城市軌道交通降低運(yùn)營成本芻議

梁廣深

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 100037， 北京∥正高級(jí)工程師)

城市軌道交通雖對緩解城市交通擁堵情況，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用，但其運(yùn)營虧損情況仍較普遍。中國城市軌道交通協(xié)會(huì)公布了2016年城市軌道交通每車公里的運(yùn)營收支情況(見圖1)，在國內(nèi)24個(gè)城市中，除深圳、合肥地鐵盈利外，其他城市都是虧損運(yùn)營：這對企業(yè)和國家都是一個(gè)沉重的包袱。

圖1 2016年城市軌道交通每車公里運(yùn)營收支情況

2018年，全國城市軌道交通平均每人公里運(yùn)營成本為0.84元，每人公里運(yùn)營收入為0.48元，運(yùn)營收入僅占運(yùn)營成本的57%，虧損部分由當(dāng)?shù)厥姓?cái)政進(jìn)行補(bǔ)貼。《都市快軌交通》2018年第2期刊登了《北京市軌道交通財(cái)政補(bǔ)貼模型研究》一文，提到北京市政府給地鐵的財(cái)政補(bǔ)貼：2013年為36.44億元，2014年為42.69億元；2015年地鐵起步價(jià)票調(diào)為3元后，年補(bǔ)貼額為34.32億元。該文按2020年北京市規(guī)劃線網(wǎng)長1 000 km測算，市政府每年需補(bǔ)貼75.42億元。到2025年線網(wǎng)長1 360 km，預(yù)計(jì)補(bǔ)貼額將達(dá)103.78億元。這只是北京市一個(gè)城市的補(bǔ)貼額，全國33個(gè)城市的補(bǔ)貼額加起來是個(gè)巨大數(shù)字。將來還有數(shù)十個(gè)已批準(zhǔn)建設(shè)的城市開通運(yùn)營以后，虧損補(bǔ)貼額可能是個(gè)天文數(shù)字。因此，研究城市軌道交通運(yùn)營減虧，降低運(yùn)營成本，是業(yè)內(nèi)同仁面臨的緊迫任務(wù)。

1 國內(nèi)外城市軌道交通運(yùn)營概況

文獻(xiàn)[3]提到，全世界已有72個(gè)國家的490多座城市開通了城市軌道交通運(yùn)營，線網(wǎng)運(yùn)營長度達(dá)14 219.36 km，年客運(yùn)量為600.54億人次。從運(yùn)營收益分析得出結(jié)論，各國地鐵普遍虧損，大多靠政府補(bǔ)貼維持運(yùn)營。虧損額取決于系統(tǒng)客運(yùn)量大小，通常以客運(yùn)強(qiáng)度來衡量?？瓦\(yùn)強(qiáng)度越高，系統(tǒng)運(yùn)營效益越好。該文對國內(nèi)外軌道交通客運(yùn)強(qiáng)度前10位城市的排名情況統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

(a) 國外

(b) 國內(nèi)

由圖2可見，世界排名前10位城市線網(wǎng)的平均客運(yùn)強(qiáng)度為2.5～5.0萬人次/(d·km)，國內(nèi)前10名城市的客運(yùn)強(qiáng)度在2.0萬人次/(d·km)以下，國內(nèi)城市與國外存在巨大的差距。除此之外，還有18個(gè)城市的客運(yùn)強(qiáng)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(yán)重。

經(jīng)驗(yàn)說明，城市軌道交通運(yùn)營虧損狀況取決于建設(shè)成本、客運(yùn)強(qiáng)度和線路網(wǎng)長度。深圳地鐵自主創(chuàng)新研制六大裝備系統(tǒng)，每公里正線的裝備投資僅為進(jìn)口裝備的45%。在起步票價(jià)2元的情況下，靠票款收入就可涵蓋直接運(yùn)營成本，并有盈利。開羅有地鐵運(yùn)營線3條，長77.9 km，日均客運(yùn)量達(dá)400萬人次，平均客運(yùn)強(qiáng)度5.13萬人次/(d·km)，是世界之最。東京有地鐵運(yùn)營線13條，長334.1 km，日均客運(yùn)量為1 100萬人次，客運(yùn)強(qiáng)度為3.3萬人次/(d·km)。北京地鐵線網(wǎng)長617 km，日均客運(yùn)量為1 197.53萬人次，客運(yùn)強(qiáng)度為1.94萬人次/(d·km)。上海地鐵線網(wǎng)長670 km，日均客運(yùn)量1 147.73萬人次，客運(yùn)強(qiáng)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(yùn)量相近，其線網(wǎng)越長，客運(yùn)強(qiáng)度越低，運(yùn)營效益也越差。

