城市軌道交通降低運營成本芻議

梁廣深

(北京城建設計發展集團股份有限公司， 100037， 北京∥正高級工程師)

城市軌道交通雖對緩解城市交通擁堵情況，促進地區經濟發展起著重要作用，但其運營虧損情況仍較普遍。中國城市軌道交通協會公布了2016年城市軌道交通每車公里的運營收支情況(見圖1)，在國內24個城市中，除深圳、合肥地鐵盈利外，其他城市都是虧損運營：這對企業和國家都是一個沉重的包袱。

圖1 2016年城市軌道交通每車公里運營收支情況

2018年，全國城市軌道交通平均每人公里運營成本為0.84元，每人公里運營收入為0.48元，運營收入僅占運營成本的57%，虧損部分由當地市政府財政進行補貼。《都市快軌交通》2018年第2期刊登了《北京市軌道交通財政補貼模型研究》一文，提到北京市政府給地鐵的財政補貼：2013年為36.44億元，2014年為42.69億元；2015年地鐵起步價票調為3元后，年補貼額為34.32億元。該文按2020年北京市規劃線網長1 000 km測算，市政府每年需補貼75.42億元。到2025年線網長1 360 km，預計補貼額將達103.78億元。這只是北京市一個城市的補貼額，全國33個城市的補貼額加起來是個巨大數字。將來還有數十個已批準建設的城市開通運營以后，虧損補貼額可能是個天文數字。因此，研究城市軌道交通運營減虧，降低運營成本，是業內同仁面臨的緊迫任務。

1 國內外城市軌道交通運營概況

文獻[3]提到，全世界已有72個國家的490多座城市開通了城市軌道交通運營，線網運營長度達14 219.36 km，年客運量為600.54億人次。從運營收益分析得出結論，各國地鐵普遍虧損，大多靠政府補貼維持運營。虧損額取決于系統客運量大小，通常以客運強度來衡量。客運強度越高，系統運營效益越好。該文對國內外軌道交通客運強度前10位城市的排名情況統計如圖2所示。

(a) 國外

(b) 國內

由圖2可見，世界排名前10位城市線網的平均客運強度為2.5～5.0萬人次/(d·km)，國內前10名城市的客運強度在2.0萬人次/(d·km)以下，國內城市與國外存在巨大的差距。除此之外，還有18個城市的客運強度在1.0萬人次/(d·km)以下。以此推理，我國城市軌道交通的虧損狀況比國外更加嚴重。

經驗說明，城市軌道交通運營虧損狀況取決于建設成本、客運強度和線路網長度。深圳地鐵自主創新研制六大裝備系統，每公里正線的裝備投資僅為進口裝備的45%。在起步票價2元的情況下，靠票款收入就可涵蓋直接運營成本，并有盈利。開羅有地鐵運營線3條，長77.9 km，日均客運量達400萬人次，平均客運強度5.13萬人次/(d·km)，是世界之最。東京有地鐵運營線13條，長334.1 km，日均客運量為1 100萬人次，客運強度為3.3萬人次/(d·km)。北京地鐵線網長617 km，日均客運量為1 197.53萬人次，客運強度為1.94萬人次/(d·km)。上海地鐵線網長670 km，日均客運量1 147.73萬人次，客運強度為1.71萬人次/(d·km)。

由此看出，東京、北京和上海地鐵的日客運量相近，其線網越長，客運強度越低，運營效益也越差。

2 城市軌道交通運營虧損原因及減虧措施

2.1 初期列車6輛編組運行造成嚴重浪費

地鐵設計規范規定，城市軌道交通的運輸能力，以初期、近期、遠期預測客流量，分3階段設計。列車是運送乘客的載體，開通運營理應按照近期、遠期客運量確定列車編組輛數。北京地鐵1號線、2號線、八通線、13號線，在建成后列車均采用4輛編組運營，其優點是行車間隔短，方便乘客，列車日平均滿載率達50%，運營成本低。

