未来之路-网络快车 ipbus 


关于高速铁路问题

    中国的铁路将又一次实行大提速。并且客货分流的高速铁路建设正在中国大地上遍地开花。是在原有客货混运的铁路线基础上再建设两条高速客运铁路。

1.提出问题

    对目前的铁路而言,一般来说,从铁路的运营成本上来说,每小时80公里是最经济的,采用时速80公里进行大宗货物的运输,可以实现利润的最大化(说明:今后将不是这个速度)。而对客运而言,不管是从客运的需求,还是从客运的利润最大化上考虑,时速160公里以上都是一种需要。也就是说,在一般的铁路线路上采用时速160公里运行,可以达到铁路客运的利润最大化(只是针对目前,以后将不是这个速度)。时速80公里和时速160公里两种列车在同一线路上混合运行时,线路的实际利用率并不高,也就是说,铁路线路的运输能力受到很大的限制,即运能不高。同时,随着经济的高速发展,货运与客运都对铁路提出更高的需求,货运需求是要提供更大的货运能力;而客运需求是要求提供更快的运输,当然也包括有客运量需求的增加。

   在此背景下,世界上许多发达国家都进行了许多尝试。最终还是以修建高速客运铁路方案为主,实行客货分流。目前世界上已经修建了大量的可以与普通铁路互通的高速铁路。同时它通常也是多修建了两条高速路铁线路。即它不仅是复线,而是三线或四线铁路,其中的两线为高速铁路线路。中国目前也正在步此后尘。

    在高速铁路线路上,每小时可以发20列以上,而在传统的普通铁路线路上是不可想象的。可以达到列车的高密度运行。并且是可以全自动化运行的智能运输系统。

    一般来说,高速客运的票价比普通客运的票价要高,因为高速客运铁路的运营成本比普通铁路的运营成本要高。高票价虽然是以经济的发展为基础,虽然也能够在一定范围内带来经济效益的提高,但是票价的提高也是乘客通常需要付出的一个代价,并且在此模式下是一个不得不付出的代价。其原因就是高速铁路的建设及运营成本高昂。有没有经济并且高速和高效的交通方式呢?并且还要便捷呢!这是许多人正在思考的问题。

   答案是有的,那就是小型化的网络快车。

2.   网络快车的定义

  网络快车是一种将信息网络中的交换和路由原理应用到交通和电梯中的理论,即将网络、通信、公交、电梯通过交换理论统一起来,提出一种全新的网络化的公共交通工具,以及交换式电梯。网络快车的主要特点是公交小型化、网络化、运能大、随到随走、建站灵活、站距小、依据站距远近可以实现从低速到超高速的客货混运、在网络内可以真正实现点到点的乘座(可以不用换乘)、建设灵活(小到村镇中建几百米,大到全国甚至全世界联网)、单位建设成本低,车辆模式灵活多样。网络快车可以采用超高速胎路轨、最理想的超强永磁磁浮、胎路、轮轨、气浮、独轨、真空管道等形式。 交换式电梯的主要特点是运能大、随到随走,交换式电梯主要可以分为斜式或螺旋式轮路或磁浮座梯、垂直轨道式电梯等。电梯可以看作是公交线路的延伸,小型货运甚至还可以到达建设有网络快车管道的住宅的户内,如厨房。特种车辆还能够提供侧移下货站或下电梯后的近距离运输。网络快车能够将各种不同速度的运输从理论上统一起来, 并且网络快车可以将海陆空交通从某种角度统一起来。网络快车系统的物流定义为物品从供应地或生产线向接收地或最终用户的实体流动过程。根据实际需要,将开采、汇集、运输、储存、运输线路存储、生产线存储、装卸、包装、流通加工、配送、分发、自动收货、信息处理等基本功能实施有机结合。以满足客户需求,对原材料、流程清单、成品及有关信息从起点到消费者的高效低价流通和仓储进行策划、实施和控制的过程。

