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(tuán)有限公司技術(shù)中心，201103，上海∥高級工程師）

在確保城市軌道交通安全運(yùn)營的前提下，對車輛資源進(jìn)行全壽命周期成本控制與管理是當(dāng)前面臨的難題。車輛后續(xù)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(yùn)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(yùn)營、維修乃至報(bào)廢等各階段探討其技術(shù)管理的新思路。

1 車輛選型

車輛選型的核心應(yīng)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(wǎng)絡(luò)資源共享和國產(chǎn)化，為降低車輛全壽命周期成本奠定基礎(chǔ)。

1.1 車型

在選擇車型和列車編組方案時(shí)，首先應(yīng)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(dá)到全網(wǎng)絡(luò)或局部網(wǎng)絡(luò)車輛的資源共享。鋼輪鋼軌車輛以其運(yùn)營能耗和維修成本低而成為軌道交通的主流車型，其整個(gè)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈相當(dāng)完善，且在國家發(fā)改委的大力推進(jìn)下，整車國產(chǎn)化率達(dá)到70%以上，核心電氣牽引系統(tǒng)國產(chǎn)化率達(dá)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(shí)，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(shè)之初至今，車輛全部選擇鋼輪鋼軌制式，為后期運(yùn)營維護(hù)成本的降低打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

作為運(yùn)營商，既要考慮服務(wù)質(zhì)量，也要考慮運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。因此，在車輛選型時(shí)，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(shù)平臺上實(shí)施研發(fā)，設(shè)計(jì)成本較低，從而也降低了運(yùn)營商的采購成本，并為車輛維修工藝、維修設(shè)備、備品備件和人力資源共享創(chuàng)造了基本條件。上海軌道交通已經(jīng)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(yīng)考慮鋼輪鋼軌制式的11～12t軸重的車型，以滿足衛(wèi)星城鎮(zhèn)發(fā)展的需求。車輛在達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)載目的的同時(shí)，應(yīng)形成規(guī)模效應(yīng)，以有效縮減后期維護(hù)維修成本。

1.2 編組方式

為適應(yīng)不同時(shí)段的客流強(qiáng)度，可以采用不同的發(fā)車間隔、折返和靈活編組相結(jié)合的行車調(diào)度模式，減少采購列車數(shù)量，使車輛得到經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能在線路隧道內(nèi)設(shè)置逃生平臺，使列車靈活編組運(yùn)營成為可能。

1.3 總體技術(shù)

在車輛的選型過程中還應(yīng)充分重視列車的總體性能和參數(shù)，如動力配置、最高運(yùn)行速度、受流制式、列車自動化運(yùn)營程度、列車基本結(jié)構(gòu)參數(shù)、列車基本動力性能參數(shù)和車輛限界等，盡可能保持統(tǒng)一。這樣不僅可實(shí)現(xiàn)車輛和車輛段資源共享的目的，還能提高車輛大型檢修設(shè)備的利用率，減少檢修設(shè)備種類和數(shù)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(yīng)是：在滿足功能需求的前提下，重視節(jié)能環(huán)保、標(biāo)準(zhǔn)化、國產(chǎn)化和備品備件高性價(jià)比等，并且采用統(tǒng)籌采購模式。

2.1 統(tǒng)籌采購

上海軌道交通既有或規(guī)劃的車型有A型車和小型車。就目前現(xiàn)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(yùn)行速度、受流制式、列車自動化運(yùn)營程度等差異。這些差異直接影響列車的牽引控制系統(tǒng)以及列車的總體性能，也使車輛的設(shè)計(jì)和制造不在同一技術(shù)平臺上，不同線路的車輛難以統(tǒng)籌采購。這就需要從網(wǎng)絡(luò)層面考慮，盡可能不再拓展車型。少量的車型利于規(guī)模化采購以降低車輛采購價(jià)格。對于同一種車型，還應(yīng)統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以具備近期和遠(yuǎn)期小批量續(xù)購車輛時(shí)統(tǒng)籌采購的可能性，降低車輛采購成本。

2.2 節(jié)能

基于節(jié)能環(huán)保進(jìn)行車輛設(shè)計(jì)，能有效降低車輛運(yùn)營能耗，是一勞永逸的措施。在車輛采購和采購合同執(zhí)行中的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)過程中，應(yīng)從以下幾方面對車輛供貨商提出車輛節(jié)能要求。

（1）車體應(yīng)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(tǒng)設(shè)備的輕量化，從而降低列車牽引能耗。

