1建设磁浮工程的意义
磁浮工程长大干线的建设，如同航空工业一般，可以带动起材料业、电力业、电机业、电信业、电讯业、制造业、建筑业等一系列相关工业的纷纷崛起和壮大。这对推动我国重、轻工业的发展有着巨大的市场潜力。同时，在相同的能源电力消耗下，磁浮列车产出比高速轮轨列车高达1．5倍以上的时间节省效益，可节约出巨大的人力资源。高速磁浮交通系统是全新交通系统，具有最高陆地运行速度并在旅行时间上可与航空相媲美。因此，磁浮交通应该是21世纪的交通革命，也是未来地面交通发展的旗帜和方向。
2推广磁浮交通的技术瓶颈
高速磁浮交通系统的安全、环保、舒适、清洁，足以使大客流客运高效、准点、省时、便捷，其优越的性能理应促使高速磁浮交通迅猛崛起并蓬勃发展，然而为何相关工程界却至今波澜不惊?笔者认为:是因为有几个较难解决的问题制约了磁浮交通的推广和发展。
2．1冬季北方冰雪覆盖影响线路运输的问题
德国发明的常导高速磁浮列车，采用的是电磁悬浮技术。电磁悬浮是通过吸引力悬浮的，位于轨道下方的磁场吸起环抱轨道的导向结构和支撑结构。同时，列车通过长定子直线电机驱动［1］。磁浮列车的起动，采用的专利核心技术先是蒂森•克虏伯公司的电磁悬浮技术:电磁铁励磁产生电磁悬浮磁力，使列车悬浮于磁钢导轨平面之上，列车下部的悬浮磁铁与轨道下方定子铁心功能面之间的悬浮间隙始终保持在8～12mm的尺度范围内。再者采用的专利核心技术是西门子公司的电磁牵引技术:引入高压交流电经降压后整流成直流电，再由逆变器变为0～300Hz交流电，升压后通过线路电缆和开关站供给线路上的长定子线圈，在定子和车载电磁铁之间形成牵引力［2］;牵引供电系统为分段的长定子绕组提供幅值和频率都可变的电源，该电源产生的行波磁场与励磁磁铁产生的励磁磁场相互作用，产生列车高速行驶所需的牵引力［2］;然后利用快速改变0～300Hz交流变频电流频率的方法，加速牵引已悬浮而起的列车向前飞驶。这两项核心专利技术结合在一起，使得列车的前进由滚动被悬浮运行所取代，形成了前进方式上的改变。且另一优点是，磁浮列车能爬坡达10%以上坡度，这是高铁列车力不能及的。从2003年1月—2011年12月，上海磁浮列车示范运行线已安全运行达50万km以上，达到了新型交通运载工具安全测试的考核里程之世界标准。运营至2014年四季度，已突破了安全运行70万km无事故的优良指标，其安全、舒适、环保、节能之优点不言而喻。德国的常导高速磁浮技术，使磁浮列车悬浮于轨道的导轨平面上飞驰，列车与轨道之间不发生任何固体摩擦。但是，磁浮列车被牵引行驶时，因被悬浮磁铁与轨道下方定子铁心功能面之间的悬浮间隙所限制(8～12mm)［2］，列车的车厢底部从导轨平面升起后，车厢底平面悬浮于导轨平面上的垂直距离虽远大于悬浮间隙12mm，但却甚小于轮轨系列的列车底部到轨枕平面的垂直距离。这就意味着磁浮列车运输要向全国范围推广应用，尚有不少难题需要面对且必须克服。我国国土幅员辽阔、地势起伏、气候各异。黄(河)、淮(河)以北广大的平原、丘陵、山地，每年一入冬季直至早春，便是长达数月的冰天雪地，积雪平均厚达150mm以上，倘若如此厚度的积雪成冰堆积在磁浮运输干线的轨道上，就会严重堵塞车厢底平面与导轨平面间的垂直悬浮间隙，也将迫使磁浮列车中断行驶、停止运营。针对目前的磁浮工程技术水平，这些严酷的气象因素阻碍着磁浮交通工程在全国范围(包括北方大片国土区域)联网成片的期望，制约了磁浮交通未来全天候运行的推广应用和发展，扼杀了磁浮交通工程技术的完善、成熟、扩展、普及。磁浮工程技术领域应着重研究考虑的课题是:如何适当地增大悬浮间隙;如何有效地解决整条线路冬季积雪结冰问题，并提出有效的融冰化雪技术以保证正常通行，使磁浮列车线路运输能不受季节气候影响、确保全年通畅。
