城市軌道交通電客車維修策略研究
——以北京為例

宋智翔

（1.北京市基礎設施投資有限公司，北京 100101；2.北京協(xié)同創(chuàng)新軌道交通研究院有限公司，北京 100101）

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[1]，截至2022 年12 月31 日，中國內(nèi)地累計有55 個城市投運城軌交通線路10 291.95 km。與此同時，隨著北京軌道交通16 號線南段和昌平線南延的開通試運營，北京軌道交通線網(wǎng)規(guī)模已突破800 km，每日開行列車1 萬余次，日走行214 萬余km，全網(wǎng)配屬軌道交通車輛數(shù)達7 000 余輛(不含市郊鐵路)，北京軌道交通的網(wǎng)絡化運營正在逐步深化，運維成本逐步凸顯。

運營車輛作為城市軌道交通的核心裝備，其采購及運維成本約占總運維成本的40%。車輛的運營狀態(tài)直接關(guān)系到行車安全，因此在安全和效益之間做好平衡非常重要。當前，北京軌道交通電客車維修仍以計劃修和故障修為主，但存在過度修風險。在一定歷史時期和條件下，按照電客車運營年限和里程規(guī)劃車輛大架修，每條線路分設架修中心的模式是基于經(jīng)驗總結(jié)得到的運維管理體系，對北京軌道交通安全運營提供了支撐和保障。然而，隨著北京軌道交通各既有線配屬車輛運營時間的增長，電客車逐步進入大修周期，所面臨的大架修壓力逐步增大，與有限的車輛基地資源間的矛盾愈發(fā)突出，對應電客車的運維成本也給北京軌道交通的可持續(xù)發(fā)展帶來了較大壓力，政府對軌道交通運營成本的控制為城軌車輛的運維策略提出了更高的要求。

在北京軌道交通的超大規(guī)模線網(wǎng)和智能運維技術(shù)發(fā)展的背景下，如何借助相關(guān)智慧化手段，統(tǒng)籌全網(wǎng)維修資源，優(yōu)化電客車維修策劃，在降低建設、運營成本的基礎上，同時保障城市軌道交通的運營安全，是當前的重要課題。阮巍等[2-3]將兼顧保證安全和降低投資及運維成本作為車輛大架修基地建設規(guī)劃時的首要任務，針對大架修基地提出了加強資源共享、建立智能運維體系等建議。王曉軍等[4]結(jié)合具體線路案例和車輛運維的痛點，提出北京市地鐵運營有限公司所轄線路的車輛基地整合方案。錢緣君[5]、于濤[6]分別討論了上海地鐵、杭州地鐵的車輛大架修基地布置方案。武舒然[7]、胡佳琦[8]分別分析了車輛智能運維信息系統(tǒng)的應用和效果。然而上述研究對電客車運維的痛點問題分析不夠全面，解決方案還不夠系統(tǒng)。本文對北京軌道交通電客車運維現(xiàn)狀和痛點進行深入分析和探討，結(jié)合行業(yè)新技術(shù)發(fā)展趨勢，從修程修制、資源共享和委托方式3 個維度提出城市軌道交通電客車運維的優(yōu)化建議。

1 北京軌道交通電客車運維現(xiàn)狀

1.1 城軌車輛檢修以計劃修為主

交通運輸部于2019 年出臺的《城市軌道交通設施設備運行維護管理辦法》[9]，明確指出電客車檢修應符合“架修間隔不超過5 年或80 萬車公里，大修間隔不超過10 年或160 萬車公里”。

現(xiàn)行《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2013)[10]給出了新建地鐵工程的電客車檢修修程和檢修周期的相關(guān)規(guī)定，如表1 所示。通常情況，車輛檢修修程由車輛供應商根據(jù)車輛技術(shù)要求推薦，有經(jīng)驗的運營商可根據(jù)自身運營、線路特點進行適當?shù)恼{(diào)整。

表1 地鐵電客車檢修修程和檢修周期Table 1 Maintenance schedule of metro train

北京市規(guī)劃委員會發(fā)布的《城市軌道交通工程設計規(guī)范》(DB11/995—2013)[11]考慮到橡膠件和輪對壽命因素，提出車輛檢修修程和檢修周期可按廠修、架修、月檢和列檢4 個等級檢修模式進行設計，如表2所示。

