城市轨道交通车辆全寿命周期成本探讨

皇甫小燕

（上海申通地铁集团有限公司技术中心，201103，上海∥高级工程师）

在确保城市轨道交通安全运营的前提下，对车辆资源进行全寿命周期成本控制与管理是当前面临的难题。车辆后续寿命周期的管理，也是基于前期的车辆选型和采购。轨道交通运营商要降低车辆全寿命周期成本，就有必要在车辆的选型、采购、运营、维修乃至报废等各阶段探讨其技术管理的新思路。

1 车辆选型

车辆选型的核心应是：在满足客流需求的前提下，要充分考虑城市轨道交通的网络资源共享和国产化，为降低车辆全寿命周期成本奠定基础。

1.1 车型

在选择车型和列车编组方案时，首先应考虑在满足客流需求和特定线路条件下，尽可能采用成熟可靠的主流车型，以达到全网络或局部网络车辆的资源共享。钢轮钢轨车辆以其运营能耗和维修成本低而成为轨道交通的主流车型，其整个产业供应链相当完善，且在国家发改委的大力推进下，整车国产化率达到70%以上，核心电气牵引系统国产化率达到40%。选用钢轮钢轨这种制式，在降低车辆前期采购成本的同时，也解决了维修用备品备件的本地化采购问题。上海城市轨道交通从建设之初至今，车辆全部选择钢轮钢轨制式，为后期运营维护成本的降低打下了坚实的基础。

作为运营商，既要考虑服务质量，也要考虑运营的经济性。因此，在车辆选型时，线路不同，客流量不同，可选用同系列但轴重不同的车型。对车辆供货商而言，意味着能够在同一技术平台上实施研发，设计成本较低，从而也降低了运营商的采购成本，并为车辆维修工艺、维修设备、备品备件和人力资源共享创造了基本条件。上海轨道交通已经拥有钢轮钢轨制式16t轴重的 A 型车（1、2、3、4、7、9、10、11、12、13、14号线）和14t轴重的小型车（5、6、8号线），随着轨道交通不断向郊外延伸，上海还应考虑钢轮钢轨制式的11～12t轴重的车型，以满足卫星城镇发展的需求。车辆在达到经济运载目的的同时，应形成规模效应，以有效缩减后期维护维修成本。

1.2 编组方式

为适应不同时段的客流强度，可以采用不同的发车间隔、折返和灵活编组相结合的行车调度模式，减少采购列车数量，使车辆得到经济使用，从而降低列车牵引能耗和使用维修成本。目前，上海轨道交通列车的编组方式基本都是固定编组，在今后的工程设计中，应尽可能在线路隧道内设置逃生平台，使列车灵活编组运营成为可能。

1.3 总体技术

在车辆的选型过程中还应充分重视列车的总体性能和参数，如动力配置、最高运行速度、受流制式、列车自动化运营程度、列车基本结构参数、列车基本动力性能参数和车辆限界等，尽可能保持统一。这样不仅可实现车辆和车辆段资源共享的目的，还能提高车辆大型检修设备的利用率，减少检修设备种类和数量，减少维修场地面积，提高维修效率，有效降低维修成本。

2 车辆采购

车辆采购的核心应是：在满足功能需求的前提下，重视节能环保、标准化、国产化和备品备件高性价比等，并且采用统筹采购模式。

2.1 统筹采购

上海轨道交通既有或规划的车型有A型车和小型车。就目前现状分析，即使份额较大的A型车仍存在编组方式、动拖比、最高运行速度、受流制式、列车自动化运营程度等差异。这些差异直接影响列车的牵引控制系统以及列车的总体性能，也使车辆的设计和制造不在同一技术平台上，不同线路的车辆难以统筹采购。这就需要从网络层面考虑，尽可能不再拓展车型。少量的车型利于规模化采购以降低车辆采购价格。对于同一种车型，还应统一技术标准，以具备近期和远期小批量续购车辆时统筹采购的可能性，降低车辆采购成本。