但是，目前新建的城市軌道交通挑戰設計規范，新線開通列車按遠期客運量一次上6輛編組。但因新線的客運量較小，造成大馬拉小車式的運營，車輛空駛率較高，浪費大量電能和車輛修理費，造成企業嚴重虧損。例如烏魯木齊地鐵1號線列車6A編組，日客運量僅3.1萬人次。石家莊地鐵6A編組，2條線日客運量為25.7萬人次。福州地鐵列車6B編組，日均客運量16.5萬人次。而與其同為6B編組的北京地鐵1號線、10號線，每日客運量達到134.75萬和192.11萬人次。由此可見，新線開通跑6輛編組造成的浪費是驚人的。

以一條長30 km、每天開行400列車的線路進行比較，采用4輛編組的列車，每天運行工作量為S=48 000車·km/d，6輛編組列車的S=72 000車·km/d。即初期采用6輛編組列車運營，比4輛編組列車每天多跑24 000車km。以2016年全國平均運營成本27.6元/車·km計算，6輛編組列車每天要多支出運營成本66.24萬元，這是運營企業虧損的主要原因。

過去能跑4輛、6輛編組運營，得益于列車為3M3T編組，可實行4輛、6輛編組運行。現在新造的車輛均為4M2T編組，它以2輛動車和1輛拖車作為一個動力單元，必須2組車連掛才能運行，由此堵死了跑4輛編組的可能性。因無選擇的余地，各運營單位只能跑6輛編組，運營成本高，這是目前造成軌道交通運營企業嚴重虧損的主要原因。

關于列車分4輛、6輛編組運營的擴編問題，實踐證明并無困難。北京地鐵1、2號線采用同類型車輛擴編，拆開4輛編組列車，用同型號的車輛改為6輛編組。八通線和13號線是在4輛編組列車中間，插入一組新造的車組擴編為6輛，最后的擴編工作于2007年結束。

2.2 車輛制造與運營需求脫節抬高運營成本

21世紀初，我國地鐵進入了VVVF(變頻變壓調速)牽引時代，B型車采用6輛3M3T編組。其優點是可根據客運量大小采用4輛或6輛編組運行，方便乘客，運營成本低。近年新造的B型車采用4M2T編組，列車只能6輛編組運行。我國有大小城市上百個，客運量大小不同，4M2T編組列車對二、三線城市的軌道交通完全不適用。但因找不到適合本地客運量的車輛，只能選擇6輛編組的列車運營，造成了上述種種不合理的運營狀況，導致企業嚴重虧損。當前，我國城市軌道交通迫切需要車輛多元化，提高運營效益。

深圳地鐵采用A型車4W2T編組，列車只能6輛編組運行。香港地鐵公司經營的深圳地鐵4號線，籌劃分期采用A型車4輛、6輛編組運營，但現有列車只能跑6輛編組。他們對A型車進行了技術改造，在保持列車功率3 000 kW不變的條件下，以大功率牽引電機更換既有的牽引電動機，將A型車改造為3M3T編組，實現了A型車4輛、6輛編組運行，對車輛多元化作出了積極貢獻。該經驗有助于減少全國城市軌道交通的運營虧損情況，提高運營效益。

2.3 盲目增加動車數量提高運營成本

地鐵交流車是在直流電動車轉向架上，以交流牽引電動機取代直流電機形成的。因同體積交流電動機的牽引力是直流電動機的2倍以上，所以在原有列車中只需一半車輛配置動力，就可保持列車功率不變。日本和中國香港地鐵的交流車，大多采用動車與拖車比例1∶1配置，4輛編組為2M2T，6輛編組為3M3T，8輛4M4T，12輛6M6T。我國高鐵“復興號”動車組，時速350 km/h，采用8M8T編組。

