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轨道交通，通向美好生活
作者：陈小鸿 吉文 林国斌 徐俊起
《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》提出，加强国家战略科技力量建设，完善国家实验室体系。高速磁浮运载技术全国重点实验室（简称实验室）于2022年正式获批，是我国磁浮领域唯一的全国重点实验室，其依托单位分别为中车青岛四方机车车辆股份有限公司、同济大学以及上海申通地铁股份有限公司。实验室下设管理委员会、学术委员会、战略指导委员会、专家指导委员会，实行管理委员会领导下的主任负责制，三方共建、协同创新。
实验室成立以来，紧密围绕国家重大战略部署，面向社会和行业未来发展，聚焦磁浮交通共性基础问题、核心关键技术以及工程实践亟须解决的重大科技问题，探索磁浮技术拓展应用，努力打造世界一流的研发中心和原创技术策源地，引领世界磁浮技术发展，推进加快建设交通强国和科技自立自强。目前，实验室重点突破高速磁浮系统集成及共性技术、高精度高可靠悬浮导向控制技术、高速磁浮系统安全保障技术三个方向，致力于建成我国高速磁浮应用和前沿技术研究中心，为加快建设交通强国提供人才和智力支撑。
科研平台 创新基石
作为交通强国建设试点高校，同济大学坚持夯实平台基石，助力加快建设交通强国。学校积极推进实验室建设，依托磁浮交通工程技术研究中心（简称磁浮中心）实体运行。磁浮中心2001年12月筹建，2005年4月通过科技部验收，2012年7月整建制进入同济大学，融入同济大学交通大学科。
磁浮中心作为科技部“十五”至“十二五”3个“五年计划”高速磁浮专项牵头单位、“十三五”和“十四五”磁浮重点研发计划核心团队，在同济大学嘉定校区建设了1.5千米高速磁浮试验线，组织研制了高速磁浮试验车和国产化样车、运控和牵引系统国产化装备、中低速磁浮试验样车，并持续为上海磁浮示范线提供维护维修技术支持。在抑制车轨共振的悬浮控制技术、轨道结构优化和列车换线设备成套技术、磁浮车辆降噪设计、磁浮轨道维护技术、磁浮车—轨磁力耦合试验技术等方面处于国内外领先水平。
近年来，磁浮中心以提升自主创新能力、融合打造磁浮原创技术策源地为目标，以数智化、绿色化、融合化赋能，重点突破高速磁浮系统工程化亟须解决的耦合大系统集成、多物理场系统耦合分析、电磁驱动与控制、高速运行安全保障等关键科学问题，并联合校内电信、机械、土木等学院，发挥全系统多学科优势，组织开展“载运装备—直驱运控—线路轨道”跨学科应用研究，成效显著。
攻坚探索 智驭未来
磁浮中心聚焦磁力控制、车辆设计、线路轨道、牵引供电、运行控制等磁浮五大子系统关键技术，全力开展科研攻关，努力探索磁浮交通前沿方向，积极搭建理论与实践的桥梁。
在磁力控制方向，磁浮中心致力于实现磁浮列车的高精度、高稳定性和高可靠性控制与系统开发。“十一五”期间，团队研制了国产化高速磁浮悬浮导向控制器及核心板卡，通过了高速磁浮测试台的验证，并进行装车运行，最高速度达到430千米/小时，悬浮控制算法上团队也取得了重要突破，开发了基于自适应控制、预测控制、鲁棒控制等多种先进控制方法的悬浮控制算法。这些算法能够根据不同的运行工况和外界干扰，实时调整悬浮系统的控制参数，确保列车在复杂运行条件下保持稳定的悬浮状态。
在车辆研发方向，磁浮中心参加了上海高速磁浮示范线车辆监造和调试工作。在消化吸收德国TR高速磁浮车辆技术的基础上，开展高速磁浮车辆国产化研究，组织研制了我国首列四节编组的高速磁浮工程化样车，并于2011年在上海高速磁浮示范线投入商业运营，最高运营速度为430千米/小时。经过20年的研究，团队全面掌握了常导高速磁浮车辆的设计、集成和调试技术。
