我国发展高速磁浮必要性及发展战略分析

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原文载于《机车电传动》2021年2月 第2期（总第243期）

作者：铁四院 周厚文，陈 旭

DOI：10.13890/j.issn.1000-128x.2021.02.001

0 引言

2019年9月，中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》，明确提出“合理统筹安排时速600公里级高速磁悬浮系统、时速400公里级高速轮轨（含可变轨距）客运列车系统等技术储备研发”，掀起了我国高速磁浮研究的新篇章。为此，有必要研究新时代我国高速磁浮发展必要性及发展战略。

上个世纪90年代以来，有许多专家对高速磁浮交通进行了大量研究。文献[1-2]对日本和德国高速磁浮进行了较为系统的研究，提出了高速磁浮在我国交通系统中的地位及发展战略，并对京沪线采用磁浮制式进行了探讨；文献[3-4]研究了高速磁浮的网络构建、营运模式和工业体系等，并提出了相关发展建议；文献[5-6]研究了世界范围内高速磁浮的发展趋势，提出了发展高速磁浮的必要性及其对国民经济和交通体系的影响以及发展技术路线等。文献[7-9]分别对磁浮交通发展条件、磁浮技术标准体系、速度目标值选择进行了研究。文献[10]研究了全球磁浮交通发展态势、前景展望及对中国的建议；文献[11]研究了主导技术竞争下的磁浮交通技术市场选择；文献[12]结合长沙机场磁浮研究了磁浮交通产业培育。综上所述，既有研究已经奠定了较好的基础，但是对于我国发展新时代高速磁浮必要性和发展战略的研究仍然较为欠缺。

为此，本文在回顾历史的基础上分析我国高速磁浮发展面临的新形势，结合日本中央新干线规划建设的相关经验，提出我国发展高速磁浮的必要性和发展战略。

1 历史回顾及面临形势

“一五”至“九五”计划期间，我国铁路发展以普速铁路为主，围绕提高营业里程、复线率、电气化率进行。随着社会经济的发展，人民对快速客运的需求日益增长，“九五”期间提出了“客运快速化”的理念，并先后开展了6次铁路大提速[13]。20世纪90年代，我国高速铁路面临着高速轮轨和高速磁浮2种制式的选择，并开展了长达近10年的讨论，建设了第1条高速磁浮上海机场线路[1]、第1条标准意义的高速铁路秦沈客运专线[1-2]。“磁轨之争”最终以2004年国家批准京沪高速铁路采用轮轨技术而落幕，高速磁浮落选的主要原因包括高速磁浮建造成本高、技术不成熟、与既有铁路系统不能互联互通和速度优势不明显等[12]。

新时代我国高速磁浮发展面临着7个方面的新形势和新变化：

①我国交通发展由追求速度和规模向更加注重质量和效益转变，坚持以人民为中心的发展思路，提供包括高速磁浮等在内的高品质、多样化的运输产品和服务，满足人民不断增长的美好生活需求，特别是对高速度和短时间的需求。

②经过多年大规模建设，尤其是1998年和2008年的2次投资拉动，我国普速铁路、高速铁路、普通公路、高速公路、水运营业里程及港口、民航机场数量均位居世界前2位[14]，我国已经成为交通大国，正向交通强国转变，由依靠传统要素驱动向更加注重创新驱动转变，加快推进高速磁浮等交通运输方式的革命性和颠覆性技术研究[14]。

③我国社会经济发展进入了新时代，区域经济一体化水平不断提升。根据国家印发的相关发展规划纲要，京津冀、长三角、粤港澳、成渝双城等城市群发展目标为世界级城市群，这对提升国际竞争力和满足旅客运输需求提出了更高要求，城市群内部主要城市间和主要城市群间需要以高速磁浮等交通方式来解决出行问题。

④我国目前已经建立了较为完善的高速铁路网络，到2020年底全国铁路里程达到14.6万km，其中高速铁路为3.8万km，“磁轨之争”已经不再是争论的议题，高速磁浮可以发挥其在点对点方面的运输优势。

