定采用“股权投资+设计施工总承包+采购+研发+制造+联调联试+运营维护”的独创性模式，一揽子将长沙磁浮工程所有建设及后续工作委托一家具有中低速磁浮技术储备的企业组织实施。湖南省综合多方因素，决定采取邀请招标的方式通过竞争性谈判选择真正“具备中低速磁浮技术储备”的合作伙伴，最终中国铁建赢得竞争性谈判承揽了长沙磁浮工程设计施工总承包（EPC）任务（注：本项目实际上不属于PPP合作，财政部关于PPP合作的前提条件是社会资本投资占比超过50％，长沙磁浮工程为政府资本控股）。

股权投资方面，湖南磁浮交通发展股份有限公司由5家股东合资成立，资本金12.8亿元，各股东及出资情况为：长沙轨道集团（出资4.2亿元，占比32.81％），湖南铁路建设投资公司（出资3.8亿元，占比29.69％），中国铁建（出资2.8亿元，占比21.88％），湖南机场集团（出资1亿元，占比7.81％），中车株机公司（出资1亿元，占比7.81％），总注册资本金12.8亿元。公司主要承担项目的投资、建设、经营、运营、开发管理等。

（3）长沙磁浮工程实施情况

本项目的工程建设管理由总承包方中国铁建完成，中国铁建向湖南省提供了中低速磁浮轨道交通一站式解决方案，提供了设计、研发、施工、产品制造安装、运营维护、联调联试等全产业链优质服务。有如下特点：

一是“快速”。项目于2014年5月16日开工，2014年7月底初步设计批复，2014年10月8日完成全线80％征拆，真正具备全面开工建设条件，至2015年10月6日磁浮列车试运行，实际建设期1年左右。2015年12月26日全线开通试运行，2016年5月6日正式开通试运营。项目推进速度极其之“快”，这也是总承包建设模式的显著优势，其重大事件一览表见表1.4.1。

二是“优质”。在传统意义上讲，长沙磁浮工程是“小项目”，但中国铁建考虑其是新型产业予以高度重视，以股份公司名义直接承揽总包任务，并在项目中进行管理生产“大运作”。在建设过程中，多次大规模调集系统内骨干技术力量，进行科研技术攻关，充分发挥出了大集团的优势资源，为项目顺利建成起到决定作用。例如，在临近联调联试的最后一周，根据现场需要无条件紧急调遣全系统各局550余名技术骨干及岗位能手支援安装工程收尾工作并最终按期、优质、高效完成“收官”工作。中国铁建在长沙磁浮工程上不计成本、不计代价，研发新工法、新工艺，申报专利300余项，最终优质高效顺利完成此项空前艰巨的建设任务。

三是“安全”。作为总包单位，中国铁建在本项目中身兼股东（业主）、建设单位、设计单位、研发单位、施工单位、采购单位、制造单位等多个“角色”。基于中国铁建系统内自身成熟的标准化管理体系，中国铁建首次有效整合并推行了对项目建设全产业链的标准化管理，制订了“投资、工期、质量、环境、安全”五位一体目标，并结合本项目的重难点，重点突出质量、安全目标。

（4）中低速磁浮关键技术与技术难点突破

根据磁浮交通系统技术原理及系统构成，中低速磁浮交通系统必须突破五大关键技术：一是磁浮线路技术；二是列车牵引供电技术；三是列车运行控制技术；四是轨道及道岔技术；五是磁浮车辆技术。

磁浮线路技术又包括基础桥梁、隧道、低置路基和车站土建等关键技术。磁浮线路技术、列车牵引供电技术及列车运行控制技术，同为轨道交通系统通用技术，技术相对成熟。就磁浮交通系统而言，上述三大技术需结合磁浮交通系统车轨一体且无接触运行、精度要求高、列车竖向激振频率大、电磁环境复杂等特点，合理选择土建工程结构及相应的设计参数，严格控制桥梁、路基等线下工程的沉降。在复杂电磁环境下，合理选用供电接触轨方案和列车运行控制系统设备，确保列车安全平稳运行。

磁浮轨道及道岔技术，包括轨排及道岔制造、轨排铺设及道岔安装，是磁浮交通系统的特殊关键技术。磁浮车辆电磁铁与轨道间保持8mm间隙运行，悬浮系统对轨道较高的激振频率，要求轨道铺设精度控制在1mm范围内。道岔除保持自身稳定运行外，尚需克服列车在不同运行速度下的高频振动，给轨道和道岔的制造、安装及辅助减振措施提出了极高的要求。

