基于SWOT的列車運行控制系統產業發展分析

朱明皓，劉澤程，王 偉，杜 恒，何 山

（1.北京交通大學 經濟管理學院，北京 100044；2.交控科技股份有限公司，北京 100070；3.北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

在城市軌道交通中，基于通信的列車控制系統CBTC（Communication Based Train control）是一種融合現代信息、通信以及控制技術，控制列車運行調度的復雜自動控制系統，是保障列車高效安全運行的核心系統，從而實現信號系統的網絡化與智能化。CBTC技術是未來城市軌道交通信號技術的前進方向。

我國城市軌道交通運營里程已達5700公里，線路規模龐大，列車制造處于國際先進水平。然而，軌道交通需要追求更高效率、更高性價比、更低能耗，其跨線路、跨區域及跨國境的運行需求變得日益頻繁，如何保證運輸的效率和安全成為世界各國研究的重點課題。我國在軌道交通建設初期，由于建設條件復雜，缺乏建設和運營經驗，導致我國高速發展的列車建造技術無法匹配較落后的列車控制運行系統，造成了資源浪費，成本冗余等問題。目前，在整體運行控制系統方面我國與鐵路發達國家相比仍有差距。本文首先介紹了CBTC系統和CBTC產業鏈的概況，然后對CBTC系統進行SWOT分析，通過灰度模型對產業未來的發展進行預測，并分析行業未來發展的機遇與挑戰，為產業內企業提供發展建議。

1 文獻綜述

城市軌道交通中，基于通信的列車控制系統（CBTC）是應用計算機、通信、控制等現代信息技術，從而實現列車調度以及控制列車運行全過程的復雜自動控制系統[1]。它是保證列車安全高效運行的關鍵系統，是未來城市軌道信號技術的前進方向。由于國情不同，中國無法照搬國外已經成熟的管理模式，為了提高我國這一方面的技術水平，必須要對列車運行控制系統進行符合中國國情的改革[2]。

標準的基于通信的列車控制系統（CBTC）的結構下圖可見：由CBTC地面設備和CBTC車載設備組成，通過“數據通信網絡”連接。CBTC設備和ATS設備組成了基于通信的移動閉塞ATC系統[1]。

圖1 CBTC列車控制系統結構示意圖

當前我國對于大容量數字軌道電路技術的深入探索，將在對數字信息處理的基礎之上，借助數字信息軌道傳輸的手段，去實現對于數字信息的傳播與推廣，進而提升車載信息的傳輸效率[3]。隨著現如今對列車控制系統的進一步研究以及信息的傳播效率的提高，越來越多的列車策劃控制方式將進入實踐階段，這不但將有利于列車控制系統的升級改造，更有益于相關設備便攜性和安全性的提升[4]。我國現如今大部分領域存在理論先于實踐的情況，在列車控制系統中也不例外，在新一代列車控制系統的發展中需要更好地將理論和實踐相結合，進而夯實基礎[5]。除了在開發的過程中將理論與實際結合，還應系統梳理我國列車運行控制系統產業發展的總體情況。通過收集市場各類因素的變化信息，分析產業發展的價值鏈、供需鏈、企業鏈和空間鏈情況，為企業和行業發展提供決策參考。并且需要對我國列車運行控制系統相關企業發展的問題進行收集，梳理制約產業發展的瓶頸和短板，總結產業發展中產生的負擔和困擾[6]。

當前，學者們多以CBTC系統運營保障體系，培訓系統，全生命周期安全保障體系作為研究的主要角度。關于CBTC系統運營保障體系，國內聚焦于如何把按專業分開的維修整合形成綜合維修模式，并在此基礎上探討管理、檢測、維修三者之間的關系[7]。目前中國面臨的運營維護方面的問題主要有：城軌交通相關人才缺口較大；行車間隔小、客流量大導致的容錯率較低；運營初期工作人員尚未熟練掌握新設備導致的故障率較高；運營中期由于廠家技術支持體系不完備導致的故障解決速度較慢；運營后期由于供貨商缺乏獨立維修能力導致的成本較高等[8]。

