基于综合维修模式的城轨车站设备维修成本分析

靳守杰 安庆九 何霖

摘 要：随着城市轨道交通运营里程的不断增加，城轨车站设备的维修成本也随之快速增长。文章通过分析城轨车站设备的全寿命周期成本构成、设备使用的复杂环境及使用特点，着重研究综合维修模式下城轨车站设备维修保养实操作业中可开展成本优化的总体方向，以期在确保可靠性的基础上，降低城轨车站设备的维修成本。

关键词：城市轨道交通;车站设备;全寿命周期;维修成本

中图分类号：U231+.92

1 概述

近年来，城市轨道交通（以下简称“城轨”）行业发展迅猛，市民出行更加快捷方便。以广州市为例，截至2019年12月31日，广州市轨道交通运营长度为501km，线网规模居国内第三，客流强度常年位居国内城市首位。在线网快速发展的同时，城轨车站设备的维修成本随之快速增长。因此，在确保可靠性的基础上，通过研究综合性维修策略和维修模式，结合设备全寿命周期成本构成要素来有效控制与降低城轨车站设备的维修成本，对城轨事业的健康发展具有重要意义。

2 城轨车站设备全寿命周期成本构成

2.1 全寿命周期成本的计算公式

城轨车站设备的成本控制必须基于全寿命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）来展开。在国际标准IEC 60300-3-3-2004《可靠性管理第3-3部分：全寿命周期成本应用指南》中LCC定义为：产品在其整个寿命周期中的累计成本。在美国国防部2012年出版的《国防采办缩略语和术语词汇表》中定义为：针对国防采办项目，寿命周期成本包括了整个项目寿命周期内的研究和研制成本、投资成本、使用和保障成本以及废弃处置成本。

全寿命周期成本的计算公式：

LCC = CAPEX + OPEX + BIC                   （1）

式（1）中，LCC为全寿命周期成本;CAPEX为采购成本，包括初次采购成本及技术改造等增资成本;OPEX为运维成本;BIC为业务中断成本。其关联要素如图1所示。

2.2 采购成本

设备采购成本是全寿命周期成本的一个重要组成部分，采购环节对后续是否能够达到可靠度的关键绩效指标（KPI），以及运维成本控制都至关重要。由图2可知，在规划、选型阶段LCC有巨大的优化空间。而设备购置、安装后，设备全寿命周期成本的80%已经决定。从LCC的累积来看，在采购环节中要避免价低者得的倾向，严格遵循设备全寿命周期成本最低的原则。

设备购置环节的管控不力会严重影响运维成本和业务中断成本，具体表现在以下几个方面：

（1）设备能耗高，造成运营成本增加;

（2）设备可靠性差，造成频繁的服务中断;

（3）系统冗余度低，单体设备故障对整个系统的影响巨大;

（4）维修频次高，备件成本高;

（5）设备的可维修性差，需要专家以及特殊工具才能维修。

2.3 运维成本

设备运维成本包含运行成本和维护成本。运行成本包含运行设备所需的人员、能耗及耗材等投入;维护成本包含委外维修费、自修维修费及物料费等，其中委外维修费一般由“计划修”费用、故障修费用和零件购置费用3部分组成，各组成部分的具体内容如下：

（1）  “计划修”费用，在城轨行业通常把“预防性维修”（PvM）称为“计划修”，在维修保养（以下简称“维保”）合同中该部分内容会列明维保的部位、频次及总费用;

（2）故障修费用，有故障时通知技术服务商到场维修发生的费用，按照服务次数收费;

（3）零件购置费用，对于金额较大的零件，技术服务商通常会单独收费。

2.4 业务中断成本

城轨属于公共服务领域，一旦服务中断会造成负面的社会影响。在业务中断成本中，直接损失的金额不大，但是带来的影响却非常严重。因此，服务中断普遍被各个城轨运营单位列为KPI。GB/T30012-2013《城市轨道交通运营管理规范》中规定列车服务可靠度指标为：全部列车总行车里程与发生5 min以上延误次数之比不应低于8万列公里/次。

3 维修模式选择与维修策略优化

3.1 设备重要度分级

在保证服务可靠度的基础上降低维护成本需要优化资源配置，即把维修资源用于最重要、最需要维保的设备，而故障模式影响及危害性分析（FMECA）是一种有效的方法。天津地铁已经完成对通信、信号、电力、车辆、线路5大系统的四级（系统、子系统、部件、配件）分析，初步建立了完整的设备树形图和FMECA体系。FMECA分析的输入是设备故障的模式、影响和危害性，其输出是设备、部件的重要度。

设备的型号不同，重要度可能不同;设备所处的站点不同，重要度也可能不同。通过维修历史数据的闭环分析，可以持续优化设备重要度分级。应用FMECA分析方法确定设备重要度的实施步骤如图3所示。