3.   网络快车的理由

  从以下十多点可以看出未来之路必定是采用交换和路由理论的网络快车系统。①现有交通工具缺点集合→解决缺点。②现有交通工具优点集合→综合优点。③公认无污染的绿色化、高速化、智能化以及舒适、便捷是基本趋势,人类交通将大发展。④人们展望未来,提出了新型交通总趋势是向运输量大、安全、快速、舒适、省钱、节能和少污染的方向发展。⑤公认交通面临新的改革,建立自动化、高效率的,既有公汽大众性和经济性,又有小汽车灵活性和适应性的新型客运系统十分必要。⑥公认轨道线路形成网络,车辆小型化,在电脑控制下,许多车辆协调地在网络上自动运行,能如同出租车满足乘客需要。但速度、安全和环保方面,均远优于小汽车,且无人驾驶。⑦智能运输系统方兴未艾。⑧目前的交通问题最终是交通工具与技术、运输需求、运能、效率、资金投资及其回报效益的平衡问题。⑨目前迫切需要一种能够达到技术上先进、大运能、高效率、环保、较低建设运维成本的新型交通工具。⑩公众角度考虑交通,首先要便捷便宜,其次是快速安全,再次是舒适零换乘。政府、社会和单位考虑交通需要运输量大、高效、绿色、环保、节能和少污染、材料、形状、高度智能化、资金投资及其回报、交通占地、低建设运维成本等问题。公众希望人流最好是从楼层或大楼或其它出发地开始到楼层或大楼或其它目的地,即点到点运输;随到随走零换乘;便宜、快速、安全、舒适。⑬社会希望物流是从源头经生产和消费再循环回到源头的符合环保的交通运输。

  采用高速交换和线速路由的网络快车系统是一种更高形式的智能运输系统。可以满足以上要求。

  网络快车可以将电梯、市内公交、城际交通及长途运输有机统一起来。并且是大众化的交通工具。

4.   网络快车的运输能力广泛

 便捷、快速、高效的采用交换和路由原理的网络快车可以运送劳动者本身即人、可以运送所有生活资料即劳动产品、可以运送大多数生产资料即生产工具,小型网络快车在运输中可以避免一切不合理或不必要的运输。小型网络快车唯一的不足是不能运输太大太重太长的生产资料,而大型网络快车可以补充。从长远看仍然需要铁路和公路等作为它的有益补充,而不可能废掉铁路和公路等现有的交通方式。按照网络快车的高速路由理论适量改造已有的交通是必要的,即智能运输系统(ITS)也正方兴未艾。虽然现有铁路和公路可以按照网络快车的高速交换理论进行大型化改造,但其代价将会是高昂的,因此只适合对极少量的极繁忙的站进行高速交换站改造或新建站。

网络快车不是实行客货分流,而是实行不同速度的线路分流,并且通常是根据站距远近确定线路的速度。网络快车的线路通常也应该是由多条不同速度的线路组成,只是在建设初期,可以根据最迫切的需要只建设快速双道。

5.   网络快车最终可省掉中转

 当网络快车在全国建成一定规模的网络之后,网络快车最终可以省掉一切不必要的中转环节。按照大多数物质的循环过程,快速高效地实现从原材料开采线或农牧业基地到生产线到下一家生产线到用户到垃圾处理中心到农牧业基地或工厂的物流运输

