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都是兄弟，却“国籍”不同 2016年5月6日，长沙磁悬浮快线开通运营，中国首条拥有完全自主知识产权的中低速磁悬浮铁路诞生了，这是国内第一条自主施工、自主设计、自主制造、自主管理的中低速磁悬浮线路，标志着中国磁悬浮技术实现了从研发到应用的全覆盖。   ▲长沙磁悬浮快线和上海磁悬浮列车示范运营线 在这十年之前的2006年4月27日，上海磁悬浮运营线正式投入商业运营，但上海磁悬浮运营线完全使用德国的磁悬浮技术。2001年，上海磁浮交通发展有限公司先后引进了德国西门子公司、蒂森快速列车系统公司、磁悬浮国际公司以及德国线路及轨道梁技术公司的轨道、车辆、牵引和运行控制四大系统。 从最初的整套技术引进，到后来的完全自主知识产权，从磁悬浮技术的德国“心”，到中国“心”，显然，这十多年磁悬浮技术在国内得到了爆炸式的发展，这从全球磁悬浮轨道的专利申请态势图可以反映出来。 ▲全球磁悬浮轨道的专利申请态势 目前为止，长沙磁悬浮快线已经安全运营超过1000天，列车正点率为99.86%，验证了技术的可靠性与安全性。此外，同样具有完全自主知识产权的北京磁悬浮示范线于2017年底正式商业运营。 走在前方的德国人和日本人 1934年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔获得制造磁悬浮铁路的基本专利（DE643316），专利描述了一种通过电磁力引导无轮车辆悬浮在轨道上行走的发明构思。 ▲磁悬浮铁路的第一件专利 德国从1968年开始研究磁悬浮列车，常导型和超导型并重，但后来经过分析比较，决定集中力量只发展常导型磁悬浮列车，90年代初，德国常导型磁悬浮技术已经成熟。 日本从1962年开始研究常导型磁悬浮列车,后来由于超导技术的发展，日本从70年代开始转向研究超导型磁悬浮列车。2015年，日本在山梨县的试验线上创造出时速为603km/h的世界最高记录。目前，日本正在建设的中央新干线运营线采用的是低温超导磁悬浮技术。 中国作为后起之秀，虽然磁悬浮技术研究起步较晚，在国家政策的推动下，发展势头却非常强劲。这从磁悬浮轨道技术的主要申请国申请趋势对比图可以反映出来，特别是在2005年之后，中国关于磁悬浮轨道技术主题的申请量相对于日本和德国优势非常明显。 ▲磁悬浮轨道技术的主要申请国申请趋势对比图 让人喜爱的昂贵玩具 众所周知，磁悬浮交通具有快速、能耗低、环保、舒适、安全等优点，对比高铁、磁悬浮和航空三大远程交通方式，时速分别为400公里以下、400-600公里和800-1000公里；碳排放按克/公里/每人，依次为33、49和182，这些指标显示，高速磁悬浮交通更加绿色。 然而，目前世界上仅有上海磁悬浮快线一条高速磁悬浮快线商业运营。磁悬浮轨道交通被誉为一种“昂贵的高科技玩具”，从前期投资建设到后期的运行维护都需要巨额的费用，正是由于这些原因，欧洲很多条计划建设的和已经运营的磁悬浮线路被搁浅或遗弃。 显然，发展磁悬浮交通的价值更在于通过磁悬浮技术的研发带动我们国家基础工业和基础技术的发展，比如说磁悬浮技术涉及到的电磁驱动技术，其本质上和航母上的电磁弹射相同。 此外，中国对于中低速磁悬浮交通技术具有完全的自主知识产权，在此基础之上，中低速磁悬浮交通相对于地铁在成本上和速度上已经具有十分显著的优势。比如，长沙磁悬浮快线工程造价为2.4亿元/双线公里，而2014年全国地铁平均造价约为6亿元/双线公里。 目前，国家“十三五”重点研发计划《现代轨道交通专项》已经启动时速600km的高速磁悬浮的研发项目，计划于2021年前建设完成一条5km的高速磁悬浮工程试验线。在日本，2014年9月，连接东京和名古屋的“磁悬浮中央新干线”即正式开工建设，计划2027年开通东京至名古屋区间线路。 最“接地气”的磁悬浮系统 磁悬浮技术包括轨道、车辆、牵引、运行控制四大系统，磁悬浮轨道系统与地面基础连接用于支撑和导向列车，是磁悬浮列车安全、稳定运行的根本保证。道岔和导轨是磁悬浮轨道的核心技术。磁悬浮道岔分为机械道岔和电磁道岔。机械道岔按照道岔切换运行的方式可分为转动式道岔、旋转式道岔、平移式道岔、升降式道岔。