轨道城市第76篇原创文章
城轨交通系统制式技术特征（一）带你走近中低速磁悬浮交通
一序章
城市经济发展和技术进步是相伴相生的，随着城市的发展，技术也在进步，轨道交通制式的多样性使得从业者在进行城市轨道交通规划、设计、建设时，经常面临一个问题：该线选择何种系统制式较为合适？系统制式决定了一条线路最基本的技术特征，是城轨线路最重要的前置技术标准之一，进而影响其他各土建、设备系统的方案。
应该说，每一种系统制式从发明、制造到最终运用，皆有其存在的合理性。经济学认为：需求与供给相互作用。一个城市的某条线路存在某种特殊需求，而某种系统制式恰好可以满足这种特殊需求，或者恰好某供应商具备发明创造这种系统制式的能力，便产生了这种供给匹配需求的制式。就算是某个城市的大领导“拍脑袋”选定的系统制式，往往也是社会充分选择的最终结果，只不过这种需求没有更侧重于运营商的需求、乘客的需求罢了。这种特定的需求可能是城市产业的发展需求，可能是追求“科技制高点”新制式的需求，可能是短期内见效快的政绩需求，也可能是某个供应商产业化的需求。
不能武断判定以上需求均不合理，但若与运营的经济性、建设的可持续发展性、乘客乘坐使用的便捷性、时效性等需求相比，这些需求就显得有些“舍本逐末”了。
截止年，世界城轨交通行业已经走过了多年的发展历程（-），中国也经历了近50年（-）的发展，但在系统制式选择的问题上仍存在诸多迷思。例如，目前已投入商业运营的有哪些系统制式？这些系统制式各存在何种技术特征？如何结合不同城市的不同线路的不同需求，科学合理地选定适宜的系统制式？笔者试图尝试从技术的角度来回答以上问题。在解答问题之前，首先将对系统制式的产生与技术特征进行阐述，供业内人士一同交流讨论。
根据轨道城市统计数据[1]，截止年12月31日，中国内地（不含港澳台）运营城市轨道交通（国家批复线路，不含北京S2线、上海金山铁路、有轨电车等）的城市达到31座，通车线路条，总通车里程达到.9km。
从运营线路制式分布看，已开通城轨交通包括地铁、轻轨、单轨、磁浮交通、APM等多种制式。其中，中低速磁浮交通2条，占比约1.4%，总里程规模约28.8km，占比约0.6%。
国内城市轨道交通车辆制式分布图（线路条数）
国内城市轨道交通车辆制式分布图（线路里程）
根据宾夕法尼亚大学交通学科维奇克教授总结提出的RTS（路权、技术、运营）理论[2]，交通三要素任一项变化将导出新一种制式。从技术出发，可将城轨交通制式分为钢轮钢轨制式（含城轨协会统计的地铁、轻轨、有轨电车、市域快轨）、磁浮制式、胶轮导轨制式三大类，本篇是磁浮制式的技术特征专论，轨道城市后续还将推出钢轮钢轨制式专篇、胶轮导轨制式专篇，敬请期待。
将轨道交通制式的分类如下图所示。
二什么是磁浮列车？
顾名思义，“磁浮列车”就是利用电磁力进行支撑、导向和牵引的列车。注意，这三个力非常重要，再说一遍“支撑力、导向力、牵引力”，分别对应“垂向力、横向力、纵向力”。
中低速磁悬浮原理
（图片来源：北控磁浮）
常规钢轮钢轨列车（包含地铁A型车、B型车、C型车、有轨电车、市域快轨列车等各种制式），其支撑、导向均利用钢轮和钢轨的接触产生，支撑力很容易理解，这里重点介绍一下导向力。
导向力常常被人们所轻视，实际上轨道交通与其他交通工具最大的一个区别，就是轨道交通的导向力是自适应的，换句话说，驾驶轨道交通的司机是不用打方向盘的。
常规钢轮钢轨系统的轮对，是圆锥型的，这是钢轮钢轨系统实现导向的关键技术之一：在直线段运行时，内侧、外侧两车轮与钢轨的接触点半径是一致的，在曲线段运行时，内侧轮与轨的接触点半径小，外侧轮与轨的接触点半径大，这就实现了内、外两轮转速一致但运行距离不一致，和纸杯转动弯曲的原理一致[3]。
相对于其他轨道交通制式来说，钢轮钢轨系统的导向实现是最简单的，因为轮对既提供垂向支撑力，也提供横向导向力。地铁系统运行安全的两个最重要的指标是脱轨系数≤0.8和轮重减载率≤0.6[4]，其中脱轨系数就是列车横向力和垂向力的比值。
其余轨道交通系统，垂向支撑力和横向导向力是分开实现的，因此为了实现列车的导向，除了支撑轮以外均需要增加额外的设备。跨座式单轨列车的导向是通过水平布置的导向胶轮与轨道梁接触实现，西门子最新研制的APM列车导向是通过中间布置V字形钢轮与轨道接触实现的。
对比常规钢轮钢轨B型车和重庆跨座式单轨列车，同样是双轴转向架，前者用4个轮子完成了支撑和导向，而后者除了4个支撑轮，另外设置了4个导向轮+2个稳定轮，总共10个轮子。
下面来看一下磁浮列车的导向。
目前已经成功商业运营或在试验线上经过成熟试验的磁浮列车主要包括：
日本、韩国和中国的中低速磁浮列车；
德国的高速磁浮列车；
日本的高速磁浮列车。
之所以如此区分，是因为这三者的牵引、导向、支撑原理有所不同，这里统一进行介绍。
第1种和第2种车辆和轨道的结构非常类似，均属于“跨座式”的结构。
长沙中低速磁浮车-轨结构示意图
（图片来源：长沙磁浮宣传册）
德国高速常导磁悬浮车-轨结构示意图
（图片来源：西门子