截止2021年上半年，全国铁路营业里程14.6万公里，其中高速铁路3.8万公里，基本建成布局合理、覆盖广泛、层次分明、安全高效的铁路网络，为构建现代流通体系、畅通国民经济循环提供了铁路运输基础设施保障。同时，由中国中车组织，中车四方股份公司牵头，汇集国内磁浮、高铁领域30多家高校、科研院所和企业“产学研用”联合开展了时速600公里高速磁浮交通系统的研制。项目于2016年10月启动，2019年研制出试验样车，并于2020年6月在上海同济大学试验线上成功试跑，经过系统优化确定最终技术方案，于2021年1月研制出成套系统并开始了六个月的联调联试。

基于电磁悬浮型中低速磁浮列车的工作原理，阐述了中低速磁浮各核心子系统（悬浮导向系统、牵引电机、走行机构、制动系统、轨道－桥梁结构等）的技术特征。梳理了日本Linimo列车、韩国EcoBee列车、长沙磁浮快线、北京磁浮S1线和西南交通大学自主研发的（悬挂）中置式磁浮列车的发展历程及技术特点，总结了磁浮列车的技术重点和难点以及应用发展前景。

利用全息技术对中低速磁浮的冗余设计方案进行改进；磁浮轮轨受流应与地铁轮轨受流区分，充分考虑磁浮列车的耦合作用特性，探索无缝供电轨技术在中低速磁浮中的工程实用性；悬浮控制由于控制器主频较低，程序运行周期过长，应提高控制算法和悬浮系统故障诊断技术的精确性和稳定性；列车轻量化设计应在保证结构强度的基础上，综合考虑车体、走行机构等多因素的结构特点，以提高中低速磁浮列车运载能力；应综合不同磁浮线路要求，建立统一的线路标准，提高中低速磁浮工程化应用能力。

磁浮列车与轨道之间无直接的机械接触，不受传统轮轨黏着极限的限制，且具有振动和噪声低、运行平稳、转弯半径小、爬坡能力强等优点，受到多个国家的关注和持续研究。目前已有日本东部丘陵线（TKL线）、韩国仁川机场线、中国长沙磁浮机场线及北京磁浮S1线实现商业运营。磁浮列车根据悬浮原理可以分为电磁悬浮（Electro-magnetic Suspension，EMS）、电动悬浮（Electro-dynamic Suspension，EDS）、高温超导悬浮及电磁－永磁混合悬浮。根据速度等级又可以分为中低速、中速、高速、超高速和宇航速磁浮。

当前中低速磁浮列车均为EMS型，采用短定子直线感应电机牵引，一般运行在高架桥梁上。中低速磁浮列车没有传统的轮轨接触，取而代之的是电磁铁－轨道间的非黏着磁作用关系，需要采用主动控制来保持稳定的悬浮间隙。对中低速磁浮列车的研究主要是为支撑、导向及牵引/制动提供解决方案，使得列车具有良好的运行稳定性、平稳性、安全性及曲线通过性，其独特的技术方案衍生出诸如磁－轨关系、悬浮控制、列车－控制－线路耦合振动等新的研究范畴。

中低速磁浮列车的悬浮与导向系统结构如图１所示。列车通过固结于悬浮架上的电磁铁与Ｆ形铁磁轨道相互吸引实现悬浮与导向功能。

图1 中低速磁浮列车悬浮与导向系统断面

全息技术同样适用于磁悬浮系统。这是由于电磁悬浮力与悬浮间隙的平方成反比关系，开环电磁悬浮系统是不稳定的，为保持悬浮稳定必须引入反馈控制。中低速磁浮列车的悬浮系统通过反馈悬浮传感器信号，由悬浮控制器实时调节电磁铁线圈电流使悬浮间隙保持在动态稳定范围内（通常在8-12mm）。悬浮传感器内部集成了间隙传感器和加速度传感器，间隙传感器监测电磁铁与Ｆ轨间的相对间隙，加速度传感器测量悬浮电磁铁的绝对振动加速度。悬浮传感器监测并反馈实时信号至悬浮控制器，经控制算法处理来调整悬浮电磁铁的励磁电流，以达到稳定的悬浮控制。