國內現有的模擬器對于列車運動學的理解還不夠深入，計算范圍還不夠廣泛，需要進一步加強牽引模式和制動模式的研究以適應對高速鐵路司機的模擬培訓[9]。高鐵快速的更迭換代給傳統的機車駕駛員培訓工作帶來了巨大的挑戰，對職業院校的鐵道機車專業人才的培養更是影響巨大[10]。一方面，由于鐵路專業設備的特殊性，往往是一種車型的相關設備剛剛配置齊全,鐵路機車已更新換代，造成不必要的資源浪費和損失；另一方面，在傳統習慣的影響下，我國隨車隨訓的理念一直在束縛人們，而且鐵路部門對模擬機的宣傳還不夠，很多人不了解模擬培訓的作用和意義[11]。這些問題表明，我國的列車仿真系統仍有很長的路要走。

CBTC系統全生命周期安全保障體系由列車控制安全和網絡數據安全組成。現在國際上軌道交通列車運行控制系統系列標準主要是由歐洲電氣化標準委員會（CENELEC）制定的，我國的相關技術發展較晚，只有交控科技生產的列車控制系統達到了國際標準，獲得了國外第三方認證公司頒發的最高級別SIL4安全證書[12]。隨著計算機技術的發展、網絡數據的安全、信息技術與信號系統的深度集成，CBTC系統產品越來越多地采用通用協議、通用軟件和通用硬件。通過各種方式與PIS、PA等網絡連接，導致威脅CBTC系統安全的病毒、木馬等問題日益突出[13]。在我國鐵路信息化建設的40年里，在相應的國家戰略和市場需求下，已經形成了運輸、決策、經營、管理、綜合協同等覆蓋全國鐵路網絡的臻于完善的業務信息處理系統，已經在12萬km的鐵路網和將近百萬臺移動裝備上安置了大量的數據監測、信息收集設備，累計產生了巨量的旅客出行、安全檢測、貨運物流、工程建設的一手數據，為部署全國鐵路網做好了基礎工作。但目前軌道交通信號系統的安全問題是重中之重，當前我國采取的安全措施僅限于安裝防火墻、安全設備、防病毒軟件等，不能有效地保證信息安全[14]。國內外的信號廠商目前差距仍然較大，國外廠商不但可以提供完整的信號系統技術解決方案，還可以提供后續的服務與維護。因此，只有國內信號廠商有能力提供完整的信號系統，才能確保系統的自主性[6]。由于子系統與設備之間的接口復雜，會造成大量的重復開發工作；標準化和標準化接口設計也很困難，可能影響系統RAMS（可靠性、可用性、可維護性、安全性）指標。假設這一整套系統能夠由一家單位或者幾個固定的公司基于一個平臺去運作所有子系統，將會大大地降低開發成本，減少用戶的備件數量和類型，縮短系統的開發與調試周期，更能夠以一套安全系統去處理數據，提升安全性和可靠性[15]。

2 CBTC產業鏈發展分析

2.1 產業鏈發展現狀概況

伴隨我國城市軌道交通的日新月異，現行運營系統的缺陷日益明顯。軌道交通是復雜技術的高度集合體。我國現有的CBTC系統已逐漸落后于我國高速鐵路的發展進程，開發升級新系統刻不容緩。早在1995年，北京交通大學經國務院和鐵道部批準，就組織了相關研究。在此基礎上，2004年10月，北京市科委首次對基于通信的城市軌道交通CBTC系統進行了系統研究。2007年底，課題組成員克服了CBTC系統的關鍵技術，完成了整個系統的集成測試，并進行了功能和性能試驗，通過了專家驗收，沖破了國外的技術壁壘。2008年1月到2009年10月，財政部設專項開展“研發中試與平臺建設”，在大連快軌三號既有線上開展了自主創新系統中間試驗，實現并驗證了多列車的移動閉塞ATP/ATO功能。2010年底，北京交通大學研制的具有完全自主知識產權的CBTC系統在北京地鐵成功投入運行，使中國成為繼德法加之后又一個成功掌握核心技術并投入運行的國家。

