从历史维度和磁浮交通技术创新视角思考新型举国体制.pdf
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1、|2023 年第 4 期创新发展INNOVATION DEVELOPMENT084从历史维度和磁浮交通技术创新视角思考新型举国体制 王则灵 洪少枝提 要:党的二十大报告在谈到完善科技创新体系时,明确提出“健全新型举国体制”。本文从历史思维的角度,以磁浮交通系统技术创新研发历程为实例,对新型举国体制进行分析,提出建议。党的二十大报告在谈到完善科技创新体系时,明确提出“健全新型举国体制”。2022 年 10 月 7 日,美国宣布了对出口管理条例的一系列修订,这是美国继 8 月9 日2022 年芯片和科技法案及美国政府多次出台芯片领域相关禁令法案之后,一个更为标志性的节点,它既是中美合作中美国对中国
2、高技术领域系统性打压与遏制、乃至科技全面脱钩的宣示,也是美国在国际范围内逆全球化最具显著性的行动。当今世界百年未有之大变局加速演进,我国要加快实现高水平科技自立自强,亟须更好发挥新型举国体制优势。本文试图从历史思维的角度,以磁浮交通系统技术创新研发历程为实例,对新型举国体制做出一些思考和探讨。我国的磁浮技术研究始于 20 世纪 80 年代。其后,结合高速磁浮上海示范运营线建设,常导高速磁浮交通系统技术研究经历了从“十五”863 国家重大科技专项、国家科技支撑计划、国家重点研发计划项目等不同阶段的国家级科技计划的 20 余年连续支持,从零起步到现在居于世界领先地位,经历了我国科技管理体制逐步发展
3、完善的各个阶段。习近平总书记 2021 年 5 月在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上发表讲话时,将“时速 600 公里高速磁浮试验样车成功试跑”作为我国高端产业新突破的代表之一。2023 年第 4 期|CHINA POLICY REVIEWINNOVATION DEVELOPMENT085创新发展一、磁浮交通系统技术概述磁浮是继汽车、轮船、火车、飞机和管道运输之后,填补火车和飞机之间速度空白的第 6 种交通运输系统。(一)技术原理与分类磁浮交通是靠磁力使磁浮列车浮起来运行的交通方式。其从悬浮机理上可分为电磁悬浮和电动悬浮;从电机形式上可分为长
4、定子直线同步电机和短定子直线异步电机,前者适合于较高速度磁浮列车,后者适合于低速磁浮列车;根据运行速度,可分为超高速(超过 1000km/h)、高速(400-500km/h)、中 速(160-200km/h)和 低 速(80-100km/h)磁浮交通;按照磁体类型可分为超导、常导磁浮交通;按照列车运行的空气环境,可分为常压和低真空两种。目前已经运行的磁浮交通线路中,磁浮上海线是采用德国 TR 技术的长定子常导高速磁浮,日本山梨试验线是长定子超导高速磁浮;湖南长沙线和凤凰线、北京 S1 线、韩国仁川机场磁浮和日本爱知线是短定子常导低速磁浮;除超高速磁浮技术拟采用低真空运行环境,其余均为常压状态下
5、运行。(二)系统特性与适用性磁浮交通是一个高度集成的自动控制系统,其主要特性是安全、环保、节能、全生命周期成本低、可靠。高速磁浮的旅行速度(即出行距离除以出行时间)可达 300-450km/h,在中长距离实现 3 小时舒适旅行,与高速铁路和民用航空互为补充、合理分工,在中长距离大城市之间实现快速联系;或在城市群内部作为主要节点城市之间的通勤交通,打造 0.5-1h 的商务和通勤旅行圈。中速磁浮适合作为城市群或大都市圈的城际或市域铁路线路,以及城市群内的城际通勤;低速磁浮的速度与城市轨道交通相当,但由于在噪声、振动等方面几乎不增加环境负担,使得其可以采用地上线路形式替代轮轨式轨道交通,比地铁建设
