世界上最快的火车,将物理学发挥到极致,一个国家科技水平的象征

发布者:方天话戟 2023-5-27 05:05

“什么车没有轮?”这是一个谜语,谜底是“风车”。

猜中这个谜语,需要来一次“脑筋急转弯”,因为它偷换了“车”的概念。自古以来,车与轮是密不可分的,是车必有轮,轮是车的依托,没有轮子怎能称其为车呢?在我国文字形成发展过程中,“车”这个象形字,最能说明这个问题。

车属于陆地交通工具,由于受地球引力作用,必须安装轮子用于承载和移动,“轮”也就成了“车”的不可或缺的重要部件。没有轮子的“车”,大概也只有“风车”了,而“风车”不是交通工具,当然不是真正意义上的“车”。

“什么车没有轮?”这个谜语,其实寄托着人类的一种梦想,就像对飞行的梦想一样,经过莱特兄弟的大胆尝试,最终不也变成现实了吗?

不过,人类对没有“轮”的“车”的追求,比实现飞行的梦想要迟来了上百年,过程也长得多。从1922年梦想萌芽,到2002年在中国梦想成真,经过几代科学家与工程技术人员的拼搏奋斗,人类才真正有了没有“轮子”的“车”,这一过程经历了整整80年的漫长探索与创新过程。

这种没有轮子的“车”,就是利用磁铁同性相斥、异性相吸的特性,以信息技术为纽带,整合传统交通工业而诞生的新型交通工具——磁浮列车。

“什么车没有轮?”如果现在有人让你猜这个谜语,再回答“风车”,就有些“OUT”了,正确的答案是,有着“零高度飞行器”美誉的磁浮列车。

追求速度,催生梦想

人类的发展总是以追求速度与效率为牵引。19世纪,发端于英国的工业革命,动摇了几千年来的运输模式,汽车的出现实现了动力革命,速度大大提高,从此使速度与效率联系在一起。如今,随着高速公路的大量建设,汽车时速普遍达到100千米以上,极大方便了人们的出行,节省了路途中的时间。

速度与效率是人类永恒追求的目标。1825年,世界上第一条标准轨铁路问世,火车便成了人们生活中不可或缺的重要交通工具,它承载量大、速度更快、更加安全。作为工业化水平的标志,铁路交通体现着一个国家的综合国力,于是,随着科技的发展,铁道线越来越多,火车速度节节攀升,人员与货物的运输越来越便捷,这是铁路交通对人类社会发展进步的贡献。

人类追求速度是无止境的。然而,速度越高,阻力也就越大,因为列车行驶的阻力与速度的平方成正比,所以,当列车的时速达到或超过一定值时,就很难再提速了。现在,即便是在专用轨道上行驶的高速列车,时速一般都在300千米左右,很少能超过400千米。

为什么列车的速度不能持续往上提升呢?这就涉及成本和性价比的问题了。轮轨列车提速的代价是相当昂贵的,科学家曾进行过计算,时速300千米的高速铁路,其造价比时速200千米的准高速铁路要高出近两倍,比时速120千米的普通铁路高3至8倍,如果列车速度继续提高,其造价还将急剧上升。

速度提升带来的另一个问题是,高速行驶的列车由于轮轨之间的摩擦,会引起的强烈震动和噪声,以及拐弯时产生的离心力,使人乘坐产生不舒服的感觉,还会带来安全和维修成本等一系列问题。

科学家们经过深入分析研究,认为进一步提高列车速度,首先需要解决的关键问题是,如何消除列车轮轨因机械接触而造成的摩擦与震动,必须综合考虑震动、噪声、安全、造价、维修等一系列因素。但这些问题解决起来相当难,因为列车是个笨重的“铁家伙”,一节列车重达几十吨,加上载客或是货物就是几百吨,要让它能摆脱地球的引力,消除轮轨之间的机械接触产生的摩擦与震动,简直“难于上青天”,科学家普遍认为,现在的高速铁路时速已经接近极限。

善于探索与创新的科学家们,却从没有放弃对速度的追求,世界上的事情“只有想不到,没有做不到”,办法总比困难多,任何问题都是有解的,只是要找到解决的路径与方法。

科学家们经过长期研究与分析,认为消除轮轨列车摩擦与震动的办法无外乎两种:一种是气浮法,在列车车体底部安装一个喷气装置,通过向铁道上喷气,利用反作用力使火车浮起,从而摆脱地球的引力;另一种是磁浮法,即利用磁铁同性相斥和异性相吸的特性,使列车在铁轨上悬浮起来,车与轨不接触,自然就没有了摩擦阻力,震动也随之消失。