根據“十三五”規劃，中國的城市軌道交通建設將進入黃金時代，CBTC系統也將迎來需求高峰期。據預測，在此期間新增運營城軌長度達4882公里，預計城軌建設投資規模預期達2.88萬億元，較“十二五”同期大幅增長187%[16]。與此同時，國產品牌如眾合科技，中國通號，北京交控等公司都具有獨立、完整的研發、測試、驗證、生產制造能力和完全自主知識產權，正在強勢崛起。在國家發改委的大力推動下，地鐵行業對國內CBTC的認可度也有了顯著提高。這不僅為國內的獨立地鐵信號系統產業帶來機遇，同時也為高鐵信號系統供應商帶來了新的發展方向。

然而，目前國內已開通的城軌項目仍多采用的是“國內集成商+外資供應商”的綁定模式，由于軟件，系統等核心技術沒有掌握，國內集成商享受的利潤率極低。本文選擇交控科技和中國通號作為分析對象，下面對兩家公司分別做簡單介紹。

中國通號是軌道交通信號領域的產品、技術和服務提供商。主營產品為信號系統+通信系統，擁有完整的產業鏈設計開發，設備制造和工程服務能力。是中國軌道交通控制系統設備制式、產品標準及技術標準的歸口單位，是唯一獲得國家鐵路局授權的鐵路控制系統和通信信號產品的標準化技術審核單位。2018年，實現營業收入398.81億元，增長15.70%，凈利潤35.01億元，增長5.77%。全年累計簽訂外部合同總額為人民幣682.9億元，較2017年同期增長12.4%。

交控科技于2009年12月成立，具有自主知識產權的CBTC技術，是國內首家成功研制并應用自主化CBTC核心技術的廠商。近年來交控科技新簽訂單額增長均高達60%。交控95%左右的收入均來自信號系統項目承包業務，2016～2018年，公司每年簽訂的信號系統線路數量和合同金額保持快速增長，合同金額三年復合增長率約65.75%。2018年全年，公司新簽合同額29.81億元，同比增長63%，其中關鍵自制設備毛利率超過50%，綜合毛利率為27%。公司市場占有率在近兩年明顯提升，18年新增市場中市占率高達30.77%。2016年至2018年，公司營業收入8.87億元、8.80億元、11.63億元。2018年，公司盈利能力快速增長，營業收入同比增長32.16%，凈利潤同比增長44%。

可以看出我國的城軌信號系統公司正在逐漸發展的過程中，但相比起我國巨大的城軌信號市場來說，仍有很大的利潤空間可以發展。對于國內的CBTC公司來說，未來五年將是業績的巨大增長點。

2.2 CBTC系統產業鏈的不足

在城市軌道交通核心設備的五大系統中，我國在制動系統和信號系統兩部分仍未能完全掌握核心技術。

軌道交通運營帶來的便利，深深地影響了整個中國社會，涉及到經濟文化的方方面面。充分利用線路容量，增加動車組運行，提高運輸效率是當前的最大要求。然而，在當前的CBTC列車控制系統下，列車運行接近飽和。為了滿足新的需求，開發新的技術，搶占新技術的制高點，在歐盟和日本已經開始發展現有系統的情況下[17]，基于先進技術，建設符合中國標準EMU的、發展適度、規劃合理、循序漸進的下一代運行控制系統刻不容緩。

2.3 CBTC系統產業鏈的影響因素

當前國內CBTC產業鏈中的多是大型企業，所以下文將對產業鏈中的大型企業進行分析，進而總結出CBTC系統產業鏈的影響因素。

技術水平作為分析產業鏈內企業發展的內部動力指標，主要體現的是企業的科技技術水平。目前，中國與國外在CBCT系統技術上仍存在較大差距。具體原因為：1）技術投入大：列車運行控制系統行業是技術密集型行業，新入行的企業需要大量的研發投入獲得、應用、升級必要的技術。2）安全標準高：客戶更傾向于選擇安全記錄良好的大型企業，而新產品需要經過長時間的技術審查、試運行，才可獲得安全證書。3）研發時間長：列車運行控制系統的集成商及生產商須有五年以上的相關經驗。4）資質認證難：廠商一般要求達到歐洲TUV的認證，等級越高，取得證書難度越大[18]。目前只有交控科技擁有全國產化的CBTC系統。