6、成本大幅度降低且较少占用土地,在城市中等运量通道上可完全替代地铁,也可作为中心城与卫星城之间的主要交通方式,或用于卫星城内部通勤、旅游景区内部交通等。(三)战略意义和价值磁浮交通是多学科高技术的集成,属于技术密集型、资金密集型产业,长产业链的特点使得其能够紧密带动电磁技术、信息通信技术、计算机网络与控制、计算机软件与硬件、电子、机电一体化、制造、材料科学、机车车辆、运输工程、土木工程等相关产业发展。与高速轮轨技术类似,通过回馈效应,可引导上述行业形成高新技术产业集群;通过旁侧效应大大促进区域一体化,带动沿线区域经济布局优化调整。因此,这一新型交通技术发展,一是优化了综合运输体系技术经济结构,适
7、应不同层次、多样化的运输服务需求,提高综合运输体系的配置效率和能力;二是有助于建立先进轨道交通产业,并快速扩散到传统产业,引领国民经济发展。德国在比较研究后指出,“(高速磁浮交通)会提高国家的创新能力,并对国内外企业投资决策产生积极影响”。根据建设经验,高速轨道交通的投资与拉动相关产业的比例约为 110,磁浮交通亦将如此。因此,在期待较高的沪杭磁浮线项目建磁浮交通是多学科高技术的集成,属于技术密集型、资金密集型产业 来源:铁路建设成拉动内需绝对主力,投资与产业比 110,中国发展门户网,2009 年 1 月 24 日。|2023 年第 4 期创新发展INNOVATION DEVELOPMENT
8、086设中止实施之后,国家将磁浮技术纳入战略储备技术范畴,持续支持研发,保障和促进其继续积累和提升。(四)国外磁浮交通技术及应用的发展德国政府于 1991 年宣布常导高速磁浮系统技术成熟。但由于各方面原因,其规划的柏林-汉堡线、慕尼黑机场线项目均未实施。目前,其全长 30km 的高速磁浮试验线拆除,企业界核心技术及队伍有逐步消散之势。日本历届政府均全面支持磁浮交通技术研发。其超导高速磁浮技术 2009 年通过实用性评审,确定技术已经成熟。2014 年 12 月,高速磁浮中央新干线正式开工,全线长 436km,最高行车速度 505km/h,总投资约人民币 4800 亿元;其中东京-名古屋段拟于
9、2027 年开通,名古屋-大阪段拟于 2045 年完工。日本政府积极希望向世界各国推介,甚至准备向美国无偿提供磁浮技术和建设贷款。同时,建成世界首条中低速磁浮线爱知线,双线全长 9.2km,最高速度约 100km/h,自2005 年运营至今。美国具有极大的高速轨道交通潜在需求,1998 年制定21 世纪交通运输衡平法,决定建设 386 km/h 以上速度的商业运营线,已完成 4 个线路项目可行性研究和环境评价(相当于我国的初步设计)。由于其国内外形势变化,未能进一步推进实施。埃隆马斯克 2013 年提出超级高铁“Hyperloop”,近几年广受关注。其设想是利用磁浮技术,将管道抽至低真空,实现
10、 1200 km/h 速度,目前最高达到 310km/h。韩国于 20 世纪 90 年代初开始研发中低速磁浮列车技术。2016 年 2 月,仁川机场中低速磁浮列车正式投入运行,韩国成为世界上第二个实现中低速磁浮交通商业化的国家。英国、瑞士、巴西、加拿大等国也曾或正在开展磁浮交通技术应用探索。进入 21 世纪后,国外(尤其是美国和日本)在磁浮交通技术领域持续进行研发和应用推进,与中国自 2006 年沪杭磁浮项目中止后沉寂 10 多年形成鲜明对比。二、我国磁浮交通技术创新与发展(一)按照时间轴的发展历程在我国磁浮交通技术 30 余年发展史上,近 20年来的历程可谓波澜壮阔、周折起伏。可简要分为以下
11、四个阶段。1.第一阶段:以中低速磁浮技术为主的前期探索,20 世纪 80 年代-2000 年铁道部科学研究院、国防科技大学、西南交通大学分别牵头研制成功设计最高时速为 100km/h的低速常导磁浮试验车;西南交大研制成功世界上第一辆可载人的高温超导磁浮试验车;国防科技大学建成一段试验线路。2.第二阶段:磁浮上海线建成投运与后续曲折发展,2000 年-2008 年高速磁浮交通技术的发展,始于 2000 年磁浮上海线项目启动,其正线全长约 31 公里,双线上下行折返循环运行,最高运行速度 430km/h,单向运行时间约 7 分 20 秒。自 2002 年 12 月 31 日单线试运行,保持安全、稳
