中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展若干问题的分析与思考

Analysis and Thinking on Several Problems Concerning Development of Medium and Low Speed Maglev Urban Railway

摘要

近年来我国市域(郊)铁路建设呈加速发展态势，中低速磁浮制式市域(郊)铁路具有较大发展潜力，系统性分析思考相关问题，对我国市域(郊)铁路科学和高质量发展具有重要意义。总结市域(郊)铁路基本特征，分析中低速磁浮制式技术特点，得出中低速磁浮制式适用于市域(郊)铁路并较轮轨制式有一定技术经济优势的结论。基于当前市域(郊)铁路建设发展现状和财政支撑问题，认为中低速磁浮制式所具有的技术经济优势更有利于实现建设运营的降本增效，中低速磁浮制式面临难得的发展机遇，但同样也面对诸多挑战。对此，以可持续发展为目标，提出广泛凝聚共识、做好顶层规划、科学设计模式、持续技术创新等发展策略建议，以及构建空间、模式、技术正向循环并不断深入创新的基本发展路径，为中低速磁浮制式市域(郊)铁路建设发展相关决策提供参考。

Abstract

The recent years has seen accelerating the development of urban railway, with medium and low speed maglev urban railway enjoying great development potential. Therefore, a systematic analysis and thinking on several problems concerning development are of great significance to scientific and high-quality development of urban railway. This paper summarized the general features of urban railway, analyzed characteristics of maglev system, and concluded that medium and low speed maglev system is applicable to urban railway, with some technical and economic advantages over the wheel rail system. For the status quo and financial problems concerning the development of urban railway, this paper considered the technical and economic advantages of medium and low speed maglev system are more beneficial to reducing cost and increasing efficiency in construction and operation, which has brought exciting opportunities for the medium and low speed maglev system, while leaving it under many challenges. Amid the commitment to sustainability, this paper gave four suggestions on development strategy which involves building extensive consensus, making top-level planning comprehensively, designing relevant models scientifically and making technological innovations continuously, and generally charted the course that is about building a positive cycle of space, models, and technologies, and deepening innovation efforts, which can be used as a reference for the relevant decision-making on the development of medium and low speed maglev urban railway.

关键词

中低速磁浮 / 市域(郊)铁路 / 适用性 / 发展策略 / 发展路径

Key words

Medium and Low Speed Maglev / Urban (Suburban) Railway / Applicability / Development Strategy / Development Path

近年来我国市域(郊)铁路建设呈加速发展态势，按照《关于推动都市圈市域(郊)铁路加快发展的意见》（国办函〔2020〕116号），市域(郊)铁路定义为连接都市圈中心城市城区和周边城镇组团，为通勤客流提供快速度、大运量、公交化运输服务的轨道交通系统。市域(郊)铁路制式选择不唯一，只要能够满足市域(郊)铁路功能定位和技术标准均可选用，但通常制式选择会受到投资成本、工程特点、运营模式、运维要求等各方面因素影响，需根据实际情况综合评估决定。中低速磁浮轨道交通系统是一种新兴制式轨道交通系统，车辆依靠电磁力悬浮于轨道上方，利用直线电机牵引，无接触抱轨运行，运行速度可达160 km/h。中低速磁浮制式也是市域(郊)铁路的一种制式选项，随着长沙—浏阳等市域磁浮线路的建设，标志着在市域(郊)铁路领域采用中低速磁浮制式已获得国家和行业认可。如何更好地发挥中低速磁浮制式优势，实现中低速磁浮制式市域(郊)铁路可持续发展，值得系统性研究和思考。为此，围绕中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展问题，结合中低速磁浮制式特点优势和市域(郊)铁路发展现状，分析中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展机遇与挑战，提出发展策略、路径等方面建议，为我国市域(郊)铁路建设发展相关决策提供参考。

1　市域(郊)铁路的基本特征

我国最早的市域(郊)铁路可追溯至20世纪初期的抚顺电铁，市域(郊)铁路的内涵和功能定位是随着时代、社会和经济的发展而不断变化丰富的。国办函〔2020〕116号文件明确了当前时期我国市域(郊)铁路的功能定位与技术标准，基于此可归纳出市域(郊)铁路4个方面的基本特征。

