12月26日，我國軌道交通事業(yè)迎來歷史性一刻：中國首條完全自主設(shè)計(jì)、自主制造、自主施工和管理的中低速磁懸浮商業(yè)運(yùn)營示范線“長沙磁浮快線”正式試運(yùn)行。

作為世界上第三條商業(yè)運(yùn)行的中低速磁浮列車線路，也是目前全球最長的一條中低速磁浮客運(yùn)線路，這條承載著我國緊跟并超越世界尖端軌道交通水平的“夢(mèng)想列車”，更承載著西南交通大學(xué)幾代科研工作者30年來敦篤勵(lì)志、果毅力行的磁浮交通工程化之路。

從1986年，西南交通大學(xué)召開磁浮技術(shù)與磁浮列車研究大會(huì)，確定磁浮技術(shù)科學(xué)研究方向，起動(dòng)磁浮技術(shù)研究；到1994年，研制成功我國首臺(tái)4噸載人磁浮車系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國在磁浮列車懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)首次突破。

從2006年“青城山磁浮列車工程試驗(yàn)線”實(shí)現(xiàn)中低速磁浮車工程試驗(yàn)線聯(lián)調(diào)，到全面參與上海、株洲中低速磁浮列車的研制；再到如今，主導(dǎo)“長沙磁浮快線”磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、懸浮架結(jié)構(gòu)等科研攻關(guān)。

30年來，西南交通大學(xué)從零起步到全面掌握磁浮交通系統(tǒng)工程化技術(shù)，形成可推廣應(yīng)用能力，走出了一條我國磁浮軌道交通自主研制之路。

從“漂起”小鐵球到懸浮數(shù)噸列車

磁浮列車是20世紀(jì)的一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明，其原理并不深?yuàn)W：它運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì),使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”?？茖W(xué)家將“磁性懸浮”運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上,使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“浮”在空中的列車，這就是“磁浮列車”。

早在1986年，西南交大就率先召開了磁浮技術(shù)與磁浮列車技術(shù)研究大會(huì)，成為國內(nèi)較早啟動(dòng)該領(lǐng)域研究的高?？蒲袉挝弧Ｔ?988年，交大磁浮團(tuán)隊(duì)完成了單自由度鐵球懸浮實(shí)驗(yàn)，對(duì)電磁吸力懸浮原理有了本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

今年82歲的連級(jí)三教授，如今已是我國磁浮領(lǐng)域的著名專家，作為那次“鐵球懸浮實(shí)驗(yàn)”的親歷者，他回想起當(dāng)年的研究起步不無感慨：“一個(gè)鐵球僅重幾十克，而小球也僅浮在空中8至10毫米。這看似不起眼，但電流是波動(dòng)的、磁力是波動(dòng)的，要讓鐵球相對(duì)穩(wěn)定懸浮，就必須有一個(gè)控制系統(tǒng)不斷地調(diào)整。在當(dāng)時(shí)完全從零起步、實(shí)驗(yàn)條件比較簡單的情況下，科研人員做了很多基礎(chǔ)工作。”

而西南交大的磁浮交通攻關(guān)也正是從這個(gè)“漂浮”鐵球，邁出了第一步。

1990年，交大磁浮團(tuán)隊(duì)研究成功了由4臺(tái)小電磁鐵構(gòu)成的磁浮模型車，并實(shí)現(xiàn)了模型車的穩(wěn)定懸浮和基于直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

1994年10月，連級(jí)三教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功地研制出了我國第一輛可載人4噸磁浮車及其試驗(yàn)線，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定懸浮與運(yùn)行，這是我國在磁浮列車領(lǐng)域的首次突破，標(biāo)志著我國開始擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁浮列車技術(shù)。該項(xiàng)目1996年通過科技成果鑒定，并獲該年度鐵道部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和1997年度國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

此后，西南交通大學(xué)開始正式啟動(dòng)磁浮列車的工程化研究：1997年3月，青城山磁浮車工程試驗(yàn)線的可行性研究通過國家科委工業(yè)科技司組織的專家評(píng)審；1998年，青城山磁浮列車工程試驗(yàn)示范線工程立項(xiàng)，并開始籌備建設(shè)青城山磁浮列車工程試驗(yàn)線；2001年，開始動(dòng)工修建長430m的青城山磁浮列車工程試驗(yàn)線。

