大国重器：高速铁路技术发展纵横-轮轨和磁悬浮

京沪高铁在“用什么技术修”的问题上存在“轮轨派”和“磁浮派”之争。

20 世纪 80 年代，日本正在开展超导磁悬浮技术研究，并在九州东南部的宫崎县建设了一条7 km 长的试验线，试验时速已达 500 km。“磁浮派”在学习了日本磁悬浮列车技术后，联合有关单位向国家申请了“磁悬浮关键技术研究”的课题，由中科院电工研究所、国防科技大学、西南交通大学和铁科院四家单位共同开展磁悬浮关键技术研究。

1994 年 3 月，“磁浮派”向全国政协八届二次会议提交了《开展超导磁悬浮高速铁路研究的建议》，建议国家立项推动磁悬浮高铁研究。同年6月，他们又联手组织了中国高铁发展史上一次著名的会议——中国高速铁路技术发展战略讨论会，在会议总结报告中他们指出：“高速磁悬浮列车是当前唯一能达到时速 500 km 运营速度的现实可行的高速地面交通工具，可实现大城市间的高速客运。”“轮轨派”认为：磁悬浮是个新技术，应该发展，但磁悬浮技术只是处于试验阶段，同时铁道部已经做了京沪高速铁路的可行性研究，正在国家立项，希望不要影响京沪高铁的建设；直接推动京沪高铁这种世界瞩目的长距离、大运量线路采用磁悬浮，风险不言而喻。

论证工作开始之初，专家之间的意见分歧较大，专家们的发言归纳起来有 3 种不同意见：不同意建设京沪高铁或者应推迟 10～15 年，目前只需采用“摆式列车”提高列车速度就行；要尽快建设采用轮轨技术的京沪高速铁路，因为对此已进行了十几年的可行性研究和探索工作；同意建设新的京沪高速通道，但主张采用磁悬浮技术，认为这是高速轨道技术的未来发展方向，中国应该抢占这一技术高地。

经过多次会议研讨，专家们建议由铁道部领导修建一条上海至南京的轮轨高速铁路，由科技部领导修建一条北京机场至天津机场的磁悬浮高速线路。专家们的意见除了在“必须尽早建设京沪高速通道”上取得完全一致外，在具体方案上还存在不少分歧，咨询工作历时半年多，最终形成了《磁悬浮高速列车与轮轨高速列车的技术比较和分析》。中国工程院上报国务院的京沪高速铁路咨询建议，主要结论有：

（1）建设京沪高速铁路是中国发展高速铁路的首选。从国际上看，轮轨高速技术既是成熟技术，又是正在不断发展的高新技术，在京沪线上采用轮轨技术方案是可行的。但由于其技术难度大，中国尚无实践经验，故应统一规划、充分论证、分段实施、加强管理，确保高质量建设。

（2）磁悬浮高速列车有可能成为21世纪地面高速运输新系统，具有明显的技术优势。但由于目前世界上尚未建成商业运营线，因而至少在10年内，不能在京沪全线采用磁悬浮列车方案进行工程建设。但应加强研究开发，组织精干队伍，加大投资力度，突破关键技术，在合适的地段建设一段试验运行线，以取得工程和运行经验，为中国今后发展长距离高速磁悬浮列车商业运营线打下基础。

（3）采用摆式列车对客货运高密度混运的京沪线而言，难以实现提速到200 km/h 以上的目标，因而不可取。(www.xing528.com)

可见，建设总长 1 318 km 的京沪高速铁路是举世瞩目的超级工程，虽然有不同的方案之争，但都充分体现了专家们的敬业和爱国精神。整体来看，京沪高铁争论的第二阶段没有赢家。对“轮轨派”而言，京沪高铁的开工被推后了10年；对“磁浮派”而言，尽管成功建成了磁悬浮试验线，但其造价及巨额的运营成本，让磁悬浮技术在与轮轨技术的竞争中劣势尽显。国务院最终决定京沪高铁采用轮轨方案，2012年之前建成通车。这场大讨论可以说是中国在世纪之交奏响的高铁序曲。

【人物故事】 身为中国科学院和工程院的“双院士”，沈志云在机车车辆动力学尤其是轮轨动力学、运动稳定性、曲线通过理论和随机响应等方面研究成绩卓著，创建的轮轨非线性蠕滑力模型，在国际上通称“沈氏理论”并被广泛引用。沈志云院士还主持研制成功了中国第一台迫导向货车转向架，开创了无轮缘磨损新纪录。