2 城市軌道交通運(yùn)營虧損原因及減虧措施

2.1 初期列車6輛編組運(yùn)行造成嚴(yán)重浪費(fèi)

地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，城市軌道交通的運(yùn)輸能力，以初期、近期、遠(yuǎn)期預(yù)測客流量，分3階段設(shè)計(jì)。列車是運(yùn)送乘客的載體，開通運(yùn)營理應(yīng)按照近期、遠(yuǎn)期客運(yùn)量確定列車編組輛數(shù)。北京地鐵1號(hào)線、2號(hào)線、八通線、13號(hào)線，在建成后列車均采用4輛編組運(yùn)營，其優(yōu)點(diǎn)是行車間隔短，方便乘客，列車日平均滿載率達(dá)50%，運(yùn)營成本低。

但是，目前新建的城市軌道交通挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)規(guī)范，新線開通列車按遠(yuǎn)期客運(yùn)量一次上6輛編組。但因新線的客運(yùn)量較小，造成大馬拉小車式的運(yùn)營，車輛空駛率較高，浪費(fèi)大量電能和車輛修理費(fèi)，造成企業(yè)嚴(yán)重虧損。例如烏魯木齊地鐵1號(hào)線列車6A編組，日客運(yùn)量僅3.1萬人次。石家莊地鐵6A編組，2條線日客運(yùn)量為25.7萬人次。福州地鐵列車6B編組，日均客運(yùn)量16.5萬人次。而與其同為6B編組的北京地鐵1號(hào)線、10號(hào)線，每日客運(yùn)量達(dá)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(fèi)是驚人的。

以一條長30 km、每天開行400列車的線路進(jìn)行比較，采用4輛編組的列車，每天運(yùn)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(yùn)營，比4輛編組列車每天多跑24 000車km。以2016年全國平均運(yùn)營成本27.6元/車·km計(jì)算，6輛編組列車每天要多支出運(yùn)營成本66.24萬元，這是運(yùn)營企業(yè)虧損的主要原因。

過去能跑4輛、6輛編組運(yùn)營，得益于列車為3M3T編組，可實(shí)行4輛、6輛編組運(yùn)行。現(xiàn)在新造的車輛均為4M2T編組，它以2輛動(dòng)車和1輛拖車作為一個(gè)動(dòng)力單元，必須2組車連掛才能運(yùn)行，由此堵死了跑4輛編組的可能性。因無選擇的余地，各運(yùn)營單位只能跑6輛編組，運(yùn)營成本高，這是目前造成軌道交通運(yùn)營企業(yè)嚴(yán)重虧損的主要原因。

關(guān)于列車分4輛、6輛編組運(yùn)營的擴(kuò)編問題，實(shí)踐證明并無困難。北京地鐵1、2號(hào)線采用同類型車輛擴(kuò)編，拆開4輛編組列車，用同型號(hào)的車輛改為6輛編組。八通線和13號(hào)線是在4輛編組列車中間，插入一組新造的車組擴(kuò)編為6輛，最后的擴(kuò)編工作于2007年結(jié)束。

2.2 車輛制造與運(yùn)營需求脫節(jié)抬高運(yùn)營成本

21世紀(jì)初，我國地鐵進(jìn)入了VVVF(變頻變壓調(diào)速)牽引時(shí)代，B型車采用6輛3M3T編組。其優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)客運(yùn)量大小采用4輛或6輛編組運(yùn)行，方便乘客，運(yùn)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(yùn)行。我國有大小城市上百個(gè)，客運(yùn)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(yùn)量的車輛，只能選擇6輛編組的列車運(yùn)營，造成了上述種種不合理的運(yùn)營狀況，導(dǎo)致企業(yè)嚴(yán)重虧損。當(dāng)前，我國城市軌道交通迫切需要車輛多元化，提高運(yùn)營效益。