近年在軌道交通中興起一股加大列車動力之風，把動車與拖車的比由1∶1改為2∶1，即6輛編組列車為4M2T，9輛編組為6M3T，12輛8M4T。還有的改為3∶1，即8輛6M2T編組，更有甚者采用5M1T編組。由此帶來的負面效果是：① 增加了車輛的購置成本；② 增加了牽引電能消耗；③ 增加車輛修理費支出；④ 大功率列車的積熱促使隧道溫度上升，污染環境；⑤ 提高了系統運營成本，加劇企業運營虧損。

作者曾針對一條30個車站的線路，對B型4M2T和3M3T編組列車進行牽引能耗專題研究，數據匯總如表1所示(為壓縮篇幅，將表格的中間部分縮減，只列出合計值)。

表1 B型車AW3運行速度95 km/h牽引數據匯總表

從表1可見，4M2T列車單程牽引耗電量為958.29 kWh，3M3T列車牽引耗電量為912.31 kWh，4M2T列車比3M3T列車多耗電45.98 kWh，增加牽引耗電量5%。對于6M2T和5M1T列車的牽引耗電量肯定會更高。

2.4 改革列車駕駛模式節約牽引電能

電費支出約占軌道交通運管成本的30%左右，其中，列車牽引耗電量約占50%。因此，減少列車牽引電能消耗，是降低運營成本的有效措施。地鐵列車有自動駕駛和人工駕駛兩種模式。正常運營時由ATO自動駕駛列車運行，司機進行監視。ATO駕駛列車的運行程式為：牽引加速—巡航運行—制動停車。所謂巡航運行，就是讓列車在區間以某一速度“等速運行”，列車的牽引系統處于工作狀態，遇下坡道制動調速，遇上坡道牽引加速。因此，巡航模式的缺點是，未利用列車自身的慣性動能，其牽引耗電量較大。

當列車運行在無碼區段時，須切除ATO采用人工駕駛模式。列車由司機駕駛運行，其運行程式為：牽引加速—惰力運行—制動停車。在人工駕駛模式下，列車起動到目標速度以后，司機控制器手柄回0，牽引系統斷電。列車依靠自身慣性在區間惰行，到前方車站制動停車。因此，惰行模式比巡航模式節約牽引電能。B型3M3T列車在44‰坡道區段的牽引耗電情況如表2所示。

表2 巡航模式與惰行模式的牽引耗電量比較表

表2可見，惰行模式的牽引耗電量為144.57 kWh，巡航模式的牽引耗電量為183.67 kWh，惰行模式比巡航模式減少能耗39.1 kWh，節約牽引電能27%。目前已有運營單位限制使用自動駕駛模式。

作者建議有關部門升級列車駕駛軟件，常態化采用惰行模式運行，以降低列車牽引電能消耗，減少企業運營虧損。

2.5 改革車輛定檢標準減少車輛修理費支出

車輛維修費支出在軌道交通運營成本中占有較大比重。《地鐵設計規范》將車輛保養分為定期檢修和日常維修兩級。定期檢修分為大修、架修和定修三等(見表3)。規定車輛運行120萬km(間隔時間10 a)進行大修，運行60萬km進行架修。以此計算列車平均每年運行12萬km，每月運行1萬km。

表3 車輛檢修修程和檢修周期表

表3所示的車輛檢修周期表是在直流電動車時代形成的。現在已經進入交流車時代，車輛檢修的技術水平大大提高，維修工作量減少。因此，該檢修周期表未能與時俱進修改調整，規定的車輛檢修周期偏短，車輛檢修頻繁，造成維修成本高。按表3的檢修周期和車輛使用壽命30 a計算，每輛列車在全壽命期內需做2次大修、3次架修和18次定修。北京京港地鐵公司為降低車輛修理成本，簡化并提高了車輛的檢修標準如表4。

