高速鐵路牽引供電設(shè)備全壽命周期管理的思考分析

中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 萬(wàn)國(guó)強(qiáng) 楊盼奎 史小利

新時(shí)期下，高鐵牽引供電裝置運(yùn)行、維護(hù)、管理實(shí)踐中均存在很多問題，如變壓器實(shí)際利用率較低、部分老化風(fēng)險(xiǎn)加大的使用壽命較短、維修費(fèi)用長(zhǎng)期居高不下等，迫切需構(gòu)建出一種長(zhǎng)效運(yùn)維管理模式處理以上狀況，在管理實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。在具體管理實(shí)踐中，應(yīng)用LCC 理論的重點(diǎn)是客觀、準(zhǔn)確、科學(xué)的估計(jì)出其全壽命周期，并依照周期費(fèi)用組建出相應(yīng)模型?；诔杀痉纸饨Y(jié)構(gòu)建設(shè)HSRT-LCC 的預(yù)估模型，排解掉投資的時(shí)間價(jià)值，可將其叫做靜態(tài)成本模型（圖1）[1]。

圖1 牽引供電設(shè)備LCC 模型

如考慮通貨膨脹因素則可把成本轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài)成本，實(shí)質(zhì)上是基于等值計(jì)算的執(zhí)行原理轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀九c收益相關(guān)的類型。經(jīng)濟(jì)性分析階段要有科學(xué)理論做支撐，這樣不同設(shè)備間才具備可類比性，可見在成本測(cè)評(píng)過程中動(dòng)態(tài)成本有較高的實(shí)用性。高鐵牽引供電系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)周期漫長(zhǎng)、損耗大的過程，依照全壽命工程造價(jià)管理理論可將其細(xì)化成如下階段：預(yù)可行性研究-可行性研究-初步設(shè)計(jì)-施工圖設(shè)計(jì)-審批-招投標(biāo)報(bào)價(jià)-施工-竣工驗(yàn)收-運(yùn)營(yíng)維護(hù)-服役性狀態(tài)評(píng)估-報(bào)廢/更新[2]。

1 全生命周期成本理論概述

壽命周期費(fèi)用也被稱作是壽命周期成本，具體是指在設(shè)備生命周期內(nèi)，為其在概念設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理、服役后期管理期間所支付費(fèi)用的總和，具體包含招投標(biāo)采購(gòu)費(fèi)用、設(shè)計(jì)建造費(fèi)用、科學(xué)研究費(fèi)用、施工安裝費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用等。

2 鐵路重要線路產(chǎn)品全壽命周期管理思想

鐵路重要線路產(chǎn)品是確保鐵路安全運(yùn)輸生產(chǎn)的重要物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，鐵路重要線路產(chǎn)品全生命周期管理以壽命周期管理理念作為基礎(chǔ)力量，會(huì)在理念的支持影響下來對(duì)鐵路重要線路產(chǎn)品實(shí)施包含建設(shè)、采購(gòu)、管理、維護(hù)、質(zhì)量跟蹤等全過程的信息管理。當(dāng)前，對(duì)鐵路運(yùn)行過程中重要線路產(chǎn)品的管理表現(xiàn)在以下六個(gè)方面。

第一，鐵路產(chǎn)品的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)資質(zhì)、物資準(zhǔn)入管理由行業(yè)主管部門管理。

第二，按照線路資產(chǎn)設(shè)計(jì)性能要求來對(duì)產(chǎn)品的選用進(jìn)行嚴(yán)格管理。

第三，產(chǎn)品招標(biāo)采購(gòu)信息和運(yùn)輸管理信息屬于采購(gòu)階段的獨(dú)立管理。

第四，按照采購(gòu)信息要求和產(chǎn)品性能指標(biāo)來組織一系列的生產(chǎn)，這些內(nèi)容由生產(chǎn)單位獨(dú)自管理。

第五，檢修鐵路線路施工過程中的重要路段，對(duì)重要路段的施工建設(shè)內(nèi)容安排專業(yè)的管理部門獨(dú)立管理。

第六，將產(chǎn)品的報(bào)廢信息作為固定資產(chǎn)予以獨(dú)立管理。鐵路重要線路產(chǎn)品的全生命周期管理體系會(huì)通過打造線路產(chǎn)品信息平臺(tái)來對(duì)鐵路運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行全面的分析，在這個(gè)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的一次性錄入管理，通過管理目標(biāo)、管理方法、管理手段的融合來打造出符合鐵路發(fā)展實(shí)際情況的統(tǒng)一化管理平臺(tái)。