深圳地鐵采用A型車4W2T編組，列車只能6輛編組運(yùn)行。香港地鐵公司經(jīng)營的深圳地鐵4號(hào)線，籌劃分期采用A型車4輛、6輛編組運(yùn)營，但現(xiàn)有列車只能跑6輛編組。他們對A型車進(jìn)行了技術(shù)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(jī)更換既有的牽引電動(dòng)機(jī)，將A型車改造為3M3T編組，實(shí)現(xiàn)了A型車4輛、6輛編組運(yùn)行，對車輛多元化作出了積極貢獻(xiàn)。該經(jīng)驗(yàn)有助于減少全國城市軌道交通的運(yùn)營虧損情況，提高運(yùn)營效益。

2.3 盲目增加動(dòng)車數(shù)量提高運(yùn)營成本

地鐵交流車是在直流電動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上，以交流牽引電動(dòng)機(jī)取代直流電機(jī)形成的。因同體積交流電動(dòng)機(jī)的牽引力是直流電動(dòng)機(jī)的2倍以上，所以在原有列車中只需一半車輛配置動(dòng)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(dòng)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(fù)興號(hào)”動(dòng)車組，時(shí)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(dòng)力之風(fēng)，把動(dòng)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(fù)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(fèi)支出；④ 大功率列車的積熱促使隧道溫度上升，污染環(huán)境；⑤ 提高了系統(tǒng)運(yùn)營成本，加劇企業(yè)運(yùn)營虧損。

作者曾針對一條30個(gè)車站的線路，對B型4M2T和3M3T編組列車進(jìn)行牽引能耗專題研究，數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示(為壓縮篇幅，將表格的中間部分縮減，只列出合計(jì)值)。

表1 B型車AW3運(yùn)行速度95 km/h牽引數(shù)據(jù)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(huì)更高。

2.4 改革列車駕駛模式節(jié)約牽引電能

電費(fèi)支出約占軌道交通運(yùn)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(yùn)營成本的有效措施。地鐵列車有自動(dòng)駕駛和人工駕駛兩種模式。正常運(yùn)營時(shí)由ATO自動(dòng)駕駛列車運(yùn)行，司機(jī)進(jìn)行監(jiān)視。ATO駕駛列車的運(yùn)行程式為：牽引加速—巡航運(yùn)行—制動(dòng)停車。所謂巡航運(yùn)行，就是讓列車在區(qū)間以某一速度“等速運(yùn)行”，列車的牽引系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，遇下坡道制動(dòng)調(diào)速，遇上坡道牽引加速。因此，巡航模式的缺點(diǎn)是，未利用列車自身的慣性動(dòng)能，其牽引耗電量較大。

當(dāng)列車運(yùn)行在無碼區(qū)段時(shí)，須切除ATO采用人工駕駛模式。列車由司機(jī)駕駛運(yùn)行，其運(yùn)行程式為：牽引加速—惰力運(yùn)行—制動(dòng)停車。在人工駕駛模式下，列車起動(dòng)到目標(biāo)速度以后，司機(jī)控制器手柄回0，牽引系統(tǒng)斷電。列車依靠自身慣性在區(qū)間惰行，到前方車站制動(dòng)停車。因此，惰行模式比巡航模式節(jié)約牽引電能。B型3M3T列車在44‰坡道區(qū)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(jié)約牽引電能27%。目前已有運(yùn)營單位限制使用自動(dòng)駕駛模式。

作者建議有關(guān)部門升級(jí)列車駕駛軟件，常態(tài)化采用惰行模式運(yùn)行，以降低列車牽引電能消耗，減少企業(yè)運(yùn)營虧損。

2.5 改革車輛定檢標(biāo)準(zhǔn)減少車輛修理費(fèi)支出

車輛維修費(fèi)支出在軌道交通運(yùn)營成本中占有較大比重。《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》將車輛保養(yǎng)分為定期檢修和日常維修兩級(jí)。定期檢修分為大修、架修和定修三等(見表3)。規(guī)定車輛運(yùn)行120萬km(間隔時(shí)間10 a)進(jìn)行大修，運(yùn)行60萬km進(jìn)行架修。以此計(jì)算列車平均每年運(yùn)行12萬km，每月運(yùn)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(dòng)車時(shí)代形成的?，F(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入交流車時(shí)代，車輛檢修的技術(shù)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(shí)俱進(jìn)修改調(diào)整，規(guī)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(jì)算，每輛列車在全壽命期內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(guī)定車輛運(yùn)行160萬km做大修，運(yùn)行40萬km做架修。以車輛年運(yùn)行12萬km、全壽命期30 a計(jì)算，京港地鐵公司車輛的大修間隔時(shí)間為13.3 a，如圖3所示。每輛列車在全壽命期內(nèi)需做1次大修、7次架修，其余為日常維修。