沈志云出生在中华民族灾难深重的年代，倭寇侵凌、列强瓜分、国土沦陷、民族不宁、中国贫穷、技术落后，这激发了他为国家的强大而努力掌握科学技术的决心。1945年抗战胜利后，沈志云好学上进的精神得到升华，要为祖国的强盛和民族的兴旺而努力奋攀科技高峰的志向更加坚定，读书更加刻苦了。他在湖南国立师范附中的 6 年里，有 11 次学期成绩总评为全校初中和高中的第一名；在唐山工学院读大学期间，每学期成绩都在本专业位居前列。

1949年8月长沙解放，沈志云赴武汉投考大学，以优异成绩被唐山工学院、清华大学、武汉大学同时录取，在武汉大学名列榜首。因当时的唐山工学院在南方声誉很高，他便毅然舍弃清华、武大，直奔被誉为“东方康奈尔”的唐山工学院机械系就读。在唐院“严谨治学”“严格要求”优良校风的熏陶中，在学术造诣高深的教授的指导下，沈志云打下了深厚的专业理论功底，学习成绩3年总平均名居前列。1952年7月，因当时国家急需人才，他提前一年结束大学生活。在从事理论力学助教工作期间，他边教学、边工作、边钻研理论力学基础知识，使力学基本概念达到融会贯通，对基础力学的重点、难点问题也能做到耳熟能详。1956 年，他考取留苏研究生，到北京外国语学院留苏预备部学习俄语和哲学；1957 年赴苏联列宁格勒铁道学院留学，在苏联留学期间，他利用假期冒着严寒跑遍了几十家大工厂，进行调查研究，从几十个研究课题中选择“修理中的尺寸链”作为研究对象，从生产实际问题出发，提到理论高度来分析研究，又回到生产中去试验，最后提出解决问题的具体建议，交生产单位应用。这个实践—理论—实践的全过程，使他形成了一个研究解决问题的思路。经过3年的努力，他完成的副博士论文顺利通过答辩，获得很高的评价，并被发表。他在苏联学到的获取知识的方法、从事科研的思路、探索问题的能力、不畏艰难刻苦攀登的毅力，成为以后成功的绿色通道。

1961 年归国后，他回到唐山铁道学院（原唐山工学院）任教，先后开设了“车辆修理”等课程，编写教材和筹办实验室，致力于车辆学科发展，并确定以“车辆动力学”为自己的研究方向。正在准备大干之际，“文化大革命”开始了，业务工作被束之高阁。等到浩劫过去，星移斗转，世界科技突飞猛进，他好像又回到零的起点。虽已年近半百，但他决心从头做起，奋起直追。他从学习算法语言、工程数学等新知识入手，如饥似渴地阅读专业文献，在简陋的实验室通宵达旦，终于在两年时间内完成了“韶山4型电力机车的动力学性能研究及参数优化”课题，并完成论文《两轴转向架式机车的数学模型及数值结果》，并于 1981 年 8 月在英国剑桥大学召开的第七届国际车辆系统动力学年会上发表。这是中国机车车辆动力学学科在国外发表的第一篇论文，使国际同人刮目相看。英国教授赞扬说：“真没想到中国人在这个领域里的研究有这么高水平。”

在机车车辆动力学领域，车轮与钢轨的接触是列车与路轨间唯一的相互作用，车轮在滚动时还有微小的滑动，称为蠕滑。轮轨蠕滑是一个非常复杂的物理现象，如何定量地确定其力学特性，一直是铁道车辆动力学中的难题。为了攻克世界学术前沿的这一难题，沈志云1982年作为访美学者，在美国麻省理工学院夜以继日地进行学习和研究。一年多的时间里，他涉猎了8门研究生课程，完成了两项科研课题。他进一步深入研究了国际轮轨蠕滑理论权威荷兰代尔夫特理工大学卡尔克（Kalker）的轮轨蠕滑理论，在沃尔妙伦-约翰逊方法的基础上考虑自旋蠕滑，定义蠕滑因子和自旋比例系数，分别研究在不同自旋蠕滑的基础上各种蠕滑力模型的比较，得出了新的非线性蠕滑力（适用于车辆动力学计算的）简化方法。他根据这一理论写成的论文，在1983年第八届国际车辆系统动力学年会上宣读后，被卡尔克教授认定是“铁道车辆动力学中能够采用的最好的非线性蠕滑力模型”“铁道车辆系统动态仿真最适用的方法”和“1983年世界蠕滑理论新发展的标志”，并将其归纳为三维弹性体滚动接触力学的四大理论之一，这一方法被各国专家称为“沈氏理论”而被广泛应用。1988—1998 年的十年间，沈志云主持研制成功了中国第一台无轮缘磨损的货车径向转向架，该转向架达到了接近无轮缘磨损的程度，并在西南交通大学创建了牵引动力国家重点实验室，研制成功了机车车辆整车滚动振动试验台。