日本和德国磁悬浮高速线路道岔的构造实质为同一模式，均为机械移动式。 整体型DE 102005057554A 节段型CN 101063283A  关节型JPH 05140901A ▲转动式道岔 转动式道岔是最通用、最基础的磁悬浮道岔。德国磁悬浮轨道系统的道岔基本构造为在正线分岔处设一段整体型的可弯曲的钢梁，通过钢梁横移实现线路的转向，上海磁悬浮快线的道岔结构就采用这种方式。上海磁悬浮交通工程技术研究中心将整体型道岔改进为节段型道岔结构，其包括了一根主动梁和多根从动梁，节段式道岔减少了转向的长度，同时提高运行舒适度，长沙磁悬浮快线采用了这项道岔技术。 与转动式道岔使得道岔梁发生形变的方式不同，对于平移式道岔、旋转式道岔和升降式道岔，其实质上是对道岔梁的替换。它们在线路转向的过程中，道岔梁本身没有发生任何的形变，可靠度高，但是轨道梁道岔建设成本和运行成本非常高。
平移式CN 105755914A
旋转式JPS 61202505U
升降式DE 102005009038A ▲平移式、转动式和升降式道岔 电磁道岔，免去笨重复杂的机械道岔，通过简单的改变电磁铁通电方向(例如，通过控制指令进行改变)，即可使得所述电磁铁切换为第一状态或第二状态，在目的轨道的运行方向产生均匀磁场，使得列车可以根据需要沿左转轨道或右转轨道运行，这大大缩短了道岔的响应时间，实时性好，但是，道岔运行的可靠性需要通过优化控制技术进一步提高。  CN105696430AUS2010186618A1 ▲电磁道岔的典型设置形式 导轨技术包括轨排技术及轨道梁技术。轨排与轨道梁的固定精度影响磁悬浮列车运行的稳定性，优化轨道梁结构以及与基础的连接方式，往往会减少轨道的沉降，提高轨道运营长期的安全性。
轨排连接CN 105696430A
轨排固定DE 10226802A
双线梁CN 105544371A ▲平导轨技术类型 当代“三巨头” 随着中国磁悬浮技术的迅速崛起，目前，中国、德国和日本成为磁悬浮技术最领先的三个国家。 德国申请人占据着磁悬浮轨道技术的半壁江山，且申请人是以西门子为代表的大型跨国公司；日本申请人的数量众多，其中日本的中部HSST开发株式会社在磁悬浮轨道专利的数量较多。另外，美国的麦克纳莫绅有限公司的研究专注于电磁道岔，也逐渐形成了自己的核心研发企业。 西门子、克劳斯玛菲科技、中部HSST开发株式会社都非常重视转动式机械道岔，这主要是由于转动式机械道岔转向轨道与固定轨道的连接可靠性高、成本低，易于产业化推广。就研究广度而言，西门子相对其他企业研究全面，除了电磁道岔，在其它各技术主题上均有涉及。就研究深度而言，马克斯博革建筑有限公司专注于轨排技术和轨道梁技术，西门子对转动式机械道岔研究较为深入。
▲国外磁悬浮轨道技术的主要申请人技术分布 在国内，中铁第四勘察设计院磁悬浮轨道技术专利最多，其研究重点在于导轨技术，包括了轨排技术和轨道梁技术的各个方面，如轨排的安装固定、轨排之间的连接以及轨道梁的结构及其施工方法。目前，其磁悬浮导轨技术已经成熟且具有成功的工程经验；上海磁浮交通工程技术中心（现为国家磁悬浮交通工程技术研究中心）主要是通过引进、吸收、消化并改进德国的磁悬浮技术，并掌握了磁悬浮轨道交通的核心技术，且其创新的导轨技术在国内具有成功的实践经验；以西南交通大学为代表的高校，自主创建了多条磁悬浮试验线，涉及轨道技术的各个方面，研究也都比较深入。
▲国内磁悬浮轨道技术的主要申请人技术分布 未来趋势我国的磁悬浮技术起步晚、发展快，在中低速磁悬浮交通技术方面具有完全的自主知识产权；在磁悬浮轨道技术方面，目前达到了以导轨技术为特色、道岔技术全面发展的国际领先水平。 然而，追求更高速是轨道交通发展永恒的主题之一。2018年，国产时速600公里高速磁悬浮交通系统技术方案通过专家评审，计划2020年研制出工程样车，并完成5公里试验线验证；此外，西南交大通过试验线已经验证了高温超导磁悬浮列车时速可达到1000公里的可行性。 在此基础之上，我们必须要突破国外技术的遏制，维持在导向运输系统方面的持续领先，抢抓机遇来引领世界磁悬浮轨道交通的发展，进一步满足人们日益对磁悬浮交通更高速、更安全以及更舒适的需求。 |
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