6.   网络快车的磁悬浮车的优点

目前已经实用的磁浮主要是电磁型或电动型,而永磁型则是利用车载磁体与轨道磁体间的吸力和斥力的共同作用来产生悬浮力。

 网络快车的磁悬浮车的优点①网络快车的磁悬浮车的磁悬浮系统是以超高磁能积稀土永磁体或纳米晶巨能积复合永磁体的磁力完成悬浮、导向功能的,悬浮安全平衡,不存在断电后有类似电磁磁悬浮列车的安全保障措施问题。分道的换向动力由高效蓄电池提供稳定的能源。所有磁浮都是由电磁提供驱动功能的,网络快车的磁悬浮车不存在线路停电后的列车制动问题,因为网络快车带有可以直撞的防撞缓冲车辆,并且在前面的车辆出现故障停车后其后面的车辆不需要制动而是直接推动故障车辆运行,除站台外一般没有制动的能量损失。具有高速稳定性和可靠性。还具有悬浮力大且不需控制和双向稳定,悬浮、推进、导向三大系统的结构都比较简单、能耗低、推进效率高、车厢自重轻等一系列优良性能。网络快车由于车体较小,因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面对悬浮高度的要求较低。不像常导磁浮在较低悬浮高度情况下对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面要求较超导技术更高。网络快车的磁悬浮车可以采用最轻而且最简单的直线直流电机驱动。不存在超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大,冷却系统重,强磁场对人体与环境都有影响。磁悬浮列车快速、低耗、安全、舒适、经济、无污染。网络快车的磁悬浮车可以具有比超导磁悬浮列车更高的高速度。运行成本和能耗低是它的又一优点。由于没有轮子、无磨擦等因素,相对其它交通工具特别省电。因无轮轨接触,震动小、舒适性好,对车辆和路轨的维修费用也大大减少。 ⑤磁悬浮列车交通有利于保护环境。它在运行时不与轨道发生磨擦,且爬坡能力强、转弯半径小,所以发出的噪音很低(只有当时速达到200公里以上时,才会产生与空气磨擦的轻微噪音)。它的磁场强度非常低,与地球磁场相当,远低于家用电器。由于采用电力驱动,避免了烧油给沿途带来的污染。网络快车的磁悬浮车的爬坡能力为30%,而一般磁浮的最高坡度只有10%。磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘,从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。⑥磁悬浮列车在路轨上运行,按飞机的防火标准实行配置。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊,将路轨紧紧搂住,绝对不可能出轨。车辆运行动力来自固定在车辆底部的电磁流,同一区域内的电磁流强度相同,不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象,从而排除了列车追尾或相撞可能。线路与车辆的整个安全系统可以相互检测,自动替补,这在其它交通工具是不具备的,因而它是一种高安全度的交通工具。

 网络快车的磁悬浮车系统在未来还可以增加建设特别超高速强推磁浮的线路,它与一般超高速磁浮线路的设置基本上一样,即它可以在一般磁浮的线路上运行,它与一般磁浮的区别主要在于车体及长途运行方式不同。一般网络快车的磁浮车辆不能在特别超高速的线路上运行。

网络快车的磁悬浮车系统在未来还可以增加建设地下真空管道。客车和货车都可以采用三米长的车厢。客车车辆采用飞机性能的密闭车厢,每辆车只运输一人。若加速带为一百公里,则时速可以达到三千公里,即对客运最好是时速限制在三千公里以内,在该范围内可以实行客货混运。对上万公里时速的线路则只能适用于纯货运,而不适宜客运,因为只有无动物的纯货运才可以采用超高加速度。地下真空管道运输的车辆可以采用全高车辆和半高车辆。由两条全高车辆的线路组成的管道直径大约为四米,而一条半高车辆的线路的管道直径大约为两米。真空管道的专用车辆的可以在一般的磁浮线路上行驶。   

   网络快车系统的所谓未来物流,就是指最大限度地优化从矿产开采生产线、动物养殖者、植物生产者、制造者到消费者再到废物再利用的生产者之间的运输和运输流动信息的分配,并利用先进信息技术和专业能力尽可能地减少商品库存、降低运输费用、加快交货时间并提高客户服务水平的系统。

 未来物流是指物品从以生产为起点至消费为终点或者是经过消费者再回到废物再利用的生产者为终点的循环及相关信息有效流动的全过程。它将生产线、运输、仓储、装卸、加工、整理、配送、信息等方面有机结合,形成完整的供应链或者是物品循环链,为用户提供多功能、一体化的综合性服务。未来是以网络快车为主的多式联运。

 网络快车系统可以满足将环保和可持续问题放在重要位置的绿色物流的趋势,能够解决好与人流和物流相关的能源、环境、交通安全等问题。减少大气污染物排放,加强地球环境保护,对可利用的资源进行再生利用,实现资源、生态和社会经济良性循环,建立适应环保要求的新型物流体系。物流要实现从购买到制造到销售到消费甚至废物再利用的正向循环流动,和反向的信息追溯