表4 京港公司車輛檢修修程和檢修周期表

表4中，按規定車輛運行160萬km做大修，運行40萬km做架修。以車輛年運行12萬km、全壽命期30 a計算，京港地鐵公司車輛的大修間隔時間為13.3 a，如圖3所示。每輛列車在全壽命期內需做1次大修、7次架修，其余為日常維修。

由此可見，適當延長車輛大架修周期，可減少每年應檢修車的數量，減少檢修臺位和檢修設備的數量，以降低車輛維修成本。

現在全國各運營單位仍在按照地鐵設計規范規定的標準執行，每年需多支出一大筆車輛修理費。當前迫切需要修改軌道交通車輛的檢修標準，以利降低運營成本，減少企業虧損。

圖3 京港地鐵車輛檢修周期

2.6 供電方式影響地鐵運營成本

城市軌道交通的供電方式有DC 1 500 V架空線供電、DC 1 500 V鋼鋁復合軌三軌供電兩種。通過工程實例比較，架空線和鋼鋁復合三軌系統變電所的數量相同。與架空線供電相比，鋼鋁復合接觸軌具有重量輕、壽命長、電阻率低、牽引網損耗小、供電距離較長、工程造價低的優點。

架空接觸網的缺點是結構復雜、維修不方便、運營成本高，根據相關規范，滑觸線的使用壽命為15 a(進口品為20 a)。架空線供電系統每隔15～20 a需更換一茬滑觸導線，企業須一次次地進行再投資。另外，架空線系統須設接觸網維修工區。按電氣化鐵路標準，一個接觸網維修工區承擔10 km正線的維修任務，每個工區的定員為25人，并應配備接觸網檢查車、軌道平臺車以及檢測儀器等設備。以長20 km的軌道交通線路為例，在正線和車輛段需設3個維修工區，管理人員近100人，每年需支出大筆接觸網維修費。

如果采用鋼鋁復合三軌供電，系統的結構簡單，可靠性高，維修工作量少，使用壽命長，不設專職維修人員。北京地鐵的第三軌已使用了50 a。考察人員在英國還看到過已使用100多a的三軌。

綜上所述，采用DC 1 500 V鋼鋁復合三軌供電，有利于降低運營成本。

2.7 車站建筑規模影響系統運營成本

地鐵車站位于地下，依靠通風、照明、空調、電扶梯等設備維持工作和生活環境。地鐵車站的運營成本主要是電費、機械設備維修費和人員薪酬，同時也與車站的形式有關。側式車站有2個站臺，設2套電梯和自動扶梯，其運營成本高。據香港地鐵的經驗，1個側式車站比島式車站，每年要多花200多萬元運營費。

另外，車站建筑規模也是影響車站運營成本的因素。地鐵設計規范規定，島式車站最小站臺寬度為8 m，側式車站站臺寬度為3.5 m。現在一些新建車站為追求大氣，站臺寬度有的寬達14～15 m。車站建筑空間越大，通風、空調、照明等用電量越大，車站的運營成本也就越高。

3 結語

我國現有33個城市建成了軌道交通，大多處于虧損運營。究其原因，與城市軌道交通建設成本有直接關系。深圳地鐵不用高價進口裝備，自主創新制造了六大裝備系統，平均裝備投資僅為1.23億元/km，如采用國外裝備的投資高達2.71億元/km。根據國家規定，地鐵的裝備設備每年應提取折舊費。工程建設成本低，提取的折舊費少，系統運營成本就低。建設成本越高，提取的折舊費越多，系統運營成本就越高。2016年全國地鐵每車公里運營成本為27.6元，深圳地鐵僅為17.73元。

2016年深圳地鐵運營線長265 km，最高日客運量達到533萬人次。以起步票價2元，靠票款收入就可覆蓋直接運營成本。深圳地鐵是世界上少有的盈利地鐵。建議國家總結深圳地鐵建設和運營管理經驗，使之成為可復制的樣板在全國推廣。這樣，我國城市軌道交通的運營減虧就大有希望。