西南交大設(shè)計(jì)院如何助力科技成果工程化

呂江濤

2021年1月13日，在四川省成都市的西南交通大學(xué)九里校區(qū)，一條165米的真車(chē)樣車(chē)試驗(yàn)線(xiàn)建成并投入使用，設(shè)計(jì)時(shí)速620公里、采用全碳纖維、流線(xiàn)型頭型的世界首臺(tái)高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車(chē)緩緩開(kāi)動(dòng)。

2019年，時(shí)速600公里級(jí)高速磁懸浮系統(tǒng)的技術(shù)儲(chǔ)備研發(fā)被列入《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，作為前瞻性的技術(shù)研究為未來(lái)出行提供了新的可能。在這之前，西南交通大學(xué)的真空管道高溫超導(dǎo)磁浮列車(chē)技術(shù)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了“浮起來(lái)”“動(dòng)起來(lái)”的目標(biāo)，而要真正實(shí)現(xiàn)在工程化應(yīng)用場(chǎng)景中“動(dòng)起來(lái)”“跑起來(lái)”的目標(biāo)，需要在試驗(yàn)線(xiàn)上進(jìn)行真車(chē)載人試驗(yàn)，完成高溫超導(dǎo)高速磁浮列車(chē)投入商用前的一系列驗(yàn)證。

高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車(chē)及試驗(yàn)線(xiàn)的成功下線(xiàn)，在西南交大磁浮研究史上和中國(guó)高溫超導(dǎo)磁浮發(fā)展史上都具有里程碑意義，是中國(guó)推動(dòng)高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走出的重要一步。

對(duì)此，西南交通大學(xué)首席教授張衛(wèi)華介紹：“高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車(chē)及試驗(yàn)線(xiàn)項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車(chē)的懸浮、導(dǎo)向、牽引、制動(dòng)等基本功能，以及整個(gè)系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，將滿(mǎn)足后期研究試驗(yàn)需求。結(jié)合西南交通大學(xué)校內(nèi)磁浮列車(chē)模型試驗(yàn)臺(tái)（400+彈射試驗(yàn)臺(tái)、700滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)），可驗(yàn)證高溫超導(dǎo)磁浮列車(chē)高速化及長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性?！?/p>

西南交通大學(xué)的高溫超導(dǎo)高速磁浮項(xiàng)目一面世就吸引了各界目光，為學(xué)校贏得了美譽(yù)，也讓“交大磁浮”的牌子再一次打響。

事實(shí)上，西南交大早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始了磁浮技術(shù)的研究，1997年獲批國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)”，正式開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)的研究。

2001年初，學(xué)校研制的世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)“世紀(jì)號(hào)”在北京舉行的“863計(jì)劃15周年成果展”上初次亮相，引起了廣泛關(guān)注。

2004年，西南交大提出了600km/h及以上載人超高速高溫超導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)方案，從此開(kāi)始了高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)工程化的探索。在2019年，西南交大又建成了真空管道高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)高速試驗(yàn)平臺(tái)，最高試驗(yàn)速度400km/h，可開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)、振動(dòng)、噪聲等方面的研究。

經(jīng)過(guò)40年的探索與實(shí)踐，西南交大突破了一系列理論和技術(shù)難題，在高溫超導(dǎo)磁浮基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方面已經(jīng)形成了優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)，具備了工程化的條件。

高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化的實(shí)現(xiàn)，得益于天時(shí)地利人和?！疤鞎r(shí)”是我國(guó)交通行業(yè)從科學(xué)研究到設(shè)計(jì)制造的整體提升;“地利”是云南、四川兩省政府的大力支持;“人和”是學(xué)校聯(lián)合中車(chē)唐山公司、中國(guó)中鐵等行業(yè)單位的協(xié)同攻關(guān)，以及校內(nèi)交通運(yùn)輸學(xué)科各科研團(tuán)隊(duì)的密切配合。

2019年7月12日，云南省發(fā)改委面向社會(huì)公開(kāi)招標(biāo)昆楚大麗高鐵可行性研究，西南交大旗下的西南交大設(shè)計(jì)研究院（下稱(chēng)“交大設(shè)計(jì)院”）一舉中標(biāo)。具體負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的交大設(shè)計(jì)院副總經(jīng)理金朝輝介紹說(shuō)，經(jīng)過(guò)反復(fù)溝通和論證，可行性研究報(bào)告推薦比選了高速磁浮制式和高速輪軌制式，最終在磁浮與輪軌對(duì)比中選擇了磁浮，在磁浮技術(shù)對(duì)比中選擇了高溫超導(dǎo)磁浮。這意味著，西南交通大學(xué)的高溫超導(dǎo)高速磁浮項(xiàng)目將不再只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，有望在不久的將來(lái)完成科技成果工程化。

西南交大磁浮研究四十年磨一劍，而讓這“寶劍”出鞘的，正是交大設(shè)計(jì)院承擔(dān)的昆楚大麗高鐵可行性研究以及相關(guān)配套服務(wù)。

在磁浮制式選擇過(guò)程中，交大設(shè)計(jì)院和學(xué)校磁浮各團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入交流，最終本著最科學(xué)、最可行的原則進(jìn)行了取舍。在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)看來(lái)，高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)還有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，那就是擁有完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

媒體一直持續(xù)關(guān)注西南交大的高溫超導(dǎo)磁浮研究，西南交通大學(xué)的研究員、博士生導(dǎo)師鄧自剛也曾獲首屆“科學(xué)探索獎(jiǎng)”，是高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)四川省科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。但磁浮列車(chē)此前只能在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)懸浮和啟停，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)工程化需要大量資金投入。