 网络快车系统可以实现最佳的食品物流。由于食品需要安全、卫生、保质、保鲜,因此食品物流最终需要以较快的运送速度及最少的运送环节流通,从而实现尽可能快的食品消费周期。对活物、新鲜食品、即食食品等直接从生产线即时发送到消费者;对配送食品采用分发的方式进行;对可以长期保存的食品为了只保有接近最低的成品库存量而以线路库存方式进行库存及运送,从而实现尽可能快的食品消费周期。

7.   网络快车的远景

 网络快车最终可以实现从矿井或工厂等直接到工厂或码头;从工厂、 商家、食堂、餐馆、酒店等直接到楼层或住宅门前甚至户内;从菜地或副食店等直接到楼层或厨房或户内;废物从户内外的垃圾桶直接到垃圾处理场;乘客从楼外、大楼、楼层、甚至门前直接到楼外、大楼、楼层、甚至门前。网络快车通常不用等车,并且中途一般不用换乘,对极少数特殊乘客即残疾人等可以实现从户内到户内的始端到终端的运输。网络快车的货运网络最终可以建设成象毛细血管状的网络。

 采用短车厢优势,可以更高效地利用停车设施,可以为降低车辆的底盘重量提供条件,可以减小对高架轨路的单位路段内的重量压力,可以减小单台车辆的惯性,有利于制动和加速,可以更容易在小半径弯道上转弯,可以更灵活地编组运行。磁浮系统采用短车厢和采用楔形悬浮体的特殊外观都可以相对减小特别超高速速度对悬浮高度的要求。

 网络快车是众多现有技术的融合:网络快车融合了自动化控制技术、通讯技术、机动车制造技术、交通建筑技术、交通电力设备制造和安装技术、交通自动控制技术、互联网技术和网络银行系统等等。

 网络快车的磁悬浮管道交通可以采用以宽定高的小尺寸,只用来作为密集交通的货运补充,需要与一般交通互连。而真空管道也可以采用以宽定高的小尺寸,只用来作为远距离交通的特别超高速客货运补充,管道专用车辆可到普通线路上行驶。

可建重载线路网,一般车辆可以上重载线,但重载车辆不能上一般线路。

关于理论超前的问题。我认为就是需要理论超前,现在的交通缺少的就是理论,尤其是地面交通统一理论或说地面交通整体理论,实现网络快车的技术可以说现在都具备,虽然说还需要一些更先进的技术来提升它的性能或优化。(就目前世界上单方面的交通技术而言,都已经达到很高了,但是此前还没有出现任何一种能够从根本上解决交通问题的交通工具。轻轨、地铁、高速轮轨等都只是在没有提出理想交通形式之前的一种长远的能够在一定范围内缓解交通问题的权宜之计。)我不敢说网络快车是终极的地面交通系统,但是它会逐步成为今后的主流交通系统,并承担大部分客货运输。小型网络快车系统的不足是它不能运输大型货物,而大型货物的运输将仍然由公路、铁路、水运、空运承担,多种交通方式互为补充,相辅相成。网络快车是除梦想之外的最现实的也是最理想的地面交通系统

8.   背景:法德日争抢中国的高速铁路铁路

政府考虑到2008年北京奥运和2010年上海世博的现实需要,项目招评标工作所需时间,以及工程本身的建设周期,已经确定轮轨技术最终方案。并且已经开工。

京沪线是我国铁路中最繁忙的几条线路之一,沿线聚集了中国经济最发达的城市和地区。目前京沪线客、货运输集中在一起,运输能力已经饱和。若采用网络快车的磁悬浮系统则由原有铁路承担网络快车不能承运的大型货物的运输,人及中小型货物都由网络快车高速承运。

轮轨派理由:轮轨派认为磁悬浮有以下缺点:首先是造价过高,产出比过低。1300公里的京沪铁路造价将达4000亿元,而采用1亿元/公里的高速轮轨技术只需花1300亿元。 其次是技术转让困难。中国的高速铁路是国家主干线,作为国家战略安全考虑,绝大部分应以国产技术为主,部分引进国外关键先进技术。但国内磁悬浮技术水平低,可能也难以实现技术跨越。此外还有一个不兼容问题。高速轮轨具有通用性、兼容性等特点,但磁悬浮却不兼容、不通用,不能进入现有铁路网络。