（2）車輛應(yīng)具有再生制動功能。優(yōu)化牽引電機(jī)設(shè)計(jì)，盡可能擴(kuò)大恒電制動力的速度范圍，充分發(fā)揮再生制動的功效。

（3）提高電氣牽引系統(tǒng)和機(jī)械傳動系統(tǒng)效率，減少不必要的傳動損耗。

（4）根據(jù)載客量自動調(diào)節(jié)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量，減少空調(diào)壓縮機(jī)的工作時(shí)間和耗電量，在節(jié)能的同時(shí)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(nèi)部照明采用光控方式，充分利用車輛的外部光能。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化、國產(chǎn)化

車輛各系統(tǒng)及零部件標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)營的10號線無人駕駛列車，其車輛的發(fā)展令人嘆為觀止。為了公平競爭，并推動車輛國產(chǎn)化，在生產(chǎn)供應(yīng)鏈培育過程中，通過招投標(biāo)方式采購車輛是不可避免的。但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這也必然導(dǎo)致現(xiàn)有的軌道交通線網(wǎng)內(nèi)存在多種型號不一的車輛，致使系統(tǒng)和零部件難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這不僅不利于后續(xù)車輛維修工藝、維修設(shè)備、備品備件和人力等資源的共享，而且由于車輛維修設(shè)備利用率低、設(shè)備的無謂折舊和員工培訓(xùn)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(wǎng)絡(luò)化的不斷擴(kuò)展，車輛各系統(tǒng)及零部件的標(biāo)準(zhǔn)化工作勢在必行。

車輛的標(biāo)準(zhǔn)化按具體技術(shù)目標(biāo)可分為配置、功能、零部件和接口等的標(biāo)準(zhǔn)化。配置標(biāo)準(zhǔn)化利于提高人性化服務(wù)質(zhì)量，達(dá)到與乘客和司機(jī)的界面友好；功能標(biāo)準(zhǔn)化和接口標(biāo)準(zhǔn)化有利于網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營互聯(lián)互通，是車輛資源共享的前提條件；零部件標(biāo)準(zhǔn)化是解決維修成本瓶頸的關(guān)鍵所在，輔以零部件系列化和簡統(tǒng)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(jìn)口，解決了交通運(yùn)輸工具問題。現(xiàn)歷經(jīng)20余年，在國家發(fā)改委的大力推進(jìn)下，大量機(jī)械系統(tǒng)零部件（這恰恰也是車輛維修的重點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，有效降低了備品備件的采購成本。如果使機(jī)械零部件、電氣元器件逐步趨于標(biāo)準(zhǔn)化，則更益于加速國產(chǎn)化進(jìn)程，從而大幅降低車輛維修成本。基于目前的軌道交通產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀，只有通過運(yùn)營商自身的努力才能逐步推進(jìn)備品備件的標(biāo)準(zhǔn)化和國產(chǎn)化。

2.4 備品備件

車輛采購時(shí)需對關(guān)鍵零部件使用壽命進(jìn)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(zhì)量可靠、價(jià)格合理的國產(chǎn)化標(biāo)準(zhǔn)件。對于其他零部件，在確保列車運(yùn)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(yīng)的產(chǎn)品，充分延長零部件的實(shí)際使用壽命，減少列車的庫停維修時(shí)間。這也是降低維修成本的途徑之一。

3 車輛運(yùn)營

車輛運(yùn)營成本降低的核心應(yīng)是：采用靈活高效的行車組織模式，使車輛物盡其用，減少運(yùn)營能耗；同時(shí)，車輛的設(shè)計(jì)也要更趨節(jié)能。

可通過選擇不同發(fā)車間隔、不同交路來滿足不同時(shí)段的客流需求；實(shí)施節(jié)能運(yùn)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(qū)間隧道具有逃生平臺，則可采用靈活的列車編組形式，根據(jù)不同運(yùn)營時(shí)段客流量的不同進(jìn)行在線或庫內(nèi)靈活編組，降低車輛人均運(yùn)營能耗。

4 車輛維修管理

車輛維修管理精細(xì)化的理念是：在確保維修過程質(zhì)量的前提下，基于“人、機(jī)、料、法、環(huán)”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(shí)現(xiàn)應(yīng)緊緊依托技術(shù)，并借助于信息化的支撐達(dá)到最優(yōu)化。

4.1 提高全員素質(zhì)