（1）时空特征。时间方面，强调出行时间控制在1 h左右，满足通勤圈快速通达；空间方面，强调主要布局在都市圈中心城市，联通城区、郊区、周边城镇、重要工业园区、旅游景点，而没有限定在行政管辖概念上的市域范围。

（2）交通特征。强调与干线铁路、城际铁路、城市轨道交通形成网络层次清晰、功能定位合理、衔接一体高效的交通体系，明确了市域(郊)铁路的独立性；强调串联城镇组团和重要工业园区、旅游景点，以提高客流聚集能力。

（3）技术特征。工程选线方面，要求环保并集约节约通道资源，所串联的城镇组团人员规模应在5万人以上；建设方式方面，以地面为主，个别区段考虑地下方式，不能够采用地铁或轻轨制式；运输组织方面，采取灵活编组、高密度、公交化的运输组织方式，早晚高峰发车间隔不超过10 min，以及满足客流变化需要；运行指标方面，单程通行时间不超过1 h，设计速度为100~160 km/h，平均站间距原则上不小于3 km，以满足1 h快速运行的要求。

（4）经济特征。在建设方面，强调拟开展建设的都市圈经济相对发达并且人口聚集，这主要是从地方的建设投资能力和客流情况考虑，以控制地方债务风险以及运营收益风险；强调从严控制工程造价，新建线路直接工程费用一般不高于同一地区轻轨工程费用的75%，以控制投入产出风险。

2　中低速磁浮制式技术特点与适用性分析

磁浮轨道交通系统是采用车载电磁悬浮技术和短定子直线感应电机驱动车辆的轨道交通系统^[1]。有别于轮轨系统，磁浮系统利用电磁力使列车悬浮于轨道，实现非粘着牵引和无接触运行，从而带来一些独特优势。目前我国中低速磁浮技术已日趋成熟，并已基本形成完全自主可控的技术体系，中低速磁浮轨道交通系统已经进入较为成熟的工程化应用阶段，主要技术特点如下。

（1）爬坡能力强，转弯半径小。磁浮系统由于其车辆自身的结构优势，具有转弯半径小(最小半径可达75 m，轮轨典型值为300 m)，爬坡能力强(最大坡度可达70‰，轮轨典型值为30‰)的特点，使选线更为灵活，可以在城市各类楼宇以及公路、铁路桥梁之间穿梭，也可以应用于地形复杂、高差较大的山区、风景区，一方面可增强线路的延伸力，有利于客流聚集，提升线路价值，另一方面有利于减少征地拆迁费用，降低工程成本。

（2）噪声振动小，更舒适环保。磁浮列车运行不产生轮轨间的撞击和摩擦，运行过程低振低噪，经实测在相同运行速度下(60 km/h)，在相应测点处(距轨道7.5 m)，磁浮列车运行噪声要低于63 dB，略低于人正常说话的噪声值，明显低于轮轨。同时，也不会因轮轨磨损产生铁粉^[2]，电磁辐射也远远小于标准限定值，旅客乘坐更为舒适环保。另一方面，对线路两侧的环境影响较小，可以更接近建筑物并且不需要加装声屏障等减振降噪和防辐射设施^[3]，增加选线灵活性的同时降低建设成本。

（3）运行速度快，维护更经济。磁浮列车提速快，在同等条件下更有利于提高行车密度，并且最高运行速度可达160 km/h，可广泛满足城市、市域和景区等各种场景需要。在运营维护方面，车辆和轨道基本省去了机械类维护，维护工作量小，能够降低运维人员数量，年运营成本较轮轨系统节省约30%~40%，综合运营成本优势明显。

（4）可靠性更高，适应全天候。中低速磁浮轨道交通系统采用抱轨运行形式，难以发生脱轨事故，同时列车采用电制动、机械制动和落车辅助制动三重制动保障，增强安全性。另一方面，系统悬浮支撑控制为主动控制，可根据外力变化自动调整悬浮力以确保车身稳定，因此可在较恶劣的风雨雪天气下正常运营，甚至在地震等极端情况下也能尽量稳定车身，较轮轨系统优势明显。

