基于壽命周期成本理論的地鐵與輕軌比選研究

穆輝 邵銘

【摘 要】城市軌道交通包括地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、市域快速軌道等交通方式。國(guó)內(nèi)城市主要選擇地鐵和輕軌2種敷設(shè)方式。文章介紹了當(dāng)前我國(guó)正在大規(guī)模建設(shè)軌道交通的一些基本情況，指出城市軌道交通投資費(fèi)用高，如果決策不當(dāng)，會(huì)對(duì)城市造成極大的影響。然后引出城市軌道交通的壽命周期概念，建立考慮資金時(shí)間價(jià)值的城市軌道交通壽命周期成本動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。以某特大城市軌道交通建設(shè)為案例，根據(jù)城市軌道交通的壽命周期成本和資金時(shí)間價(jià)值理論，進(jìn)行城市軌道交通敷設(shè)方式的決策分析。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；壽命周期成本；資金時(shí)間價(jià)值

【中圖分類號(hào)】U215.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）12-0083-03

0 引言

城市軌道交通是采用獨(dú)立的輪軌系統(tǒng)，以固定車輛編組，運(yùn)送大批客流量的公共交通。城市軌道交通具有運(yùn)量大、污染低、高效快捷等特點(diǎn)，在緩解大城市交通擁堵、減少能源消耗、節(jié)約社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率、拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。我國(guó)大部分的省會(huì)城市和特大城市都進(jìn)行了城市軌道交通規(guī)劃研究及建設(shè)工作，然而城市軌道交通建設(shè)平均每1 km造價(jià)達(dá)5萬(wàn)～7萬(wàn)元，按照一個(gè)城市規(guī)劃200 km線路，需要1 000億～1 400億元的投資，再加上每年的運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼費(fèi)用，極大地考驗(yàn)著地方政府的財(cái)政實(shí)力。

根據(jù)中國(guó)“十三五”城市軌道交通發(fā)展規(guī)劃，南寧、杭州、鄭州等33座城市規(guī)劃建設(shè)軌道交通線路55條，總長(zhǎng)度達(dá)4 000 km，投資額約14 000億元[1]。城市軌道交通具有準(zhǔn)公共產(chǎn)品屬性，依靠企業(yè)自身無(wú)法負(fù)擔(dān)高額的投資費(fèi)用，在我國(guó)實(shí)質(zhì)上絕大多數(shù)城市軌道交通是由企業(yè)融資貸款和地方政府承擔(dān)投資費(fèi)用。我國(guó)大城市軌道交通投資巨大，因此必須對(duì)項(xiàng)目決策進(jìn)行論證，以選擇最合適的城市交通發(fā)展方式。然而，目前大多數(shù)城市進(jìn)行軌道交通決策時(shí)只考慮項(xiàng)目前期建設(shè)費(fèi)用，而對(duì)運(yùn)營(yíng)期間成本、利潤(rùn)、殘值等較少考慮。實(shí)際上，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本也是一筆不小的費(fèi)用，幾乎都是依靠政府資助金補(bǔ)助，只能勉強(qiáng)維持企業(yè)的生存與發(fā)展。筆者認(rèn)為，一個(gè)城市應(yīng)當(dāng)從壽命周期費(fèi)用的角度考慮城市軌道交通建設(shè)問(wèn)題，然后從投資的角度選擇適合城市自身的軌道交通制式。

1 城市軌道交通的壽命周期成本分析

1.1 概念

城市軌道交通項(xiàng)目的壽命周期是指將規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)直至報(bào)廢回收的全過(guò)程考慮在一條城市軌道交通線路中，然后對(duì)項(xiàng)目壽命周期內(nèi)（決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、報(bào)廢回收）的成本進(jìn)行分析。城市軌道交通的壽命周期成本理論能夠科學(xué)、全面、系統(tǒng)地指導(dǎo)城市軌道交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，確保在既定功能、使用價(jià)值保持不變的前提下，實(shí)現(xiàn)降低項(xiàng)目的壽命周期成本的目標(biāo)。

1.2 全壽命周期成本組成

軌道交通與其他公共基礎(chǔ)設(shè)施一樣，具有公共產(chǎn)品屬性特征。本文將城市軌道交通壽命周期成本分為內(nèi)部和外部成本，并將其進(jìn)一步細(xì)化。內(nèi)部成本由4個(gè)階段（即決策設(shè)計(jì)、建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段和報(bào)廢回收階段）成本組成。外部成本則充分考慮城市軌道交通外部性特征，分為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、土地房產(chǎn)升值、減少能源消耗、節(jié)約社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約旅行時(shí)間等。在進(jìn)行城市軌道交通壽命周期成本分析過(guò)程中，只有全面地考慮內(nèi)部成本與外部成本，才能使項(xiàng)目決策更具有系統(tǒng)性、針對(duì)性、科學(xué)性[4]。