員工素質(zhì)在車輛的維修中起著主導(dǎo)作用。對每一位員工而言，做任何操作都應(yīng)自檢、互檢和他檢。只有全面提高全員過程質(zhì)量控制意識和成本意識，才能充分發(fā)揮每一位員工的主觀能動性，促使員工積極地學(xué)習(xí)技術(shù)，積累經(jīng)驗(yàn)，從而持續(xù)提高檢修質(zhì)量，延長維修車輛無故障運(yùn)營時(shí)間和里程。這在無形中也降低了重復(fù)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(yè)素質(zhì)的新思路，注重自上而下的全員培訓(xùn)，從根本上解決日復(fù)一日困擾城市軌道交通運(yùn)營商的安全和成本問題。通過人員培訓(xùn)，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(shí)知其所以然，從而促進(jìn)全面質(zhì)量控制，提高維修效率。

要取得卓有成效的企業(yè)培訓(xùn)，就需要定期制定培訓(xùn)計(jì)劃。培訓(xùn)計(jì)劃的制定應(yīng)從以下3個(gè)方面著手：一是基層管理人員根據(jù)具體工作實(shí)踐定期反饋一線員工的培訓(xùn)需求；二是負(fù)責(zé)培訓(xùn)的單位要根據(jù)實(shí)際運(yùn)營中出現(xiàn)的重復(fù)性問題開展培訓(xùn)；三是注重各層面直至操作崗位的管理培訓(xùn)。培訓(xùn)部門應(yīng)將三者有機(jī)結(jié)合，根據(jù)統(tǒng)籌情況制訂培訓(xùn)計(jì)劃。每位員工通過本崗位的專業(yè)培訓(xùn)獲得相應(yīng)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(yè)管理的持續(xù)改進(jìn)，利于從每一細(xì)節(jié)上降低維修成本。

4.2 提高設(shè)備利用率

車輛維修和檢測設(shè)備在車輛檢修過程中起著至關(guān)重要的作用。要加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，以確保檢修質(zhì)量。同時(shí)，設(shè)備的折舊費(fèi)和后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也影響著車輛的維修成本。

保證維修檢測設(shè)備正常使用是確保車輛維修質(zhì)量的關(guān)鍵。設(shè)備維修費(fèi)用是不可能節(jié)省的，唯一能挖潛的是盡可能減少檢修設(shè)備種類和有效提高設(shè)備利用率，消除設(shè)備怠機(jī)時(shí)間，從而降低車輛維修成本。

從車輛的標(biāo)準(zhǔn)化工作著手，使車輛系統(tǒng)或零部件與檢修設(shè)備的接口盡可能標(biāo)準(zhǔn)化。另一方面，檢修設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能通用化，可通過增加適配器以適應(yīng)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(yīng)不同車型零部件的維修檢測操作要求，減少檢修檢測設(shè)備種類。

軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營后，車輛部件集中修的維修策略為充分利用維修設(shè)備創(chuàng)造了條件，但與此同時(shí)也將增加運(yùn)輸成本。因此，在規(guī)劃階段就需著手進(jìn)行研究，在滿足批量、設(shè)備利用率提高和運(yùn)輸成本降低三者之間尋找最佳平衡點(diǎn)。對于特定的零部件，可以在線網(wǎng)上設(shè)置1個(gè)或多個(gè)維修點(diǎn)，以提高設(shè)備利用率，適當(dāng)降低運(yùn)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(jìn)行其成本控制。

（1）車輛零部件設(shè)計(jì)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(yīng)進(jìn)行來料質(zhì)量控制，以防因質(zhì)量缺陷而提前更換或報(bào)廢，以避免供貨商的成本轉(zhuǎn)嫁至運(yùn)營商的維修成本中。對于備品備件來料質(zhì)量控制可采用由運(yùn)營商對供貨商生產(chǎn)過程質(zhì)量定期審核的方式，并設(shè)立動態(tài)的合格供貨商名單，從源頭上掌控產(chǎn)品質(zhì)量。這同樣可以有效降低車輛維修成本。

（3）車輛零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和簡統(tǒng)化，可以擴(kuò)大備品備件批次從而降低采購成本。尤其對于一些隨時(shí)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(bào)廢率降低到最低限度，從而降低維修成本。

（4）進(jìn)口件國產(chǎn)化替代工作也是降低車輛全壽命周期成本的關(guān)鍵。如果純粹依托車輛或部件供貨商進(jìn)行國產(chǎn)化，因涉及核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓，步子不會邁得很快。只有以用戶為導(dǎo)向去不斷地推進(jìn)國產(chǎn)化，才能將供應(yīng)鏈?zhǔn)袌鲋鸩脚嘤饋怼?/p>