2．2线路停电或故障导致列车停驶的救援问题
当前在上海磁浮示范运行线上运营的磁浮列车，其车辆原型是从德国进口的TR08型列车。在该类列车车厢的底部，没有安装任何承重的车轮，只有在位于传统车轮的安装位置(车厢底部两边)均匀分布并对称安装了若干对支承滑橇。其设计理念是:列车运行时支承滑橇腾空悬浮在导轨上飞驰，列车停驶或静止时依靠底部的若干对支承滑橇坐枕于导轨平面两边的轨道功能区的顶板磁钢滑行支承轨上，即整列列车连同载客的荷载全部均匀地分布于若干对支承滑橇上。这样的设计，在正常情况下，进站时列车停靠站台、结束悬浮状态、依靠车厢底部平面两侧的若干对支承滑橇稳稳地坐落在轨道功能区的顶板磁钢滑行支承轨上;发车时，支承滑橇收起，整个车厢底部均完全脱离导轨面腾空悬浮，在与导轨面无接触零摩擦的情况下，受变频电流产生的电磁力牵引，高速向前。然而，倘若在原规划方案所设计的长达180km的沪杭磁浮运输线上，一旦列车发生故障或停电停运，则整列列车的车厢便只能靠支承滑橇坐骑在导轨面上，列车底部没有车轮，难以移动，援救者牵引拖运每节空车重达50余t的车厢［2］，是很费时费力之举。这也是磁浮工程技术领域亟需研究解决的课题。
2．3延缓磁极老化、提高寿命、降低成本的问题
磁浮列车之所以能悬浮，再前行飞驰，是因为每个悬浮架中所安装的若干对磁极起着至关重要的作用。磁极是悬浮电磁铁的心脏，为了满足磁极既要轻巧又要高强度还要高绝缘的要求，德国的磁极制作材料是采用环氧树脂作介质包裹住绕在矽钢片上的磁性线圈。但是，经过实地运营考验后的实践证明:环氧树脂虽轻又绝缘，可是应用在磁浮列车的磁极制作上，并非是十分理想的材料。以上海磁浮示范运营线为例，以430km/h速度飞驰的磁浮列车，在每天7:00～21:30的这一运行时段内，每次运行，单程行驶7min、停泊8min。即:在14．5h里，往返于30km长的线路上，来回运行58次。一天下来，在变速运行不断交替的环境下，磁极的外界温度也在不断交替变化，环氧树脂在这种交替循环剧变的温度环境下，会反复产生膨胀收缩的形变;加之以严寒酷暑中高架线路野外环境、正午半夜的悬殊温差，更会加速环氧树脂的老化，久而久之就产生出肉眼难以察觉的内部组织龟裂，并继续在交替循环剧变的温度环境下加以扩展，以致于形成许多条从磁极内部贯穿至环氧树脂表面的细微裂缝。尤其是在南方(如上海)春季梅雨潮湿时节或夏季雷雨台风时节，高速飞驰的列车在车厢底部与导轨面的间隙层间形成强大的吸力，使大气中的雨雾潮湿水汽高密度涌入间隙层，在巨大的气流压力下，钻挤入磁极保护层环氧树脂上龟裂的细缝，湿气水分子的渗入，往往不久就导致磁极短路，引起磁极烧毁的后果。德国本土所处的地理纬度不同于我国，大西洋的季风全年眷顾着德国，使得德国的夏天远没有像我国南方地区那样炎热，更不存在梅雨季节的潮湿空气或雷雨时节的暴雨狂泄，因此，德国干燥的气候环境较适应环氧树脂在磁浮列车磁极制作上的应用。然而在上海，以至于在华东、华南，若要建设磁浮运输干线，磁浮列车磁极制作的材料问题，就显得十分重要和突出。事实上正如德国工程师所预言“上海磁浮示范运营线在初始运行的一年中，磁极调换率几乎为零，而二、三年后，磁极损毁、修复、调换的工作量将会成倍增加”。