12、定运行至今。建设调试期间,曾安全可控实现最高 501km/h 的试验时速。国家组织的项目后评估认为,项目总体上基本达到预期示范运营目的。磁浮上海线建设过程中,取得一系列具有自主知识产权的科研与产业化成果,如掌握四个核心子系统之一的线路轨道子系统技术、建立工程施工成套技术及相关规范、研制开发部分关键材料与设备等。后基于高速磁浮重大科技专项,初步掌握系统集成与各子系统核心技术,研制成功部分关键设备或装备,建成“三个一”高速磁浮交通技术研发平台和集成试验环境(包括一条1.5km 试验线、一列高速磁浮国产化样车、一套牵2023 年第 4 期|CHINA POLICY REVIEWINNOVATION
13、DEVELOPMENT087创新发展引供电和运行控制系统)。磁浮上海线成功建成运营及“十五”期间对高速磁浮交通系统适用性研究认为:高速磁浮交通系统技术已经成熟;适宜在我国发展,且有较强的必要性和可能性;从长远角度看,中国应该发展高速磁浮交通系统;建议尽快规划建设一条中等距离商业运营线(推荐无锡-上海-杭州线),借此推动发展建立我国的磁浮工业体系,以后再建设磁浮长大干线客运专线网。2006 年 2 月,国务院常务会议同时批准京沪高速铁路项目和沪杭磁浮项目立项。沪杭磁浮项目至今未能正式开工建设;沪杭铁路客运专线(即沪杭高铁)于 2009 年 2 月开工并很快建成投入运营。沪杭高铁最直接的影响是,占
14、用了磁浮沪杭线原规划预留工程线路的绝大部分通道,如重启建设需重新论证与规划。3.第三阶段:磁浮沪杭线的中止与中低速磁浮技术应用的快速推进,2006 年-2016 年高速磁浮沪杭线未能开工建设,原磁浮沪杭线项目工作重点转入推进磁浮上海线的龙阳路站至虹桥枢纽段,即原磁浮沪杭线中联结虹桥机场与浦东机场的线路段。由于各方面原因,该项目亦未能实施完成。考虑作为先进交通战略技术储备,以及当时日本、马来西亚-新加坡、巴西、美国等国家仍在积极推动高速磁浮应用工程等外部环境,且德国工业界已基本放弃高速磁浮技术继续研发,我国在“十一五”“十二五”国家科技支撑计划中继续支持开展面向工程化的系统和核心技术研究,特别是
15、支持实现磁浮上海线核心系统整体备份、保障磁浮上海线持续运行和新工程项目技术准备。在国际上首次编制颁布了高速磁浮交通建设标准 高速磁浮交通车辆通用技术条件等多项国家标准和行业标准,进一步巩固了我国的领先地位。在中低速磁浮交通技术方面,我国数十年来一直在开展研究与应用推广工作。2006 年底,由国家磁浮中心与上海电气集团联合建设的上海中低速磁浮试验线建成,组织研制的中低速磁浮列车完成超过 10 万 km 试验运行和全系统测试验证。上海原考虑建设一条连接市中心到临港地区的中低速磁浮线,但未能实施;2008 年 5 月,北京控股集团与国防科技大学在唐山轨道客车有限责任公司内建成中低速磁浮唐山试验基地。
16、中车大连公司和中铁磁浮发展有限公司(徐州)研制的中低速磁浮列车运抵上海临港试验线成功完成系统测试和调试,基本达到工程运行技术要求。2011 年,国内第一个中低速磁浮商业运营线项目北京磁浮线(S1 线)开工建设,其后延宕,于 2021 年 12 月 31 日全线开通。该项目西段线路全长 10.2km,设 8 座高架车站,设计最高速度100km/h。长沙磁浮工程 2014 年开工、2016 年 5月通车试运营,成为我国第一条投入商业运营的中低速磁浮线路,也是目前国际上最长的一条中低速磁浮运营线。该项目自长沙火车南站至黄花机场,全线 18.55 公里,双线高架,设车站 3 座,磁浮列车采用 3 辆编