可喜的是，信號系統自主化已經到了臨近突破的拐點，國內幾家信號系統企業已經陸續突破技術壘，掌握了CBTC完整系統的自主知識產權，獲得了全球頂級認證。中國通號，交控科技兩家領先企業近兩年已經拿到了北京,上海，重慶等地的若干自主線路訂單，交控的標志項目北京亦莊線已經通車運營。一線城市地鐵業對國產的CBTC系統已經逐漸持開放態度，后期二三線城市將成為CBTC項目的新主要市場。

產業外部發展環境作為產業鏈內企業發展的外部動力指標，主要體現在國家政策是否對產業發展有利。目前，我國政府正在構建適宜的政策環境以支持軌道交通產業的發展。具體措施包括：在《城市軌道交通裝備認證實施意見》發展規劃中提出了一套完整的城軌交通設備認證目錄，從而提高城軌建設運行的效率；我國提出了“八縱八橫”的鐵路布局，增加中西部地區的鐵路建設，以鐵路帶動城軌建設，為鐵路行業和城軌交通拓寬市場。軌道交通產業鏈發展的外部經濟環境正處于一個關鍵的過渡點[19]。國家政策的支持下，鐵路的整體投資重心正在由政府和國有企業轉向社會資本。

利潤率是衡量CBTC系統產業鏈企業盈利能力的一個關鍵指標。目前我國鐵路相關企業利潤率不容樂觀，供應商只能降低產品質量應付，大大增加了安全風險。以中國中車2018年度報告中利潤率為例，在城軌列車成本增加價格不變的同時，其城軌列車主機廠的利潤率不降反升，最重要的原因是，中車為保證利潤率，將價格壓力轉嫁給配件供應商。同時，中國中車也存在著缺乏對配件供應商的準入、評價和退出機制，旗下的多家企業在招標方面的建設幾乎空白，易滋生腐敗問題。

政策是系統產業鏈的主要影響因素。國內鐵路產業受國家宏觀政策和政府規劃的影響較大。由于城市軌道交通兼具邊際投資回報率高，GDP拉動系數高，對中央財政占用小等優勢，目前已成為拉動經濟增長的有效方式，是發改委等政策制定中心優先支持的對象。但仍不排除宏觀經濟形勢變化等因素導致國內鐵路建設發展速度減緩的可能。

行業整體的管理體制是限制CBTC系統產業鏈發展的瓶頸。中國鐵路產業一直都是由政府掌控，缺少競爭和經營效率。據國外研究表明，管理自主化可大大提高公 有鐵路產業績效。因此，改革行政壟斷的體制，引入有效競爭的方式，才能提高鐵路產業績效[20]。然而，當前仍沒有取得實質性進展，這是由于目前的管理、市場和法律體系不夠完善，導致改革難度較大。

融資結構是制約CBTC系統產業鏈發展的因素。先行國家城市軌道交通的發展歷史中，股票和債券融資占有重要地位。反觀國內，參與城軌交通投資的絕大部分是地方政府和國有企業，民間資本直接投資的比例很低，我國城軌交通投資主體單一的格局并沒有根本改變。

3 實證研究-基于交控科技股份有限公司

3.1 市場規模和競爭格局

CBTC的下一個市場將是城市軌道交通領域。CBTC能夠借助其車地雙向通信的優勢，大幅提高區間通過能力并減少成本。城際鐵路具有車站規模小、間距小、密度大、與國鐵互聯互通等特點，基于無線的CBTC列車控制系統按移動閉塞方式運行列車，具有簡單，靈活和高效的特征，可顯著縮短列車間隔，滿足密集高效的行車要求.保證城際鐵路高密度運行。

“十三五”是軌道交通建設的黃金時期，市場潛力極大。根據國家發改委2016年的規劃批復，軌道交通建設已經成為眾多城市在“十三五”期間的重點工作。目前新開工地鐵線路紛紛選擇CBTC作為信號系統；由于技術升級，存量線路也需要做系統的更換；重載鐵路有改造的空間。其中新建線路空間601.9億，存量線路改造空間86.9億，重載鐵路改造空間357.8億，合計1046.6億。

