真空管道运输在未来综合运输体系中的角色与定位

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西南交通大学交通运输学院 作者:张耀平

  真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用,将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福音。更重要的是,将使我们今天面临的交通困境从根本上得以解决,也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。那么,真空管道运输实现以后,在未来综合运输体系中扮演什么样的角色,有什么样的定位,跟现有的几种交通运输模式是竞争、替代,还是互补的关系?本文从现有的五种交通运输方式的特征和发展出发,就上述问题进行分析论证,并得出一些初步结论。文章认为,真空管道运输会给现有的水运、铁路、公路、航空运输业带来一定的竞争压力,分流较大比重客源或货源。真空管道运输是对现有运输方式的补充,虽然在部分功能上会发生替代,如航空业的国际快递职责,以及由飞机、火车和汽车完成的长途旅行等,会转向真空管道运输,但是,真空管道运输不会取代铁路、公路、航空等运输方式。从属性来看,真空管道运输是铁路运输和管道运输的结合体。

1、引言

  真空管道运输是一种极具潜力的运输方式,从其极高速度、极低能耗、极低噪声、极低污染和较高安全性等方面来看,它比现有的水运、铁路、公路、航空等运输方式都更具有优越性和发展前景。从技术上来看,实现真空管道运输系统比航天飞行和太空探索都容易得多,而且所需要的技术都是今天我们的时代所拥有的。真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用,将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福音。更重要的是,将使我们今天面临的交通困境从根本上得以解决,也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。

  那么,真空管道运输实现以后,在未来综合运输体系中将扮演什么样的角色,有什么样的定位,跟现有的几种交通运输模式是竞争、替代,还是互补的关系?本文对现有水运、铁路、公路、航空、管道运输等五种运输方式的历史作了简单的回顾,对未来发展趋势进行分析推断,从而就上述问题进行分析论证,并得出一些初步结论。

2、五种运输方式的历史、现状与未来发展

2.1、水上运输

  水上运输具有十分悠久的历史,在铁路、公路、航空和管道运输出现以前,船舶是完成长距离客货转运任务的主要运输手段。那时,虽然在具有完整地面通道的一国之内,或位于同一大陆板块的不同国家之间可以利用人力和畜力实现人和货物的转移,如肩挑、人力车、马车、骆驼等,但它们不是现代意义上的运输工具,不属于我们所讨论的五大运输方式之列。1405~1433 年,中国古代航海家郑和率领规模庞大的船队七下西洋,从亚欧大陆的东端航行到西端,每次出使船队都在200 多艘,人数2 万人以上。1492~1502 年,西班牙航海家哥伦布分3 次出航远东,发现了美洲新大陆。他们所使用的都是不带动力的人力帆船。直到 20 世纪初飞机出现以前,人类跨越大洋的交通工具仍然是船舶。如中国革命先行者孙中山于1879~1911 年期间,多次赴美国、日本、欧洲等地,已故的中国领导人邓小平1920 年赴法国留学,伟大的科学家爱因斯坦1922 年从美国出发访问日本、中国上海,所乘交通工具仍然是轮船。之后,飞机逐渐取代轮船的地位,成为越洋旅行和洲际航行的主要工具。

  在过去的100 年中,轮船的发展特征是:在客运方面,客流比重不断缩小,作为主要的越洋交通工具的地位基本消失。在货运方面,随着国际贸易的不断发展,远洋船舶所承担的货运量在不断增长中。在船舶体积方面,不断向大型化发展;在速度方面,力求向高速化发展。

  关于船舶运输未来的发展,我们必须注意到以下几个现象:

  (1)轮船行驶时的水阻力跟速度的三次方成正比,在速度方面难以跟汽车、火车、飞机相比,其技术特点决定了轮船只能是最慢的交通工具。

  (2)不论是客轮还是货轮,都在向大型化发展,这是我们已经见到的事实,在以后的几十年内,还将会有更大型的轮船被建造。

  (3)至于货船,是否要继续向大型化发展,这是一个容易引起争议的话题。一种观点是,船越大,运输效率越高。另一种观点是,有必要谨慎对待散货船和集装箱船的大型化,因为船舶越大,集货和卸货所需的时间越长,这跟未来物流所期望的高速、高效、即时化是相悖的。

