淺析高速公路機電系統部分收費車道設施壽命

劉 楊，劉 暢

(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

1 概述

高速公路機電設備是高速公路正常運營的基礎保障，對于發揮高速公路的高品質服務起著舉足輕重的作用，尤其是高速公路收費車道設施，隨著高速公路車流量不斷增大，收費車道設施工作條件越來越苛刻，使用頻率也越來越高，且對社會生產生活有著直接重大影響。

以前對機電設備使用壽命的研究多是針對于設備的使用、保養、維修、管理的過程和設備的故障率，很少從設備壽命方面進行研究，導致設備的報廢更新沒有時間依據。目前也有提出使用經濟壽命來確定高速公路機電設備的研究，但是使用經濟壽命來確定高速公路所有機電設備的報廢更新時間，還有不確定的因素。

本文將針對高速公路機電系統的部分收費車道設備進行分析，提出在以經濟壽命為依據的條件下，應還要考慮車流量的因素來確定設備的報廢更新時間。

2 設備的經濟壽命

2.1 經濟壽命的定義

設備的經濟壽命是指設備從使用到因經濟上不合算而停止使用所經歷的時間。這里所說的不合算是指維持設備的繼續使用所需要的維持費用大于設備繼續使用所帶來的收益。

2.2 經濟壽命的確定

設備經濟壽命的確定一般采用年平均使用成本最小法。

年平均使用成本即每年使用固定資產的平均成本。它由兩個部分組成:一是持有成本，這部分是設備成本的年攤銷額，主要包括折舊、占用資金利息等。二是運行成本。主要包括維修費用以及原材料、能源消耗增加費用等。隨著固定資產的價值逐漸減少，折舊費用隨之減少，因此運行成本與持有成本兩者是互為消長關系。在固定資產使用前期，持有成本的減少大于運行成本的提高。固定資產的年平均使用成本呈下降趨勢，但超過一定期限后，持有成本減少就小于運行成本的提高，使用固定資產平均使用成本轉而上升，兩者之和呈馬鞍形，如圖1所示。因此，必然存在一個最經濟的使用年限。

圖1 固定資產的年平均使用成本

設備經濟壽命計算模型:年平均使用成本最小法:

式中:C為固定資產原值;Sn為n年后固定資產余值;Cn為第n年運行成本;n為預計使用年限;i為折現率;UAC為固定資產平均年成本;P/(A，i，n)為普通年金現值系數。

因此，UAC為最小值時的n，為該固定資產的更新年限。

1)設備使用成本的組成。

為了對設備進行經濟壽命分析，需要了解影響設備使用成本的組成。根據調研情況，提出了設備相關費用的分類，如圖2所示。其中各項成本含義如下:

①原值:是指設備在正常運營前一次性支付的原始投資費用，主要包括設備的購置費、安裝調試費。

②運行成本:是指維持設備日常的正常運營所需的費用。主要由能耗費、維修費、材料費和管理費四大費用組成。

a)能耗費;能耗費是指設備正常運營時所消耗的電費。

b)維修費:指為了維持設備生產的正常運行，當設備發生比較大的故障時，對設備進行廠外專業維修時所發生的費用。

c)材料費:主要包括設備日常保養維修所消耗的材料費用，以及廠內維修時的零部件費用。

d)管理費:包括工作站上直接從事設備管理人員的工資、獎金、保險、其他福利等。同時還包括為使用該設備的員工培訓費用和資料費用。

③殘值:設備報廢時通常殘留一部分價值，稱為它的殘值。

圖2 設備使用成本結構圖

2)設備年折舊率的計算。

通常采用平均年限法計算設備的年折舊率，估算每年年末固定資產預值。計算公式如下:

3 車流量因素的考慮

3.1 研究范圍

本次研究的范圍是高速公路機電系統中的收費車道設備，將收費車道設備按不同的運行方式來劃分，則它們分為兩個部分:

1)機械運動類:自動欄桿機、手動欄桿、收費鍵盤、票據打印機、收發卡機、計重設備(彎板傳感器)等。

2)非機械運動類:工控機、車道攝像機、霧燈、顯示器、線圈車檢器等。

非機械運動類的機電設備，它的經濟壽命是可以按照它的使用年數來計算的，如工控機，不管收費車道有沒有車經過，工控機一直都在工作狀態;而機械運動類的機電設備則不能完全按照使用年數來計算其經濟壽命，如自動欄桿機，當有車輛經過時，自動欄桿機才會工作。

3.2 車流量因素的分析

不同的高速公路路段車流量不同，以湖南省常張高速為例，2010年的車流量如表1所示。

表1 2010年常張高速車流量統計表

根據表1所統計內容，以計重設備為例，在2010年的1 a時間里，河伏收費站計重設備的彎板傳感器平均每條出口車道工作了230 426次;而陽和收費站計重設備的彎板傳感器平均每條出口車道工作了72 320次，河伏收費站計重設備的彎板傳感器工作次數比陽和收費站多了2倍。

3.3 車流量與設備故障次數

以計重設備為例，湖南省計重設備的平均故障次數為0.44次/a，湖南省出口收費車道的平均車流量為133 774輛，根據2010年數據統計，出口車道車流量大的收費站與設備故障次數如表2所示。

從表2可以看出，車流量的增大，計重設備的故障次數會增大，隨之設備的維修費用也會提高。而根據年平均使用成本最小法計算，黃花收費站的計重設備經濟壽命應比車流量小的收費站提前。

表2 出口車道車流量大的收費站與設備故障次數表(計重設備)

4 結束語

收費車道設備是高速公路機電系統的重中之重，計算不準確，使設備提前更換將浪費設備資源，使設備滯后更換將影響收費的工作效率。

高速公路機電系統設備在分析其經濟壽命時，應把機械運動類的收費車道設施作為特例。計算高速公路各個路段的機電系統設備經濟壽命時，機械運動類收費車道設備應以單個收費站計算，這樣可以較大避免計算誤差。

科學合理地確定高速公路機電設備的壽命，能夠提高設備的使用效率，減少設備維護投資，為充分發揮高速公路的效能和正常運行具有重大作用。

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