交通部署案例集/2023/上海

磁懸浮列車簡介

技術特點

    磁懸浮列車是一種利用磁懸浮原理的高速鐵路車輛，透過電磁感應作用使列車懸浮於軌道之上。磁懸浮列車技術的核心是磁懸浮系統和供電系統。磁懸浮系統包括軌道上的電磁鐵和車輛。透過控制電磁鐵的電流，車輛懸浮於軌道之上，消除了傳統鐵路中車輪與軌道的摩擦，實現了非接觸懸浮執行。列車透過改變磁場而運動，因為供電系統基於線圈和磁鐵之間的相互作用。

優勢

磁懸浮列車技術具有以下優勢：

• 高速

上海磁懸浮列車

磁懸浮列車的最高速度可達每小時600多公里，是傳統高速鐵路的數倍。

• 舒適穩定

磁懸浮列車執行無接觸，沒有車輪與軌道摩擦產生的振動和噪音，乘坐更加平穩舒適。

• 高能效

磁懸浮列車執行時沒有任何與地面接觸的表面。它消耗更少的能量，並且可以使用可再生能源，使其在能源利用方面更有效率。

主要市場

目前，磁懸浮列車的主要市場在亞洲，特別是中國和日本。中國建造了世界上第一條商業磁懸浮列車線路——上海磁懸浮示範運營線，日本也推進了磁懸浮列車技術20年。此外，磁懸浮列車技術在歐洲和美國也得到應用和改進。由於其高速、舒適、安全、環保等特點，磁懸浮列車有望成為未來高速鐵路發展的重要方向。

歷史

磁懸浮列車之前的交通方式

在磁懸浮列車出現之前，人們的主要交通方式包括步行、騎馬、馬車、鐵路列車、公路汽車、飛機等。其中，鐵路列車是主要的陸地交通方式，但由於存在接觸摩擦傳動，傳統鐵路列車會造成大量的能量損失、噪音和振動，速度也相對較慢。磁懸浮列車利用磁懸浮原理，使懸浮工作不與軌道接觸。這意味著列車可以更快地行駛，消耗更少的能量，執行更有效率，並且更舒適。

磁懸浮列車的發明

• 電磁懸浮（EMS）

電磁懸浮（EMS）利用列車側面和底部以及導軌上的磁鐵之間的吸引力使列車懸浮。EMS 的一個變體，稱為 Trans rapid，使用電磁鐵將列車從導軌上抬起。車輛底部導軌周圍的磁鐵的吸引力使列車在導軌上方約 1.3 釐米（0.5 英寸）處。

• 電動力懸浮（EDS）

電動力懸浮 (EDS) 系統在許多方面類似於電磁懸浮 (EMS) 系統，但它不是將列車吸引到導軌，而是將列車推開。這些磁鐵具有超冷卻和超導性，可以在電力故障後短時間內導電。此外，與 EMS 不同，EDS 系統中導軌磁化線圈的電荷會排斥列車底盤上的磁荷，使其懸浮更高（通常在導軌上方 1-10 釐米）。EDS 列車升起緩慢，因此車輪必須在約 100 公里/小時以下展開。但一旦列車停住，導軌線圈就會透過施加前進力來推動列車前進。由於系統使用交流電源，導軌線圈會不斷改變其音調。

• 高溫超導（HTS）

高溫超導 (HTS) 磁懸浮利用車載 HTS 塊和永磁導軌 (PMG) 之間的磁通釘扎力來實現懸浮-導向一體化的“自穩定”。它具有易於安裝、安全可靠的優點。

萌芽階段

早期市場發展

1999 年，中國為了滿足日益增長的出行需求，對京滬高速鐵路進行了可行性預研，以驗證高速磁懸浮作為解決方案之一的可行性。決定先建設一條商業運營示範線，以驗證高速磁懸浮系統的成熟度、可用性、經濟性和安全性。 國務院審議並批准了這一方案。2000 年 6 月，經過比較選擇，最終決定在上海建設。此次建設線路位於上海浦東國際機場至龍陽路地鐵站之間，上海地鐵 2 號線已投入運營。然而，磁懸浮的出現極大地縮短了上海市中心至上海浦東國際機場的時間，為當時剛剛投入運營的上海浦東國際機場帶來了更多客流，同時也促進了浦東新區的開放政策。