3.2 维修模式的选择

不同的维修模式对维护成本有巨大的影响，文献12《似非而是 —— 创新思维下的设备管理》中提到：随着国际上社会分工的细致化发展趋势，维修外包化已经成为历史发展的必然和不少企业的首选。

维修外包的选择既要考虑行业的特点、所在区域服务商的成熟度，也要考虑维修工作本身的难度及故障出现的频率。结合城轨行业的特点，可参照图 4“维修模式与维修难度和维修频率的关系”开展维修外包。

维修资源配置与维修成本优化控制有密切的关联关系，其中内部专业维修团队的成本最高，技術外包和劳务外包的成本次之，内部自主维护团队的成本最低。根据维修频率及维修难度的不同，城轨管理部门可按照如下原则决定委外维修业务的适用范围：

（1）维修难度低、维修频率低的业务，如空调风管清洁，可选用劳务外包的委外维修方式;

（2）维修难度低、维修频率高的业务，如屏蔽门动作检查，可由车站工作人员通过自主维护方式完成;

（3）维修难度高、维修频率低的业务，如空调主机维修，可选用技术外包的委外维修方式;

（4）维修难度高、维修频率高的业务，如自动售检票系统（AFC）维修，可由内部的专业维修团队完成。

3.3 综合维修策略树

目前，城轨设备维修策略中应用最多的预防性维修是定期维修（Time Based Maintenance，TBM），即计划修。但是该维修策略的缺陷是易造成维修冗余，从而增加维修成本，并且设备的剩余寿命可靠度也会随着维修次数的增多而缩短。

依照设备重要度分级和维修模式，构建综合维修策略机制，如图5所示。

4 应用综合维修策略优化维修成本

4.1 提升维保规程的针对性

在某地铁公司的维保规程中，计划修内容较多，直接导致对应的计划修成本偏高、占比大。以自动售票机（TVM）为例，原维保规程中规定有日检项目8项、半月检项目10项、季度检项目43项，且TVM设备的计划修要求基本相同。而在实际维保过程中，通过分析TVM设备的报修次数发现：不同站台、不同型号的TVM设备，其故障率存在较大差别。表1为2015年TVM设备的报修次数，各设备报修次数从2次/年至167次/年，存在较大差别。由于TVM设备故障的分布离散度高，因此维保规程应该基于综合性维修策略，体现出对不同TVM设备维修策略的针对性。

4.2 综合维修策略应用

（1）用“定量”来替代“定期”以优化TBM。目前一些地铁公司按照设备型号来决定维修周期，这种方法较为粗略，但是由于简便而被广泛采用。在实际运营过程中，站点之间的人流量差别很大，因此设备的每日使用次数也存在较大差别，用“定量”来替代“定期”可以优化定期维修的效果。例如：安装计数器来计量动作次数，或者引用客流量数据来优化维修周期。

（2）运用“事后维修（BM）”策略节省维修成本。随着制造技术、材料技术的发展，以及设备系统的日趋复杂，预测设备的P-F间隔（指潜在故障到功能故障变化的时间区间）越来越困难。在维保实践中，很多运营维保单位通过设置更频密的维保周期來确保达到可靠度目标，但这会增加维保成本。可通过系统分析的方法适当增加系统冗余，采用事后维修策略，在降低维保成本的同时保证系统的可靠性。

（3）推广预测维修（PdM）。预测维修可在“欠维修”与“过维修”之间取得平衡。预测维修的基础是掌握设备的状态，在设备重要度分级的基础上，对重要设备配置适当的状态监测技术手段，既可以提供服务可靠度，又可以降低维修成本。在配置状态监测技术手段不经济的情况下，配合五官或者简易检测方法检查振动、噪声、电流值、润滑油液等项目也可以判断设备的状态。

（4）维修预防（MP）。维修预防是通过优化产品的设计来减少维修工作量，从而有效地控制成本，包括提升设备的可靠度、可维修性等。实现方法包括硬件冗余、软件冗余、容差和降额设计、隔热、降温、防振动、防潮等。应用维修预防策略，通过与设备厂家的通力合作来降低设备的故障率，从而减少故障修的次数，以达到节省维修费用及降低业务中断成本（BIC）的目标。

5 结论

在城市轨道交通快速发展的大背景下，降低车站设备的维修成本具有重大的现实意义。本文通过分析城轨车站设备的全寿命周期成本构成，基于维修模式和综合性维修策略，结合车站设备的现状、设备使用的复杂环境及使用特点，提出了降低设备维修成本的总体方向，可供城轨运营单位参考。

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收稿日期 2020-04-14

责任编辑 胡姬