1.1 中低速磁浮交通技术发展

1.1.1 磁浮交通分类

磁浮交通区别于轮轨交通的关键在于无接触的支承、导向和牵引。依据悬浮机理的不同，磁浮列车可分为电磁悬浮（electromagnetic suspension，EMS）、电动悬浮（electrodynamic suspension，EDS），以及钉扎悬浮三大类。从驱动形式可分为车载短定子直线电机驱动和地面长定子直线电机驱动两种。

电磁悬浮列车利用轨道下方悬浮电磁铁线圈通电产生的电磁场，与轨道上的铁磁性构件互相吸引，依靠向上的吸力来抵消重力，实现列车的悬浮。因此，若要实现稳定的悬浮，需要施加闭环控制。

目前电磁悬浮是唯一实现商用的悬浮制式，最早由德国人赫尔曼·肯佩尔（Hermann Kemper）于1922年提出，并于1934年获得世界上第一项磁浮技术相关专利。上海浦东国际机场到龙阳路的磁浮交通是目前运营速度最快的磁浮列车，时速达430km，采用长定子直线电机驱动方式，属于高速磁浮列车，主要用于大城市之间的干线交通。而日本HSST磁浮列车、韩国仁川机场线磁浮列车及我国长沙磁浮快线列车，则采用短定子直线电机驱动，最快运营速度突破140km/h，属于中低速磁浮列车，主要用于城市内非骨干线、市域（郊）及旅游景区等线路。中低速磁浮交通具有曲线半径小、爬坡能力强、振动和噪声小、建设和维护费用低等特点，近年来受到人们的日益关注，取得了较快发展。

1.1.2 国外中低速磁浮交通发展概况

国外开展中低速磁浮交通技术研究的国家主要有德国、日本、韩国和美国。

1）德国

德国是磁浮列车概念的诞生地，虽然在1934就获得了磁浮相关专利，但是受限于当时的技术条件，磁浮研究迟迟得不到有效进展。直至1969年，德国研制了世界上第一辆磁浮列车原型车TR01。1971年5月6日，世界上第一辆磁浮列车——MBB示范车在德国慕尼黑的MBB（Messerschmitt_Blkow_Blolm）公司问世，正式向公众展示，至今已超过50年。MBB示范车具有独立的支承和导向系统，采用短定子直线电机驱动，即直线电机定子和动力电源置于磁浮列车上，次级在轨道上。质量为5 800 kg，运行速度达到90km/h，钢铁试验轨道长660m，如图1-1所示。这也是后续中低速磁浮普遍采用的支承和驱动方式。这一技术成果被命名为“磁浮交通”，以表示其运载能力与高速性能，它首次向世界表明磁浮技术用于承载和运输大规模旅客的可行性。

1975年，蒂森·亨舍尔（Thyssen Henschel）公司在卡塞尔（Kassel）的工厂中的HMB试验线上实现了长定子直线同步电机对磁浮列车的驱动，即直线电机的定子铺设于轨道，由地面供电，摆脱了接触受流对于速度的限制。1977年，时速400km的试验列车被研制出来，验证了高速磁浮的可行性，中低速磁浮的发展路线逐渐被舍弃。直到近几年，德国又重启了中低速磁浮的项目。区别于现有的中低速磁浮，德国在车辆结构型式和驱动方式上做了许多创新性改变。但是截至目前，德国尚未建设商业运行的磁浮线路。

2）日本

日本名古屋的东部丘陵线是世界上最早的中低速磁浮商业线路，磁浮车辆采用常导电磁悬浮制式，通过短定子直线感应电机驱动，悬浮和导向系统合二为一，属于HSST（high speed surface transport）高速地面运输车系列。该系列最早的试验车HSST 01号于1975年研制成功，并进行了非载人悬浮和推力试验。1978年，HSST 02号试验车在试验线上成功试运行，最高速度约为100km/h。HSST 03号、HSST 04号、HSST 05号试验车分别在1985年筑波、1988年埼玉和1989年横滨博览会上展出，并进行了几十万甚至上百万人次的乘坐，载人运行速度为40km/h。

1990年，日本对HSST常导电磁悬浮进行了评估，确认已经达到实用阶段，开始研制HSST_100S型磁浮列车。从1991年到1995年，日本对HSST_100S号车进行了100多项实用性试验。测试结果表明，HSST 100S型磁浮列车是成功的，是可靠的，并且由于其悬浮的优点使得它的维修量降低。作为城市交通系统，HSST磁浮铁路系统已进入实用阶段。