“誕生階段”的政策

作為中國首條商業化運營的磁懸浮列車線路，上海磁懸浮列車的政策在誕生階段起到了至關重要的作用。主要體現在以下幾個方面：

技術支援政策：為了促進磁懸浮列車技術的發展，政府在資金和技術方面給予了支援，幫助企業開展磁懸浮列車的研發和應用。政府透過專利保護了磁懸浮列車控制系統、磁懸浮軌道等核心技術的智慧財產權，為企業運用新技術、提升競爭力創造了條件。

資金扶持政策：為了鼓勵磁懸浮列車的發展，政府在投資建設、設施改造等方面給予了大量的資金支援。例如，上海市政府為了支援磁懸浮列車的發展，投資了約 12 億元人民幣用於磁懸浮列車的基礎設施建設。

上海磁懸浮線路

成長階段

上海磁懸浮列車的成長，主要由公共部門負責投資和監督，而私人部門主要負責建設和運營。在政策方面，可能涉及資金、安全、運營管理等方面，需要政府和企業共同努力解決。

私營部門的貢獻

2000 年 8 月，上海申通集團有限公司、神能（集團）有限公司、上海國際集團有限公司、上海寶鋼集團有限公司、上海汽車工業（集團）總公司、上海電氣（集團）總公司和上海浦東開發（集團）有限公司等 7 家公司共同投資 30 億元，成立了上海磁懸浮交通發展有限公司，以市場化方式實施上海磁懸浮工程的建設和運營。

上海磁懸浮交通發展有限公司與由西門子、蒂森克虜伯和磁懸浮國際公司組成的聯合體簽署了《上海磁懸浮快線工程裝置供應及服務合同》。 該合同總價值為 12.93 億德國馬克。並與德國軌道梁技術聯合體簽署了《磁懸浮快線混凝土複合軌道梁系統技術轉讓合同》，合同金額為 1 億德國馬克。透過這種方式獲得相關技術。

公共部門的貢獻

政府在上海磁懸浮列車的建設中發揮了主導作用。2000 年 6 月 30 日，上海市市長徐匡迪與德國磁懸浮鐵路國際公司總經理瓦爾先生簽署了《中華人民共和國上海市與德國磁懸浮國際公司（TRI）共同開展上海磁懸浮列車示範線可行性研究協議》。2000 年 8 月 24 日，上海磁懸浮列車示範運營線專案經國家計委批准，並經國務院同意。2000 年 10 月，上海市委、市政府批准成立上海磁懸浮快線工程指揮部，並任命吳嚮明為總指揮，為專案啟動提供了有力的組織保障。

政策問題

中國政府制定了一系列法律法規來規範磁懸浮列車的建設和運營。例如，2003 年頒佈的《城市軌道交通管理條例》規定了磁懸浮列車，強調磁懸浮列車應符合國家標準和行業標準，並需經有關國家部門批准；2017 年頒佈的《城市軌道交通安全管理條例》從安全形度對磁懸浮列車作出了更詳細的規定，包括安全評估、安全生產、應急處置等。上海市政府和中國鐵路總公司都對上海磁懸浮列車有限公司進行投資，支援其發展和運營磁懸浮列車。