在线路轨道方向，磁浮中心专注于高速和中低速磁浮系统的线路轨道研究，在轨道结构设计、轨道设备国产化、轨道检测与系统评估等方面开展了系统性和开创性研究，为行业提供了重要的工程技术服务支持。团队通过对上海磁浮列车示范运营线20年运营数据的深入分析，首次提出了高速磁浮轨道“上海谱”，系统性描述高速磁浮轨道的振动特性，成为评估轨道安全性和优化轨道结构设计的重要依据，填补了国内外高速磁浮轨道振动研究的空白。此外，团队成功研制了满足600千米/小时列车运行要求的高速磁浮道岔，涵盖从系统设计到电气控制系统供货再到现场调试与性能测试的全流程，实现了高速磁浮道岔技术的全面自主化。团队还研发了新一代高速磁浮线路车载快速检测设备（TIS—I），最高检测可达430千米/小时，检测精度达0.01毫米，实现了轨道状态的高效、精准评估。其快速检测能力显著提高了检测效率，缩短了轨道检修周期，为新一代磁浮系统的安全性考核和维护提供了强有力的技术保障。
在牵引供电方向，磁浮中心致力于磁浮交通直线电机先进控制理论、电机牵引变流系统新型拓扑及其控制技术研究。团队开发了分段长定子直线电机的多列车切换控制策略，为列车的运行平稳性和舒适性提高提供了理论基础。团队还承担磁浮交通牵引控制方向国家自然科学基金课题、“十四五”重点研发课题牵引控制相关研究任务以及电机牵引控制相关产学研等研究课题。针对高速磁浮牵引等控制系统及装备关键技术的验证、优化难点，团队自“十一五”起就提出了半实物仿真的方法与系统实现架构，已经成为业内广泛应用的研发模式，并已建成有特色、有规模的磁浮交通牵引控制实验平台。
在运行控制方向，磁浮中心长期致力于高速磁浮列车运行控制关键技术、安全防护核心算法、系统集成测试验证方法等研究，先后完成了“十五”到“十三五”期间国家重大科研课题研究，成功研制了高速磁浮的“中央运行控制系统”“多车多分区运控仿真平台”“运控接口仿真平台”等关键设备和测试验证装置。团队基于长期维护上海磁浮列车示范运营线的优势，聚焦磁浮列车系统运营与智能维护、安全防护和运营管理，研究高速磁浮系统运行维护技术和安全保障技术，先后完成了“轨道交通设施设备状态评价指标体系研究”“轨道交通运营设施设备年度评估”“高速磁浮示范线维护管理研究”等项目，为上海磁浮列车示范运营线列车安全运行提供运控技术支持和基础设施系统维护，提高了运营管理水平和运营维护效率并降低运维成本，并将高速磁浮系统维护管理技术、方法推广应用于多模式轨道交通系统。
成果转化 实践引领
科研成果的转化是科技创新价值的体现。同济大学通过深化产学研合作，将理论研究成果转化为工程应用，在推动高速磁浮技术发展的同时，不断拓展磁浮在其他领域的应用，成果丰硕。
在悬浮控制技术应用方面，磁浮中心作为国内掌握悬浮控制核心技术的三家团队之一，所研制的悬浮控制器已在长沙磁浮快线、凤凰磁浮文旅线等多条磁浮商业运营线得到应用，实现了列车的高精度悬浮和稳定运行，140千米/小时的运营速度是目前世界上短定子磁浮列车的最高运营速度，为磁浮交通的发展作出了重要贡献，也为后续大规模商业化应用提供了宝贵的经验和数据支持。
在直线驱动技术应用方面，磁浮中心参与建成了国内首条全要素高温超导电动悬浮试验系统，完成了试验系统的总体设计、直线电机方案设计、调试和试验方案，提供了试验线的车辆测试系统设备。团队还为西南交通大学高温超导钉扎悬浮试验线研发了直线电机及驱动控制成套设备，目前正为该校主持的时速1500千米的多态耦合轨道交通试验平台提供直线驱动技术及系统支持。