磁悬浮派理由:由于磁悬浮技术克服了传统轮轨铁路提速的重要障碍(说明:美国提出在枕木之间铺设特别长的梯状定子,将车头作为高速转子的交流感应式特大直线电机的“子弹列车”可以给传统轮轨铁路提速,轮轨提速不再是障碍),所以具有能耗小、噪音低、启动停车快以及安全舒适等优点。而且目前在我国推行磁悬浮技术,有利于我国实现技术跨越,还可以推动其他相关产业如机械、电子电气、钢铁等技术的发展。 磁悬浮路轨的寿命可达80年,列车车辆的寿命是35年,都高于轮轨技术。但是,中国在磁悬浮技术方面与外国水平相差极大。中国几乎不掌握有关磁悬浮的任何核心技术或重要专利。

 可以说,解决交通工具的缺点或者说集合各种交通工具的优点即可以彻底解决交通问题。目前限制交通能力的瓶颈问题关键有三个,高速轮轨和传统磁浮仍然存在这些根本问题,一是前后车辆的大间距问题,线路利用率低,编组的列车不能达到随到随走;二是普通站台限制了车辆的通行能力,线路的通行能力及通行速度在车站受到限制,运能仍然还比较小,我将交通交换上升到理论,我提出可以满足从低速到超高速线路的按运能和线路速度的需要能力建站的各种交换站,即按需要建设各种规模不同的交换站,它将可以满足客货及时并且快速地上下车,以及可以满足线路的最大运能(说明:运能与速度成正比),简单地说就是网络快车的交换站将不再会限制线路的运输能力;第三就是需要不用换乘或无中转的像血管状或者说像信息网络状或像通信网络状的智能化高速路由的网络化交通系统,(说明:虽然公路和街道实现了这种网络,但是由于大小汽车存在诸多的不足,很显然其运能有限,公汽需要换乘,再说的士也不是大众化的交通工具。)很显然现有铁路或轻轨或地铁或高速轮轨等的大型化的车辆相对小型化的车辆,存在土地空间和线路造价两个难以逾越的问题,绝不可能实现细网络化,我提出的小型化的智能化的高速路由的网络快车可以实现细网络化,并且运能特大。网络快车的核心技术就是实现高速交换和线路路由,它是智能运输系统的最高形式。

 网络快车的磁悬浮理由:小型化永磁磁浮的网络快车造价低廉,环保,产出比高。当然从中速到超高速的四到六道的网络快车磁浮总造价会接近高速轮轨,初期若只建设超高速的两道则造价可以减少很多。由于网络快车的磁悬浮技术相对超导和常导磁浮简单很多,不存在技术转让的问题。关键技术在自己手中。在网络快车的理论指引下可以实现磁浮技术的跨越。还可以推动其他相关产业如机械、电子电气、钢铁、超强永磁、电梯等技术的发展。从智能化交通系统等多个角度看它都符合交通发展的趋势和方向。

 网络快车的磁悬浮可以实现各种速度及各种站距,并且可以将采用网络快车理论的电梯直接连接起来。网络快车可以将电梯、市内公交、城际交通及长途运输有机统一起来。并且是大众化的交通工具。

小型磁浮还可以相对减小特别超高速速度对悬浮高度的要求。可以实现高速交换和线速路由的网络化运输,随到随走。再加上微型线路延伸可实现物品流通从源头到终端再回到源头的符合环保的运输。还可以增建小型货运管道、特别超高速线路、真空管道等特别运输系统,可升级性强,并且各种速度的车辆对线路向下兼容。

小型化永磁磁浮的路轨比采用线圈的超导和常导磁浮路轨可达80年寿命还要长。由于结构简单,除特种车辆外的一般车辆比超导和常导磁浮列车35年寿命还要长。都远高于轮轨技术。网络快车的磁悬浮理论和技术的简单化已经超过了国外的超导和常导磁浮水平,核心技术全部在自己手中,并且没有外国专利障碍。