第一种气浮法,原理并不复杂,问题是列车过于笨重,喷气面也大,只有当喷气产生的推力比列车重量更大,才能将车厢托起。但要让它沿着铁道前进,且不说能否实现稳定控制,光是喷气产生的噪声、扬起的尘土、对路基的破坏等就是一大难题,如果再考虑到造价与乘客舒适性,此法根本行不通,故不宜采用。

第二种磁浮法,利用电磁铁“同性相斥、异性相吸”的特性,使列车在铁轨上悬浮起来运行,原理简单也很好理解,问题还是因为列车太过笨重,实现稳定悬浮与控制,困难重重,相比于前者,磁浮法似乎要科学现实一些,也许是一个好的选择。

1922年,德国科学家赫尔曼·肯佩尔第一个提出了“电磁悬浮铁路”的设想,并开始着手研究。此后,他获得了世界上第一项有关磁浮技术的专利。1953年,赫尔曼·肯佩尔写出了他一生最具开创性的研究成果——《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》科学报告,却并未引起多少人关注,人们觉得这只是一种科学“幻想”罢了,将笨重的列车悬浮起来行驶,是多此一举,也不现实,没有任何工业和商用价值可言。

赫尔曼·肯佩尔的研究尽管没有引起什么反响,但他坚持“走自己的路”,始终没有放弃他的研究。作为一位有创新追求的科学家,他相信只要坚持不懈地探索创新,这一设想最终是可以实现的,坚持率领自己的研究小组不断地探索前行。

根据电磁原理来研究磁浮列车,在当时别说是普通人,就是一些科学家们也认为赫尔曼·肯佩尔的研究没有任何可行性,更不要说应用了。人类自从发明了轮轨列车以来,列车就是依靠轮子承载在轨道上运行。如果凭着简单的磁铁特性原理,就想去掉承载重量的轮子,让列车以悬浮状态在轨道上运行,简直是痴人说梦,就当作茶余饭后的一个话题罢了。

俗话说:“屁股决定脑袋。”在交通部门和政府决策者看来,轮轨列车技术已经成熟,时速可以达到100千米,甚至200千米,已经是够快的了。如果要想再快,可以选择乘坐飞机。没有必要别出心裁去研制一个没有轮子的列车,不仅投资看不到回报,更是一个“无底洞”。即便技术突破了,能否实现,是否可行,安全性怎样?性价比如何?一切都还是未知数。

在科学家眼里,创新是没有禁区的,更不能受传统思维的禁锢。从创新实践看,凡是原理上行得通的,就一定能找到成功的路径。把“不可能”变成“可能”,这就是创新的价值和意义,特别是磁浮列车,其创新更是具有划时代的意义——它第一次打破“车”必有“轮”的概念,让车不依赖于轮子而能“贴地飞行”,这是多么具有变革性的科学创造!

当普通人认为磁浮列车只是一个“神话”或是“科幻”时,科学们家却认定它或许就是未来的一种新型交通工具。

当然,这只是科学家们的一个美好梦想。美梦能否成真呢?

理想很丰满,现实太骨感

每一个勇闯禁区的科学家都是一位浪漫主义诗人。

“磁浮列车”这一概念的提出,源于追求列车速度和乘坐舒适度的朴素想法。运用电磁铁原理,让列车摆脱地球引力,实现轮轨不接触消除摩擦与震动,从而提高列车的速度,增强乘坐的舒适度,原理可行,依据充足,其前景也十分诱人。

科学研究的道路上,总是充满着矛盾与不确定性,理论上可行是一回事,实践中能否实现却又是另一回事。任何事情如果“想得到”就能“做得到”,那就没有科学家什么事了,创新也就可有可无。

科学研究的作用和价值在于找到一条通向彼岸的桥梁。从轮轨列车到磁浮列车的这座“桥梁”,如何设计、怎样建造?能否通向理想的彼岸?这些问题,恐怕连最早提出“磁浮”概念的赫尔曼·肯佩尔心里也没谱,也就怪不得有人当作“神话”和“科幻”了,以当时的科学水平和人们的认识程度,不拿它当回事也很正常。

