简统化接触网技术经济评价

李 鑫，杨 琴，毕江海，李继亮，张怀宝

（1四川师范大学商学院 硕士研究生，四川 成都 610101；2四川师范大学商学院 教授，四川 成都 610101；3中国铁建电气化集团有限公司 高级工程师，北京 100043；4中国铁建电气化集团有限公司 正高级工程师，北京 100043；5中国铁建电气化集团有限公司 高级工程师，北京 100043；）

0 引言

近年来，我国在接触网系统的设计、制造、检验、安装与维护等方面都已经有了长足的发展，基本实现了与国际接轨的目标。同时，简统化接触网以“简单、统一、标准”为设计原则，突破了我国铁路的接触网悬挂系统腕臂结构存在的安装形式多样、结构种类庞杂、零部件规格繁多、缺乏顶层设计等诸多问题，为实现“交通强国，铁路先行”的战略目标提供了强有力的技术支撑。然而，接触网运营商通常担忧产品更新换代带来的风险和巨大投资量，以致于简统化接触网无法大规模应用和推广开来。因此，如何从经济和技术两个角度出发，对简统化接触网和传统接触网全寿命周期内的技术经济性进行对比分析，是亟待解决的重要问题。

在简统化接触网研究领域，罗健、张琦从动力学角度对比分析了简统化腕臂结构相较于传统腕臂结构的优越性[1]；罗健和张宝奇等人对接触网支持与定位装置进行研究，从多个方面提出了接触网零部件规范化、简统化设计和施工的建议[2-3]；王宏杰等将接触网动态性能指数（CDI）作为接触网运行质量的评价指标[4]。在技术经济评价研究领域，任凯、李峰及陈建华等人通过技术经济数据列举的方法直观体现电气化工程的技术经济性[5-7]；吴良峥、弥旭锋等人分别将专家打分法、层次分析法与熵权法相结合，通过构建三维指标，实现技术经济评价由定性向定量分析的转化[8-9]；霍亮、刘杰伦等人将全寿命周期成本与施工方案相结合，构建成本经济模型对经济技术效益进行评价[10-11]。

通过文献梳理发现：第一，大多数学者聚焦于简统化接触网的技术性能做评价分析，对于技术经济全寿命周期的综合评价较为匮乏。第二，定性指标定量化分析的方法被广泛运用到技术经济评价中，如何将其用于探究简统化接触网的技术经济性值得深入研究。第三，已有研究侧重于独立分析简统化接触网的效益，较少关注简统化接触网与传统接触网的对比分析。在此基础上，本文聚焦于技术性能和经济效益两个层面，采用价值工程模型，拟针对简统化接触网和传统接触网做对比分析。

具体而言，本文以盐通高铁为研究样本，开展简统化接触网与传统接触网的技术经济评价研究。首先，从采购成本、施工成本、运维成本三个方面对接触网增量成本进行分析，将动态费用年值作为经济评价指标；接着，将接触网动态性能指数（CDI）作为技术评价指标；然后，基于接触网全寿命周期数据，构建价值工程评价模型。采用接触网生产运营过程生成的客观量化数据，系统分析简统化接触网相较于传统接触网的技术经济优势，克服了传统评价方法中指标权重过于主观的问题，为后续推广铁路简统化接触网装备提供理论和实践支撑。

1 简统化接触网简介

简统化接触网装备于2015年6月在原中国铁路总公司立项进行重点科研课题研究，至2019年3月在京沈高铁一个供电臂20 km范围内试挂满一年，并获得中铁检验认证中心CRCC认证。简统化接触网腕臂定位装置采用简约化设计理念，对零部件集成整合，对接触网的结构、工艺和材质等方面进行改进，与传统接触网结构相比，简化了结构，优化了连接型式，减少了螺栓副，零部件制造铸改锻。目前，简统化接触网装备已在京张、郑万、浩吉、盐通等项目上应用，运行效果良好。

2 评价方法介绍

价值工程，又称为价值分析，是指以产品或作业的功能分析为核心，以提高产品或作业的价值为目的，力求以最低寿命周期成本实现产品或作业使用所要求的必要功能的一项有组织的创造性活动，也称为功能成本分析[12]。价值工程设计功能、寿命周期成本和价值等三个基本要素，如公式（1）所示。