在國家政策的支持和國內CBTC廠商持續大力投資的基礎上，地鐵CBTC國產化迎來高峰，國產CBTC更多地被各個城市選擇作為地鐵招標項目，且在未來2～3年將有更大增長空間。對于CBTC系統供應商來說，未來2～3年可能經歷從系統集成商(3%～10%的凈利率）向全自主核心系統供應商(15%～25%的凈利率）的跨越。“城軌＋城鐵“的巨大市場容量，疊加國產化帶來的凈利率提升，將成為中國通號、和利時等鐵路信號巨頭未來最大的業績增長點。

3.2 產業鏈、商業模式、資金鏈分析

本文采用SWOT分析方法，以交控科技作為代表公司，對我國CBTC系統的產業鏈、商業模式和資金鏈的協調發展進行分析。

3.2.1 產業鏈SWOT分析

1）Strength（優勢）

交控科技擁有渾厚的科研實力。截至2018年底，在北京交大軌道交通控制與安全國家重點實驗室的支持下，交控科技已經擁有295項專利，科研實力和技術已經處于國內前列。

2010年，交控科技實現了自主開發的CBTC核心技術工程化應用，打破了國外廠商的壟斷，使中國成為了第四個掌握CBTC核心技術并成功向實際工程開放的國家。

2）Weakness（劣勢）

CBTC運營時間短。相較于其他擁有自主完整CBTC系統的國家，我國自主研發的CBTC系統運行時間較短，沒有成熟的運營經驗，未來如何將運行、管理、維護整合以達到降低成本的目標將是業務發展的關鍵方向。

CBTC的安全措施不完善。目前CBTC所面臨的安全問題主要有列車控制安全和系統數據安全，且重心慢慢由前者向后者轉移。隨著信號系統的發展，通用網絡協議越來越多的被CBTC使用，但防護措施的研究沒有同步進行，CBTC系統面臨安全風險。

3）Opportunities（機會）

國內其他行業公司增加與城軌項目的合作。萬科集團與深圳地鐵集團已于2016年開展合作，通過“物業+軌道”模式,更好地發揮彼此的專業優勢。

中國在相關領域研究取得突破。已走在世界最前列的5G技術有助于刺激CBTC發展；北斗衛星定位系統將更準確地提供列車位置信息。

4）Threats（威脅）

國外的研究現狀已經領先。現在我國運行的國產CBTC系統大多數屬于第二代系統，對于第三代系統則剛剛起步。而在國際上，阿爾斯通公司已經將第三代CBTC系統設計方案進行了工程化的實踐應用。

產業鏈業務不完善。由于信號系統總承包占交控科技主營業務的95%，可能出現除信號系統的其他子系統和輔助設備與信號系統的不匹配，導致系統運營維護成本上升。

3.2.2 商業模式SWOT分析

1）Strength（優勢）

交控科技商業背景強大。目前交控科技的第一大股東是由北京市人民政府100%控股的北京市基礎設施投資有限公司（下稱“京投公司”），商業實力雄厚。

圖2 CBTC產業鏈SWOT分析圖

交控科技股權較為分散。交控科技沒有單一股東所持股權比例占絕對優勢的情況，決策更加民主。

2）Weakness（劣勢）

市場占有率低。以2011年至2014年間中標合同總額計算，中國通號占據40.1%的市場份額，交控科技僅占11.8%，雖然交控科技近年來的市場占有率明顯增加，但仍無法撼動中國通號的行業龍頭地位。

公司未上市。由于交控科技的主營業務為信號系統總工程建設，交付周期久，需要資金較多，同時公司資產負債率較高，需要通過發行股票的方式對資金進行補充。

3）Opportunities（機會）

國家支持公司發展。交控科技作為科創板申報中第一個主營業務是軌道交通行業核心部件的企業，凸顯了國家對軌道交通高端核心裝備的重視。

軌道交通市場規模擴張。根據發改委發布的《城鎮化地區綜合交通網規劃》，到2020年，我國將增加城際鐵路約8000公里，會給軌道交通信號系統市場帶來約800億的增量。