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(guī)的鐵路檢修模式，屬預(yù)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(shè)計(jì)壽命未得到充分利用。為此，應(yīng)積極推進(jìn)預(yù)防性維修向狀態(tài)修轉(zhuǎn)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(jìn)行整合，并均衡至1年中的12個(gè)月內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)從預(yù)防修到均衡修的轉(zhuǎn)化，車輛可使用性得到提高，并向狀態(tài)修跨越了一大步。為了使車輛維修，因此更經(jīng)濟(jì)，必須向狀態(tài)修過渡。由于狀態(tài)修是基于車輛或零部件可靠性狀態(tài)的維修，對每一零部件的使用壽命在車輛采購時(shí)必須明確，并基于大量日常維護(hù)檢修數(shù)據(jù)，借助信息化進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，尋找所更換零部件的失效規(guī)律，使零部件在真正的壽命拐點(diǎn)進(jìn)行更換。

車輛中包含了11個(gè)大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的檢修相對獨(dú)立，均有自己的檢修工藝。檢修工藝的設(shè)計(jì)必須合理順暢，避免實(shí)際檢修規(guī)程與工藝布局的不一致。應(yīng)對整車和每一部件檢修工藝進(jìn)行生產(chǎn)節(jié)拍優(yōu)化，盡可能保證生產(chǎn)節(jié)拍的均衡統(tǒng)一，避免工藝流程中出現(xiàn)瓶頸，達(dá)到人員和設(shè)備的利用率最高，將維修車輛的庫停時(shí)間降至最低。如果某一工位出現(xiàn)檢修瓶頸，應(yīng)通過該工位人員和設(shè)備配置優(yōu)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的車輛數(shù)和車輛段布局來看，各段場的檢修能力相對較富裕，工藝優(yōu)化并非迫在眉際。但隨著上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的快速發(fā)展，提高各段場的檢修能力，在相同的人力資源和設(shè)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(shè)備和場地資源，從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面也可減少架大修車輛段數(shù)量，以減少建設(shè)投資。

4.5 環(huán)境

良好整潔的工作環(huán)境，將有助于提高工作質(zhì)量。先進(jìn)的制造型企業(yè)對車間的環(huán)境友好相當(dāng)重視，認(rèn)為環(huán)境友好能使員工的操作更規(guī)范，提高生產(chǎn)效率，最根本的是確保了產(chǎn)品質(zhì)量。良好整潔的工作環(huán)境，有助于車輛維修質(zhì)量的提升，可以達(dá)到確保運(yùn)營安全和減少后續(xù)維修成本的目的。

5 車輛報(bào)廢

車輛的報(bào)廢成本問題易被忽視，實(shí)際上在車輛采購設(shè)計(jì)階段就應(yīng)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(huán)節(jié)是車輛的報(bào)廢成本。在車輛的設(shè)計(jì)過程中，必須考慮采用可回收和再生材料，禁止采用報(bào)廢后引起環(huán)境嚴(yán)重污染的產(chǎn)品。對不可避免對環(huán)境產(chǎn)生污染的部件，如蓄電池、橡膠件等，必須在車輛采購時(shí)考慮專業(yè)免費(fèi)回收。

擴(kuò)編列車將不可避免地產(chǎn)生新增車輛未到設(shè)計(jì)年限而與既有車輛同時(shí)退役，從而增加不必要的車輛報(bào)廢成本。因此，不推薦采用擴(kuò)編列車的方式，而應(yīng)采用靈活編組的形式來滿足不斷增長的客流需求。

6 結(jié)語

通過以上分析可見，在車輛選型、采購、運(yùn)營、維修和報(bào)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(dāng)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(guān)鍵所在，對于后續(xù)運(yùn)營、維修乃至報(bào)廢等階段成本的降低至關(guān)重要。因此，所有技術(shù)決策必須立足于后期車輛運(yùn)營維修成本的降低。車輛到達(dá)用戶現(xiàn)場后，輔以運(yùn)營調(diào)度水平的提升和精細(xì)化維修管理，可有效推動車輛運(yùn)營成本和維修成本進(jìn)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(wǎng)絡(luò)資源共享和國產(chǎn)化進(jìn)行車輛選型，為網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌采購和降低全壽命周期成本奠定基礎(chǔ)。②車輛采購——在滿足功能需求的前提下，基于國產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)能、高性價(jià)比、低報(bào)廢成本等進(jìn)行車輛設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌采購。③車輛運(yùn)營——在滿足不同時(shí)段客流需求的前提下，提升行車組織調(diào)度能力，降低列車運(yùn)營成本。④車輛維修——在確保維修過程質(zhì)量的前提下，基于“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等五大層面施行精細(xì)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(wǎng)絡(luò)化階段推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的探討［J］.城市軌道交通研究，2010（7）：1.