交大設(shè)計(jì)院的可行性報(bào)告可謂恰逢其時(shí)，送來(lái)了一陣“東風(fēng)”。報(bào)告指出，昆明至麗江是一條黃金旅游線(xiàn)路，如能修建一條高速磁浮線(xiàn)，將有利于完善區(qū)域綜合交通網(wǎng)絡(luò)體系，進(jìn)一步擦亮昆明—大理—麗江一線(xiàn)世界級(jí)黃金旅游名片。

高溫超導(dǎo)磁浮高速列車(chē)作為一種新制式交通工具，要實(shí)現(xiàn)工程化，除了工程化樣車(chē)，還包括懸浮系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)、線(xiàn)下土建及附屬工程，以及整個(gè)系統(tǒng)工程的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合性能檢測(cè)系統(tǒng)等。

交大設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)和工程總集成，與科研團(tuán)隊(duì)、中車(chē)唐山公司、中國(guó)中鐵等單位協(xié)同攻關(guān)，開(kāi)展工程化研究、工程設(shè)計(jì)、線(xiàn)路施工、線(xiàn)路運(yùn)行一體化管理。

車(chē)內(nèi)場(chǎng)景

這其中，高溫超導(dǎo)磁浮列車(chē)的研制是重中之重。中車(chē)唐山公司是中國(guó)軌道交通工業(yè)的發(fā)軔之地，是中國(guó)鐵路的創(chuàng)業(yè)原點(diǎn)和中國(guó)中車(chē)的創(chuàng)業(yè)起點(diǎn)，也是我國(guó)最早參與磁浮技術(shù)研發(fā)的企業(yè)之一。曾先后研制七代中低速磁浮列車(chē)，第四代磁浮列車(chē)已成功在北京S1線(xiàn)投入載客試運(yùn)營(yíng)。此外，中車(chē)唐山公司還曾牽頭國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，自主創(chuàng)新研發(fā)新型200km/h磁浮列車(chē)。

2020年9月，西南交通大學(xué)與中車(chē)唐山公司簽訂《高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)技術(shù)工程應(yīng)用合作協(xié)議》，雙方共同進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

2020年9月22日，西南交通大學(xué)批復(fù)同意在校內(nèi)修建試驗(yàn)線(xiàn)。交大設(shè)計(jì)院與中國(guó)中鐵二局進(jìn)行了多次溝通，后者墊資開(kāi)始了樣車(chē)線(xiàn)的施工，同時(shí)雙方一起對(duì)高溫超導(dǎo)高速磁懸浮列車(chē)工程化實(shí)際施工中遇到的各種技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研討，解決了多項(xiàng)施工技術(shù)難題，以高效率、高質(zhì)量在較短的時(shí)間內(nèi)完成了施工任務(wù)。

金朝輝認(rèn)為，項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中的首要難題就是方案圖如何變成施工圖。張衛(wèi)華、鄧自剛團(tuán)隊(duì)的研究成果已經(jīng)十分成熟，但進(jìn)入工程化中會(huì)遇到很多具體難題，比如方案的可施工性、成本問(wèn)題、施工周期問(wèn)題等。因此，交大設(shè)計(jì)院加入研發(fā)團(tuán)隊(duì)后，依靠自身的工程經(jīng)驗(yàn)，逐一提出解決方案，和科研團(tuán)隊(duì)一起研討，通過(guò)教授團(tuán)隊(duì)仿真分析等技術(shù)手段，最終選擇最優(yōu)解決方案。

項(xiàng)目的順利完成，同樣得益于學(xué)校長(zhǎng)期積累的高鐵領(lǐng)域前沿成果，以及設(shè)計(jì)院與學(xué)校各科研團(tuán)隊(duì)建立起的良好合作關(guān)系。

交大設(shè)計(jì)院總經(jīng)理趙世春思考的是另外一個(gè)方向性問(wèn)題，他認(rèn)為磁浮樣車(chē)及試驗(yàn)線(xiàn)的成功落地，是政產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合下科技成果轉(zhuǎn)化的一條新路子，是學(xué)?？倕f(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)院總負(fù)責(zé)、科研成果實(shí)現(xiàn)總集成的體現(xiàn)，更是“學(xué)校重大科研成果實(shí)現(xiàn)學(xué)校主導(dǎo)的重大工程轉(zhuǎn)化”典型案例。

試驗(yàn)線(xiàn)落成已經(jīng)過(guò)去一年多時(shí)間了，在這一年多時(shí)間里，以試驗(yàn)線(xiàn)為依托，西南交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)圍繞高溫超導(dǎo)高速磁浮交通系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、懸浮導(dǎo)向、永磁軌道相關(guān)核心技術(shù)與關(guān)鍵裝備開(kāi)展研究，不斷形成全系統(tǒng)關(guān)鍵重大裝備及核心技術(shù)研發(fā)和研制能力。在圍繞高溫超導(dǎo)磁浮交通系統(tǒng)的工程化應(yīng)用方面，交大設(shè)計(jì)院開(kāi)展高溫超導(dǎo)高速磁浮交通工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究，特別是在永磁軌道、牽引制動(dòng)和測(cè)控運(yùn)控等關(guān)鍵機(jī)電系統(tǒng)工程化方面取得了突破性進(jìn)展。

責(zé)編：姚坤 yaokun@ceweekly.cn

美編：孟凡婷