2.2 节能

基于节能环保进行车辆设计，能有效降低车辆运营能耗，是一劳永逸的措施。在车辆采购和采购合同执行中的设计联络过程中，应从以下几方面对车辆供货商提出车辆节能要求。

（1）车体应采用大型铝合金中空挤压型材或薄型不锈钢材，重视车辆各大系统设备的轻量化，从而降低列车牵引能耗。

（2）车辆应具有再生制动功能。优化牵引电机设计，尽可能扩大恒电制动力的速度范围，充分发挥再生制动的功效。

（3）提高电气牵引系统和机械传动系统效率，减少不必要的传动损耗。

（4）根据载客量自动调节空调通风系统的新风量，减少空调压缩机的工作时间和耗电量，在节能的同时使乘客具有较好的乘坐舒适性。

（5）对于行驶在高架线和地面线上列车的内部照明采用光控方式，充分利用车辆的外部光能。

2.3 标准化、国产化

车辆各系统及零部件标准化是解决全寿命周期成本的根本有效途径。

上海轨道交通从1992年1号线的第1列直流电动列车，到2010年上海世博会前正式运营的10号线无人驾驶列车，其车辆的发展令人叹为观止。为了公平竞争，并推动车辆国产化，在生产供应链培育过程中，通过招投标方式采购车辆是不可避免的。但随着技术的不断发展，这也必然导致现有的轨道交通线网内存在多种型号不一的车辆，致使系统和零部件难以形成统一的标准。这不仅不利于后续车辆维修工艺、维修设备、备品备件和人力等资源的共享，而且由于车辆维修设备利用率低、设备的无谓折旧和员工培训成本增加、备品备件种类多批量小等，使维修成本急剧上升。随着轨道交通网络化的不断扩展，车辆各系统及零部件的标准化工作势在必行。

车辆的标准化按具体技术目标可分为配置、功能、零部件和接口等的标准化。配置标准化利于提高人性化服务质量，达到与乘客和司机的界面友好；功能标准化和接口标准化有利于网络化运营互联互通，是车辆资源共享的前提条件；零部件标准化是解决维修成本瓶颈的关键所在，辅以零部件系列化和简统化，从源头上控制车辆全寿命周期成本。

上海轨道交通车辆前期依赖进口，解决了交通运输工具问题。现历经20余年，在国家发改委的大力推进下，大量机械系统零部件（这恰恰也是车辆维修的重点）实现了国产化，有效降低了备品备件的采购成本。如果使机械零部件、电气元器件逐步趋于标准化，则更益于加速国产化进程，从而大幅降低车辆维修成本。基于目前的轨道交通产业链现状，只有通过运营商自身的努力才能逐步推进备品备件的标准化和国产化。

2.4 备品备件

车辆采购时需对关键零部件使用寿命进行确定，如轴箱轴承和齿轮箱轴承等，尤其对易损易耗件要逐一控制，选择质量可靠、价格合理的国产化标准件。对于其他零部件，在确保列车运行安全可靠的前提下，可选择维修间隔长且与车辆架修、大修周期相对应的产品，充分延长零部件的实际使用寿命，减少列车的库停维修时间。这也是降低维修成本的途径之一。

3 车辆运营

车辆运营成本降低的核心应是：采用灵活高效的行车组织模式，使车辆物尽其用，减少运营能耗；同时，车辆的设计也要更趋节能。

可通过选择不同发车间隔、不同交路来满足不同时段的客流需求；实施节能运行图，充分利用列车再生制动能量，有效降低列车牵引能耗成本。

如果区间隧道具有逃生平台，则可采用灵活的列车编组形式，根据不同运营时段客流量的不同进行在线或库内灵活编组，降低车辆人均运营能耗。

4 车辆维修管理

车辆维修管理精细化的理念是：在确保维修过程质量的前提下，基于“人、机、料、法、环”等五大要素，提高维修效率，从而降低维修成本。所有这些管理理念的实现应紧紧依托技术，并借助于信息化的支撑达到最优化。