期間在鐵道部、教育部、科技部等部門關(guān)注支持下，在兩期國家863磁浮交通系統(tǒng)重大專項(xiàng)支撐下，西南交大先后完成了中低速磁浮列車的車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軌道及線路設(shè)計(jì)、懸浮控制器研制、懸浮傳感器研制、電磁鐵設(shè)計(jì)、直線電機(jī)設(shè)計(jì)等一系列全面可行的磁浮列車相關(guān)技術(shù)——2006年4月30日，我國磁浮交通科研又一次在西南交大取得進(jìn)展：采用三懸浮架結(jié)構(gòu)，長11.2米，寬2.6米，高3.3米，軌距1700mm的“青城山中低速磁浮車工程實(shí)驗(yàn)線”聯(lián)調(diào)成功，一輛具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中低速磁浮列車實(shí)地正式實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，這標(biāo)志西南交大初步掌握磁浮列車系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，驗(yàn)證并初步掌握中低速磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，為以后的中低速磁浮車工程化和應(yīng)用打下必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

至此，歷經(jīng)數(shù)年持之以恒的探索研究，“磁浮列車”這個(gè)過去僅停留在理論上的“空中花園”，終于在我國初步具備產(chǎn)業(yè)化的能力。

瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)前沿助推“中國磁浮”之路

磁浮列車，由于擺脫了輪軌關(guān)系的限制，具有了快速、低噪和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也是世界交通強(qiáng)國競爭制高點(diǎn)之一。自20世紀(jì)60年代以來，以德國和日本為代表的發(fā)達(dá)國家無不競相啟動(dòng)該領(lǐng)域研究，2005年日本8.9千米中低速磁浮商業(yè)線路通車運(yùn)營，其高速磁浮運(yùn)營線也正在建設(shè)中。

面對(duì)激烈國際競爭，在完成了理論研究與原理試驗(yàn)、系統(tǒng)研究與功能試驗(yàn)兩個(gè)科研階段后，未來我國自己的“磁懸浮”該怎么建、又如何走？西南交通大學(xué)再次“領(lǐng)命”。而與過去的埋頭“實(shí)驗(yàn)室”做基礎(chǔ)攻關(guān)不同，這一次交大磁浮團(tuán)隊(duì)將攻關(guān)目標(biāo)瞄準(zhǔn)在了產(chǎn)業(yè)需求“第一線”。

在聯(lián)合企業(yè)推進(jìn)中低速磁浮列車工程化中，西南交大于2005年，就與上海磁浮交通工程技術(shù)中心簽訂了“上海城軌磁浮列車車輛總體設(shè)計(jì)”合同，并于次年3月又簽訂了“上海低速（城軌）磁浮交通試驗(yàn)線工程懸浮控制設(shè)備供貨及服務(wù)”合同，全面參加上海城軌磁浮試驗(yàn)線磁浮列車研制。該試驗(yàn)列車為三節(jié)編組，為全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并創(chuàng)下多個(gè)“首次”：國內(nèi)首次采用整體電磁鐵結(jié)構(gòu)，首次采用五懸浮架結(jié)構(gòu)，首次采用DC330V懸浮電源，首次采用三選二懸浮傳感器，列車最高運(yùn)行速度100km/h。

2008年和2009年，西南交大又與中國南車股份有限公司簽訂“中低速磁浮交通系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)研究”合同，與南車株洲電力機(jī)車有限公司簽訂“中低速磁浮列車方案設(shè)計(jì)研究”合同。攻關(guān)中，交大團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)首次提出了適用于中國國情的1860mm軌距和2800mm車寬。這標(biāo)志著西南交通大學(xué)在聯(lián)合企業(yè)推進(jìn)中低速磁浮列車產(chǎn)業(yè)化的工作中又邁進(jìn)一步。

為進(jìn)一步推動(dòng)中低速磁浮列車工程化，交大與南車株洲電力機(jī)車有限公司于2011年又簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動(dòng)懸浮架試驗(yàn)車懸浮控制系統(tǒng)研制”和“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動(dòng)中低速磁浮列車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究”合同；于2011年簽訂了“常導(dǎo)短定子異步驅(qū)動(dòng)中低速磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)”，全面參加了株洲中低速磁浮列車的研制。2012年1月20日，中低速磁浮列車在南車株洲電力機(jī)車有限公司內(nèi)下線，這是一條按商業(yè)運(yùn)行條件設(shè)計(jì)的磁浮列車及試驗(yàn)線路，磁浮列車運(yùn)行速度100km/h，能適應(yīng)試驗(yàn)線各種曲線及坡道的要求。

為推動(dòng)中低速磁浮交通的發(fā)展與應(yīng)用，2013年由錢清泉院士牽頭的中國工程院“中低速磁浮交通技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目立項(xiàng)，項(xiàng)目研究匯聚國內(nèi)磁浮領(lǐng)域的院士專家，包括電氣工程學(xué)院和牽引動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室相關(guān)專家教授，對(duì)我國中低速磁浮交通的發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了深入研究，論證了我國發(fā)展中低速磁浮必在性和戰(zhàn)略意義，進(jìn)一步推動(dòng)了長沙中低速磁浮工程應(yīng)用線的建設(shè)。