此外，中低速磁浮轨道交通系统可灵活编组车辆，运能为单向高峰小时最大断面客流1万~3万人，满足市域(郊)铁路的运力需求。可以说，中低速磁浮制式在技术成熟度、线路指标、速度等级、运输能力、环保性、安全性、环境适应性等方面均完全适用于市域(郊)铁路，并且同等条件下在选线灵活性、工程经济性、运营维护经济性、环保舒适性等方面较轮轨制式更有优势。

3　中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展面临的问题与思考

3.1　市域(郊)铁路发展现状与主要问题

随着新型城镇化建设的需要，我国市域(郊)铁路规划发展已上升到国家层面，将原来由各地方自行定义的但符合市域(郊)铁路功能定位和技术标准相关要求的市域快轨、市域快线、市域(郊)铁路等统筹纳入市域(郊)铁路规划管理^[4]。目前，我国运营和在建的市域(郊)铁路线路已从最初的几条发展至几十条，较为典型的包括北京S1线、上海金山线、温州S1线等，以京津冀、长三角、大湾区、成渝地区等都市圈为代表的市域(郊)铁路规划布局和建设已经开展，如北京规划至2035年建设12条线路共计874 km^[5]。根据不完全数据统计估算，未来我国市域(郊)铁路总里程将至少达1.5万km。

尽管市域(郊)铁路建设快速发展，但还存在诸多问题，主要体现在选线设站、功能设计、多式衔接、城站融合等方面，导致运营后的客流和资源开发不尽理想、运维成本增加。具体以建设模式的视角来看，现阶段市域(郊)铁路建设主要包括既有铁路改造和新建2种模式。政策层面鼓励优先利用既有铁路，此模式有利于挖掘利用既有运力资源，降低投资成本，但同时也面临原有线路功能定位不同所导致的客流效益不高、沿线开发带动作用有限等客观问题^[6]，进而显著影响收益，削减甚至抹平利用既有线路所带来的成本优势。新建模式能够更好地进行选线和资产开发，但投资及运维成本也随之增加，并且目前在实际操作层面，地方对市域(郊)铁路的认识、规划和设计还有待深化，再加上资金、管理、环境、技术等因素的制约，降低了选线和开发的理想程度甚至合理程度，模式优势也被削弱。总体而言，市域(郊)铁路建设发展面临的成本 ‒ 效率 ‒ 收益问题突出，需要着力降本、提质、增效。现阶段市域(郊)铁路建设发展问题如表1所示。

3.2　中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展机遇与挑战

当前，虽然市域(郊)铁路建设获得了国家政策层面的认可和支持，但应该充分认识到，市域(郊)铁路的加速发展是在新型城镇化和经济高质量发展背景下开始的，需要能够降本、提质、增效的新基建带动经济高质量内循环。同时，由于我国目前地方债务问题，使经济性成为更加重要的考量因素^[10]，因此市域(郊)铁路的建设及运营维护成本、建设开发模式、收益模式等方面更加重要。从表1不难发现，就市域(郊)铁路本身而言所有问题最终都可归为成本收益问题，这给相对具有技术经济优势的中低速磁浮制式带来了难得的发展机遇。

可以看到，近期10年间中低速磁浮轨道交通系统已在我国成功落地，已有长沙机场线、北京S1线、湖南凤凰旅游线3条商业运营线路，清远旅游线一期也将在2024年春节左右开通试运营，其中长沙线试验速度达到160 km/h、运营速度达到140 km/h。并且，长宁(长沙—宁乡)快线S1、长浏(长沙—浏阳)快线S2两条市域(郊)铁路即将启动工程建设，国家层面将以此为基础构建磁浮轨交示范区，将为中低速磁浮制式市域(郊)铁路的发展起到重要的示范带动作用。截至2023年12月中低速磁浮线路情况如表2所示。

但也应该看到，中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展刚刚起步，还面临诸多挑战。首先是内部挑战，一是在制式选择上轮轨还占据绝对优势，其技术、产业和市场已相当成熟，对磁浮的认识、认可程度还亟待加深；二是磁浮工程样本数还较少，既有线路技术优势和成本优势体现不够明显；三是地方建设运营相关数据透明度不高，对比分析的客观性和权威性有待提升。其次是外部挑战，市域公路交通是目前城镇间交通的主要方式，公路交通的灵活性、便捷性优势较大，中低速磁浮制式能否发挥自身优势、增强竞争力，还有待实践检验。此外还有自身挑战，中低速磁浮制式市域(郊)铁路建设发展模式还有待探索，磁浮相关产业生态尚不丰满，社会参与度还不高，如何实现可持续发展还需要深入研究实践。