1995年，在HSST_100S号的基础上，日本研制了HSST_100L号商业运营样车，列车采用2节车辆编组。从1995年开始，该列车在大江试验线路上进行运行试验，试验结果认为HSST型磁浮运输车作为城市快速交通工具已经完全达到了商业运营条件。2000年，爱知快速运输有限公司正式成立，开始着手东部丘陵线的环境影响评估、线路规划和相关法规制定等前期工作。

2001年，日本开始建造东部丘陵线。线路全长9.2km（复线结构），运营线路8.9km，除1.4km为隧道外，其余均为高架线路，共设9个车站和1个车辆段。车辆以HSST_100L型列车为基础，增加了中间车，列车全长43.3m，将其命名为“Linimo”（图1-2），采用3节车辆固定编组运行，最高运行速度为100km/h，单程运行约需15min。2005年3月，该系统投入正式商业运营，作为世博会的主要交通运输线路开始运行，是世界上第一条投入商业化运营的中低速磁浮交通线。

值得注意的是，东部丘陵线由于客流量、造价和运行费用等方面的原因，建成近十年来，中低速磁浮交通系统并没有在日本得到进一步推广。

3）韩国

韩国的磁浮技术研究主要集中在中低速磁浮。在研究初期，韩国现代精密加工公司于1985年完成了第一辆技术论证车HML 01并进行了实验室试验，采用的是常导电磁悬浮制式。随后，在HML_02的基础上，于1993年推出了全尺寸示范车HML_03，并在大田世界博览会上接受了12万名乘客的试乘。与此同时，大宇重工于1992年制造了3辆全尺寸车，并通过了所有性能测试。大宇重工的车辆同样使用电磁悬浮和直线感应电机驱动，目的在于城市内交通运输，以及市区和机场之间的连接。

1997年，韩国机械材料学会联合现代精密加工公司完成了UTM（urban transit maglev）运输系统商业化样机UTM 01。1998年，韩国机械材料学会与韩国铁道制造公司推出了2节编组的UTM_01磁浮列车，并进行了三年的试验运行验证。2005年，韩国铁路车辆企业ROTEM和韩国机械材料学会在1.3km的试验线上进行了MLV磁浮列车的试运行。结果表明，MLV的性能大幅超越此前的试验车，几乎没有噪声、振动和空气污染，且最高时速可达110km，标志着韩国磁浮列车技术进入实用阶段。在2012年推出的UTM_02磁浮列车标志着韩国磁浮列车技术开始向商用转变。2014年5月，仁川机场到龙游路段的6.1km中低速磁浮交通商业运营线进行试运营，并于2016年初正式运营（图1-3）。

4）美国

美国的中低速磁浮技术主要为M3（MagneMotion Maglev）系列，是联邦运输管理局（Federal Transit Administration，FTA）支持的5个城市磁浮项目之一。虽然其属于EMS磁浮列车，但是为了节约能耗，主要通过电磁_永磁混合磁铁进行悬浮。其悬浮间隙约20mm，并依据车重动态调节间隙，使悬浮电流均值为0，悬浮力主要通过永磁体提供。这一策略的出发点在于M3磁浮列车采用了小型化车辆和编组运行方式。每次只以几秒的间隔发行3～4辆车，并在长定子轨道分区供电，节约电能。M3磁浮列车的推进方式为长定子直线同步电机，并将悬浮磁铁作为电机的次级。第一辆M3原理样机于2002年建成，在6m的轨道上进行了各项测试（图1-4）。

1.1.3 国内中低速磁浮交通发展概况

相对于德国、日本等国家，我国的中低速磁浮交通发展起步较晚，但是通过几十年的攻坚克难，经历了样机研制、工程试验等阶段。

1）原理样车阶段

1980年，国防科技大学研制了我国第一台小型磁浮试验装置，并于十年后实现了我国第一台小型磁浮原理样车。1992年，“磁浮列车关键技术研究”列入国家“八五”攻关计划。随后，国防科技大学在1995年推出了国内首个单转向架的载人磁浮试验系统。同期，西南交通大学于1994年成功研制了4个座位、自重4 t、悬浮高度8mm、时速30km的磁浮车和43m轨道的载人磁浮车试验系统。

此后，中国铁道科学研究院联合中车长春轨道客车股份有限公司、中国科学院电工所等单位研制了结构速度100km/h、额定气隙10mm的6 t单转向架磁浮试验车，并在中科院环形段内的36m试验线上进行了稳定悬浮和车载变频推进等几十项测试。该项成果于1998年通过了铁道部科技成果鉴定。1999年，国防科技大学和北京控股集团合作，开始推进中低速磁浮交通的产业化，并于2001年在长沙修建了第一条磁浮列车试验线，长度为204m。2001年，西南交通大学开始在青城山建设一条全长420m的中低速磁浮试验线，并于2006年成功实现联调（图1-5）。