3 分析HSRT-LCC 的影響因素

設(shè)計(jì)方案與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段。既往編制設(shè)計(jì)方案時(shí)只顧及單項(xiàng)工程投資，沒有顧慮有關(guān)工程或方案實(shí)施階段引起的成本額度增多問題；選擇設(shè)備具體型號(hào)環(huán)節(jié)中未能客觀測(cè)評(píng)其后續(xù)幾年中性能發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求，冗余設(shè)計(jì)過程中耗用較多時(shí)間成本；主觀上沒有確立全壽命周期理論應(yīng)用的概念，片面關(guān)注即時(shí)的工程造價(jià)，全過程全壽命周期考慮不全面。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)段。這一階段直接影響設(shè)備全壽命周期成本高低，對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)維、能耗及備件耗損模式起到?jīng)Q定性作用，雖然該段成本投入量在產(chǎn)品總成本占比不足7%，但對(duì)設(shè)備成本的影響度在70%以上。在供電設(shè)備全生命周期成本組成內(nèi)制造成本大概占30%～35%，運(yùn)維費(fèi)用占比高于50%。站在這個(gè)角度分析，供電設(shè)備的設(shè)計(jì)機(jī)制對(duì)其LCC 會(huì)形成很大影響，一旦機(jī)制不科學(xué)將會(huì)滋生出后續(xù)很多操作與維護(hù)繁瑣等問題[3]。

招投標(biāo)形式。結(jié)合當(dāng)下既有的招投標(biāo)樣式，傳統(tǒng)價(jià)格為慣用的測(cè)評(píng)指標(biāo)之一，過度重視當(dāng)前成本投入情況，而對(duì)后期運(yùn)維成本持有“置之不理”的態(tài)度，最后造成的結(jié)果是設(shè)備成本投入形成“冰山效應(yīng)”，因服務(wù)到位與質(zhì)量缺陷導(dǎo)致后續(xù)運(yùn)維成本攀增。

運(yùn)維制度。牽引供電設(shè)備為高鐵行業(yè)內(nèi)的重要工作之一，提升設(shè)備的實(shí)際服役水平是提升其運(yùn)行有效性、可靠性的重要舉措。對(duì)于類型相同的設(shè)備設(shè)施，利用不同的維修方法最后的LCC 將會(huì)出現(xiàn)顯著差異，尤其是鐵路系統(tǒng)配置數(shù)量龐大、類型繁多的供電設(shè)備在LCC 中運(yùn)維費(fèi)用占比較高。實(shí)際中為能創(chuàng)造出優(yōu)異的維修成果、減少費(fèi)用支出，真正達(dá)到提質(zhì)增效，應(yīng)加大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析與對(duì)比，并合理應(yīng)用智能化巡檢等科技，更加深度的分析經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)比不同維修規(guī)程體制的實(shí)施費(fèi)用等，擇優(yōu)使用。

4 高速鐵路牽引供電設(shè)備壽命周期費(fèi)用模型構(gòu)建

4.1 前期階段

高速鐵路牽引供電設(shè)備前期階段的內(nèi)容包含可行性研究，即對(duì)鐵路項(xiàng)目前期建設(shè)內(nèi)容的全方位分析，在這個(gè)期間要重點(diǎn)關(guān)注各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的內(nèi)容來完成工程項(xiàng)目的建設(shè)估算。在項(xiàng)目技術(shù)方案的制定中要始終堅(jiān)持以全生命周期成本計(jì)算作為指導(dǎo)。在滿足鐵路運(yùn)輸實(shí)際需求的基礎(chǔ)上兼顧鐵路運(yùn)行實(shí)際需要來對(duì)鐵路建設(shè)實(shí)施管理，具體內(nèi)容如電方式選擇、變壓器容量選擇、變電所戶內(nèi)外布置方式、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)和支柱選型等，應(yīng)進(jìn)行全壽命周期分析。

