城市軌道交通車輛全壽命周期成本探討

皇甫小燕

（上海申通地鐵集團有限公司技術中心，201103，上海∥高級工程師）

在確保城市軌道交通安全運營的前提下，對車輛資源進行全壽命周期成本控制與管理是當前面臨的難題。車輛后續壽命周期的管理，也是基于前期的車輛選型和采購。軌道交通運營商要降低車輛全壽命周期成本，就有必要在車輛的選型、采購、運營、維修乃至報廢等各階段探討其技術管理的新思路。

1 車輛選型

車輛選型的核心應是：在滿足客流需求的前提下，要充分考慮城市軌道交通的網絡資源共享和國產化，為降低車輛全壽命周期成本奠定基礎。

1.1 車型

在選擇車型和列車編組方案時，首先應考慮在滿足客流需求和特定線路條件下，盡可能采用成熟可靠的主流車型，以達到全網絡或局部網絡車輛的資源共享。鋼輪鋼軌車輛以其運營能耗和維修成本低而成為軌道交通的主流車型，其整個產業供應鏈相當完善，且在國家發改委的大力推進下，整車國產化率達到70%以上，核心電氣牽引系統國產化率達到40%。選用鋼輪鋼軌這種制式，在降低車輛前期采購成本的同時，也解決了維修用備品備件的本地化采購問題。上海城市軌道交通從建設之初至今，車輛全部選擇鋼輪鋼軌制式，為后期運營維護成本的降低打下了堅實的基礎。

作為運營商，既要考慮服務質量，也要考慮運營的經濟性。因此，在車輛選型時，線路不同，客流量不同，可選用同系列但軸重不同的車型。對車輛供貨商而言，意味著能夠在同一技術平臺上實施研發，設計成本較低，從而也降低了運營商的采購成本，并為車輛維修工藝、維修設備、備品備件和人力資源共享創造了基本條件。上海軌道交通已經擁有鋼輪鋼軌制式16t軸重的 A 型車（1、2、3、4、7、9、10、11、12、13、14號線）和14t軸重的小型車（5、6、8號線），隨著軌道交通不斷向郊外延伸，上海還應考慮鋼輪鋼軌制式的11～12t軸重的車型，以滿足衛星城鎮發展的需求。車輛在達到經濟運載目的的同時，應形成規模效應，以有效縮減后期維護維修成本。

1.2 編組方式

為適應不同時段的客流強度，可以采用不同的發車間隔、折返和靈活編組相結合的行車調度模式，減少采購列車數量，使車輛得到經濟使用，從而降低列車牽引能耗和使用維修成本。目前，上海軌道交通列車的編組方式基本都是固定編組，在今后的工程設計中，應盡可能在線路隧道內設置逃生平臺，使列車靈活編組運營成為可能。

1.3 總體技術

在車輛的選型過程中還應充分重視列車的總體性能和參數，如動力配置、最高運行速度、受流制式、列車自動化運營程度、列車基本結構參數、列車基本動力性能參數和車輛限界等，盡可能保持統一。這樣不僅可實現車輛和車輛段資源共享的目的，還能提高車輛大型檢修設備的利用率，減少檢修設備種類和數量，減少維修場地面積，提高維修效率，有效降低維修成本。

2 車輛采購

車輛采購的核心應是：在滿足功能需求的前提下，重視節能環保、標準化、國產化和備品備件高性價比等，并且采用統籌采購模式。

2.1 統籌采購

上海軌道交通既有或規劃的車型有A型車和小型車。就目前現狀分析，即使份額較大的A型車仍存在編組方式、動拖比、最高運行速度、受流制式、列車自動化運營程度等差異。這些差異直接影響列車的牽引控制系統以及列車的總體性能，也使車輛的設計和制造不在同一技術平臺上，不同線路的車輛難以統籌采購。這就需要從網絡層面考慮，盡可能不再拓展車型。少量的車型利于規模化采購以降低車輛采購價格。對于同一種車型，還應統一技術標準，以具備近期和遠期小批量續購車輛時統籌采購的可能性，降低車輛采購成本。