由此可見，適當(dāng)延長車輛大架修周期，可減少每年應(yīng)檢修車的數(shù)量，減少檢修臺(tái)位和檢修設(shè)備的數(shù)量，以降低車輛維修成本。

現(xiàn)在全國各運(yùn)營單位仍在按照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，每年需多支出一大筆車輛修理費(fèi)。當(dāng)前迫切需要修改軌道交通車輛的檢修標(biāo)準(zhǔn)，以利降低運(yùn)營成本，減少企業(yè)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(yùn)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(fù)合軌三軌供電兩種。通過工程實(shí)例比較，架空線和鋼鋁復(fù)合三軌系統(tǒng)變電所的數(shù)量相同。與架空線供電相比，鋼鋁復(fù)合接觸軌具有重量輕、壽命長、電阻率低、牽引網(wǎng)損耗小、供電距離較長、工程造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。

架空接觸網(wǎng)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不方便、運(yùn)營成本高，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，滑觸線的使用壽命為15 a(進(jìn)口品為20 a)。架空線供電系統(tǒng)每隔15～20 a需更換一茬滑觸導(dǎo)線，企業(yè)須一次次地進(jìn)行再投資。另外，架空線系統(tǒng)須設(shè)接觸網(wǎng)維修工區(qū)。按電氣化鐵路標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)接觸網(wǎng)維修工區(qū)承擔(dān)10 km正線的維修任務(wù)，每個(gè)工區(qū)的定員為25人，并應(yīng)配備接觸網(wǎng)檢查車、軌道平臺(tái)車以及檢測儀器等設(shè)備。以長20 km的軌道交通線路為例，在正線和車輛段需設(shè)3個(gè)維修工區(qū)，管理人員近100人，每年需支出大筆接觸網(wǎng)維修費(fèi)。

如果采用鋼鋁復(fù)合三軌供電，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維修工作量少，使用壽命長，不設(shè)專職維修人員。北京地鐵的第三軌已使用了50 a?？疾烊藛T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(fù)合三軌供電，有利于降低運(yùn)營成本。

2.7 車站建筑規(guī)模影響系統(tǒng)運(yùn)營成本

地鐵車站位于地下，依靠通風(fēng)、照明、空調(diào)、電扶梯等設(shè)備維持工作和生活環(huán)境。地鐵車站的運(yùn)營成本主要是電費(fèi)、機(jī)械設(shè)備維修費(fèi)和人員薪酬，同時(shí)也與車站的形式有關(guān)。側(cè)式車站有2個(gè)站臺(tái)，設(shè)2套電梯和自動(dòng)扶梯，其運(yùn)營成本高。據(jù)香港地鐵的經(jīng)驗(yàn)，1個(gè)側(cè)式車站比島式車站，每年要多花200多萬元運(yùn)營費(fèi)。

另外，車站建筑規(guī)模也是影響車站運(yùn)營成本的因素。地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，島式車站最小站臺(tái)寬度為8 m，側(cè)式車站站臺(tái)寬度為3.5 m?，F(xiàn)在一些新建車站為追求大氣，站臺(tái)寬度有的寬達(dá)14～15 m。車站建筑空間越大，通風(fēng)、空調(diào)、照明等用電量越大，車站的運(yùn)營成本也就越高。

3 結(jié)語

我國現(xiàn)有33個(gè)城市建成了軌道交通，大多處于虧損運(yùn)營。究其原因，與城市軌道交通建設(shè)成本有直接關(guān)系。深圳地鐵不用高價(jià)進(jìn)口裝備，自主創(chuàng)新制造了六大裝備系統(tǒng)，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(dá)2.71億元/km。根據(jù)國家規(guī)定，地鐵的裝備設(shè)備每年應(yīng)提取折舊費(fèi)。工程建設(shè)成本低，提取的折舊費(fèi)少，系統(tǒng)運(yùn)營成本就低。建設(shè)成本越高，提取的折舊費(fèi)越多，系統(tǒng)運(yùn)營成本就越高。2016年全國地鐵每車公里運(yùn)營成本為27.6元，深圳地鐵僅為17.73元。

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