事实也的确如此。磁浮列车作为一种新生事物,与其他新技术容易被人们理解、接受、快速发展不同,它从萌芽到发展,进展十分缓慢且倍受质疑。从1922年赫尔曼·肯佩尔最早提出“电磁悬浮铁路”概念,到1934年获得有关磁浮技术专利,10多年时间未引起人们的关注。从1934年到1968年的34年间,除了赫尔曼·肯佩尔和他的课题组,并没有其他研究机构进行研究,只有极少数人关注和观望,赫尔曼·肯佩尔的创新之路十分寂寞,与其他科学领域形成了强烈反差。

这一时期,计算机技术诞生,它比磁浮技术晚了几十年。1946年2月15日,美国工程师穆奇里研制出世界第一台电子计算机,运算速度是每秒5000次。让穆奇里没有想到的是,他的这一发明成果所带来的信息技术革命,迅速地改变了世界。

短短几十年时间,从初级计算机、台式电脑,到巨型计算机、超级计算机,其性能每10年提高1000倍。到21世纪初,达到了每秒1万亿次,10年后,超级计算机已实现了每秒万万亿次,已广泛应用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘测和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、气象预报、气候预测、海洋环境数值模拟、新材料开发和设计、土木工程设计、基础科学理论计算等领域,成了一个国家重要的基础设施和综合国力的标志。

计算机技术发展一日千里,让赫尔曼·肯佩尔望尘莫及。究其原因,主要是磁浮列车涉及学科多,技术复杂,既受到创新条件、制造水平和工艺等众多因素的制约,又有人们思维观念羁绊、应用前景不明、政府支持不够等各方面原因。正所谓“理想很丰满,现实太骨感”,磁浮列车的发展远比赫尔曼·肯佩尔等研究者想象的要艰难而复杂。

经过了漫长的沉寂和等待之后,有着欧洲“火车头”的德国,随着经济快速发展,交通问题日益突出,开发新的高速交通体系开始变得紧迫起来,直至这时,磁浮列车才引起人们关注。德国联邦交通部、联邦铁路公司在“高运力快速铁路的研究”中,第一次将磁浮高速铁路列入其中。这是磁浮列车首次进入政府交通部门的视野,正式提上了议事日程。

此时,距赫尔曼·肯佩尔提出“电磁悬浮铁路”设想,时间已过去了近半世纪。

有了政府的支持,德国的磁浮交通研制迅速提速。20世纪70年代初,他们研制出世界上第一辆磁浮原理样车,建成了一条长660米的试验线,经过一系列运行测试,证明了磁浮列车的可行性,磁浮交通终于迎来了第一缕曙光。

从1970年开始,日本、美国、俄罗斯、加拿大、英国等国家紧随德国之后,相继开始了磁浮交通技术的研发工作,研制相继取得进展。德国则如同开足了马力的机器,在磁浮交通技术领域扮演着“领跑者”角色,始终处于世界前列。

1977年7月13日,最早提出和研究磁浮列车的赫尔曼·肯佩尔不幸与世长辞。他的磁浮梦想永远停留在了那条长660米的试验线路上。

没有人知道赫尔曼·肯佩尔在弥留之际的心情,是欣慰、满足?还是遗憾、牵挂?或许种种心情兼而有之吧。历史就像是一双无情的大手,把他牵到了人迹罕至的河边,让他看见了对岸的圣光,却忘了为他准备通往彼岸的航船。

幸运的是,德国磁浮交通技术沿着赫尔曼·肯佩尔的梦想不断前进,在世界上一直保持着领先水平。20世纪80年代,德国修建了一条长达31.5千米的磁浮交通试验线,磁浮列车试验最高时速达到400千米,引起舆论一片惊呼。

此后,日本人后来居上,研制的超导磁浮列车,在试验线上更是创造了时速550千米轨道交通的世界纪录。

1980年,世界磁浮交通研究领域,迎来了一位新成员——中国,国防科技大学常文森教授领衔的课题组,在国外技术封锁的情况下,从“0”起步,开始向磁浮交通领域进军。

1988年1月22日,从德国再次传出令人振奋的消息:时速达到412.6千米的高速磁浮列车,在慕尼黑国际交通展览会上展出,再次引起国际交通界的极大关注,德国人更是引以自豪和骄傲。