2.2 節能

基于節能環保進行車輛設計，能有效降低車輛運營能耗，是一勞永逸的措施。在車輛采購和采購合同執行中的設計聯絡過程中，應從以下幾方面對車輛供貨商提出車輛節能要求。

（1）車體應采用大型鋁合金中空擠壓型材或薄型不銹鋼材，重視車輛各大系統設備的輕量化，從而降低列車牽引能耗。

（2）車輛應具有再生制動功能。優化牽引電機設計，盡可能擴大恒電制動力的速度范圍，充分發揮再生制動的功效。

（3）提高電氣牽引系統和機械傳動系統效率，減少不必要的傳動損耗。

（4）根據載客量自動調節空調通風系統的新風量，減少空調壓縮機的工作時間和耗電量，在節能的同時使乘客具有較好的乘坐舒適性。

（5）對于行駛在高架線和地面線上列車的內部照明采用光控方式，充分利用車輛的外部光能。

2.3 標準化、國產化

車輛各系統及零部件標準化是解決全壽命周期成本的根本有效途徑。

上海軌道交通從1992年1號線的第1列直流電動列車，到2010年上海世博會前正式運營的10號線無人駕駛列車，其車輛的發展令人嘆為觀止。為了公平競爭，并推動車輛國產化，在生產供應鏈培育過程中，通過招投標方式采購車輛是不可避免的。但隨著技術的不斷發展，這也必然導致現有的軌道交通線網內存在多種型號不一的車輛，致使系統和零部件難以形成統一的標準。這不僅不利于后續車輛維修工藝、維修設備、備品備件和人力等資源的共享，而且由于車輛維修設備利用率低、設備的無謂折舊和員工培訓成本增加、備品備件種類多批量小等，使維修成本急劇上升。隨著軌道交通網絡化的不斷擴展，車輛各系統及零部件的標準化工作勢在必行。

車輛的標準化按具體技術目標可分為配置、功能、零部件和接口等的標準化。配置標準化利于提高人性化服務質量，達到與乘客和司機的界面友好；功能標準化和接口標準化有利于網絡化運營互聯互通，是車輛資源共享的前提條件；零部件標準化是解決維修成本瓶頸的關鍵所在，輔以零部件系列化和簡統化，從源頭上控制車輛全壽命周期成本。

上海軌道交通車輛前期依賴進口，解決了交通運輸工具問題。現歷經20余年，在國家發改委的大力推進下，大量機械系統零部件（這恰恰也是車輛維修的重點）實現了國產化，有效降低了備品備件的采購成本。如果使機械零部件、電氣元器件逐步趨于標準化，則更益于加速國產化進程，從而大幅降低車輛維修成本。基于目前的軌道交通產業鏈現狀，只有通過運營商自身的努力才能逐步推進備品備件的標準化和國產化。

2.4 備品備件

車輛采購時需對關鍵零部件使用壽命進行確定，如軸箱軸承和齒輪箱軸承等，尤其對易損易耗件要逐一控制，選擇質量可靠、價格合理的國產化標準件。對于其他零部件，在確保列車運行安全可靠的前提下，可選擇維修間隔長且與車輛架修、大修周期相對應的產品，充分延長零部件的實際使用壽命，減少列車的庫停維修時間。這也是降低維修成本的途徑之一。

3 車輛運營

車輛運營成本降低的核心應是：采用靈活高效的行車組織模式，使車輛物盡其用，減少運營能耗；同時，車輛的設計也要更趨節能。

可通過選擇不同發車間隔、不同交路來滿足不同時段的客流需求；實施節能運行圖，充分利用列車再生制動能量，有效降低列車牽引能耗成本。

如果區間隧道具有逃生平臺，則可采用靈活的列車編組形式，根據不同運營時段客流量的不同進行在線或庫內靈活編組，降低車輛人均運營能耗。

4 車輛維修管理

車輛維修管理精細化的理念是：在確保維修過程質量的前提下，基于“人、機、料、法、環”等五大要素，提高維修效率，從而降低維修成本。所有這些管理理念的實現應緊緊依托技術，并借助于信息化的支撐達到最優化。