⑤高速磁浮技术进一步发展。20世纪90年代以德国为代表的常导高速磁浮试验速度为450km/h，以日本为代表的超导高速磁浮试验速度为517 km/h，目前这2个速度分别提升到505 km/h和603 km/h，相关技术不断成熟。我国正在攻关600 km/h磁浮成套技术，和既有的高速轮轨在速度上有明显区分，能够有效弥补高速轮轨和航空之间的速度空白。

⑥高速磁浮建设及运营成本进一步降低。随着高速磁浮技术的进一步成熟、国内相关产业的发展和装备国产化率的提高、上海磁浮建设和运营经验的积累，以及中低速磁浮（长沙机场线、北京西郊磁浮线等）建设带来的产业变革，高速磁浮的建设成本和运营成本进一步降低。

⑦国外高速磁浮的发展趋势进一步明朗。20世纪90年代，国外高速磁浮的发展停留在试验线的阶段，很难对高速磁浮的发展前景有明确判断，而日本已经于2014年批准建设中央新干线。

2 日本中央新干线经验借鉴

日本中央新干线串联东京都市圈、名古屋都市圈和京阪神都市圈，最早自20世纪70年代开始研究，于90年代和20世纪初开展多次测试。在2011年，中央新干线正式进入建设准备阶段，开展多次试验后于2014年获得批准建设。在现有山梨试验线的基础上，日本计划2027年开通东京至名古屋段，长度约286km；2037年开通名古屋至大阪段，全长约438 km。

2.1日本三大都市圈交通现状

日本三大都市圈间的交通方式包括“东名—名神”高速公路（80~100km/h）、东海道本线铁路（130 km/h）、东海道新干线高速铁路（270 km/h）以及三地间的空中航线。其中，东海道新干线高速铁路是主要的交通方式，东京至大阪间总客运量为111.58万人/天（双向），铁路客运量占比达71%；东京至名古屋间总客运量为87.96万人/天（双向），铁路客运量占比达96%。

2.2日本中央新干线建设意义

根据“关于中央新干线的业务实体和建设实体的提名以及维护计划的决定”，中央新干线的建设主要有5个方面的意义：①加强连接三大都市圈的高速主通道，为三大都市圈提供高速、稳定的客运服务，对国民经济发展具有至关重要的作用。②加强三大都市圈对外的辐射和带动作用，推动区域经济社会协调发展。③实现通道内不同交通方式的合理分工，中央新干线主要承担直达客流，既有的东海道新干线主要承担中短途客流。④构建三大都市圈“1小时”交通圈，形成一个世界上空前的巨大城市群，促进区域融合，提升国际竞争力。⑤研发世界领先的先进铁路技术，并带动其他行业发展，推进日本高速磁浮技术在世界范围内的广泛应用。

2.3技术经济比选

新干线高速铁路系统和磁浮系统各有优势。新干线高速铁路可以实现与既有轨道交通网络的互联互通，同时可以降低建设成本和运营成本（见表1），以最终选定的方案C为例，新干线高速铁路建设费、维持运营费和设备更新费分别为高速磁浮的75.6%，57.4%和47.7%；高速磁浮在缩短时间方面有极大的优势，成本效益更高，有较好的加速、减速特性和爬坡能力，在停电后的安全性方面也有很大优势（已经采取了减弱磁场的措施）。

3 我国发展高速磁浮必要性

我国发展高速磁浮的必要性主要体现在4个方面：

①落实交通强国发展战略，推动交通强国建设的需要。目前，我国交通基础设施总体上实现了从改革开放之初的“瓶颈制约”到20世纪末的“初步缓解”，再到目前的“基本适应”经济社会发展需要的阶段跨越，但是与满足人民不断增长的美好生活需求相比，与世界先进水平相比，我国交通发展仍有差距。为此，中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》，明确提出“构建全国123出行交通圈”和“合理统筹安排时速600公里级高速磁浮系统技术储备研发”。我国应充分发挥我国在高速铁路、上海磁浮和中低速磁浮建设过程中产生的技术积淀，将建设技术和运营经验等转化为生产力，同时突破一批前沿引领技术、现代工程技术和颠覆性技术，努力实现关键核心技术自主可控，推动交通运输向价值链高端攀升，助力交通强国建设。