尽管德国在磁浮交通领域不断取得突破性进展,但一直停留在试验阶段,推广应用一波三折,科学家、政府官员和民众对此争论不休,始终没有着落。

作为磁浮交通技术的开创者和领先者,德国几十年中都只能拿它用来做展示,不仅自己纠结不已,世界也不明就里,也给反对者提供了口实。

磁浮列车,如何超凡脱俗

不用轮子,让列车悬浮在轨道上运行,这是磁浮列车的独特之处与魅力所在。

稍有物理学知识的人,对于电磁型磁浮列车的原理并不难理解,它是利用电磁力抵消地球引力,通过自动控制手段使列车悬浮在轨道上悬浮起来,悬浮间隙为1厘米左右,让列车与轨道处于一种“若即若离”的状态,再通过直线电机牵引使其“贴地飞行”。人们将它比喻为“零高度飞行器”,再贴切不过。

专家介绍,磁浮方式一般有两种,一种是排斥型(EDS电动型),另一种即吸力型(EMS电磁型)。

排斥型的磁浮列车,在车厢底部两侧安装有磁场强大的超导电磁铁,车辆运行时,通过电磁铁切割轨道两侧安装的铝环,在产生感应电流的同时,形成一个同极性反磁场,从而把列车推离轨道而悬浮起来。采用排斥型的磁浮列车,在静止时,由于没有切割电流,只能像飞机一样用轮子支承车体,只有当列车在直线电机驱动下,时速达到80千米临界值以上时,才能悬浮起来。所以,这种悬浮方式的磁浮列车,仍然需要有车轮,不过车轮只是在静止时或初始阶段发挥作用。日本采用排斥型的磁浮列车,在山梨磁浮列车试验线创造了时速603千米的地面交通最高速度。

吸力型磁浮列车,则是将电磁铁置于轨道下方,固定在车体转向架上。当电磁吸力与电磁铁所承受的重量相等时,列车不论是静止还是运行状态,自动控制的悬浮系统都能将列车处于稳定的悬浮状态。

吸力型磁浮列车,是目前国际上比较成熟的磁浮交通技术,我国拥有自主知识产权中低速磁浮运营线——长沙磁浮快线、北京S1线,日本在名古屋附近建成的8.9千米的磁浮交通运营线,以及中国引进德国技术建造的上海高速磁浮线,都是采用吸力型的磁浮列车。

按运行速度划分,磁浮列车可分为高速和中低速。时速在300千米以上为高速磁浮列车,一般采用主动悬浮控制、主动导向控制和长定子同步牵引技术,适合于远距离的大城市之间的交通运输。中低速磁浮列车时速一般在100千米左右,时速200千米左右称为中速列车,它们都是采用主动悬浮、被动导向和短定子异步牵引技术,车辆结构和线路轨道结构比高速磁浮简单,因而造价相对比较低,适合于城市内部或卫星城之间的短距离的轨道交通,发展应用前景广阔。

在时速200至400千米的中高速区间,高速铁路列车最具优势。正如前面所述,时速200千米左右中低速磁浮列车,或是时速400千米以上高速磁浮列车,才是它的优势所在,这也正好与高速铁路形成互补,可以各展所长,协调发展。

这只是一种理想的分析,高速磁浮交通如何在“后高铁”时代展现优势,将是一个有待解答的重大课题。

优势很明显,缺点也不少

磁浮列车利用电磁力支撑车体,采用直线电机牵引,实现了由接触摩擦力向非接触电磁力的飞跃,与普通轮轨列车相比,具有许多独特优势。

噪声低、振动小。列体与轨道之间不接触、无摩擦,因而阻力小、噪声低。列车平稳舒适,轨道附近也感觉不到振动,不会对沿线居民带来干扰。据测试,轨道10米内噪声小于64分贝,普通轮轨列车噪声一般在90分贝左右。振动小、无噪声、不扰民,乘坐平稳舒适,是它的一个显著特点。

转弯半径小、爬坡能力强。磁浮列车的转弯半径最小可达50米,而轮轨列车一般在200米左右。摆脱了轮轨黏着系数的制约,爬坡能力可达70‰,而轮轨列车最多能爬30‰的坡度。因此,磁浮列车选线灵活、适应性强,更适合于起伏大的线路,可减少拆迁和开凿隧道、山谷架桥等费用。

无磨损、使用寿命长。没有轮轨接触的磨损,也就没有摩擦对轮轨的磨耗,大大减少了系统维护工作量,维护费用低。检测可由电脑系统对电力和电子设备进行检测,而轮轨列车必须由人工对机械等进行例行检修。据测算,磁浮列车年运行维修费仅为总投资的1.2%,而轮轨列车高达4.4%。磁浮列车的路轨寿命可达80年,列车寿命为35年,而普通轮轨列车路轨寿命只有60年,车辆寿命为20至25年。显然,没有轮轨接触磨损的磁浮交通使用寿命更长。