在线路轨道技术应用方面，成果已经成功应用于多个磁浮工程项目。磁浮中心研发的磁浮道岔及控制系统，率先完成从设计到现场调试技术突破，并应用于青岛高速试验线、长沙中低速磁浮线，显著提升了磁浮列车运行的平稳性和可靠性，为中低速和高速磁浮系统的可靠运营奠定了坚实基础。在轨道检测技术方面，团队自主研发的新一代轨道线型局部偏差检测设备，实现了检测精度0.01毫米的突破，实现轨道线型的全面检测和高效分析，被广泛应用于上海磁浮列车示范运营线的轨道检测与维护任务，不仅提高了运营维护效率，还有效降低了维护成本。此外，团队构建的轨道状态监测和评估平台，通过“车载—在线—在轨”多源数据融合技术，全面实现了对磁浮线路长期服役状态的智慧化动态监测，为线路运维和优化提供了科学依据和决策支持。
高速磁浮轨道线性检测系统。
在牵引供电技术应用方面，磁浮中心围绕高速磁浮列车牵引控制系统，成功研制了牵引控制系统装置、7.5MVA（兆伏安）大功率变流系统装置、谐波滤波和无功补偿系统、24KV（千伏）百万次真空接触器开关柜等一批关键设备，在1.5千米高速磁浮试验线上完成了牵引列车运行试验。以上海磁浮列车示范运营线为应用背景，研制了高速磁浮半实物仿真集成试验系统，能够实现3列仿真列车最高速度500千米/小时的牵引控制仿真试验，对高速磁浮牵引系统的国产化研制具有重要意义。此外，团队将高速磁浮牵引控制技术转化到新能源汽车电驱动控制技术中，与比亚迪公司合作，进行高性能电励磁电机及控制技术研究，针对车用电励磁电机电驱动系统进行软件开发设计，使其达到国际领先的性能、效率和NVH（噪声、振动与声振粗糙度）的设计目标要求。
在运行控制技术应用方面，磁浮中心依托上海磁浮列车示范运营线和1.5千米高速磁浮试验线，着力打造国内高速磁浮运控系统检测、验证和评估综合平台，对国内外机构研制的高速磁浮运控系统部件及组件进行样机试验与测试，逐步形成高速磁浮分区运控系统接口测试评估、车载运控系统接口测试评估、整系统运行控制实时仿真试验与验证等检测与验证能力，有力支撑了磁浮交通运控装备技术的工程化和产业化。同时，团队针对工程实际需求，自主研制了设备在线故障诊断系统、板卡故障检测系统、诊断维护管理信息系统等，相关研究成果在上海磁浮列车示范运营线、上海地铁等线上实施。
荣誉见证 未来可期
同济大学在高速磁浮技术领域有着20余年的历史积淀：2006年获国家科技进步奖二等奖，并获多项省部级奖励，包括上海市科技进步奖一等奖（2006年）、湖南省科技进步奖一等奖（2018年）、湖北省技术发明奖一等奖（2019年）、上海市技术发明奖二等奖（2020年）、上海市自然科学奖二等奖（2023年）等。
在聚焦技术攻关与工程化应用的同时，磁浮中心夯实基础理论研究，着力提升原创技术研发能力。2022年以来，磁浮中心获批国家自然科学基金17项，其中重点项目2项；授权发明专利65项；新编《常导高速磁浮轨道结构》《中低速磁浮列车研发与应用实践》专著2部；组织编写科协智库类期刊《前瞻科技》高速磁浮交通专刊；发表SCI、EI等论文104篇，其中ESI全球高被引论文7篇；主持编写并发布行业标准5项、参与2项，主持编写国际标准2项，主持编写并发布地方和团体标准3项、参与5项。
值得一提的是，磁浮中心还引进、培育了一大批青年科技人才，其中两名优秀青年人才分别入选国家高层次青年人才计划、上海高层次人才计划，先后获得第二十一届“铁路青年五四奖章”、中国交通运输协会科学技术奖科技创新青年奖等科技奖励。磁浮中心还发挥铁道与磁浮科普基地优势，服务加快建设交通强国，致力于新时代轨道交通人才培养、科学传播和科学普及，年均开展科普实践与教育近5000人。
新时代新征程，同济大学将聚焦高速磁浮交通系统科研、教学能力建设，聚焦基础理论和应用基础研究，夯实在高速磁浮技术领域的原理性、方法性研究，鼓励和支持原创核心技术研究；针对行业发展需求，大力培养专业人才；积极参与高速磁浮技术标准化和工程化研究，为高速磁浮交通技术的应用和发展作出应有贡献，持续在交通大学科发展中发挥“高速、牵引”作用。
素材来源：中国交通报
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