未來的城市及城際交通

——低碳綠色的地下磁懸浮交通錢七虎院士講座2010年11月未來的城市及城際交通

1報告提綱二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境12未來的城市交通和城際交通3未來交通系統(tǒng)的優(yōu)越性4地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究5結(jié)論報告提綱二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境122一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境引言：諾貝爾經(jīng)濟獎得主斯蒂格利茨預(yù)言：中國的城市化以及美國為首的信息化高技術(shù)是影響21世紀人類進程的兩大關(guān)鍵性因素。城市化影響表現(xiàn)為多方面的，需要多視角分析，大小取決于可持續(xù)發(fā)展水平。一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境引言：3一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境《世界城市化展望》聯(lián)合國2009年修正版報告中國快速城市化突顯“土地安全”困境中國城市化速度世界第一！1980年2010年2025年19%47%59%年份城市化率一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境《世界城市化展望418億畝耕地紅線將被突破?。?007年耕地18.26億畝）一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境中國快速城市化突顯“土地安全”困境中國未來15年，1%城市化水平需增城市建設(shè)用地3459km2

（520萬畝）城市道路無地可建！18億畝耕地紅線將被突破?。?007年耕地18.26億畝）一5一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境交通擁擠和交通事故——人員、財產(chǎn)安全的困境全世界交通事故每年造成120萬人死亡中國交通事故每年造成10萬人死亡（公安部）至2020年每年交通死亡人數(shù)還將上升92%（世界銀行）世界交通事故和擁堵造成經(jīng)濟損失每年5000億美元，美國每年800億美元一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境交通擁擠和交通6一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境交通擁擠和交通事故——人員、財產(chǎn)安全的困境中國79.3%的城市居民感覺每天上下班時交通擁堵，33.6%的人感覺“非常堵”（中國青年報社調(diào)查中心）上下班高峰時期，美國沒有一個城市不存在道路堵塞情況一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境交通擁擠和交通7一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境能源安全的困境現(xiàn)在石油價格已大幅上漲，20年后世界石油價格急劇上漲（美國能源部）交通是石油的消耗大戶！世界石油需求不斷上升，石油儲量不斷減少，幾十年后石油難以支撐世界的運轉(zhuǎn)一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境能源安全的困境8一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境環(huán)境安全的困境交通是溫室效應(yīng)氣體CO2及污染氣體CO和NOX的主要排放源一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境環(huán)境安全的困境9一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境環(huán)境安全的困境到2100年，地球氣溫上升7度，海平面上升1米，必須減少溫室效應(yīng)氣體！聯(lián)合國氣候大會報告《哥本哈根診斷》全球氣候變暖：上世紀，地球溫度上升0.6℃，六十年代以來，全球雪域面積覆蓋減小10%一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境環(huán)境安全的困境10一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境環(huán)境安全的困境空氣污染：交通每年排放碳粒子4.75億噸，其中飛機高空排放后果更嚴重，它排放到同溫層，使反射層更厚，且云層以上的污染氣體保留更長地面和高架道路交通造成的噪聲污染、視覺污染和振動污染飛機尾氣形成的“云”一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境環(huán)境安全的困境11一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境公共安全的困境除交通事故和飛機墜毀事故外，現(xiàn)代交通工具（滿載汽油的飛機，掛上炸藥的汽車）是恐怖分子的恐怖武器；一場風(fēng)暴、一場暴雪或者火山灰使地區(qū)、國家和世界交通中斷！冰島火山灰911恐怖襲擊大量的地面交通不透水路面造成城市暴雨洪災(zāi)（濟南、廣州……）及城市熱島效應(yīng)！一、二十一世紀初城市及城際交通面臨的最大困境公共安全的困境12二、未來的城市交通和城際交通未來的城市交通將轉(zhuǎn)入地下，以電力驅(qū)動，摒棄燃料驅(qū)動。未來的城市客運交通以地下軌道交通（地鐵）為主未來發(fā)展為地下中低速磁懸浮系統(tǒng)：短站間距未來的交通是資源節(jié)約型：少占地、低能耗；環(huán)境友好型：綠色、低碳?？萍紕?chuàng)新引領(lǐng)未來交通將克服上述目前面臨的困境。二、未來的城市交通和城際交通未來的城市交通將轉(zhuǎn)入地下，以電13環(huán)繞大巴黎的地下快速系統(tǒng)1987——“LASER”計劃1992——“MUSE”方案輔以城市地下快速路，高科技處理煙塵、CO以及NOX二、未來的城市交通和城際交通環(huán)繞大巴黎的地下快速系統(tǒng)1987——“LASER”計劃1914波士頓的地下快速路輔以城市地下快速路，高科技處理煙塵、CO以及NOX二、未來的城市交通和城際交通波士頓的地下快速路輔以城市地下快速路，高科技處理煙塵15二、未來的城市交通和城際交通未來的城市貨運交通依靠地下貨物運輸系統(tǒng)