4）Threats（威脅）

國內競爭者技術進步。目前國內的CBTC系統廠商中，中國通號作為行業的領導者，在市場占有率上保持著絕對優勢。而眾合科技和自儀泰雷茲正迅速發展，交控科技面臨激烈競爭。

圖3 CBTC商業模式SWOT分析圖

3.2.3 資金鏈SWOT分析

1）Strength（優勢）

交控科技收入穩定增長。交控科技2016～2018收入增速為14.5%，凈利潤增速為11.2%，2017年由于銷售費用大幅增長導致凈利潤同比下降16.4%，但2018年控制期間費用后凈利潤收入增長48%。交控科技的新增中標線路逐年增長，保證了未來幾年公司的收入。

2）Weakness（劣勢）

城軌建設資金投入難以得到保證。目前大多數建設資金都是由政府承擔，軌道交通建設運營機制的不成熟制約了城軌系統發展。

3）Opportunities（機會）

我國城市軌道交通的投融資方式逐漸多樣化。除了政府投資和銀行融資等傳統方式外，政府也在積極嘗試新興的BT（建設-移交）、BOT（建設-運營-移交)、TOD（TRANSIT ORIENTED DEVELOPMENT）、PPP等模式，綜合可支配的資金、沿線土地增值收益的再分配等確保軌道交通建設的運營資金。這將刺激地鐵項目需求的釋放、特別是二三線城市的需求釋放。

政府對發展軌道交通以拉動經濟增長態度積極。城市軌道交通建設會帶動相關產業發展，可能為地方帶來巨大的經濟效益，所以被政府認定成投資成熟度較高的項目。

4）Threats（威脅）

融資市場不成熟。目前我國的城軌經營體制主要是由政府或者國有獨資企業直接進行經營管理，無法提供地鐵發展的全部資金且運營效率低。

圖4 CBTC資金鏈SWOT分析圖

4 結語

CBTC系統實現了更加精確的列車定位、安全速度計算和車地通信技術，有效地提高了移動閉塞模式下的列車運行控制效率，節約了成本和維護成本，提高了運輸能力和安全性。本文從產業鏈模型、商業模式和市場前景三個方面研究了我國CBTC系統的發展現狀。首先從系統產業鏈上，本文通過列車運營保障體系，培訓系統，列車全生命周期安全保障體系和CBTC未來發展趨勢四個方面進行分析，闡述了我國在列車運行和鐵路運營方面與其他國家的技術差距。從商業模式上，對目前我國CBTC整體的商業現狀進行了概述，當前政府推出各種鼓勵政策推動鐵路發展，國內的CBTC公司將迎來新的發展機遇。從市場前景上，未來國內CBTC市場進入擴張時期。國產CBTC系統發展到今天取得了很大的成就，但是相對國外先進系統技術而言還不完善。我國CBTC系統如何實現下一步的自主創新，主要問題包括掌握核心技術的國內廠商少、國內CBTC系統運行時間短、缺乏足夠的經驗、如何在未來實現CBTC系統市場化，擺脫政府作為單一投資方的窘境等，將是國內各大CBTC系統公司接下來需要突破的難題。

圖5 SWOT分析綜合示意圖

我國軌道交通項目在進入市場化的進程中，應借鑒先行國家的經驗,采用以政府撥款、土地增值收益為主，以發行股票、債券、吸引外資等為輔的融資方式。下一步，我國需要大力推進鐵路投融資體制改革，實現政企分開、事企分開、政資分開。積極探索利用優質鐵路股份資產重組上市、股份增值，實現資本市場融資新突破。同時，積極支持民間資本加入到車站設施、鐵路輪渡、鐵路支線和鐵路干線的建設中，創立鐵路產業投資基金。引導和鼓勵鐵路企業加快上市，擴大合資鐵路建設規模。探索并出臺合資鐵路相關政策法規，走出一條符合中國鐵路實際的合資鐵路發展道路。