  (4)至于客轮,作为旅行工具的功能已经退出历史舞台,但作为游轮的功能已经展现出独特的魅力。也就是说,作为娱乐、休闲和海上办公或度假的去处,游轮有必要继续向大型化发展,设置豪华的客房、会议间、娱乐厅、电影院、游泳池和运动场等,直至发展成海洋上的移动社区或城市。

2.2、铁路运输

  铁路是一种适宜于担负远距离大宗客、货运输的陆上运输手段。1814 年英国人乔治·斯蒂芬森制造出世界上第一台蒸汽机车。之后,火车的历史就主要转变成了铁路扩张的历史。19 世纪下半叶,欧洲、俄罗斯、美国进入了“铁路时代”。尤其是美国,相继修建了五条横贯大陆的铁路,构成了纵横交错的全国铁路网,铁路成为当时带动美国经济腾飞的重要动力。进入20 世纪以来,中国铁路建设的步伐始终没有停止过,成为全球进入铁路时代的代表。20 世纪50 年代至70 年代,中国流行着“铁老大”、“火车一响,黄金万两”等关于铁路的俚语,表明铁路是那一时期中国大地上最显著的“符号”,其影响力位居国民经济各产业之首位。20 世纪80 年代以后,随着公路汽车和航空业的快速发展,铁路才失去自己“铁老大”的地位。

  关于铁路的发展,我们从以下几个方面进行分析:

  (1) 铁路经历着从兴盛、萧条到再兴盛的历史轨迹,我们可以用下图(图1)来描述铁路的过去、现在和未来。

铁路的过去、现在和未来

图1  铁路的过去、现在和未来

  (2)真空管道运输实现以后,铁路客车将不再承担人们长距离公务旅行的任务,而成为一种很好的旅游工具,人们乘坐在时速为100~500 公里的列车上,可以到各地游览,尽情领略大自然的无限风光。轮船从早期的主要旅行工具成为今天的海上游乐场所,已经昭示着铁路未来将何发展,刚刚通车的中国青藏铁路被定位作旅游线路,车厢都按豪华的旅游车标准装备,正是本论断的例证和开端。

  (3)至于铁路货运,在真空管道运输普遍应用之前,仍然是长距离陆上货物运输的主要方式。但随着输油管道、输气管道,煤、矿石输送管道的建成,以及真空管道对于要求较高速度件杂货物运输的吸引,铁路货运的比重将减小,最后以承担大型设备运输任务为主,因为这些大型设备是小管径和载重量有限的管道运输或真空管道运输所无法完成的。即使建设如SwissMetro或AmericanMetro那样的大管径系统,我们也必须承认,承载力有限的磁悬浮车不适合运送大型和重型设备。

2.3、公路运输

  20 世纪后半叶,美国告别“铁路时代”,进入“汽车时代”,人们把美国称作“一个汽车轮子上的国家”,与此同时,在欧洲和其他一些发达国家,汽车也成为影响社会经济与人类生活的最重要事物。近20 年来,在以中国为代表的一些发展中国家,公路里程和汽车所完成的客货运输量已经超过铁路。

  至于公路的发展,我们可以从以下几个方面进行认识:

  (1)汽车是一种灵活、方便的运输工具,机动性非常好。当代军事和国民经济各领域都离不开汽车,未来的综合运输体系中,汽车的作用仍然是其他运输方式无法替代的。但是,这并不意味着公路运输在综合运输体系中的比重将不断增长,可以预料的是,随着管道运输和真空管道运输的普及与大规模应用,当前公路运输在综合运输体系中的比重可能会下降。理由之一是,除了短距离转运、特种货物和危险货物运输外,其他货物运输都可以通过管道物流的形式来实现;理由之二是,当前世界上大多数国家的汽车保有量已经过多,道路交通拥挤不堪,公路设施超负荷运转,靠新建公路和改善设施已经难以使公路运输走出困境。