4.2 實(shí)施階段

施工招標(biāo)中的工程造價(jià)管理應(yīng)以上級(jí)主管部門或業(yè)主批復(fù)的預(yù)算、施工圖紙、施工圖說明為基礎(chǔ)，合理確定工程合同額。在招標(biāo)過程中，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)不僅需要考慮施工組織方案及措施，還應(yīng)考量包括運(yùn)營(yíng)維護(hù)在內(nèi)的整個(gè)壽命周期計(jì)劃，選擇具有較高綜合效益的技術(shù)方案，應(yīng)徹底改變以合同最低價(jià)中標(biāo)的方式，采取較為合理的全壽命周期成本最低評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。施工階段的工程投資控制是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目造價(jià)控制目標(biāo)的過程。在施工階段，應(yīng)編制資金計(jì)劃，確立工程造價(jià)的目標(biāo)值，為工程投資的控制提供強(qiáng)有力的依據(jù)，并比較項(xiàng)目實(shí)施過程中的實(shí)際支出情況，發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)糾正。

4.3 竣工驗(yàn)收及決算階段

竣工驗(yàn)收階段的關(guān)鍵是加強(qiáng)工程竣工審計(jì)工作，避免發(fā)生重復(fù)項(xiàng)目計(jì)價(jià)、定額高、標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)高等亂象，導(dǎo)致工程投資不合理的增加。項(xiàng)目施工階段結(jié)束后進(jìn)入運(yùn)營(yíng)和維修階段，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注最終工程造價(jià)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者培訓(xùn)等工作，確保項(xiàng)目順利投產(chǎn)和運(yùn)行。

5 建議

5.1 主動(dòng)扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)價(jià)值理念

加大LCC 理論灌輸力度，將全壽命周期理論核算成本價(jià)值設(shè)定為始發(fā)點(diǎn)，由既往僅關(guān)注當(dāng)前轉(zhuǎn)變成重視全壽命周期過程。重視對(duì)牽引變壓器健康狀態(tài)的評(píng)估。對(duì)于牽引變壓器T1，其安裝的傳感器agent 分別檢測(cè)其油內(nèi)溶解氣體I1、吸收比I2、介質(zhì)損耗因素I3、局部放電I4、微含水量I5與頂層油溫升I6，參照現(xiàn)有規(guī)程、試驗(yàn)準(zhǔn)則等，可設(shè)定以上六個(gè)指標(biāo)的臨界值，按照模糊分布形式對(duì)它們進(jìn)行分類，除了I2是效益型外其他五項(xiàng)指標(biāo)均是成本型，I1～I(xiàn)6的臨界值分別是＜150μL/L、≥1.3、≤0.8%、＜500pC、≤25㎎/L、＜60K。

在某時(shí)刻牽引變壓器T1之上各類型傳感器agent 收集到的指標(biāo)值是zi={130,1.8,0.65%，190,10,23}， 其中zi對(duì)應(yīng)的指標(biāo)Ii的取值，i=1,2,…,6。對(duì)因素集{I1、I2、I3、I4、I5、I6}建設(shè)出對(duì)比較矩陣，矩陣內(nèi)各個(gè)元素的取值均是參照以上六個(gè)指標(biāo)重要程度兩兩對(duì)比的結(jié)果，按照以上取值大小[4]：

能夠算出其最大特征值λmax=6.2206，所以CI=(6.2206-6)/(6-1)=0.0441，結(jié)合公司進(jìn)行一致化校驗(yàn)CR=0.0441/1.24=0.0356＜0.1，符合實(shí)際要求。算出λmax相對(duì)應(yīng)的特征向量，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理后獲得初始相對(duì)權(quán)重向量wI=(0.2137,0.1846,0.129,0.0737,0.0509,0.3481)。