PWT（氣動垃圾和廢物管道運輸）

UTP（原料的管道運輸）

ULS（地下物流系統(tǒng)）二、未來的城市交通和城際交通未來的城市貨運交通依靠地下貨16二、未來的城市交通和城際交通

ULS是城外運輸和城內(nèi)運輸?shù)慕Y(jié)合；城外貨物通過城際運輸?shù)匠鞘羞吘壍奈锪鲌@區(qū)（CLP），在CLP經(jīng)編組裝運后通過ULS系統(tǒng)（以集裝箱和貨盤車為基本系統(tǒng)，以自動導(dǎo)向車（AGV）為運輸工具）運送到城內(nèi)的各個終端；反向運輸，則由城內(nèi)各個終端將產(chǎn)成品運到物流園區(qū)（CLP），再由城際貨運系統(tǒng)運送到其他城市。地下物流系統(tǒng)是無人駕駛、程序操縱的自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)以高運送質(zhì)量指標、高運送效率、規(guī)模效益、標準化和環(huán)境效益具有突出的競爭性。二、未來的城市交通和城際交通ULS是城外運輸和城內(nèi)17二、未來的城市交通和城際交通

ULS的突出優(yōu)點是其環(huán)境效應(yīng)。完善的ULS建成后，城區(qū)內(nèi)將沒有運貨的卡車，城市環(huán)境污染將大為降低。世界經(jīng)濟合作組織2003年報告《配送：21世紀城市貨運的挑戰(zhàn)》指出，發(fā)達國家城市貨運交通占城市交通總量10~15%，而貨運交通占交通隊城市環(huán)境污染總量的40~60%。日本東京建設(shè)300公里地下物流系統(tǒng)的評估報告：東京城市CO及CO2將分別減少10%和18%，貨運能耗減少18%，貨運運輸速度提高24%。二、未來的城市交通和城際交通ULS的突出優(yōu)點是其環(huán)18未來的城際交通它把磁懸浮車體放到部分真空的管道中，以實現(xiàn)超高速、低耗能、無噪聲、無污染的運輸該系統(tǒng)全部建于地下，城市到城市之間直線聯(lián)接，形成暢通無阻的部分真空的地下隧道網(wǎng)絡(luò)。隧道采用鋼筋混凝土復(fù)合襯砌，中間加一層聚丙烯或其它隔膜，例如鋼隔膜，以實現(xiàn)氣密和水密。二、未來的城市交通和城際交通未來城際客運和貨運交通由地下高速磁懸浮交通系統(tǒng)實現(xiàn)實現(xiàn)高速；由阻塞比的空氣動力效應(yīng)決定，現(xiàn)代的輪軌交通無法在隧道中實現(xiàn)高速（400km/小時）未來的城際交通它把磁懸浮車體放到部分真空的管道中，19未來的城際交通隧道內(nèi)部鋪設(shè)磁浮軌道，能把車體浮起，懸浮在幾乎沒有摩擦的磁墊上；隧道沿線布有許多真空泵，從密封的隧道中抽出大部分空氣，空氣壓力相當或低于高空飛行時的空氣壓力，所以阻力極小，實現(xiàn)超高速；隧道和車輛協(xié)同工作，形成一個“直線電機”，平穩(wěn)地把車輛加速到極高的速度，也可提供必要的剎車力，以確保安全、舒適和精確停車；二、未來的城市交通和城際交通未來的城際交通隧道內(nèi)部鋪設(shè)磁浮軌道，能把車體浮起，20未來的城際交通密封的氣體保證人員的生命安全；內(nèi)部有一套生命保障系統(tǒng)如同在潛水艇和宇宙飛船中，保證人的氧氣供給，排除二氧化碳和人排出的水分；還有一套空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，吸收發(fā)熱產(chǎn)生的熱量。該系統(tǒng)在幾乎真空中運行，幾乎沒有摩擦，完全不用石化燃料，這種“超高速地鐵列車”，比今天任何飛機還快，也能夠提供貨運，引發(fā)一場徹底的運輸革命，擺脫以上所述的當代交通面臨的困境。二、未來的城市交通和城際交通未來的城際交通密封的氣體保證人員的生命安全；內(nèi)部有21未來的城際交通地下交通還可分二級：區(qū)域級和國家級，區(qū)域級內(nèi)呈蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把區(qū)域內(nèi)的城、鎮(zhèn)聯(lián)系起來；每個區(qū)域有一個區(qū)域樞紐站，其間由直線隧道相連，構(gòu)成國家級。二級埋設(shè)深度不同，均較地下城內(nèi)交通級為深，各級線路之間不交叉，但通過樞紐處苜蓿葉狀的立交管道結(jié)構(gòu)垂直相連。二、未來的城市交通和城際交通城際交通連接樞紐未來的城際交通地下交通還可分二級：區(qū)域級和國家級，22三、未來交通系統(tǒng)的優(yōu)越性不占用（極少占用）地面土地，極大的可拓展空間，消除“土地安全”的威脅；電力驅(qū)動，不產(chǎn)生溫室氣體，不污染空氣，未來可用風(fēng)力、太陽能、第四代核能、深層干熱巖等清潔可再生能源發(fā)電，消除“能源安全”和“環(huán)境安全”的威脅，真正實現(xiàn)綠色、低碳以至無碳交通；高速：直線距離無交叉；地下磁懸浮比飛機還快：微阻力、無摩擦、不需滑行、不需爬升；高頻率連續(xù)發(fā)車，高可靠性（不晚點、無空中管制、不受氣候影響）三、未來交通系統(tǒng)的優(yōu)越性不占用（極少占用）地面土地，極大的23三、未來交通系統(tǒng)的優(yōu)越性高安全——消除交通安全事故和恐怖事故的威脅；無火災(zāi)：沒有燃料和潤滑油，沒有氧氣，即使引火，火自然熄滅無碰撞、無追尾（無交叉管道，直線電機的電流、電子信號設(shè)施）,調(diào)整電流極性可產(chǎn)生制動力（反向勵磁）；入口處安檢可保證車體內(nèi)不發(fā)生爆炸；車體質(zhì)量很高，不會產(chǎn)生破裂，消除了減壓的威脅；抗地震和抗洪災(zāi)和減少熱島效應(yīng)。