“正是這一系列與企業(yè)的合作，以及國內(nèi)磁浮專家的聯(lián)合，使我們慢慢找到了符合我國國情、交通需求特點(diǎn)的中低速磁懸浮產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用之路。”西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院張昆侖教授，是磁浮技術(shù)與磁浮列車教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，也是西南交大中低速磁浮列車項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。在他看來，緊跟產(chǎn)業(yè)需求“第一線”不斷攻關(guān)與突破，成功為我國首條中低速磁浮列車的商業(yè)應(yīng)用提供了保障。

據(jù)了解，26日試運(yùn)行的長沙高鐵南站至黃花機(jī)場的18.55km“長沙磁浮快線”采用了此前西南交大與南車株洲電力機(jī)車有限公司研制的中低速磁浮列車系統(tǒng)技術(shù)，該列車懸浮系統(tǒng)核心技術(shù)由西南交通大學(xué)提供。

“比如長沙磁浮列車運(yùn)營線，是目前國內(nèi)外最長的中低速磁浮列車運(yùn)營線，磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)在適應(yīng)列車在庫線、直線、道岔、70‰坡道、50米半徑曲線，以及各種軌道接縫等不同線路條件下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)懸浮。這就需要理論結(jié)合實(shí)踐的不斷摸索。”他以團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的“電磁懸浮控制系統(tǒng)技術(shù)”舉例說，過去的金屬球是單點(diǎn)懸浮，如今總重20頓的列車要保持8毫米的穩(wěn)定懸浮，每列車都設(shè)有60懸浮控制器，要保證懸浮穩(wěn)定，涉及到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電磁兼容、控制理論和控制算法等技術(shù)問題；而針對(duì)道路的直線、道岔、坡道和軌縫等問題，“間隙傳感器”，需要每秒鐘感應(yīng)數(shù)千次甚至上萬次道路情況，并傳輸給懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

不懈追求打造“交大磁浮”名片

此次“長沙磁浮快線”的試運(yùn)行，標(biāo)志著歷經(jīng)30年的不懈追求，西南交通大學(xué)磁浮技術(shù)已經(jīng)成熟，并已率先走向工程化，“交大磁浮”已真正成為西南交通大學(xué)的名片。

目前，西南交大已參與建立了中低速磁浮交通工程的基礎(chǔ)、通用和專用等三類標(biāo)準(zhǔn)體系，參與頒布了《中低速磁浮交通車輛通用技術(shù)條件》、《中低速磁浮交通軌排技術(shù)條件》等國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)；《中低速磁浮交通設(shè)計(jì)規(guī)范》、《中低速磁浮交通運(yùn)行控制技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)亦將陸續(xù)頒布；擁有授權(quán)專利259項(xiàng)，其中發(fā)明專利114項(xiàng)，實(shí)用新型專利145項(xiàng)。

此外，我國另一種最有可能商用、采用新型懸浮架和連續(xù)直線電機(jī)概念和運(yùn)行時(shí)速達(dá)140公里的中低速磁浮列車，擬在上海臨港1.7公里的中低速磁浮列車系統(tǒng)試驗(yàn)線進(jìn)行試驗(yàn)，也將采用西南交大的多項(xiàng)核心成果。

而為了進(jìn)一步擴(kuò)大磁浮技術(shù)的影響力，培養(yǎng)相當(dāng)規(guī)模的磁浮技術(shù)相關(guān)人才，西南交通大學(xué)已于2000年設(shè)立了“磁浮與城市軌道交通自動(dòng)化”本科生專業(yè)方向并開始招收本科生；2004年，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院申報(bào)并獲批準(zhǔn)自主設(shè)置“電磁懸浮與超導(dǎo)工程”碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)，至此建立了國內(nèi)唯一的從本科、碩士到博士的磁浮技術(shù)的人才培養(yǎng)體系。

目前，在錢清泉院士牽頭下，西南交大正組織電氣工程學(xué)院和牽引動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)和深圳大學(xué)團(tuán)隊(duì)，開展高速磁浮交通技術(shù)戰(zhàn)略研究。在已掌握中低速磁浮交通核心技術(shù)、特殊技術(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展高速磁浮交通系統(tǒng)技術(shù)研究，主要包括真空管道軌道交通技術(shù)、高溫超導(dǎo)磁浮列車技術(shù)研究和電動(dòng)斥力磁浮列車技術(shù)研究等。西南交通大學(xué)正在磁浮列車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成、軌道與線路設(shè)計(jì)、牽引與供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造、通信信號(hào)系統(tǒng)裝備設(shè)計(jì)與制造、工程建設(shè)與管理等方面，形成完整的磁浮交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力。

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