结构相对简单、综合性价比高。没有车轮,也就取消了传动机构,降低了车辆结构件的精度要求。轮轨车辆传动齿轮的加工精度要达到微米量级,要求是相当高的,而磁浮列车直接省去这一块东西。至于建造成本,磁浮交通明显低于地铁。不计拆迁费用,磁浮交通每千米造价为2亿至3亿元,而地铁每千米造价需要6亿至7亿元,造价与城市轻轨相当,但它没有噪声,维修维护费用低,其综合性价比要高于轻轨。同时,以电作能源的磁浮列车,不会产生空气污染,真正实现绿色出行,是适合城市和旅游区的交通工具。

分布力均衡、对车辆和轨道的冲击力小。磁浮列车的悬浮力和牵引力平均分布于整个车辆长度,分布力产生的压强是轮轨集中力压强的几百分之一,大大降低了轨道硬度和耐磨的要求,降低了轨道的造价。同时,分布力均匀作用于车辆和轨道结构,减小了冲击系数,大大提高了车辆和轨道冲击疲劳寿命,降低了对桥梁的刚度要求。

安全性能高、加速性能好。磁浮列车车体和钢轨是一个整体,车体是“抱”在轨道上运行,车体两侧像钳子一样卡住轨道,不存在脱轨问题,其安全性很高。无轮轨黏着制约,短距离就可以达到较高的运行速度,且速度调节范围宽,可适用于不同距离和其他不同要求,特别适合于城市轨道交通的短站间距。

“磁浮列车是自斯蒂芬森的‘火箭’号蒸汽机车问世以来,铁路技术的一次根本性突破。”有人如此评价,认为磁浮列车一举打破了人们对“车”的传统概念,将成为一种超凡脱俗的新型交通工具。

如果把城市轨道交通中的地铁、轻轨和磁浮列车从单程运力、速度、建设成本、对周边环境的影响几个方面做一个对比,可以得出以下结论——

论运力,地铁的单程运力最高,磁浮的运力与轻轨相当;从速度上看,磁浮速度最快,轻轨最慢;从对周边环境的影响上看,地铁在地下运行,影响最小,磁浮无振动、无噪声、无污染,低碳环保,而轻轨噪声较大,对沿线居民有干扰;从建设成本上来看,地铁的成本最高,磁浮远低于地铁,略高于轻轨。

有关专家指出,一个城市要解决交通出行的问题,地铁、公交、轻轨、磁浮一样都不能少,各种交通工具都有自己的长处和短处,城市交通的多样性需求决定了各种交通装备不可简单地互相代替。

综合几种城市轨道交通的优劣可以发现,中低速磁浮列车适应性更强,优点相对较多,既适合于在城市轨道交通,也适合城际间的交通连接。

任何事物都是一分为二的,磁浮交通优势十分明显,也存在一些不足,这是它推广应用难的一个重要原因。

不能与传统轮轨列车轨道兼容。轮轨列车借助道岔,可以十分便捷地从一条铁轨进入另一条铁轨,纵横驰骋于铁路网。磁浮列车因其特殊结构,不能在轮轨列车轨道上行驶,只能是一个独立和单一的交通体系,必须为磁浮列车建设专用的磁浮交通轨道。

没有轮轨接触,不能像轮轨列车一样利用轮轨摩擦制动。磁浮列车制动只能依靠直线电机反向驱动力,或是采用滑动摩擦能力制动。由于超出人们习惯思维,让人对磁浮列车制动能力产生担忧,特别是一旦断电,直线电机反向驱动力就没了。

是否存在电磁辐射,没有权威测试。有人认为,磁浮交通在车辆上铺设有交流线圈(即电磁铁),在通电后可能会产生电磁辐射,危害人体健康,对生态环境造成不良影响。

对于人们担心的这些问题,在磁浮交通技术专家看来,无论从技术上还是工程建设中,都可以得到较好的解决。对一些专家和民众提出的电磁辐射问题,也完全没有必要担心。

磁浮技术专家指出,采用吸力型电磁悬浮技术的磁浮列车,轨道与列车底部的电磁铁之间形成的是异性相吸的封闭磁场,几乎不会在磁场外面产生辐射,且这种辐射为非电离辐射,完全不同于CT这样的电离辐射,特别是中低速磁浮交通,电磁铁只分布在列车上,轨道上只有导电铝板,磁场与一般家电相当,不会对人体和环境造成危害。国外为何没有应用,自然有其客观原因,并不代表不能用或今后就不发展磁浮交通了。