式中：V表示价值系数；F表示性能重要性系数；C表示全寿命周期成本系数。

传统接触网与简统化接触网的技术性能系数分别为F传和F简，以动态性能指数（CDI）作为技术评价指标；传统接触网与简统化接触网的成本系数分别为C传和C简，计算两类接触网的全寿命周期成本，作为经济评价指标；传统接触网与简统化接触网的价值系数分别为V传和V简，系数值越大说明技术经济性越优越。

3 接触网技术性评价

3.1 技术性能评价指标体系

如图1所示，本文沿用中国铁道科学研究院基础设施检测研究所的张文轩、王婧等学者建立的评价函数模型，结合《中国国家铁路集团有限公司企业标准接触网动态检测评价方法》，以动态拉出值分量（CDIS）、动态接触线高度分量（CDIH）、弓网接触力分量（CDIF）和燃弧率分量（CDIA）动态检测参数为接触网技术性能评价指标，对接触网运行质量进行评价，CDI值越低，表明动态性能越优良。

图1 接触网动态性能各分量

3.2 技术性能指数计算

参考《中国国家铁路集团有限公司企业标准接触网动态检测评价方法》可知，接触网动态性能评价方法按照接触网的固有结构划分评价单元。基本评价单元为一个锚段，或一个关节式电分相，或一个线岔等。

3.2.1 接触网动态性能指数

各评价单元的接触网动态性能由CDI进行量化描述，取值范围为0≤CDI≤10。其各分量及权重如下：动态拉出值分量（CDIS），权重为0.18；动态接触线高度分量（CDIH），权重为0.36；弓网接触力分量（CDIF），权重为0.36；燃弧率分量（CDIA），权重为0.1。接触网的动态性能指数计算如公式（2）所示：

3.2.2 CDI管理评分

参考《中国国家铁路集团有限公司企业标准接触网动态检测评价方法》，按照线路速度等级，CDI管理值不同，详情见表1。

表1 CDI管理值

所评价区段的CDI管理评分MSCDI如公式（3）所示：

式中：LDS表示不高于CDI管理值的线路长度总和，单位为正线公里；LT表示评价线路长度总和，单位为正线公里。

3.2.3 接触网性能系数

根据传统接触网方案和简统化接触网方案的动态性能指数，计算简统化接触网的功能系数如公式（4）所示，传统接触网的功能系数如公式（5）所示：

4 接触网经济性评价

4.1 经济评价指标体系

如图2所示，接触网经济评价主要考虑采购总成本、安装总成本和运维总成本三个指标。依据《企业会计准则第1号——存货》（财政部财会〔2006〕3号）、《盐城至南通铁路工程施工组织设计》以及《高速铁路接触网运行维修规则》等，最终确定简统化接触网与传统接触网成本差异性指标主要包括：采购总成本中的产品成本、安装总成本中的智能预配、安装定位支撑装置和定位器调试活动和运维总成本的检修成本5个部分。

图2 成本评价指标体系

4.2 接触网经济评价

4.2.1 静态平均成本

静态平均成本是将总的成本费用直接平摊到每一年，如公式（6）所示：

式中：COt指第t年的全寿命周期成本；指接触网使用寿命期限内总成本。

4.2.2 动态平均成本

动态平均成本在静态平均成本的前提下引入时间价值概念，考虑全寿命周期成本的时间价值，并按照资本回收系数进行平均，费用年值较静态平均成本反映的经济内容更加准确，使得全寿命周期成本计算更加精确符合实践。费用年值计算如公式（7）所示：

式中：COt指第t年的全寿命周期成本；i0是折现率，本文综合考虑中国工商银行目前五年期以下的借款利率为4.75%，以及资金的机会成本和投资的风险性等因素，确认为7.8%；(P/F,i0,t)表示不同年份将COt通过i0进 行折现。

4.2.3 接触网成本系数

根据传统接触网与简统化接触网方案的动态年值费用，计算传统接触网与简统化接触网的成本系数。简统化接触网的成本系数如公式（8）所示，传统接触网的成本系数如公式（9）所示。