磁浮列车车辆技术包括悬浮与悬浮控制系统、直线电机驱动系统、测速定位系统、机械制动系统和辅助电源系统。其中悬浮与悬浮控制系统是磁浮交通系统的核心技术。

针对中低速磁浮交通系统五大关键技术和特殊技术要求，长沙磁浮工程在设计研发阶段针对桥梁、路基、车站结构等土建工程、机电设备选型等均进行了多方案比选和试验，工程过程中大量研发新工艺、新材料，目前已取得各类专利150余项（专利、工法等申报还在整理申报中，计划总申报量300余项），各项关键技术均取得重大突破。

①梁型的选择与实施

通过多方案比选、车桥耦合试验、仿真计算等，确定了投资省，实施快的梁型方案。同时突破了大跨度连续梁制设计和施工难题。目前浏阳河大桥（85+110+85）m的连续梁，是世界范围内跨度最大的磁浮桥梁。此外，梁场内通过数控钢模板加工技术，实现了曲线梁场内批量化生产，既降低投资又提高工效。

此外，通过现场大量实验，中国铁建已完全掌握了磁浮车辆与土建工程的相互作用关系，在下一步优化设计中将起至关重要的作用。

②低置路基设计与施工

解决了路基承轨梁设计与施工难点，选用了投资省、施工便利、维护量少的新型承轨梁结构。同时采用新型结构形式有效对过渡段的变形进行了控制。

③轨排的制造和敷设

国内目前F轨制造分为两种：一是热轧成型仅加工磁极面工艺（北京S1线与国内车辆厂内试验线使用）；二是F轨轨坯二次机加工（长沙磁浮工程使用）。

长沙磁浮工程选用后者，在提高精度、提高生产效率、降低成本上取得重大突破，目前第二种工艺无论造价还是加工周期均优于第一种。

现场铺装通过研制新型工装设备，改进工艺工法，同时引入CPⅢ精测网，解决了轨道铺设精度要求高的技术难题，轨排铺设进度也明显加快。

④道岔制造及安装等相关技术

在对目前国内外现有的磁浮道岔进行研究的基础上，进行了优化和改进，如结构形式、驱动装置、限位装置等，实现了道岔的批量生产制造。此外，在国内率先完成的道岔的信号控制及信号防护系统，实现了磁浮道岔完整制造技术。

通过现场调试，掌握了磁浮列车与道岔间的耦合关系，并开发研制了道岔减振装置，以解决车岔共振问题。

⑤接触轨

接触轨作为车辆与地面设备唯一接触的设备，其安装精度、设备刚度、耐磨度以及供电可靠度均有较高要求。此外，安装的工艺工法也需进行创新。长沙磁浮工程在全线的建设中，通过多次试验对比，圆满地解决了上述问题。

⑥列车运营控制系统

由于磁浮列车运行时车辆与轨道无接触，就列车控制系统而言，磁浮交通与轮轨交通有着较大区别。一是，轮轨系统中轨道电路来判断区间占用、检查列车完整性和断轨保障于一体的基础不复存在；二是，列车位置检测也无法使用轨道电路，列车运行速度无法像轮轨列车通过检测轮子转速来获取；三是，列车运行数据的发送和采集无法通过轨道为媒介来完成。

因此，日本、韩国的中低速磁浮系统采用了在轨道间敷设环形感应线圈进行车地通信和测速定位。结合国内实际，长沙磁浮采用车底安装铝板的模拟计轴方式实现区段占用检查，以涡流传感器实现测速，以点式应答器实现列车定位。在解决上述问题后，列车运行控制系统实现了列车自动监视（ATS，Automatic Train Supervision）、列车自动防护功能（ATP，Automatic Train Protection），并预留了列车自动驾驶功能（ATO，Automatic Train Operation）。

⑦综合联调

针对长沙磁浮工程试运行过程中出现的车辆悬浮稳定性差，车地通信不畅，列车异常紧急制动等问题。工程后期加强了全系统综合联调工作，通过同时调整地面和车上设备物理状态和参数，实现了车地设备最佳参数匹配。确保磁浮列车在投入试运营前的长期稳定运行。