②丰富综合交通运输体系，满足乘客出行需求的需要。我国幅员辽阔，南北长约5500 km，东西宽约5 200 km，形成了京津冀、长三角、粤港澳、成渝、长江中游等主要城市群，并且各城市群间相隔基本在1 000 km以上。我国已经建立了以航空和高铁为主的交通运输体系，但仍存在2个问题：①航空和高铁之间存在速度空白。轮轨制式受到能耗、线路平顺性和弓网关系等影响，速度很难进一步提升。②主要城市群之间的旅行时间过长。在南北方向，北京至深圳的旅行时间为高铁约8 h、飞机约5.5 h（含候机时间，不含接驳）；在东西方向，成都至上海的旅行时间为高铁约11 h、飞机约5 h，超出了合理的舒适范围。

③带动相关产业发展，促进产业结构升级的需要。在我国国民经济建设过程中，以重大工程带动产业革新，其在青藏铁路、港珠澳大桥和高速铁路等都获得了成功实践。围绕高速磁浮的规划、设计、建设、运营及管理，将形成一整套完整的产业链：上游包括设计咨询（咨询、规划、勘察与测量、设计）、原材料（基建配套、建筑材料）；中游包括建筑施工（工程机械、土建施工、机电安装）、装备制造（机械设备、电气设备、智能化系统）；下游包括运营维护（资源管理、行车组织、客运组织、乘务组织、安全监测、维修管理、应急管理）、应用（公共事业、运输服务）、增值服务（商业、培训、工程服务）等。此外，在高速磁浮产业化的过程中将带动装备制造、冶金、化工、电力、建筑材料一系列相关产业的发展，将推动产业技术创新和新兴产业发展，推动我国产业结构升级。

④促进区域一体化发展，参与全球竞争的需要。城市群或城市带是带动区域产业集聚，促进区域融合发展的重要载体，也是国家参与全球竞争的重要环节。日本东太平洋沿岸城市带已经在既有交通运输体系的基础上规划建设中央新干线，构建三大都市圈“1小时”交通圈，增加都市圈间交流，促进区域振兴，提高国际竞争力。相对于此，我国已经规划了京津冀城市群、长三角城市群、粤港澳大湾区和成渝地区双城经济圈，有必要在城市群内及城市群间谋划高速磁浮，缩短旅行时间，推进区域一体化发展并提升全球竞争力。

4 高速磁浮发展战略

结合我国高速磁浮发展历史和面临的形势，初步考虑我国高速磁浮发展可以分为3个阶段：①初期建设城市群范围内的试验线；②近期建设客流主通道长大干线；③远期成网运行。

4.1城市群范围内的试验线

在选择城市群范围内的试验线时，主要考虑7个因素：

①城市群应当是国家战略区域，承担着国家参与全球竞争的重要使命。

②GDP总量较大，并且人均GDP较高，具有建设高速磁浮的经济基础。

③城市群常住人口多、人口密度大，铁路运输需求旺盛。

④既有及规划运输体系能力相对较低，避免造成运输能力虚糜和浪费。

⑤能满足试验线长度要求。考虑到高速磁浮完成600km/h的加减速需要37km左右的线路；若要实现对线路和车辆性能的全面测试，暂时考虑达速运行0.1 h，需要线路长度60 km；此外，试验线建设成本较高，不宜过长，所以考虑线路长度应在100~200 km范围。