4.1 提高全員素質

員工素質在車輛的維修中起著主導作用。對每一位員工而言，做任何操作都應自檢、互檢和他檢。只有全面提高全員過程質量控制意識和成本意識，才能充分發揮每一位員工的主觀能動性，促使員工積極地學習技術，積累經驗，從而持續提高檢修質量，延長維修車輛無故障運營時間和里程。這在無形中也降低了重復檢修的成本。

因此，在日常的管理工作中，要積極地探索如何提高全員職業素質的新思路，注重自上而下的全員培訓，從根本上解決日復一日困擾城市軌道交通運營商的安全和成本問題。通過人員培訓，盡可能以自主維修方式替代委外修。通過自主維修，使員工對車輛更了解，檢修時知其所以然，從而促進全面質量控制，提高維修效率。

要取得卓有成效的企業培訓，就需要定期制定培訓計劃。培訓計劃的制定應從以下3個方面著手：一是基層管理人員根據具體工作實踐定期反饋一線員工的培訓需求；二是負責培訓的單位要根據實際運營中出現的重復性問題開展培訓；三是注重各層面直至操作崗位的管理培訓。培訓部門應將三者有機結合，根據統籌情況制訂培訓計劃。每位員工通過本崗位的專業培訓獲得相應的技能，并接受一些基本的管理理念，有助于維修工作和企業管理的持續改進，利于從每一細節上降低維修成本。

4.2 提高設備利用率

車輛維修和檢測設備在車輛檢修過程中起著至關重要的作用。要加強設備的維護保養工作，以確保檢修質量。同時，設備的折舊費和后期維護保養費用也影響著車輛的維修成本。

保證維修檢測設備正常使用是確保車輛維修質量的關鍵。設備維修費用是不可能節省的，唯一能挖潛的是盡可能減少檢修設備種類和有效提高設備利用率，消除設備怠機時間，從而降低車輛維修成本。

從車輛的標準化工作著手，使車輛系統或零部件與檢修設備的接口盡可能標準化。另一方面，檢修設備設計應盡可能通用化，可通過增加適配器以適應不同車型的零部件接口要求；在操作程序上通過編制不同的可供選擇的軟件以適應不同車型零部件的維修檢測操作要求，減少檢修檢測設備種類。

軌道交通網絡化運營后，車輛部件集中修的維修策略為充分利用維修設備創造了條件，但與此同時也將增加運輸成本。因此，在規劃階段就需著手進行研究，在滿足批量、設備利用率提高和運輸成本降低三者之間尋找最佳平衡點。對于特定的零部件，可以在線網上設置1個或多個維修點，以提高設備利用率，適當降低運輸成本。

4.3 備品備件

備品備件是車輛維修的重要成本消耗源。可從以下幾方面著手進行其成本控制。

（1）車輛零部件設計的維修間隔盡可能長并與車輛架修、大修周期相吻合。

（2）對于所采購的備品備件應進行來料質量控制，以防因質量缺陷而提前更換或報廢，以避免供貨商的成本轉嫁至運營商的維修成本中。對于備品備件來料質量控制可采用由運營商對供貨商生產過程質量定期審核的方式，并設立動態的合格供貨商名單，從源頭上掌控產品質量。這同樣可以有效降低車輛維修成本。

（3）車輛零部件的標準化、系列化和簡統化，可以擴大備品備件批次從而降低采購成本。尤其對于一些隨時間而自然消耗的備品備件，如潤滑油脂和橡膠件等，可以集中倉儲，一方面減少庫存量，降低倉儲成本，另一方面將倉儲報廢率降低到最低限度，從而降低維修成本。

（4）進口件國產化替代工作也是降低車輛全壽命周期成本的關鍵。如果純粹依托車輛或部件供貨商進行國產化，因涉及核心技術轉讓，步子不會邁得很快。只有以用戶為導向去不斷地推進國產化，才能將供應鏈市場逐步培育起來。