3.3　中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展策略

为实现中低速磁浮制式市域(郊)铁路可持续发展，应把握好以下策略原则。

（1）广泛凝聚共识。中低速磁浮制式作为一种新兴轨道交通制式，相关各方形成共识是其良好发展的前置条件。一是应系统看待和正确认识其发展，磁浮与轮轨之间不是替代关系，而是合理竞争、科学选择、优势互补、协同发展，共同服务好国家战略；二是应促进磁浮产业发展，与社会各方分享磁浮产业红利，这样才能更加有效地凝聚共识，加快中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展；三是应充分依托学会、协会等行业平台性组织，在国家相关部门的指导下，联动相关企事业单位、研究机构和高校，研究编制各类咨询规划、技术方案、技术标准等，不断凝聚阶段性共识。

（2）做好顶层规划。应把握好国家政策窗口期，推动中低速磁浮制式市域(郊)铁路建设发展纳入国家和地方相关规划，形成指导性意见，统筹中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展。同时，应夯实自身基础，在技术研究、系统构建和工程建设等方面科学、有序、规范发展。

（3）科学设计模式。应找准中低速磁浮制式自身定位，结合各地实际情况科学设计适合中低速磁浮制式的融资模式、建设开发模式和运输服务模式，使中低速磁浮制式市域(郊)铁路能够充分展现出降本、提质和增效的实际效用。在融资方面应注重多源多维融资和财政可持续性；在建设开发方面应发挥磁浮选线灵活优势，降低选线成本，同时创新以公共交通为导向的开发(TOD)模式，更多依靠业态和特色实现收益的可持续^[11]；在运输服务方面应多维度立体化挖掘运力资源、创新增值服务模式。

（4）持续技术创新。技术优势是制式优势的根基，虽然中低速磁浮技术已经基本成熟并自主可控，但市域(郊)铁路具有新的特点，市域(郊)铁路的不断发展也会带来新的需求和要求，重视并持续开展技术创新是实现中低速磁浮制式市域(郊)铁路可持续发展的关键基础条件。应科学设计技术创新体系和机制，重点围绕轻量化、安全保障、降本增效、绿色化、数智化等方面开展技术创新。

3.4　中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展路径

一种轨道交通系统的成功发展离不开空间、模式和技术3个方面的有机协同与正向循环。地理空间和客流空间决定了市场空间，建设开发模式和运输服务模式决定了营收空间，而技术则发挥重要的基础性作用，一方面影响甚至决定模式设计，一方面以效率和安全的实现来支撑空间维度的扩大延展。高速铁路就是典型代表，以先进技术支撑交通效率的提升，以交通效率的提升促进地方发展，以地方发展带动建设模式的创新，以建设模式的创新换取更大的市场空间和技术发展空间，形成良性循环。中低速磁浮制式市域(郊)铁路应充分借鉴高速铁路发展经验，将这3个方面的正向循环作为基本发展路径，以安全、高效、便捷、舒适、智能、绿色和人文为目标，在各自维度上不断深入创新，最终实现可持续发展。

3.4.1　发展空间

中低速磁浮制式市域(郊)铁路的发展空间可以从市域交通发展空间、市域(郊)铁路发展空间和磁浮制式线路延伸空间3个层面来分析。

（1）市域交通发展空间。广义上城镇交通都属于市域交通范畴，市 ‒ 县、县 ‒ 县、县 ‒ 镇是市域交通的3个部分。随着新型城镇化建设，城镇经济不断发展，中心城市都市圈交通需求会不断向县镇延伸，以县为中心的县 ‒ 县、县 ‒ 镇交通需求会逐步增强，从而形成以中心城市为核心客流节点、县级区划为骨干客流节点的市域交通网络新格局。到2022年，中国县域行政区(不包括直辖市和地级市的市辖区)数量1 866个，约3万个乡镇，行政区划数量庞大，加之由我国社会、经济和文化特点所决定的人员流动刚性需求，市域交通总体发展空间十分巨大。