早期各类试验车和试验线的研制、建设，开启了我国中低速磁浮发展的篇章，为我国中低速磁浮交通的工程化和应用奠定了重要的基础。

2）工程化试验阶段

在完成中低速磁浮的初期探索之后，我国先后建设了三条工程化试验线，形成了中低速磁浮列车工程化试验示范和配套技术平台，通过大量的试验运行，积累了丰富的经验，为中低速磁浮的工程化应用提供了保障。

2007年，上海磁浮交通工程技术研究中心（现同济大学磁浮交通工程技术研究中心）与上海电气集团等单位合作，在上海建成1.7km中低速磁浮列车工程化试验线并投入试验运行（图1-6）。该线路具备最小半径50m平曲线、缓和曲线和70‰的坡度等线路条件，轨距为1 900mm。同时研制成功的3节编组磁浮列车在该试验线上达到了101km/h的最高运行速度。通过上万千米的试验运行，验证了各项运行指标均符合城市轨道交通要求，接近工程应用水平。

2008年，北京控股磁悬浮技术发展有限公司、国防科技大学和北车唐山机车车辆有限公司（现中车唐山机车车辆有限公司）等单位合作，在唐山建成了中低速磁浮试验基地，具备一条1.547km长的中低速磁浮车工程化试验线。线路试验了由北控磁浮公司研制的多代磁浮车辆，累计安全运行里程逾十万千米，最高运行时速达到105km（图1-7）。

株洲中低速磁浮试验线长1.57km，于2012年由南车株洲电力机车公司（现中车株洲电力机车有限公司）、西南交通大学、同济大学等单位合作建成。该试验线的3节编组磁浮列车设计速度为100km/h，且可进行多工况复合试验（图1-8）。通过数万千米的试跑以及一系列的型式、特性试验，我国掌握了中低速磁浮交通关键系统的维护技术，为磁浮列车的运营提供了良好的基础。

通过三条国产工程试验线的建设和试验验证，我国研制了一批核心部件和设备，形成了具有自主知识产权的中低速磁浮交通成套技术，培养了数百名磁浮关键技术研究人员，积累了丰富的中低速磁浮交通建设、运行、维修经验，为中低速磁浮交通的商业运营奠定了坚实的基础。

3）商业示范运营阶段

目前，我国已建成或即将建成的商业运营线共有4条，分别是长沙磁浮快线（图1-9）、北京地铁S1线（图1-10）、清远磁浮旅游专线（图1-11）以及凤凰磁浮观光快线（图1-12）。

2014年5月，湖南省开始建设长沙机场至高铁站之间的中低速磁浮交通线路。长沙磁浮快线自长沙南站引出，直接接入黄花国际机场T1、T2航站楼间连廊。线路全长约18.55km，初期设高架车站3座，远期预留车站2座。在长沙南站北侧设车辆段一处，在车辆段内设置控制中心一座。长沙磁浮快线于2016年5月6日开通运营，是我国首条拥有完全自主知识产权的中低速磁浮商业运营线。

2011年2月，北京中低速磁浮交通示范线（S1线）工程开工建设。S1线规划起点为门头沟区石厂站，终点为海淀区慈寿寺站，全长约19.9km。S1线西段工程西起门头沟区石厂站，东至石景山区苹果园站，线路全长10.2km，其中高架段9.9km，隧道段0.3km，列车设计时速100km。S1线共设高架站8座，在石门营站北侧设车辆段一处，车辆段内设置备用控制中心一座，于2017年12月30日开通，是我国第二条中低速磁浮商业运营线。

2017年12月，清远磁浮旅游专线开工建设。专线起点为广清产业园东北部，终点为长隆华南虎种源基地，线路全长38.5km，设12站、1处车辆段、1处停车场，最高运行速度120km/h。专线分两期建设，首期设银盏、莲湖、长隆主题公园3座车站，线路全长8.014km，其中线桥梁长6.97km，隧道长0.55km，桥隧占比93.8％。2020年12月，清远磁浮旅游专线首列列车正式下线，计划2023年建成通车。

2019年8月开始建设的凤凰旅游磁浮项目是我国首个“磁浮＋文化＋旅游”项目。该项目共分三期：一期工程起始于张吉怀高铁凤凰站，终点为民俗园隧道口，全长9.12km，设4站，设计时速为100km；二期工程为民俗园隧道口至城东游客中心；三期工程从游客中心经饮马江熊猫主题乐园至张吉怀高铁凤凰站。该线路于2022年5月投入载客运营。 0le2hGMjCVEivTU1dYNBVZ4GfJB90O+bCI+KKqmB3+XdeO1z3q4j/6HveWqCWcOd