专家们的观点,似乎无懈可击,但问题却不如他们想象的简单,人们接受新生事物总是有一个认识到接受的过程。

德国的尴尬

2008年3月,走出寒冬的德国柏林,已经有了春天的气息。对于致力于发展磁浮交通的专家和政府官员来说,春天依然没有到来。

由于资金问题和反对者抵制,慕尼黑磁浮交通线路参建各方在柏林召开记者会,正式宣布该项目停建。

消息甫出,德国各界反响各异、五味杂陈。反对者欢呼雀跃,支持者扼腕叹息。巴伐利亚州州长古恩瑟·贝克斯泰说,这一天对于自称“全球科研中心”的德国来说是个“坏日子”。西门子总裁罗旭德对这个决定感到“痛心”。德国总理默克尔发表讲话,对诞生这项技术的德国,未能在本土建设一条投入使用的磁浮交通线路,感到非常遗憾。

“主要原因是融资问题。”德国磁浮国际公司发言人霍曼女士在解释慕尼黑磁浮线下马的原因时说,最初决定建造该线时给出的预算是按照2004年物价水平估算的,当时预计造价是18.5亿欧元。2007年正式由施工承包方计算出来的总造价则为34亿欧元,超出此前预算将近一倍。对于如此高的预算,让包括德国联邦政府、巴伐利亚州政府、西门子和蒂森克虏伯公司在内的投资方,都不愿意多出钱,所以工程不得不终止。

霍曼女士认为项目停建的原因属于资金问题,而不在于磁浮交通技术。她的话是客观而留有余地,但诞生这项技术的德国,磁浮交通却始终“水土不服”。

实际上,这已经不是德国第一次停止磁浮交通线路建设。在此之前,德国先后有两条线路建设被迫下马。

众所周知,德国是最早开展磁浮列车研究和开展运行试验的国家。早在1979年,在汉堡举行的国际交通博览会上,展出了一段长900米的磁浮交通示范线,时速达75千米的磁浮列车引起人们极大的兴趣,促成了德国下决心建造大型试验设施的决定。1980年,德国埃姆斯兰德磁浮交通试验线正式开工。第一期工程包括长21.5千米的试验线路、试验中心和试验列车TR06,1983年6月30日投入使用,实现了时速300千米试验运行,1984年决定扩建南环线,试验线总长达到31.5千米,时速增至400千米。

1991年12月,在德国联邦铁路中心局的领导下,由政府相关部门官员和科研机构专家组成工作组,用近两年时间对磁浮高速铁路系统进行了全面的检验和评估,得出“技术应用上已完全成熟”的结论。1993年,TR07型磁浮列车在试验线上跑出了450千米的时速。两年后,德国联邦议院和联邦参议院制订出了“磁浮需求法规”。

这期间,德国西部的北威州计划在城市密集的鲁尔区,建设一条从杜塞尔多夫机场到多特蒙德市的商业运营线,最后却因融不到资金而不了了之。

1997年4月,德国决定在柏林和汉堡之间建一条全长292千米的磁浮交通运营线,计划2005年投入商业运行,柏林到汉堡可在一小时内到达。该计划仅进行了3年,因各种原因而功亏一篑。

该项目上马时,汉堡至柏林铁路运营线往返需要4小时,没过几年,铁路提速,时间缩短为1.5小时。磁浮交通线仅能节省半小时,已经没有多大吸引力,建成后很难盈利。

据专家测算,以往返于柏林与汉堡的磁浮列车乘客数量乐观估计,每年也将亏损1亿马克。这个曾轰动一时的项目,因没有人愿意为未来的亏损买单,只得下马。

德国磁浮交通一直未能推广应用,还有一个重要的原因是,德国的陆地交通非常发达,现有的高速铁路网已四通八达,并深入到各个角落。再加上德国拥有世界上最好的高速公路网和空中交通,从实际需求上来讲,建造磁浮交通在德国并不迫切,也没有多大需要。