容易維護接近零維護（100lb/in2低荷載，無輪子、無軸承、無旋轉(zhuǎn)電機、無剎車片等電力機械系統(tǒng)中常見發(fā)熱、摩擦點）三、未來交通系統(tǒng)的優(yōu)越性高安全——消除交通安全事故和恐24空氣動力學(xué)效應(yīng)和阻塞比：圍繞真空理念的產(chǎn)生及其量值的確定展開研究。2.空氣動力模型及其試驗：目的是確定車體前、后部幾何形狀，確定隧道的幾何形狀、尺寸及減壓管位置，確定隧道出入口組成，確定真空壓力。如洛桑聯(lián)邦科技大學(xué)的Histar（高速列車空氣動力學(xué)測試平臺）和SETUP（安全、設(shè)備與低壓隧道研究平臺）已開展了此方面的研究。3.土建設(shè)施的研究：研究保持整個系統(tǒng)真空的措施。四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究在瑞士和美國等國家開展，主要集中在以下幾個方面：空氣動力學(xué)效應(yīng)和阻塞比：圍繞真空理念的產(chǎn)生及其量值的確定展開254.系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研究：包括機身（車體）、電機及其反應(yīng)部件、磁懸浮及磁導(dǎo)、電力供應(yīng)及傳輸系統(tǒng)。5.生命支持系統(tǒng)和環(huán)境保障系統(tǒng)的研究。6.建設(shè)成本、客運成本及貨運成本估計。7.系統(tǒng)安全性研究：安全問題產(chǎn)生的原因及保障。四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究在瑞士和美國等國家開展，主要集中在以下幾個方面：4.系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研究：包括機身（車體）、電機及其反應(yīng)26四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究空氣動力學(xué)效應(yīng)和阻塞比真空理念的產(chǎn)生及其量值的確定（0.1~0.25Pa）1、減壓；2、緊急的壓力重建；3、返回正常壓力；4、大氣壓力；5、過壓外傷；6、缺氧；7、最小值：2分30秒中0.57Pa；8、嚴重不利情況；9、腸道；10、肺部；11、爆炸性減壓所造成的嚴重眩暈；12、不可逆缺氧損傷。偶然泄壓下的人體生理極限值四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究空氣動力學(xué)效應(yīng)和阻塞27四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究確定車體前、后部幾何形狀；確定隧道的幾何形狀、尺寸及減壓管位置；確定隧道出入口組成；確定真空壓力?？諝鈩恿δＰ图捌湓囼灒郝迳Ｂ?lián)邦技術(shù)大學(xué)的Histar（高速列車空氣動力學(xué)測試平臺）和SETUP（安全、設(shè)備與低壓隧道研究平臺）在100米/秒時圍繞二維車廂及其后面氣流的模擬，以及馬赫數(shù)的分布Histar多目標空氣動力試驗臺四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究確定車體前、后部幾何28四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究土建設(shè)施研究：保持真空的措施隧道和車體斷面1、導(dǎo)向；2、懸浮;3、線式馬達（電機）；4、能量轉(zhuǎn)遞；5、空氣密閉板四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究土建設(shè)施研究：保持真29四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研究

機身（車體）、電機及其反應(yīng)部件、磁懸浮及磁導(dǎo)、電力供應(yīng)及傳輸系統(tǒng)線式馬達（電機）：1、長電機；2、短電機同級同步電機四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研30四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研究

機身（車體）、電機及其反應(yīng)部件、磁懸浮及磁導(dǎo)、電力供應(yīng)及傳輸系統(tǒng)磁懸浮1.隧道2.客廂3.軌道4.軛鐵5.線圈繞組四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研31四、地下高速磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計試驗研究系統(tǒng)機械電力設(shè)備的研究

機身（車體）、電機及其反應(yīng)部件、磁懸浮及磁導(dǎo)、電力供應(yīng)及傳輸系統(tǒng)感應(yīng)傳輸1.安