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磁浮技术在中国的发展
——记电工所推动我国磁悬浮事业发展的十六年历程
图1 高速磁浮交通——21世纪的新型交通运输方式
编者按：
2006年3月，国务院批准上海－杭州高速磁悬浮线建设立项，开始进行可行性研究；4月25－26日，上海磁悬浮示范运营线通过国家验收。目前，与磁悬浮线建设同步实施的国家“十五”863计划重大专项、国家“十五”科技重大专项：“高速磁悬浮交通技术研究”，已进入系统联调和验收阶段。中国磁悬浮交通技术的发展令世界瞩目。
在我国磁浮事业发展中，中国科学院电工研究所发挥了举足轻重的作用，为我国先进交通技术的跨越式发展做出了重要贡献。国家863计划磁悬浮重大专项办公室孙广生研究员，从2000年起致力于高速磁悬浮交通技术的研究，密切关注磁浮交通在中国的发展。本文介绍了近20年来磁悬浮技术在中华大地上的迅速发展以及电工所对我国磁悬浮事业发展所做出的贡献。
正文：
磁浮列车设想起于20世纪20年代，1922年德国人赫尔曼·肯佩尔（Hermann Kemper）提出电磁悬浮原理，并于1934年获得磁悬浮专利。从20世纪60年代起，经过几十年持续努力，德国工业界成功研究开发出TR高速磁悬浮列车技术。这种技术将传统铁路支承、驱动和导向所依赖的铁轨与车轮之间的支持力和摩擦力，全部由电磁力取代，从而实现了列车无接触、无磨损沿地面飞行，时速高达500公里，具有噪声低，环境友好，运行安全，维护简单等技术优势。20世纪八、九十年代该技术在国外的研究发展日趋完善，1991年底德国宣布TR技术已经成熟。国外高速磁悬浮列车技术的发展，引起了我国科技人员和领导的高度关注。
磁悬浮技术在我国的早期发展
“八五”期间，国家科委将低速磁悬浮列车的关键技术攻关列入了计划，研制了试验室样车和关键部件。中国科学院电工研究所是我国最早参与磁悬浮技术研究的少数几个单位之一。电工所徐善纲、金能强，史黎明等研制成功用于磁悬浮列车牵引的单边异步直线感应电动机、直线异步电机试验用旋转台和高温超导磁悬浮模型车，以及多套科普演示用高温超导磁悬浮模型车。
1994年6月，电工所严陆光院士与何祚庥、程庆国院士一起发起组织了第十八次香山科学会议，首次提出了要积极开展高速磁悬浮列车技术研究，促进我国磁悬浮列车的发展。1996年科技部组织了国家“九五”重大软课题“磁悬浮列车重大技术经济问题研究”，电工所严陆光，徐善纲、孔力等专家赴日本、德国进行考察、交流，并对沪杭线建设日本超导磁悬浮列车进行了方案研讨。1998年11月课题组向国家科学技术部提交的研究报告结论认为：500公里的时速的磁悬浮列车可以将1000公里左右距离的大城市连接起来，实现当天往返，从而促进统一市场的形成，减小地区经济发展的不平衡，具有重大的战略意义。
1998年9月，中国国际工程咨询公司组织了“京沪高速铁路立项评审”，严陆光院士任磁浮评审组组长，组织徐善纲等专家对京－沪磁悬浮方案和高速轮轨方案进行评议、比选。1998年底中国工程院机械与运载学部组织了“磁悬浮列车和轮轨火车技术比较和分析”的主动咨询，严陆光、徐善纲等有关专家参加了咨询。尽管“高速轮轨”与“高速磁浮”两种观点在会议和新闻媒体上都展开了异常激烈的争论，但是中国需要开展高速磁悬浮技术的研发，并且首先修建磁悬浮试验线却是双方一致的共识。
从1998年6月起，严陆光院士先后三次致函朱熔基总理，建议我国发展高速磁悬浮铁路系统，首先修建试验运营线，并在引进、消化、吸收国际先进技术基础上继续向上攀登，得到朱总理的积极支持。