5 接触网技术经济评价

5.1 接触网价值系数计算

将归一化后的功能系数和成本系数带入价值系数计算公式，计算简统化接触网的价值系数如公式（10）所示，传统接触网的价值系数如公式（11）所示。

5.2 案例分析

5.2.1 案例简介

盐通高速铁路连接江苏省盐城市与南通市，是我国“八纵八横”高铁网中沿海铁路通道、长三角城际网和江苏省快速铁路网的重要组成部分。盐通铁路从盐城站（不含）至南通西站（不含）采用简统化接触网，其余路线采用传统接触网。经过问卷调研明确传统接触网和简统化接触网在安装准则上不存在差异，可以实现一比一替代。因此，本案例为剔除外部环境因素的影响，选取盐通铁路安装简统化接触网的路段进行分析。

5.2.2 盐通高铁接触网技术经济评价

5.2.2.1 性能系数计算

通过上海铁路局调研得到《CRH380AJ—2818GW综合质量评价报表》，计算得出盐通高速上行和下行在2021年9月的接触网运行质量检测数据，具体数据见表2。以盐通高速上行和盐通高速下行作为简统化接触网CDI检测样本路段，以青盐上行、青盐下行、徐盐客专上行、徐盐客专下行、徐连高速上行、徐连高速下行作为传统接触网CDI检测样本路段，对传统接触网和简统化接触网进行技术性能的对比分析。

表2 盐通铁路技术性能汇总表

根据公式（4）和公式（5），计算得到简统化接触网功能系数为1，传统接触网的功能系数为0.97。

5.2.2.2 成本系数计算

通过向沈阳铁路局、上海铁路局集团调研接触网产品数据并结合《接触网智能建造预算定额测定与研究结题报告》得出简统化接触网与传统接触网在采购、安装、运维三个阶段的差异性成本数据，计算一套接触网的动态平均成本，更好地对比分析简统化接触网与传统接触网的经济差异性，见表3。

表3 费用年值变动情况表

根据公式（8）和公式（9），计算得到简统化接触网成本系数为0.992，传统接触网的成本系数为1。

5.2.2.3 价值系数计算

将归一化后的功能系数和成本系数带入价值工程函数，根据公式（10）和公式（11），计算得到简统化接触网价值系数为1.008，传统接触网的价值系数0.97。

通过对盐通铁路沿线的简统化接触网和传统接触网进行技术经济评价可得，简统化接触网的技术经济性（性价比）高于传统接触网。究其主要原因，一是简统化接触网的采购成本和安装成本相对传统接触网有所降低，导致简统化接触网的成本降低；二是简统化接触网的功能较强，传统接触网的技术性能评价值仅为简统化接触网技术性能评价值的97%。

6 结论与展望

6.1 结论

6.1.1 经济性维度比较结论

1）近期成本效益分析。在接触网成本效益方面，简统化接触网的费用年值相较于传统接触网有所下降。在时间价值的影响下，费用年值的变动值大于静态年费用的变动值，更加凸显出简统化接触网的经济优越性。

2）远期成本效益分析。未来随着简统化接触网的推广和应用，生产制造逐渐规模化，市场占有率扩大，接触网零部件的生产成本会逐渐下降，基本与传统腕臂定位装置持平。此外，简统化腕臂装置具有结构简约、连接安全可靠、零件规格较少、服役性能高等优点，在装备安装、预配和运维等方面均有巨大优势，全寿命周期成本将大大降低。

6.1.2 技术性维度比较结论

简统化接触网的动态性能指数（CDI）均高于传统接触网，说明简统化接触网的运营质量优于传统接触网。同时，简统化接触网采用简约化设计理念，实现零部件集成，对接触网的结构、工艺和材质等方面进行改进，使得简统化接触网的防松、耐磨、机械性和弓网匹配性等方面的性能大幅提升。

6.2 展望

结合经济指标、技术指标的对比数据和案例分析，对进一步提升简统化接触网的技术经济性提出两点建议：

一是控制简统化接触网的采购成本。简统化接触网的采购成本和安装成本是影响简统化接触网经济效益的两个主要因素，由于简统化集成整合的设计理念，使得简统化接触网的安装成本已经优于传统接触网，因此，控制简统化接触网的采购成本是进一步提升简统化接触网经济优越性的关键。

二是有效保障乃至延长简统化接触网的使用寿命。本文以动态性能指数（CDI）作为接触网运行质量评价指标，经过验证，简统化接触网技术性能总体高于传统接触网。因此，在充分保障简统化接触网技术性能的同时，延长使用寿命可以分摊更多的成本，提高经济效益，更好地提升简统化接触网技术经济性。