利用函數(shù)分別求算I1～I(xiàn)6的對(duì)應(yīng)值，測(cè)算出其隸屬于5個(gè)健康等級(jí)的隸屬度，并構(gòu)建指標(biāo)評(píng)估矩陣。計(jì)算出指標(biāo)層綜合權(quán)重向量βIT1=(0.2403，0.1291，0.1031，0.0850，0.0509，0.3915)， 變壓器免疫agent 輸出的狀態(tài)序列向量KIT1=(1，0，1，0，0，0)，γIT1=1×0.2403+1×0.1031=0.3434，最后測(cè)得變壓器T1的健康值HIT1=1-0.3434=0.6566。結(jié)合以上數(shù)值可初步判斷本牽引變壓器當(dāng)下處于中度病態(tài)的狀態(tài)中，其服役性能衰退相對(duì)較嚴(yán)重，且其內(nèi)部可能出現(xiàn)劣化情況而引起了功能性故障，故應(yīng)盡早編制維修策略一防控發(fā)生故障失效情況。

5.2 創(chuàng)新管理理念與方法

和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)鐵路行業(yè)中LCC的應(yīng)用正處于萌芽階段，應(yīng)加大對(duì)供應(yīng)商、建造者和企業(yè)的宣傳推廣力度，督導(dǎo)各個(gè)運(yùn)營(yíng)部門均能形成LCC 相關(guān)管理思維，更好的落實(shí)相關(guān)理念與方法，進(jìn)一步提升LCC 管理效率。

加快組織結(jié)構(gòu)構(gòu)建進(jìn)程?？山ㄔO(shè)HSRT-LCC管理機(jī)構(gòu)，確保建成后的供電系統(tǒng)全壽命周期管理體系運(yùn)行高效并和中國(guó)鐵路行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀相吻合，在科學(xué)理論的正確引導(dǎo)下，保證設(shè)備設(shè)計(jì)、采購(gòu)、運(yùn)維管理等過程更加經(jīng)濟(jì)合理。

有針對(duì)性的完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。HSRT-LCC 內(nèi)供電設(shè)備后期運(yùn)維管理成本占比相對(duì)較高，甚至在LCC 中占比高于50%，在這樣的情境下應(yīng)盡早探究高鐵牽引供電系統(tǒng)的新型運(yùn)維模式。采用基于可靠性理念形成的長(zhǎng)效維護(hù)機(jī)制，能夠顯著減少運(yùn)維時(shí)期的成本。并能在各個(gè)過程中建設(shè)出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過認(rèn)真研讀各筆費(fèi)用支出情況，掌握設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用的第一手材料，并提供更加科學(xué)、合理的計(jì)算憑據(jù)與測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

搭建設(shè)備信息管理系統(tǒng)。因牽引供電設(shè)備的全壽命周期管理牽扯到復(fù)雜的計(jì)算模型，并不是數(shù)字簡(jiǎn)單的加減過程，同個(gè)設(shè)備運(yùn)行階段出現(xiàn)的故障形式是多樣的，很大程度上會(huì)增加運(yùn)維成本計(jì)算的復(fù)雜度，應(yīng)盡早創(chuàng)建出合理度較高的運(yùn)維信息管理測(cè)評(píng)體系，該系統(tǒng)最大的功能是影響大數(shù)據(jù)技術(shù)分析、管理與統(tǒng)計(jì)設(shè)備的原始數(shù)據(jù)，明顯減少設(shè)備成本核算的工作量與人工費(fèi)用。新時(shí)期下，伴隨供電設(shè)備管理精益化程度的增加，對(duì)設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)的分析需求也增加，信息化將是未來管理牽引供電設(shè)備的主要趨勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

高鐵牽引供電設(shè)備的全壽命周期管理是一項(xiàng)系統(tǒng)性強(qiáng)、復(fù)雜度高的工作，但是無可非議的是其具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。在全壽命周期管理理念與方法的協(xié)助下對(duì)牽引供電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，確定管理目標(biāo)后，評(píng)估供電系統(tǒng)的健康狀態(tài)，通過實(shí)施主動(dòng)維護(hù)方法，確保系統(tǒng)能在全壽命服役周期中維持良好的健康狀態(tài)，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。