4.4 修制和工藝

車輛的修程修制直接影響維修成本。上海軌道交通車輛采用常規的鐵路檢修模式，屬預防性等級修，通常分為日檢、雙周雙月檢、定修（1年）、架修（5年）和大修（10年）。這種維修制度使部分零部件的設計壽命未得到充分利用。為此，應積極推進預防性維修向狀態修轉變。目前上海軌道交通已將日檢、雙周雙月檢、定修（1年）工作進行整合，并均衡至1年中的12個月內完成，實現從預防修到均衡修的轉化，車輛可使用性得到提高，并向狀態修跨越了一大步。為了使車輛維修，因此更經濟，必須向狀態修過渡。由于狀態修是基于車輛或零部件可靠性狀態的維修，對每一零部件的使用壽命在車輛采購時必須明確，并基于大量日常維護檢修數據，借助信息化進行數據挖掘，尋找所更換零部件的失效規律，使零部件在真正的壽命拐點進行更換。

車輛中包含了11個大系統。這些系統的檢修相對獨立，均有自己的檢修工藝。檢修工藝的設計必須合理順暢，避免實際檢修規程與工藝布局的不一致。應對整車和每一部件檢修工藝進行生產節拍優化，盡可能保證生產節拍的均衡統一，避免工藝流程中出現瓶頸，達到人員和設備的利用率最高，將維修車輛的庫停時間降至最低。如果某一工位出現檢修瓶頸，應通過該工位人員和設備配置優化來緩解瓶頸壓力，充分提高檢修效率，提高車輛年檢修量。從目前整個網絡的車輛數和車輛段布局來看，各段場的檢修能力相對較富裕，工藝優化并非迫在眉際。但隨著上海軌道交通網絡化建設的快速發展，提高各段場的檢修能力，在相同的人力資源和設備資源條件下增加年檢修量，將是降低成本的有效途徑。由于充分利用了車輛段場的人、設備和場地資源，從整個網絡層面也可減少架大修車輛段數量，以減少建設投資。

4.5 環境

良好整潔的工作環境，將有助于提高工作質量。先進的制造型企業對車間的環境友好相當重視，認為環境友好能使員工的操作更規范，提高生產效率，最根本的是確保了產品質量。良好整潔的工作環境，有助于車輛維修質量的提升，可以達到確保運營安全和減少后續維修成本的目的。

5 車輛報廢

車輛的報廢成本問題易被忽視，實際上在車輛采購設計階段就應予以重視。

車輛使用壽命一般為30～35年。對于全壽命周期而言，最終的成本控制環節是車輛的報廢成本。在車輛的設計過程中，必須考慮采用可回收和再生材料，禁止采用報廢后引起環境嚴重污染的產品。對不可避免對環境產生污染的部件，如蓄電池、橡膠件等，必須在車輛采購時考慮專業免費回收。

擴編列車將不可避免地產生新增車輛未到設計年限而與既有車輛同時退役，從而增加不必要的車輛報廢成本。因此，不推薦采用擴編列車的方式，而應采用靈活編組的形式來滿足不斷增長的客流需求。

6 結語

通過以上分析可見，在車輛選型、采購、運營、維修和報廢各階段，如果以降低全壽命周期成本為宗旨，可挖崛的潛力仍然相當大。其中車輛選型和采購是全壽命周期成本得以大幅下降的關鍵所在，對于后續運營、維修乃至報廢等階段成本的降低至關重要。因此，所有技術決策必須立足于后期車輛運營維修成本的降低。車輛到達用戶現場后，輔以運營調度水平的提升和精細化維修管理，可有效推動車輛運營成本和維修成本進一步降低。總體對策為：①車輛選型——在滿足客流需求的前提下，基于網絡資源共享和國產化進行車輛選型，為網絡統籌采購和降低全壽命周期成本奠定基礎。②車輛采購——在滿足功能需求的前提下，基于國產化、標準化、節能、高性價比、低報廢成本等進行車輛設計，統籌采購。③車輛運營——在滿足不同時段客流需求的前提下，提升行車組織調度能力，降低列車運營成本。④車輛維修——在確保維修過程質量的前提下，基于“人、機、料、法、環”等五大層面施行精細化管理，提高維修效率，降低維修成本。

［1］畢湘利.城市軌道交通網絡化階段推進標準化建設的探討［J］.城市軌道交通研究，2010（7）：1.