1.3 城市軌道交通全壽命周期成本特征

軌道交通建設(shè)作為一個(gè)城市的重大的基礎(chǔ)設(shè)施，其壽命周期成本與一般項(xiàng)目的特征有所不同，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）壽命長(zhǎng)。城市軌道交通項(xiàng)目的壽命一般比較長(zhǎng)，地上基礎(chǔ)設(shè)施短則幾十年，地下隧道部分壽命長(zhǎng)達(dá)百年。

（2）運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本比較高。城市軌道交通運(yùn)營(yíng)需要車輛、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)、輪軌等系統(tǒng)相互配合，任何一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致城市軌道交通無(wú)法安全使用。

（3）邊際成本低。城市軌道交通項(xiàng)目在設(shè)計(jì)的荷載范圍內(nèi)，運(yùn)營(yíng)中增加相對(duì)的人數(shù)，對(duì)其能源消耗少之又少。

1.4 意義

將壽命周期成本理論納入城市軌道交通決策中，對(duì)節(jié)約軌道交通投資成本，減少后期運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和便捷舒適的城市軌道交通具有重要作用。具體意義如下。

1.4.1 節(jié)約項(xiàng)目建設(shè)成本

近年來(lái)，城市軌道交通發(fā)展迅速，高額的投資費(fèi)用會(huì)影響到一個(gè)城市今后的發(fā)展方向、資金流向及產(chǎn)業(yè)配套等指標(biāo)建設(shè)。同時(shí)，我國(guó)正在進(jìn)行社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，一大批農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科教文衛(wèi)等項(xiàng)目都需要大量資金作為支撐，對(duì)于城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)，事實(shí)上，地方政府可用資金極為有限，使得人民日益需求的交通問(wèn)題與資金不足的矛盾日益突出。通過(guò)研究軌道交通成本組成，合理分配政府和社會(huì)建設(shè)資金，使得項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用最低，這對(duì)軌道交通建設(shè)起到重要作用。

1.4.2 科學(xué)決策城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目

軌道交通項(xiàng)目投資費(fèi)用高昂，建成后幾乎無(wú)法改變，對(duì)城市的影響是長(zhǎng)期且深遠(yuǎn)的，如果決策錯(cuò)誤，將對(duì)城市交通、景觀、經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大的影響，因此必須結(jié)合每個(gè)城市的實(shí)際情況，對(duì)城市軌道交通項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)決策。項(xiàng)目決策應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及殘值等費(fèi)用，結(jié)合項(xiàng)目?jī)?nèi)部、外部成本，進(jìn)行定量和定性分析論證，從而得出正確的結(jié)論。本文全面地計(jì)算了壽命期各個(gè)年度、階段的成本及效益，結(jié)合環(huán)境、社會(huì)、效益成本，采用成本效益法，通過(guò)定量分析計(jì)算，為城市軌道交通項(xiàng)目科學(xué)決策提供參考[3]。

1.4.3 為政府審批提供依據(jù)

本文研究成果可為政府審批城市軌道交通的項(xiàng)目建議書、可行性研究報(bào)告、初步設(shè)計(jì)等文件提供借鑒，促進(jìn)城市公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的良性和健康發(fā)展。

1.5 評(píng)價(jià)模型

2011年，陳進(jìn)杰對(duì)城市軌道交通全壽命周期成本模型進(jìn)行分析，并詳細(xì)建立內(nèi)部成本與外部成本各子系統(tǒng)之間的模型算法。筆者從工作實(shí)際中考慮，將大部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行定量給出，并且為給廣大讀者起到一個(gè)借鑒的作用，同時(shí)為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本文將壽命周期成本模型簡(jiǎn)化為項(xiàng)目收益與壽命周期成本的比值，比值最大的最優(yōu)。具體如下：CE（成本收益）=SE（項(xiàng)目收益）/LCC（壽命周期成本）。

此外，運(yùn)用壽命周期成本理論要考慮一個(gè)資金等值計(jì)算問(wèn)題，也就是在項(xiàng)目建設(shè)、投產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、報(bào)廢等各階段發(fā)生的費(fèi)用，折算到統(tǒng)一的時(shí)間點(diǎn)上，這樣更有利于企業(yè)進(jìn)行投資比選，使得方案論證更有說(shuō)服力。下面簡(jiǎn)要介紹資金時(shí)間價(jià)值理論[3]。

在工程經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，不同時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的一筆資金，受到銀行利率、通貨膨脹率、物價(jià)上漲等因素制約是不能直接進(jìn)行計(jì)算的。通常我們要設(shè)定一個(gè)社會(huì)折現(xiàn)率，然后進(jìn)行等值計(jì)算，常用的等值計(jì)算方法主要包括2種，即期末支付和等額支付[3]。