成熟階段

2006 年 4 月 27 日，上海磁懸浮線停止試執行，正式投入商業運營。上海磁懸浮線單程票價 50 元/人，運營速度為 431 公里/小時。儘管 50 元的票價遠高於上海地鐵 2 號線的消費能力，並且大部分居民在同一條線上出行，但由於高昂的建設成本和運營成本，上海磁懸浮線在 2004 年至 2006 年的三年間虧損超過 10 億元人民幣。 上海磁懸浮每公里建設成本為 3975.9 萬美元，磁懸浮自開通以來一直處於虧損狀態。由於 2019 年新冠肺炎疫情爆發，浦東機場客流量下降，2020 年 5 月 1 日，全天將列車最高速度降至 300 公里/小時。

上海磁懸浮列車

滬杭磁懸浮交通專案是上海磁懸浮示範運營線從龍陽路延伸至杭州的專案，但由於大量民眾反對滬杭磁懸浮的建設，專案一直沒有啟動。 2013 年 4 月 20 日，浙江省撤銷了滬杭磁懸浮交通專案建設領導小組，因此有觀點認為該專案已被取消。同時，替代專案上海軌道交通機場聯絡線已獲國家批覆，虹橋綜合交通樞紐建設時預留的磁懸浮站位置將用於機場聯絡線的車站，因此認為滬杭磁懸浮專案已完全取消或永久擱置。 儘管後續建設計劃被擱置，上海磁懸浮列車在未來運營中仍然保持著一定的增量空間。

“重塑”模式的機會

2019 年 12 月 1 日，中共中央、國務院印發了《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》，其中包括積極穩妥地開展滬杭磁懸浮研究。2020 年 4 月 17 日，浙江省在一次動員大會上，將滬杭超級磁懸浮專案作為建設交通強省的重要抓手，提出建設目標。該專案預計總投資 1000 億元，速度為 600 公里/小時。雖然早期希望利用高速優勢建設連線中國各城市的磁懸浮軌道交通網，但中國的高速網路建設讓位給了高速鐵路技術，同時也得益於上海磁懸浮列車積累的經驗。磁懸浮技術應用從高速列車擴充套件到中低速列車，現已成為城市軌道交通的重要組成部分。

定量分析

根據收集的上海磁懸浮交通發展有限公司官網資料和 2005 年至 2019 年上海磁懸浮客運量資料，確定了電車的三個發展階段：誕生、成長和成熟。擬合數據的三引數函式為：

$S(t)=S_{max}/[1+exp(-b(t-t_{i}))]$

其中

• $S(t)$ 是狀態度量（例如，旅客公里數）
• $t$ 是時間（通常以年為單位）
• $t_{i}$ 是拐點時間（達到$1/2S_{max}$ 的年份）

• $S_{max}$ 是飽和狀態水平，（選擇資料中記錄的磁懸浮列車系統最大長度）。
• $b$ 是一個係數

由於可用於資料的時間有限，需要使用普通最小二乘迴歸估計$S_{max}$ 和 b。係數使用以下公式估計

$Y=bX+c$

其中

$Y=\ln(Passenger/(K-Passenger))$

$X=Year$

上海磁懸浮列車

上海磁懸浮列車模型結果

變數	描述	值
$S_{\max }$	飽和狀態水平	13000
$b$	係數	0.12123
$r^{2}$	R 平方	0.91066
$t_{i}$	拐點時間	2018.256

預測是合適的。從 2005 年到 2019 年，它經歷了一個明顯的增長階段和一個成熟的生存週期階段。然而，由於研究時間段過短，沒有明顯的增長和下降跡象。從 2005 年到 2006 年，上海磁懸浮列車在運營的第一年客流量大幅下降，然後穩步增長。上海的增長階段是從 2005 年到 2019 年。2018 年後，它將進入成熟期。下降階段持續時間長於測量的時間範圍，並且圖表中沒有明顯的下降跡象。雖然上海磁懸浮列車的下降階段沒有在定量分析中顯示出來，但作為原始高速鐵路網的替代方案，它現已降級為城市軌道交通的一部分，後續的磁懸浮列車建設計劃也被一一取消。這意味著磁懸浮列車作為中國的一種交通方式一定會越來越不流行。