（2）市域(郊)铁路发展空间。当前市域(郊)铁路的空间定位是依据都市圈空间功能布局、产业人口分布和规划发展方向，主要布局在经济发达、人口聚集的都市圈内的中心城市，联通城区与郊区及周边城镇组团，强调了经济和人口两点，从宏观地理空间角度其本质是经济实力空间分布决定客流空间分布和线路建设空间。根据2022年我国市域经济和县域经济百强数据所展示的情况，经济水平较高的市县区域主要分布在北京—上海—福厦的东部沿海带、北京—武汉—广深的中部带、成渝—南京的沿江带、沈阳—大连地区及包头—鄂尔多斯地区，这部分空间都是当前市域(郊)铁路发展的主要空间，也是中低速磁浮制式的潜在市场空间。

（3）中低速磁浮制式线路延伸空间。从具体线路的微观层面，客流情况决定线路价值，而客流情况由线路走向和站点设置决定，能否进入主要城区、能否与市内各制式交通多点换乘成为关键。在磁浮系统技术优势的赋能下，线路适应性和延伸力增强，使原本受曲率、坡度等技术条件限制而位于城市边缘的市域(郊)铁路线路可进一步延伸至市内街区，适应较为复杂的地形，在市内客流节点实现接驳换乘，进而提升市域(郊)铁路线路的客流聚集力和线路价值。

3.4.2　模式创新

中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展模式创新主要体现在建设开发模式和运输服务模式创新2个方面。

（1）建设开发模式创新。通过TOD模式统筹联动与土地反哺铁路建设是目前国内最为有效的城站发展投融资和开发模式^[12]。目前城站融合开发模式多为“商业+住宅”模式，业态较为单一。在国家基建理念转变背景下，加强TOD建设开发模式创新十分必要。一方面可以探索文旅、体育、医疗、教育等多元业态，从单纯交通导向演进为交通赋能下的业态导向，提升城站融合程度和价值密度；另一方面可立足于新型城镇化建设，研究探索中小城镇、产业园区、文旅景点的特色TOD。而磁浮系统选线灵活、噪声振动小的特点可以与TOD模式更好地结合，为TOD建设开发模式创新提供支撑保障。

（2）运输服务模式创新。运输服务是交通的根本，加强运输服务模式创新，是实现中低速磁浮制式市域(郊)铁路可持续发展的核心牵引力。中低速磁浮制式市域(郊)铁路运输服务模式创新主要路径如表3所示。

3.4.3　技术创新

技术是轨道交通系统安全、高效运转的基石，技术创新是实现可持续发展的关键基础条件，可基于以下4个方面开展中低速磁浮制式市域(郊)铁路的持续技术创新。

（1）发展完善中低速磁浮制式市域(郊)铁路技术体系，包括理论体系、关键技术体系、数据体系、标准体系、试验评价体系等。

（2）探索研制小制式系统，包括小制式车辆、轻量化信号系统、全面物联网监测系统、云化的信息系统等，并研究小制式系统的智能化、自主化运行。

（3）持续在运输组织、车辆稳定运行、线路安全保障、设备设施全面健康管理、节能降耗等方面开展技术创新，实现运营维护的安全、高效、绿色和节约。

（4）将数智化放在突出导向位置，前置开展数字化、智能化顶层设计和相关技术研究^[15]。通过顶层统筹打破专业信息壁垒，实现全面数字化。在数字化的基础上发挥大数据在运营维护中的作用，进一步实现业务全面智能化。

4　结束语

通过分析中低速磁浮制式技术特点，比对市域(郊)铁路基本特征，发现其适用于市域(郊)铁路并具有一定技术经济优势，且有利于解决当前市域(郊)铁路建设发展存在的问题，中低速磁浮制式应用发展面临难得的机遇。中低速磁浮制式作为新兴轨道交通制式，目前还面临认可度低、多面竞争、产业生态不够完善等问题，对此提出广泛凝聚共识、做好顶层规划、科学设计模式、持续技术创新的发展策略，以及构建空间、模式、技术正向循环并在各自维度不断深入创新的基本发展路径，进而实现中低速磁浮制式市域(郊)铁路的可持续发展。后续将结合实际工程就创新驱动中低速磁浮制式市域(郊)铁路可持续发展进行深入研究。

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基金资助

中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2022YJ077)