悬浮控制器由控制单元与功率单元组成。控制单元的功能是实现悬浮传感器信号的接收与滤波、悬浮控制算法、功率单元控制信号的产生。功率单元直接为电磁铁提供电能，其本质为一种斩波器。控制单元传递的驱动信号一般为包含占空比信息的PWM信号，功率单元进行受控变流输出以驱动电磁铁产生并实时调节悬浮磁场，从而最终达到维持磁浮列车稳定悬浮的目的。悬浮控制系统的信号流如图２所示。

图2  悬浮控制系统的信号流

    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5200 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1000 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。

    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。

2019年中国《交通强国建设纲要》中提出：合理统筹安排时速600 km级高速磁悬浮系统、时速400 km级高速轮轨（含可变轨距）客运列车系统、低真空管（隧）道高速列车等技术储备研发。虽然轮轨列车的最高运营速度还是个尚未破解的世界难题，但可以洞见的是，时速600 km以上必须采用磁悬浮技术，实现由轮轨向磁悬浮过渡，这将是中国乃至世界轨道交通领域第２个颠覆性技术创新，也是人类轨道交通历史步入后高铁时代的必由之路。常导电磁悬浮、低温超导电动磁悬浮和高温超导磁悬浮３种技术各有优劣，应用前景分析如下。

(1)400-600km•h-1作为高铁（300km•h-1）与航空（600km•h-1）之间的速度衔接，既能补充重要走廊上的运能不足，还能提供差异化服务，可以形成航空、轮轨高铁、高速磁悬浮和城市交通速度梯度更加合理、高效、灵活便捷的多维交通架构，满足不同人群出行需求。这一速度域可采用常导或超导磁悬浮技术。常导和低温超导电动磁悬浮交通工程化技术已经成熟，近年来的研发主要围绕降低成本、环境友好、提高效率和安全性来开展。2020年6月21日，由中车四方股份公司承担研制的设计速度600km•h-1高速磁悬浮试验样车在同济大学磁悬浮试验线上试跑，成为常导电磁悬浮突破技术速度瓶颈的成功尝试。

(2) 600-1000km•h-1，无论轮轨或磁悬浮，都必须加装低压管道，否则气动阻力和噪声超标问题很难解决。加低压管道后的成本肯定大幅提升，高速磁悬浮所需的长定子成本也会增加。然而，速度只限于600km•h-1是不经济的。从目前掌握的技术上看，常导电磁悬浮系统最高运营速度很难超过600km•h-1。基于上述对常导电磁悬浮的技术经济分析，在600-1000km•h-1速度范围采用超导磁悬浮技术是一种选择。

(3) 1000km•h-1及以上，在大城市之间修建专线，充分发挥运行成本低、运行周期短、无噪声、无污染、车站可修建于市中心的优势，进一步缓解民航运输压力。高温超导磁悬浮、低温超导电动磁悬浮已被证实原理上可超过1000km•h-1的速度，因此，可采用高温超导和真空管道或电动磁悬浮和真空管道的磁悬浮交通技术。当列车速度达到400km•h-1以上时，超过83%的牵引力会被浪费在抵消空气阻力上。研究人员希望通过建造真空管道环境来减少空气对磁悬浮列车的阻力。低真空环境下高温超导磁悬浮轨道上需要铺设永磁材料形成磁轨，虽然轨道建设相对成本提高，但是可以有效带动中国稀土资源发展。

综合来看，中国原创的高温超导磁悬浮依靠独特的钉扎作用悬浮或悬挂，可沿着永磁轨道运行，实现自悬浮、自稳定和自导向。运营速度可达600-1000km•h-1甚至更高。从综合技术和可靠性方面来看，600km•h-1以上完全可以采用中国的高温超导磁悬浮技术，这一技术具有后发技术优势和划时代的意义。高速及超高速磁悬浮轨道交通系统的研制需要科技部国家重点研发计划专项支持，汇集国内高铁、磁悬浮领域优势资源，联合多家企业、高校、科研院所共同攻关，攻克高速磁悬浮核心技术，研制具有自主知识产权的600km•h-1及以上高速磁悬浮工程化系统，逐步形成中国高速磁悬浮产业化能力。目前，中国研究机构正按照工程化目标持续发力，开展研究。

事实上，在200-400km•h-1速度区间，磁悬浮列车与轮轨列车相比不具备竞争优势，即“轮轨天下”；600km•h-1以上速度必须采用低气压真空管道磁悬浮技术，提速空间极大。而将磁悬浮全息技术应用于高铁列车有着广阔的前景，这也是我们努力的一个方向，这是“磁浮未来”。