4.1 提高全员素质

员工素质在车辆的维修中起着主导作用。对每一位员工而言，做任何操作都应自检、互检和他检。只有全面提高全员过程质量控制意识和成本意识，才能充分发挥每一位员工的主观能动性，促使员工积极地学习技术，积累经验，从而持续提高检修质量，延长维修车辆无故障运营时间和里程。这在无形中也降低了重复检修的成本。

因此，在日常的管理工作中，要积极地探索如何提高全员职业素质的新思路，注重自上而下的全员培训，从根本上解决日复一日困扰城市轨道交通运营商的安全和成本问题。通过人员培训，尽可能以自主维修方式替代委外修。通过自主维修，使员工对车辆更了解，检修时知其所以然，从而促进全面质量控制，提高维修效率。

要取得卓有成效的企业培训，就需要定期制定培训计划。培训计划的制定应从以下3个方面着手：一是基层管理人员根据具体工作实践定期反馈一线员工的培训需求；二是负责培训的单位要根据实际运营中出现的重复性问题开展培训；三是注重各层面直至操作岗位的管理培训。培训部门应将三者有机结合，根据统筹情况制订培训计划。每位员工通过本岗位的专业培训获得相应的技能，并接受一些基本的管理理念，有助于维修工作和企业管理的持续改进，利于从每一细节上降低维修成本。

4.2 提高设备利用率

车辆维修和检测设备在车辆检修过程中起着至关重要的作用。要加强设备的维护保养工作，以确保检修质量。同时，设备的折旧费和后期维护保养费用也影响着车辆的维修成本。

保证维修检测设备正常使用是确保车辆维修质量的关键。设备维修费用是不可能节省的，唯一能挖潜的是尽可能减少检修设备种类和有效提高设备利用率，消除设备怠机时间，从而降低车辆维修成本。

从车辆的标准化工作着手，使车辆系统或零部件与检修设备的接口尽可能标准化。另一方面，检修设备设计应尽可能通用化，可通过增加适配器以适应不同车型的零部件接口要求；在操作程序上通过编制不同的可供选择的软件以适应不同车型零部件的维修检测操作要求，减少检修检测设备种类。

轨道交通网络化运营后，车辆部件集中修的维修策略为充分利用维修设备创造了条件，但与此同时也将增加运输成本。因此，在规划阶段就需着手进行研究，在满足批量、设备利用率提高和运输成本降低三者之间寻找最佳平衡点。对于特定的零部件，可以在线网上设置1个或多个维修点，以提高设备利用率，适当降低运输成本。

4.3 备品备件

备品备件是车辆维修的重要成本消耗源。可从以下几方面着手进行其成本控制。

（1）车辆零部件设计的维修间隔尽可能长并与车辆架修、大修周期相吻合。

（2）对于所采购的备品备件应进行来料质量控制，以防因质量缺陷而提前更换或报废，以避免供货商的成本转嫁至运营商的维修成本中。对于备品备件来料质量控制可采用由运营商对供货商生产过程质量定期审核的方式，并设立动态的合格供货商名单，从源头上掌控产品质量。这同样可以有效降低车辆维修成本。

（3）车辆零部件的标准化、系列化和简统化，可以扩大备品备件批次从而降低采购成本。尤其对于一些随时间而自然消耗的备品备件，如润滑油脂和橡胶件等，可以集中仓储，一方面减少库存量，降低仓储成本，另一方面将仓储报废率降低到最低限度，从而降低维修成本。

（4）进口件国产化替代工作也是降低车辆全寿命周期成本的关键。如果纯粹依托车辆或部件供货商进行国产化，因涉及核心技术转让，步子不会迈得很快。只有以用户为导向去不断地推进国产化，才能将供应链市场逐步培育起来。