图3 1999年中德签订高速磁悬浮试验运营线预可行性研究意向书，出席签字仪式的我所代表有徐善纲（后排左一）、孔力（后排左二）。
2000年1月，由电工所、国防科大、西南交大等单位组成的科技部“高速磁悬浮试验运营线预可行性研究”项目组，在电工所正式成立。科技部领导徐冠华、石定寰任领导小组正副组长，许京任办公室主任。电工所严陆光任项目组长、领导小组成员，徐善纲任副组长，孔力、孙广生（办公室副主任）、金能强和方家荣为项目组成员，办公室设在电工所。
项目组成立之后立即投入紧张的工作，电工所分工负责消化德国磁悬浮（TR）技术牵引供电系统资料，办公室负责试验线的选线工作。选线工作得到了上海和北京市政府领导的积极支持，两市有关部门分别提出了北京和上海候选方案。
上海磁悬浮示范运营线的建设
2000年5月，严陆光院士带领项目组赴德国考察，研讨TR技术和试验线候选方案。6月项目组向国务院有关部门提交了“中国高速磁悬浮铁路试验运营线初步可行性研究报告”，报告指出：德国的常导高速磁悬浮铁路技术不断完善，已经成熟；上海浦东机场候选方案，是一条比较理想的试验运营线，应尽快组织可行性研究，早日立项、实施。
图4 2000年5月磁悬浮试验运营线预可研项目组考察德国，照片上我所代表有严陆光（后排正中）、徐善纲（后排左三）、金能强（后排右七）、孙广生（后排右六）
6月30日，中德“共同开展上海市磁悬浮列车示范运营线可行性研究协议书”在柏林签订。上海磁浮示范线引进德国TR技术，车辆、牵引供电和运行控制系统等全部设备由德国成套供应，土建工程则根据TR技术标准，由中国建设。
2000年8月，科技部高新司推荐电工所徐善纲、李耀华等专家，到上海参加中德技术谈判。12月中国国际工程咨询公司组织通过了上海磁悬浮示范运营线项目的立项评审，严陆光任专家组长。中德经过长达数月的艰苦谈判，在2001年1月23日，签订了“上海磁悬浮快速列车的设备供货及服务合同”，3月1日，示范线正式开工建设。
在上海磁浮线建设中，上海市政院等全国47个单位共1000多名科技人员进行了140多个科研项目的试验，确保了磁悬浮线路土建工程的高质量，满足德国TR技术标准，达到了世界水平。通过上海磁浮线的建设，我国已完全掌握了世界最先进的磁浮列车轨道梁的设计施工技术，获得了8项专利；通过技术谈判、设备监造、安装调试，中方全面深入学习了引进的德国TR技术。
2002年12月31日，朱熔基和施罗德总理出席了上海磁浮线的通车典礼并乘车。中国高速建成世界上第一条商业运营的高速磁悬浮线令世界刮目相看。
图5 2003年1月国家磁浮中心专家委员会考察龙阳路车站，照片中我所专家有严陆光（后排左二）、徐善纲（后排右二）、孙广生（前排左二）
“十五”期间的磁悬浮技术研究
高速磁浮系统是现代信息与传统机电技术融合的智能化交通系统，集成了目前世界电子、机电、通信、计算机、自动控制、冶金材料等诸多领域高科技的最新成果。2000年6月“高速磁悬浮试验运营线预可行性研究”项目组，向国务院有关部门建议：将高速磁悬浮交通技术的研究纳入国家科研计划给予重点支持。8月项目组最后一次工作会议后，电工所孔力领导的工作小组编写了国家“十五”科技攻关计划“高速磁浮列车技术”可行性报告。
为了抓住机遇，在引进消化吸收TR技术的基础之上进行创新，科技部及时启动国家863计划“高速磁悬浮交通技术研究”重大专项。2001年3－7月，电工所孔力、徐善纲、孙广生、李耀华、方家荣等组织、参加了多次筹备会议，研讨专项的研究目标、任务和组织方式，编写了研究大纲和可行性研究报告。