德国磁浮交通可谓命运多舛。这次,慕尼黑的磁浮交通项目又再次告吹,对德国无疑是一次最重大的打击。这项被德国人引以为自豪的技术,始终没有摆脱议而不决、“悬浮不起来”的尴尬局面。

“第一个吃螃蟹”的中国

在本土不行,德国将目光投向国外,开始在国际上推销它的磁浮交通技术。荷兰的阿姆斯特丹、匈牙利布达佩斯,以及美国拉斯维加斯,在德国人的游说下都动过兴建磁浮交通线的念头,但因各种原因,最终都没有落地。

最后,德国人将目光投入了人口多,经济发展快的中国。他们知道,中国自20世纪80年代开始,一直在发展自己的中低速磁浮交通技术,并取得可喜进展,中国政府一直致力改善日益拥挤的交通状况,磁浮交通也是考虑的选项之一。时任德国交通部部长蒂芬泽信心满满地说:“我们希望与中国的谈判取得成功。”

让蒂芬泽没有想到的是,他当初的期望很快就出现了希望的曙光。经两国相关部门和技术专家多轮谈判和协商,就运用德国技术在上海建造世界上第一条高速磁浮示范运营线达成了协议。

中国的一句老话:东方不亮西方亮。对于德国的磁浮交通来说却正好相反:西方不亮东方亮。

2000年6月30日,中德两国政府正式签订合作协议,开展上海高速磁浮交通运营线项目建设。中国上海市与德国磁浮国际公司很快通过了中国高速磁浮交通示范运营线可行性研究。不到两个月,项目建议书获得国家有关部门批准,同意合作建设上海浦东龙阳路地铁站至浦东国际机场30千米的高速磁浮交通示范运营线。

上海申通集团等8家公司联合出资注册成立上海磁浮交通发展有限公司,上海市委、市政府批准成立上海市磁浮快速列车工程指挥部。

2001年3月正式开工建设,仅用两年时间,经过中德两国专家设计和建设的上海高速磁浮交通运营线终于呈现在世人面前。

2002年12月31日,世界第一条商业化运营的高速磁浮交通示范线在上海建成通车。此时,距2001年3月1日上海磁浮工程打下第一根桩不过22个月时间。速度之快,令人惊叹。

在上海浦东这个新崛起的繁荣之地,磁浮交通线划出一道“S”形优美弧线,把上海地铁2号线龙阳路站与浦东国际机场紧紧相连。该线路全长30千米,转弯处半径达8000米,肉眼观察几乎是一条直线,列车最高时速达430千米,仅次于飞机飞行速度,由起点至终点站只需8分钟,“贴地飞行”给民众带来了便捷舒适的乘坐体验。

上海高速磁浮交通运营线是我国引进德国技术建造的第一条磁浮交通商业运营线,也是世界上第一段投入商业运行的高速磁浮交通线路。中国,成为在世界磁浮交通领域“第一个吃螃蟹”者。

“第一个吃螃蟹”需要胆识,也需要创新智慧与科学组织。上海高速磁浮是一个世界上从未付诸商业运营的高科技项目,从中德两国接触商谈开始,有关方面就广开言路,多次召开可行性论证会,充分听取各方专家的意见,以确保工程经得起科学与历史的检验。

上海磁浮交通发展有限公司负责人说,这项代表当今世界高速交通建设最高水平的宏伟工程,是党中央、国务院高瞻远瞩,正确把握当今世界先进科技发展趋势才得以建成,它凝聚了相关领域内全国上千名优秀专家科学智慧和3万多名建设者的汗水。

为了建设上海高速磁浮线,共有宝钢集团、上海市政工程设计研究院、中科院电工研究所、中科院上海材料研究所、上海建筑科学研究院、上海电气集团公司、国防科技大学、西南交通大学、同济大学、上海交通大学、北京交通大学、铁道部科研所等47家单位共1000多名科技人员进行了140多个科研项目的试验,为工程建设提供了有力的技术支撑。

上海磁浮交通示范运营线采用的是德国技术,有关技术和设备引进的合同谈判过程艰难而曲折。

据悉,德方第一次谈判提供的资料只有30多页纸,谈判的难度可想而知。在谈判高峰时,有8个组同时在谈判,白天谈不完,晚上接着谈;一天谈不完,第二天继续,就这样整整谈了两个月。在涉及双方权益和利益的问题上,双方反复协商,斗志斗勇,边谈边改,相向而行。当初30多页的技术资料,最后谈成了780多页的系统谈判文件,最终谈成了。