4.4 修制和工艺

车辆的修程修制直接影响维修成本。上海轨道交通车辆采用常规的铁路检修模式，属预防性等级修，通常分为日检、双周双月检、定修（1年）、架修（5年）和大修（10年）。这种维修制度使部分零部件的设计寿命未得到充分利用。为此，应积极推进预防性维修向状态修转变。目前上海轨道交通已将日检、双周双月检、定修（1年）工作进行整合，并均衡至1年中的12个月内完成，实现从预防修到均衡修的转化，车辆可使用性得到提高，并向状态修跨越了一大步。为了使车辆维修，因此更经济，必须向状态修过渡。由于状态修是基于车辆或零部件可靠性状态的维修，对每一零部件的使用寿命在车辆采购时必须明确，并基于大量日常维护检修数据，借助信息化进行数据挖掘，寻找所更换零部件的失效规律，使零部件在真正的寿命拐点进行更换。

车辆中包含了11个大系统。这些系统的检修相对独立，均有自己的检修工艺。检修工艺的设计必须合理顺畅，避免实际检修规程与工艺布局的不一致。应对整车和每一部件检修工艺进行生产节拍优化，尽可能保证生产节拍的均衡统一，避免工艺流程中出现瓶颈，达到人员和设备的利用率最高，将维修车辆的库停时间降至最低。如果某一工位出现检修瓶颈，应通过该工位人员和设备配置优化来缓解瓶颈压力，充分提高检修效率，提高车辆年检修量。从目前整个网络的车辆数和车辆段布局来看，各段场的检修能力相对较富裕，工艺优化并非迫在眉际。但随着上海轨道交通网络化建设的快速发展，提高各段场的检修能力，在相同的人力资源和设备资源条件下增加年检修量，将是降低成本的有效途径。由于充分利用了车辆段场的人、设备和场地资源，从整个网络层面也可减少架大修车辆段数量，以减少建设投资。

4.5 环境

良好整洁的工作环境，将有助于提高工作质量。先进的制造型企业对车间的环境友好相当重视，认为环境友好能使员工的操作更规范，提高生产效率，最根本的是确保了产品质量。良好整洁的工作环境，有助于车辆维修质量的提升，可以达到确保运营安全和减少后续维修成本的目的。

5 车辆报废

车辆的报废成本问题易被忽视，实际上在车辆采购设计阶段就应予以重视。

车辆使用寿命一般为30～35年。对于全寿命周期而言，最终的成本控制环节是车辆的报废成本。在车辆的设计过程中，必须考虑采用可回收和再生材料，禁止采用报废后引起环境严重污染的产品。对不可避免对环境产生污染的部件，如蓄电池、橡胶件等，必须在车辆采购时考虑专业免费回收。

扩编列车将不可避免地产生新增车辆未到设计年限而与既有车辆同时退役，从而增加不必要的车辆报废成本。因此，不推荐采用扩编列车的方式，而应采用灵活编组的形式来满足不断增长的客流需求。

6 结语

通过以上分析可见，在车辆选型、采购、运营、维修和报废各阶段，如果以降低全寿命周期成本为宗旨，可挖崛的潜力仍然相当大。其中车辆选型和采购是全寿命周期成本得以大幅下降的关键所在，对于后续运营、维修乃至报废等阶段成本的降低至关重要。因此，所有技术决策必须立足于后期车辆运营维修成本的降低。车辆到达用户现场后，辅以运营调度水平的提升和精细化维修管理，可有效推动车辆运营成本和维修成本进一步降低。总体对策为：①车辆选型——在满足客流需求的前提下，基于网络资源共享和国产化进行车辆选型，为网络统筹采购和降低全寿命周期成本奠定基础。②车辆采购——在满足功能需求的前提下，基于国产化、标准化、节能、高性价比、低报废成本等进行车辆设计，统筹采购。③车辆运营——在满足不同时段客流需求的前提下，提升行车组织调度能力，降低列车运营成本。④车辆维修——在确保维修过程质量的前提下，基于“人、机、料、法、环”等五大层面施行精细化管理，提高维修效率，降低维修成本。

［1］毕湘利.城市轨道交通网络化阶段推进标准化建设的探讨［J］.城市轨道交通研究，2010（7）：1.