17、组,设计最高速度 100km/h。随后国内多个城市启动了中低速磁浮项目可行性研究或探讨。4.第四阶段:自 2016 年开始的“后磁浮沪杭线”阶段高速磁浮技术研发迎来新的发展时机,全速度谱系磁浮交通技术研究井喷式发展。“十三五”期间,国家重点研发计划“现代轨道交通专项”同时设立了时速 600km/h 高速磁浮技术与 200km/h中速磁浮技术研发项目。(1)低速磁浮交通我国首条旅游观光的磁浮线路凤凰磁浮观光快线于 2022 年 5 月 1 日在湖南省凤凰县开通运营,其线路全长 9.121 公里,设车站 4 座;由长沙黄花机场延伸至浏阳的磁浮长浏快线,已启动建设前期工作。各地有多条新的应用工程线开
18、展了前期|2023 年第 4 期创新发展INNOVATION DEVELOPMENT088研究。成都市新筑路桥机械股份有限公司选用另一种技术路线,引进德国内嵌式磁浮技术,在成都建设了全长 3.6km 内嵌式磁浮综合试验线,并于2022 年 6 月 30 日实现 120km/h 速度稳定运行。在大连,世界首辆“倒挂式”轻型吊轨磁浮列车永磁暗轨磁悬浮技术验证车于 2005 年 5 月下线。2022 年 8 月 9 日,国内首条永磁磁浮轨道交通工程试验线“红轨”在江西赣州兴国县顺利竣工。该试验线由江西理工大学牵头,与江西省兴国县人民政府联合中铁六院、中铁工业等单位共同研制完成。该试验线正线长约 80
19、0 米,均为钢构高架线;磁浮列车采用 2 辆编组,最高设计运行速度 80km/h。(2)中速磁浮交通中速磁浮技术研发,有两条技术路线齐头并进。一条技术路线是提升基于短定子直线电机的低速磁浮系统的运行速度到中速。2017 年 6 月,中车大连公司牵头研制的试验车在上海临港试验线试验速度达 121km/h,打破当时中低速磁浮列车运行速度世界纪录。另一条技术路线是调整基于长定子直线电机的高速磁浮系统配置,使之按照中速运行。中车株机厂在同时开展长定子和短定子磁浮技术研发。2020 年 4 月,其低速磁浮列车在长沙磁浮线试验速度突破 160 km/h,创造了新的速度纪录;2022年 3 月,其中速磁浮列
20、车在上海同济大学高速磁浮试验线上完成相关动态试验和系统联调联试。(3)高速磁浮交通相比轮轨技术,高速磁浮交通涉及的软件和相关控制、机械、电子、材料等核心技术在高速轨道交通产业体系中更有挑战性和代表性,其长产业链对国民经济和产业拉动作用较大,属于战略性技术。600km/h 高速磁浮工程化研究项目于 2016年启动,具有完全自主知识产权的成套工程化系统 2021 年正式下线。该项目由中国中车股份有限公司、中车青岛四方公司牵头组建联合体,集合参与“十五”以来研究的 30 多家高校、科研院所和企业组成“产学研用”核心研发团队联合攻关产业化与工程化研究。在获得德国企业技术转移后,高效地集合与优化配置技术
21、、资金、人员和工业设计、制造各类资源,快速实现磁浮技术成果的消化吸收,完成全系统、全速度级、全工况综合性能评估,标志着我国已基本掌握高速磁浮工程化能力,搭建了自主化产业链,具备开展高速线路试验验证的基础。基于此,国内部分省市开展了省级、城际高速磁浮交通线的预可行性分析。(4)超高速磁浮交通技术2022 年 4 月,中国航天科工集团联合中北大学在山西大同正式开工建设超高速低真空管道磁浮交通系统项目山西省实验室暨大同(阳高)试验线,已完成试验基地和首期试验线基础建设、首段设备集成调试及全流程集成试验。该试验线瞄准 4000km/h 磁浮技术研发。同期,西南交通大学联合中车公司等单位协同攻关,自主研
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- 历史 维度 交通 技术创新 视角 思考 新型 举国 体制
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