笔者认为:在今后的研究方向上，是否应考虑替代环氧树脂的新型复合合成材料，如加入竹纤维的高分子合成材料。该新型材料要既能绝缘又耐高温，既轻巧又富有刚、塑结合性，而且有一定硬度、一定韧性、一定的延伸弹性，可经受一定范围内的弹性形变而不至于开裂、不导致漏电短路。这是一项需要经过反复试验和长期测试才能确定最佳材料的专项研究课题，也是延长重要零部件寿命、降低造价的重大创新和技术革命，值得深入探讨和研究。
2．4高精度线路体系的成本、维护和运作机制的问题
磁浮列车较之高铁列车，有明显的爬坡优势。我国东南、中南沿海丘陵地带(如浙、赣、闽、湘、粤、桂)，或西南部各省(如滇、黔、川、琼)，急需建造高速的交通运输干线。然而未能建设“磁浮长大干线”的主要原因是:拟建长大干线的线路将贯穿于各个不同地质基础的广袤区域。不同地区的地质条件差异，将导致整条线路基础结构的不均匀沉降，而当前磁浮线路工程领域用以克服此问题的技术手段将会导致建设和维护的工程量繁重、投资浩大。目前的磁浮工程技术，由于磁浮列车运行时，要确保悬浮磁铁与轨道下方定子铁心功能面之间8～12mm的悬浮间隙，不容扩大或缩小。因此，整条线路中每根长为25m，宽为2．8m的钢筋混凝土预制梁的顶平面之间(梁与梁之间)高低误差不能大于±2mm(即公差范围为4mm)。在磁浮高架桥线路建成后的5年时间内，因不同地质条件形成的各区域路段会产生广泛的不均匀沉降，对整条线路的每一根导轨梁而言，在梁与梁接头处的上部线路平面层表面，会形成一定的高差(这虽然量级很小，但对磁浮运行的平稳、晃动，乃至安全影响甚大)。因此，上海磁浮示范运行线的线路维护，从运行一开始，每天晚上直至次日凌晨(22:00～6:00)的时段内，就有线路维护的工班沿线按规定的编排顺序，依次对线路的每一根25m长的钢筋混凝土预制梁，进行高程和水平间的测试调整(即:二维平面内的微调)，逐日顺延(上海磁浮示范运营线30km长的线路，每根25m长的钢筋混凝土箱梁两端，都安装了具备水平、垂直调试功能的箱梁支座)。根据整条线路的长度，线路维护部门会事先编配好若干个工班，配备监理及甲方代表一起参加检测。一般30km长的线路，每两个月全线调整一遍。笔者认为:若要在广袤的山林河谷地带选取捷径，截取较短距离修建连接起甲乙两地的磁浮交通线路，不仅要象传统的铁路施工那样，穿山筑隧、逢林开路、遇水架桥，而且还要在磁浮线路建设之日起，就着手物色筹建起专业的磁浮线路维护队伍。这支队伍应结合当地的人员物质条件，就地选人、就地取材、就地培训。这样操作才会是最经济和最长久的。这项线路维护工作，不单是传统铁路的安保、巡护，更重要的是对磁浮线路在刚建成的头5年时间内所产生的高架地基不均匀沉降，随时监测，每隔若干日(对每根预制箱梁而言)就必须对桥梁面板之间进行微调，以确保磁浮整条线路的导轨面是平顺衔接、平整过渡，不出现任何高程落差。对于数千公里的长大干线而言，倘若要保证建成后的安全畅通，必须要建立起运转可靠的运营机制，其中也包括专业的磁浮线路维护队伍。综合以上几个方面问题的分析判断，联系我国的实际国情慎重考虑，深感要在我国推广和建成磁浮交通工程体系，需要几代有酒店管理论文志之士的共同努力，方能有条不紊地使磁浮交通逐步推广。
作者：丁信华 单位：同济大学磁浮交通工程技术研究中心
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