1.5.1 期末支付的情形

期末支付是指分析項(xiàng)目中的現(xiàn)金流入和流出，分別在時(shí)點(diǎn)上各自發(fā)生一次。終值計(jì)算（已知P求F），現(xiàn)有假定的一筆資金P，年利率為i，按復(fù)利計(jì)算，則第n年末的本利和F為多少？即已知P、i、n，求F。其計(jì)算公式如下[3]：F=P×（1+i） n。

為計(jì)算方便，假定一個(gè)i和計(jì)息周期數(shù)n，計(jì)算出（1+i） n的值，然后結(jié)合當(dāng)前發(fā)生的現(xiàn)值P，求得終值F。

1.5.2 多次支付的情形

在工程實(shí)踐中，多次支付是最常見(jiàn)的支付方式。多次支付不是發(fā)生在某一時(shí)間點(diǎn)上，而是現(xiàn)金流量在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上集中且等額發(fā)生。其計(jì)算公式如下：P=A×■=A×（P/A，i，n）。等額支付現(xiàn)值系數(shù)（P/A，i，n）可從復(fù)利系數(shù)表查得。從復(fù)利系數(shù)的結(jié)構(gòu)和等值計(jì)算原理可知，等值計(jì)算受到折現(xiàn)率、資金流量及發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)的影響。

2 案例分析

某特大城市為改善目前已嚴(yán)重?fù)矶碌哪吵鞘兄鞲傻澜煌顩r，擬投建一個(gè)交通項(xiàng)目，有地鐵、輕軌2個(gè)方案。該2個(gè)方案的使用壽命均按50 a計(jì)算，分別需每15 a、10 a大修一次。單位時(shí)間價(jià)值為10元/h，基準(zhǔn)折現(xiàn)率為8%，其他有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

不考慮建設(shè)工期的差異，即建設(shè)投資按照期初一次性投資考慮，不考慮動(dòng)拆工作和建設(shè)期間對(duì)交通的影響，2個(gè)方案均不計(jì)殘值。每年按360 d計(jì)算。若采用壽命周期成本的成本收益（CE）法，應(yīng)選擇哪個(gè)方案？

本案例地鐵與輕軌運(yùn)營(yíng)年限均為50 a，首先需要利用資金時(shí)間價(jià)值理論中的終值、現(xiàn)值（見(jiàn)表2）、年值之間的換算關(guān)系，將建設(shè)投資、年度維修費(fèi)、每次大修費(fèi)折算到運(yùn)營(yíng)期的每一年，計(jì)算得出年度成本；其次從運(yùn)營(yíng)收入、節(jié)約時(shí)間、土地升值角度計(jì)算年度收益；最后將年度收益與年度成本進(jìn)行比較，比值最大的最優(yōu)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本文只計(jì)算地鐵的年度成本收益（輕軌同理）。地鐵的計(jì)算方法如下。

（1）年度建設(shè)成本=1 000 000×（A/P，8%，50）=81 746（萬(wàn)元）。

（2）年度使用成本=10 000+40 000×[（P/F，8%，15）+（P/F，8%，30）+（P/F，8%，45）]×（A/P，8%，50）=11 455（萬(wàn)元）。

（3）年度成本=81 746+11 455=93 201（萬(wàn)元）。

（4）年度系統(tǒng)收益SE=50×（0.7×10+3）×360+50 000=230 000（萬(wàn)元）。

（5）年度成本收益CE=SE/LCC=230 000/93 201=2.47。

按照上述同樣的方法，計(jì)算輕軌年度成本收益CE=SE/LCC=137 200/50 891=2.70。

由于輕軌的成本收益最高，因此應(yīng)選擇建設(shè)輕軌。

3 結(jié)語(yǔ)

以某特大城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)為實(shí)例，計(jì)算了輕軌和地鐵不同敷設(shè)方式的壽命周期成本。結(jié)果表明，輕軌的投資收益高于地鐵，從投入與產(chǎn)出的角度考慮，應(yīng)選擇輕軌作為該城市交通方式。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鄭陽(yáng)，陳立娜，劉威偉.城市軌道交通的全壽命周期造價(jià)控制[J].石家莊鐵道學(xué)報(bào)，2015（6）：29-32.

[2]朱國(guó)宏，李志青，楊小勇.城市軌道交通全壽命周期成本分析[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010（1）：83-86.

[3]劉伊生.建設(shè)工程造價(jià)管理[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014：97-105.

[4]孫續(xù)元.投資項(xiàng)目時(shí)間價(jià)值風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)價(jià)原理及應(yīng)用[J].科學(xué)與技術(shù)管理，2000（1）：17-20.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]