  (2)公路运输是石油资源的最大消费者,而石油资源会越来越紧缺,即使汽车对石油的消耗维持在现有的水平上,在不久的将来汽油的供应也会紧张起来。虽然人们在设法制造电动汽车、氢燃料汽车,甚至太阳能汽车,但这些汽车实际应用的效果似乎不会很好。况且,道路通行能力的矛盾仍然会存在。

  (3)汽车伤亡事件已经成为人类必须每天面对的另一场“战争”,从伤亡人数来看,实际上已经超过某些重大战争的伤亡结果。近些年来,中国每年死于车祸的人数都在10 万以上,中国官方公布的数据是,2005 年死于车祸的人数为12 万人,受伤者的人数大概是死亡人数的10 倍以上。遗憾的是,事故的责任往往推卸到司机、道路状况和管理者身上,而忽略了汽车事故发生的一个必然原因:即公路交通的相对无序性和人作为操作者的相对不可靠性。当我们认识到这一问题时,就可以对公路运输的发展得出合乎逻辑的意见:把部分公路运输的任务交给轨道交通和管道运输。

  (4)基于以上几点,我们可以为汽车在未来综合运输体系中的地位勾画一幅蓝图:汽车将是一种极好的运动、休闲和娱乐的工具,不再作为我们必须依赖的交通方式而存在,尤其是较长距离的旅行与货物运输。在未来公路上行驶的汽车,50%以上是在休闲和娱乐,而且公路行驶车辆数比现在有较大幅度的减少。

2.4、航空运输

  航空运输只有100 年的历史,但在这100 年中,航空货运和客运在综合运输体系中的比重在不断增长,运量也在不断增长中。在今后相当长的时期内,比如30 年,甚至50 年内,航空运输业仍然会保持增长的势头,但这种增长在可以预见的将来是会停止的,随着真空管道运输的产业化应用,航空运输的性质会发生结构性的变化。关于航空运输的发展,我们从以下几方面给予认识:

  (1)飞机是一种灵活性很高的运输方式,可以跨越几乎任何地面障碍物,这一特性是其他运输方式所不具备的,即使真空管道运输可以在海底建成,但灵活机动性无论如何也无法跟飞机相提并论。因此,航空运输在五大运输方式中的重要地位永远不会动摇。

  (2)飞机是一种高油耗的运输工具,随着石油资源供给的日益紧缺,航空运输的成本会不断上升。随着真空管道高速磁浮交通的建成,航空业所承担的大部分长距离客货运输任务将转向成本低廉且速度更快的真空管道运输。

  (3)过去100 年中,为了提高运输效率,飞机一直在向大型化、超大型化发展。例如,空客A380 有555 个座位,有效载荷高达150 吨。[8]然而,这一发展趋势跟未来物流与交通运输的超高速化要求相悖。跟大型集装箱、大型散货船和长大列车的情况类似,大型化意味着候机、登机时间和离开飞机的时间必然延长,而今天候机、登机时间往往大于空中飞行时间本身就具有一定的讽刺性。因此,从事交通运输研究的专家们对飞机的大型化应该慎重对待。要知道未来人们期望的交通模式是随到随走,就像今天人们出门乘出租车一样,甚至我们可以做到比出租车更方便,让真空管道车辆始终保持等待乘客的状态,乘客上车后无需停留,可马上发车。

  (4)既然飞机不宜再向大型化发展,那么我们可以勾画出一幅真空管道运输时代来临时,飞机未来发展方向的蓝图:由于其高度的灵活性,飞机在军事上仍然具有重要地位;在民用方面,飞机将向小型化、直升飞机、家庭飞机、私人飞机方向发展,其功能和作用会类似于小汽车,主要作为一种人们运动、旅游和娱乐的工具而存在。

2.5、管道运输

  跟飞机一样,管道运输在它发展的过去140 年中,在五种运输方式中的比重和绝对运量一直在增长中,可以说管道运输是最有前景的一种运输方式,是运输的高级形式。当然首先要消除对管道运输认识上的误区,即认为管道运输是“大宗流体、气体和粉粒体货物的运输方式。”实际上,管道运输还有两个更重要的发展方向:一是容器式管道物流,二是真空管道运输。这两种管道运输方式并非截然不同,例如当容器式载货车辆在抽成真空的管道中行驶时,即是真空管道物流模式。