2001年9月19日，科技部组织召开“十五” 863计划重大专项“高速磁悬浮交通技术研究”可行性论证会，通过了论证报告。经国务院科技领导小组批准，“高速磁悬浮交通技术研究”同时列入国家“十五”科技重大专项。
2001年11－12月，科技部依托上海磁悬浮交通发展有限公司，筹建“国家磁浮交通工程技术研究中心”，具体负责重大专项的设施。严陆光任国家磁浮中心专家咨询委员会主任，电工所徐善纲为副主任，孙广生、李耀华等任委员。
在863计划磁悬浮重大专项的第一阶段（2002－2003年），电工所承担的6项子课题，面向21世纪我国交通发展的战略需求，对磁浮长大干线的技术经济问题开展研究，并在国际合作和技术引进基础上，进行牵引供电系统关键技术的攻关和创新。
通过消化吸收，电工所基本掌握了牵引供电系统的关键技术，研制了仿真计算软件包、5MVA中功率变流器模块样机等一批实验装置和样机；在系统分解、集成与控制技术，谐波滤波、无功补偿技术等进行的理论分析、仿真计算和实验研究均取得可喜的成果。其中自主研发成功的仿真计算软件包和5MVA大功率变流器达到国际先进水平。
图6 电工所研制的5MVA大功率变流器样机
图7 电工所研制的牵引控制模拟实验装置
图8 电工所研制的牵引控制系统
2003年12月，电工所顾国彪院士带领中国工程院专家组，对国家863计划磁浮重大专项（第一阶段）进行咨询评估。评估意见认为：磁浮重大专项是我国重大工程项目引进、消化、吸收、再创新的一个范例。2004年11月磁浮专项（第一阶段）通过了科技部组织的验收，顾国彪院士任验收专家组长。
2004年2月，科技部启动国家863磁浮重大专项第二阶段（2004－2006年）工作。5月23日专项第二阶段可行性研究报告评审通过之后，科技部组建了专项总体专家组和专项办公室，下设4个专业组。电工所李耀华为总体组成员、牵引供电专业组长。第二阶段的研究目标是全面开展磁浮交通系统技术与设备的国产化研究，以“研制一列车，一条试验线路和一套配套的牵引供电和运行控制系统，形成磁浮交通试验系统（简称‘三个一’工程)”为载体，建设高速磁浮交通技术综合试验研究环境，全面开展整个磁浮系统技术的国产化研究工作，掌握系统分解和集成技术，初步建立高速磁浮交通技术标准体系和工程应用技术体系。电工所主要承担了牵引控制系统研制和牵引供电系统设计和集成两个关键课题。
目前，全国产的的高速磁悬浮系统正在上海安亭同济大学分校进行最后调试，两节车已能悬浮，集成各子系统的双悬浮架联调试验，行车时速超过40公里。这表明通过“十五”863计划的支持，我国已经初步掌握了磁悬浮系统集成技术。中科院电工所出色地完成了磁悬浮重大专项第二阶段的任务，基本掌握了高速磁悬浮系统牵引供电系统的核心技术。
结束语
发展磁悬浮交通技术，推动新型轨道交通方式的形成，是国家战略高科技发展的重要方向之一，已经列入我国中长期（2006－2020）发展规划。
“十一五”期间投入建设的沪－杭磁悬浮线上海段，将把上海磁悬浮示范线向西，经世博园延伸至虹桥机场，并在上海南站与京－沪－杭铁路、上海地铁及地面公交网实现换乘，进一步发挥高速磁悬浮交通的运输功能，成为2010年上海世博会又一道亮丽的风景线。
为支持沪－杭磁悬浮线的建设，科技部已将高速磁悬浮交通技术的研究开发列入国家“十一五”科技支撑计划。电工所将再接再厉，在“十五”已经取得成绩的基础上，积极努力为中国磁悬浮的发展做出更大贡献。
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