在中国的高速铁路轮轨铁路的竞争中,日本、德国和法国是中国主要考虑的合作伙伴,他们的技术各有千秋,因此最后的决定将不仅仅取决于成本、技术等因素,还会有政治、外交、国家安全等方面的原因。

从中国已经提出超前的网络快车理论来看,求人不如求自己,赶快进行网络快车理论相关的软件及硬件研发。中国具备网络快车相关软件和硬件研发的基础。

9.   几种高速铁路技术比较

 传统磁悬浮列车是一种采用无接触电磁悬浮、导向和驱动系统的高速列车系统,时速可达到450至500公里。按照1300公里里程计算,磁悬浮从北京到上海将不超过4小时。

 网络快车的磁悬浮采用永磁悬浮和导向,比电磁悬浮和导向更加优越,采用直线直流电机驱动比传统磁浮的交流电机驱动更加简单化。直接采用中国最一般的万伏高压和380伏低压两套输电电压供电,相对传统磁浮可以省去很多变压器。

为了给中国的高速铁路线路提供今后速度升级的余地,初期建设可以按1m/s2 的加速度建设加速带,当今后采用3到5m/s2 的加速度时,速度可以提升到每小时千公里以上。京沪之间只有一个小时左右的行程。

 ICE是德国高速铁路技术,全称是Inter City Express,即城际快车。而采用高速交换和线速路由的网络快车可以包括从电梯到国际快车的各种速度及各种站距。

 TGV是法国高速铁路技术,全称是Train a Grande Vitesse,即超高速列车。特点是速度快、节能、运营维护成本相对较低。而网络快车的速度可以更快、最节能、智能化程度最高、运营维护成本最低。

 新干线是日本高速铁路技术,特点是采用动力分散的运行方式,而不是用机车牵引。在载客量和安全性上优势明显。

 网络快车的磁浮也是一种动力分散的运行方式,并且动力可以更强。在同等速度下网络快车的载客量和载货量最大,磁浮也是最安全的。网络快车理论将信号系统和控制系统都归到相对简化的并且容易实现的路由理论之中,是一种更高形式的智能化交通系统。中国自己研发相关的软件和硬件将会使中国的交通信号系统和控制系统以及磁浮技术超过外国。

10. 中国正在建设的高速铁路线路用网络快车的磁悬浮所存在的问题分析

  中国的高速铁路原高速轮轨的两条轨道间距为四米,则总宽度可以容纳六道以上的网络快车线路,网络快车可以使用已经建设路段的路基。若初期只建设两道或四道网络快车的磁悬浮,则对还没有建设的路段改为网络快车的线路建设标准进行建设。已经修建的路基可以直接利用。

    当优先建成中国的高速铁路时,在网络快车的线路还没有形成网络时,横向运输还需要中转。但是可以将中国的高速铁路的线路延伸到沿途城市的火车站、汽车站、飞机场、公交枢纽站。对中国的高速铁路的延伸线路可以由地方政府投资或引资建设。

  当中国的高速铁路沿途城市的网络快车线路初具规模时,网络快车的无中转运输就可以初步显现出来。接着就是可以将网络快车线路沿线新建大楼的电梯结合起来,可以实现人流无中转的便捷的理想化的运输。再将是考虑将网络快车的线路网密化和线路端延伸到运输所需要的始端和终端,即将交换站从农、牧、矿、产品生产线起一直建到住户户内,从而实现物流按物质的循环过程进行运送的绿色化的环保的最佳的最理想化的运输。

当然网络快车在初期与传统交通会暂时存在不兼容问题。在网络快车系统内各种不同速度的车辆对线路速度向下兼容,通用性强。虽然网络快车不能进入现有铁路的线路网络,但是可以将网络快车的交换站采用高架直接建设到火车站等各种交通的站台之上,方便乘客的迅速换乘和货物中转。作为一种过渡时期的解决网络快车与传统铁路不兼容问题的措施。当网络快车形成网络后优势将更加显著,铁路和汽车将只承运网络快车不能承运的大型货物而作为网络快车的补充。

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