  关于管道物流,我们可以从以下几方面进行分析:

  (1)本文提出“管道运输是运输的高级形式”,主要基于事物从无序走向有序的逻辑推理。交通运输也必然从无序走向有序,这样一种发展规律可用下图(图2)来表示。

交通运输从无序到有序的发展轨迹

图 2  交通运输从无序到有序的发展轨迹

  (2)真空管道运输和容器式管道物流广泛采用后,管道运输则进入高级阶段。到那时,轮船、汽车、火车和飞机所承担的大部分客、货运量,都可由管道运输来完成,而且速度更高、效率更高、能耗更小、噪音更小、污染更小,同时,安全性更高。

3、真空管道运输在未来综合运输体系中的地位

3.1、真空管道运输是当前铁路与管道运输的结合体

  真空管道运输的运行主体是磁悬浮车,磁悬浮车沿轨道行走,是轨道交通或者说铁路的高级形式。相应地,真空管道运输可以被认为是铁路发展的高级阶段,本质上是一种铁路系统。

  同时,真空管道运输又是管道运输发展的高级形式,是把磁悬浮铁路放到了管道中,属于管道运输的范畴。因此,真空管道运输是当前铁路与管道运输的结合体,把二者高级阶段的优越性集成了起来。

3.2、真空管道运输是对现有五种运输方式的补充

  前面已经提到,真空管道运输在高速、低成本、环保、安全方面比其他几种运输方式都更具优越性。但是,真空管道运输又有其局限性,灵活性不如飞机、汽车,不能像轮船和火车那样装载大型物资与重型设备,也不能像乘坐在轮船、火车、飞机、汽车里那样欣赏美丽的自然风光。因此,真空管道运输尽管会跟现有的几种运输方式竞争客源和货源,但不会取代现有的任何一种运输方式,它只是对现有几种运输方式的补充或者功能的延伸。

3.3、真空管道运输在未来综合运输体系中的市场份额

  从上面的分析知道,轮船、火车、汽车、飞机所承担的部分客、货运任务将转向真空管道运输。首先假设,2020 年建成第一条真空管道运输线路,2030 年技术达到成熟并开始全球范围的真空管道运输系统建设高潮,2050 年真空管道运输实现广泛应用。再假设轮船、火车、汽车、飞机各自所承担客、货运输量的一半由真空管道运输完成。那么,一个逻辑推断是,真空管道运输所承担的客、货运周转量将超过其他任何一种运输方式。

  在更远的将来,比如到2100 年,假如火车、汽车、飞机的主体功能已经变成体育运动、娱乐、消闲旅游的工具,于是,真空管道运输系统在那时的综合运输体系中将承担大部分的客、货运输任务。

4、结论

  综上所述,真空管道运输会给现有的铁路、公路、航空带来一定的竞争压力,分流较大比重客源或货源。虽然在部分功能上会发生替代,如航空业的国际快递职责,以及由飞机、火车和汽车完成的长途旅行等,会转向真空管道运输,但是,真空管道运输是对现有运输方式的补充,不会取代水运、铁路、公路、航空等运输方式。

  铁路的优点是车厢宽敞、速度不高,在货运方面适合承担大宗货物运输;在客运方面,旅客列车将成为人们休闲娱乐、旅游观光的工具。公的优点是通达性好,汽车灵活性高,适合用于物流配送、城市交通、短途出行,家庭旅游及自驾游,尤其是,汽车还是一种较好的体育运动和娱乐工具。飞机不需要遵循固定的线路,可跨越任何地形和障碍物,适合用于要求很高灵活性的配送任务和旅行。那时,大型民航飞机将失去市场和存在的价值,而起降灵活的小型飞机和私人飞机会成为空中交通的主要模式。另外,跟汽车一样,除了其军事用途和执行特殊任务的功能以外,飞机也将是一种很好的运动与娱乐的工具。

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