⑥考虑线路未来的延伸，能够进一步延伸到客运需求较大的其他城市群，充分发挥试验线的作用；

⑦地方政府能够积极支持高速磁浮建设和配套产业的发展。

基于上述考虑，确定了京津冀、长三角、粤港澳、成渝四大战略区域，并选择了京津、沪杭、沪宁、广深港、成渝五大客流廊道（见表2）。

在经济发展方面，广深港通道GDP总量最大，并且人均GDP最高，其次是沪宁通道，再次是沪杭和京津通道，最后是成渝通道；在旅客运输需求方面，广深港通道常住人口略低于沪宁通道，但人口密度接近沪宁通道的2倍，两者的客运需求都较为旺盛；在既有及规划运输体系方面，结合各通道供给能力和运输需求，如广深港通道包括广深港高铁、穗莞深城际、广深4线共8条轨道，沪宁通道包括京沪高铁、北沿江高铁、南沿高铁、沪宁城际京沪铁路共10条轨道，预计到2035年广深港通道单条轨道负荷为0.165亿人次、沪宁通道为0.158亿人次、沪杭通道为0.144亿人次、成渝通道为0.114亿人次、京津通道为0.106亿人次；在线路长度方面，广深港通道（110km）、京津通道（120 km）、沪杭通道（169 km）较为合适，沪宁通道（295 km）和成渝通道（308 km）过长，投资太大；在对外延伸方面，京津通道、沪宁通道、沪杭通道可以延伸为京沪杭通道，广深通道可以延伸为京广通道，成渝通道可以延伸为沿江通道。从主通道客流量来看[14]，京沪通道和京广通道的客流量较大，即京津、沪宁、沪杭和广深港通道均有较大的可能性；从地方政府支持方面来看，长三角和粤港澳等地方政府均积极支持高速磁浮建设，目前已经完成了广深港高速磁浮和沪杭金高速磁浮预研。因此，综合考虑上述因素，建议优先在广深港和沪杭通道开展试验线建设。

4.2客流主通道长大干线

在选择客流主通道长大干线时，主要考虑国家发展战略、经济发展水平、旅客运输需求、既有及规划运输体系需要、城市群范围内试验线条件满足和地方政府支持等6个方面的因素.

在国家发展战略方面，国家级城市群构建了“菱形+十字形”的格局，应当优先选择与其对应的通道；

在经济发展水平方面，京沪杭通道GDP水平最高，其次是京广通道和东南沿海通道；

在旅客运输需求方面，京沪杭通道和京广通道长沙以南段运输需求最大，其次是京广通道北段、沿江通道武汉以东段[14]；

在既有运输体系方面，根据区段客流密度现状，京广线长沙至衡阳段、京沪线徐州至蚌埠段、沪昆线上海至杭州段存在运能紧张现象[14]；

在城市群范围内试验线方面，优先考虑了广深港通道和沪杭通道；

在地方政府支持方面，山东省研究建设高速磁浮示范线，并以中车青岛四方机车车辆股份有限公司为主体发展磁浮产业；

湖南省在机场磁浮快线的基础上开展高速磁浮研究，并以中车株洲电力机车有限公司为主体发展磁浮产业。

综合考虑上述因素，建议在京沪杭通道和京广通道长沙以南段开展长大干线建设。

4.3高速磁浮网络

结合国家发展战略、经济发展水平、旅客运输需求、现状运输体系，以及初期和近期规划，确定远期高速磁浮项目为京广通道长沙以北段、东南沿海通道和沿江通道，最终构建“弓箭型”高速磁浮网络（见表3）。网络总规模为6100km，覆盖了我国60%的人口和70%的GDP，基本上构建了“3小时”交通圈。

5 结语

我国发展高速磁浮是落实交通强国发展战略和推动交通强国建设的需要，是丰富综合交通运输体系和满足乘客出行需求的需要，是带动相关产业发展和促进产业结构升级的需要，是促进区域一体化发展和参与全球竞争的需要。综合考虑国家发展战略、经济发展水平、旅客运输需求、既有及规划运输体系等因素，提出高速磁浮发展战略：初期在广深港、沪杭通道开展试验线建设；近期在京沪杭通道、京广通道长沙以南段开展长大干线建设；远期谋划京广通道长沙以北段、东南沿海通道和沿江通道，最终构建“弓箭型”高速磁浮网络，形成“3小时”交通圈。

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素材来源：中车株洲所主办的行业杂志《机车电传动》
部分动图源于国资小新坐标中国纪录片