然而,对于悬浮导向等核心技术,德国方面却坚决不同意转让,只同意转让高速磁浮交通系统轨道结构等部分技术。不转让的就只能依靠成套设备进口。在此背景下,我国启动了“十五”863计划“高速磁浮交通技术国产化与创新研究”,以及“十一五”国家科技支撑计划“高速磁浮交通技术创新及产业化研究”,最终攻克了高速磁浮列车的走行机构、悬浮导向系统等核心技术难关,打破了国外的技术封锁,这是后话。

在接下来的建设中,来自全国各地的工程技术人员与各路建设者废寝忘食,顽强拼搏,创造出一个又一个“中国速度”——4个月完成上海磁浮交通线可行性研究报告;3个月完成沿线2086亩工程征地、805户居民和102家单位的动迁;6个月建成投产轨道梁制造基地,从第一根轨道梁生产耗时3个月,到后来每天生产8根,提前20多天完成2551根轨道梁生产任务,实现“中国制造”与“中国速度”的完美结合。

数字是枯燥的,而这一个个无言的数字,集中展示了工程建设者们奋发图强的骄人业绩。加工混凝土轨道梁需要特制的机床,沈阳中捷友谊机床厂仅8个月时间,就设计、生产出8台5坐标数控机床,为轨道梁加工奠定了技术基础。轨道梁吊装实现了每天吊装10根轨道的速度,其效率是德国同等工程进度的1.7倍,中国产业工人的智慧与汗水令人啧啧称奇。

工程建设中,1000多名专家和工程技术人员群策群力,相互切磋,寻求最优解决方案,在引进、消化、吸收、再创新中,取得一大批自主创新成果,仅轨道梁的设计施工就获得了8项技术专利。

建设高峰时期,有3万人同时施工作业,上海磁浮交通发展有限公司作为中方的总指挥部,科学决策,周密部署,及时对各路工程队伍进行有效整合,在确保工程进度的同时,探索、创造、积累起大型工程建设管理的新经验。

高速度、高质量、高水准,是上海磁浮交通示范运营线创造的工程品牌效应。在此过程中,我国培养和锻炼了一支磁浮技术研究和工程建设的人才队伍,掌握了磁浮交通的系统集成技术,为磁浮列车交通事业发展奠定了扎实的基础。

德国专家考尔惊叹:“我们惊奇地发现,中国公司在铺设轨道梁电缆时几乎使用了我们知道的所有方法,不但速度快,而且质量高。”

德国《南德意志报》记者为此写道:“中国利用磁浮交通建设向人们显示,他们的国家是多么有活力”“世界将为之震动。”

2002年12月31日,上海磁浮交通示范运营线试运行通车。时任国务院总理朱镕基和德国总理施罗德为试运行通车剪彩后,一同乘坐磁浮列车前往示范运营线终点站,成了这条线路的第一批尊贵乘客。

430千米的时速,第一次真正地刷新了人类地面交通的新速度,掀开了自瓦特发明蒸汽机、莱特兄弟发明飞机以来的崭新一页。“第一个吃螃蟹”的中国,由此开始了磁浮交通的新纪元。

上海高速磁浮交通示范运营线建成通车,中国拥有了世界第一条商业化运营的磁浮交通示范线,积累了高速磁浮交通线路建设与运营管理经验。

上海高速磁浮交通示范运营线,用事实证明经过半个多世纪的探索与创新,磁浮列车完全具备了商业运行的可行性和可靠性。同时也预示,引进德国技术可行,应用中国自己的磁浮交通技术也同样可行,并且可以做得更好。

我国从20世纪80年代初开展中低速磁浮交通技术研究与技术创新,在磁浮交通领域掌握有自己的核心关键技术。这使我国在引进德国高速磁浮交通技术时拥有一批技术谈判专家,对于转让的技术我们可以参考借鉴,不转让的技术可以使我们下决心突破,促进我国磁浮交通技术发展。随着上海高速磁浮交通线的建成通车,国产磁浮交通驰骋华夏大地的日子,也一步步向我们走近。

世界上第一条磁浮交通商业运营线诞生在中国,绝不是偶然的。赫尔曼·肯佩尔也许不会想到,他一生追求的梦想没能在矢车菊遍布的莱茵河畔实现,却在万里之外的华夏大地上广袤盛开。饱受争议的“西方巨龙”没能展翅,令人惊叹折服的“东方巨龙”却已然“飞龙在天”了。

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