表2 北京軌道交通電客車檢修修程和檢修周期Table 2 Maintenance schedule of metro train of Beijing

京港地鐵借鑒港鐵(Mass Transit Railway，MTR)經(jīng)驗，將電客車的預防性維修分為一、二、三線維修[12]，電客車一線維修分為：A 檢(半月檢)、B 檢(半季度檢)、年檢，二、三線的預防性維修的修程分為：C 檢架修及半壽命修，具體檢修周期如表3 所示。

表3 京港地鐵電客車檢修修程和檢修周期Table 3 Maintenance schedule of metro train of Beijing MTR

綜上，標準規(guī)范中對檢修修程和檢修周期做了框架性規(guī)定，出于運營安全的考慮，各運營主體對修程修制的優(yōu)化很謹慎，電客車運維仍以計劃修和故障修為主，檢修周期與具體線路及運營情況無關(guān)聯(lián)，存在過度修的風險，也在一定程度上加劇了大修基地的檢修壓力。如，2021 年北京軌道交通10 號線、房山線、燕房線的單輛車平均年走行里程相近，但10 號線的最大斷面滿載率約為房山線的1.3 倍，燕房線的3.1 倍，不同客流量狀態(tài)下車輛各部件的損耗亦不同，如按照車公里數(shù)規(guī)劃修程，無法體現(xiàn)不同線路間的差異，容易造成欠修或過度修。

1.2 檢修資源共享需進一步加強

城市軌道交通在建設初期由于受到城市布局、建設理念、前期規(guī)劃、地理條件、設計規(guī)范等諸多因素限制，車輛段建設首先以滿足本線車輛檢修為目的，而不是以資源共享為目標[4]。北京軌道交通在每條線路都設置至少一個車輛段，各車輛段均設有架修設備，且大多數(shù)線路未以資源共享和互聯(lián)互通為基礎進行建設。隨著城市軌道交通規(guī)模的不斷增大，北京軌道交通傳統(tǒng)的“點多面廣”的維修基地布局和模式逐步顯現(xiàn)出建設冗余、資源限制、與修程匹配性差等問題[2]。例如，部分線路的部件架修設備負荷率較低。據(jù)測算[2]，北京軌道交通某線大架修輪對踏面鏇修作業(yè)的單設備全年負荷率不高于10%，設備大部分時間處于空閑狀態(tài)，既不利于培養(yǎng)專業(yè)生產(chǎn)工人，又會造成設備投資浪費。

1.3 維保成本控制難度較大

北京軌道交通的電客車大修由運營單位根據(jù)整體情況提出大修計劃后實施。車輛大修費用部分由各運營單位直接委托大修廠管理單位實施，以北京軌道交通某線為例，電客車大修業(yè)務中，車輛解體、組裝，門板、車體、轉(zhuǎn)向架維修由大修廠自主完成，其余部件均為返廠維修。各部件(除車體、轉(zhuǎn)向架外)的大修成本占比如表4 所示。由表4 可知，牽引、制動系統(tǒng)的大修成本最為顯著，這兩大系統(tǒng)尚不具備自主維修能力，較難控制成本。

表4 地鐵電客車大修成本Table 4 Cost analysis of metro vehicle overhaul

由于電客車大修的委托方式缺乏充分市場競爭，且外包率較高，約占77%，北京軌道交通車輛大修成本較其他城市更高，部分城市電客車大修費用統(tǒng)計如表5 所示。

表5 部分城市電客車大修招標信息統(tǒng)計Table 5 Bidding Information of Metro Overhaul in Recent Years

2 行業(yè)發(fā)展趨勢與技術(shù)支撐

2.1 智能運維系統(tǒng)行業(yè)示范效果良好

中國城市軌道交通協(xié)會2020 年3 月發(fā)布的《智慧城軌發(fā)展綱要》[13]中將“研究車輛智能運維系統(tǒng)，提高列車日常檢修效率，提升上線列車整體可靠性，促進修程修制變革，降低列車運維成本”作為智能技術(shù)裝備體系的建設重點之一。隨著《智慧城軌發(fā)展綱要》的落地實施和逐步深化，智能運維系統(tǒng)為電客車運營維護提供了基礎數(shù)據(jù)支撐。

《智慧城軌發(fā)展綱要》發(fā)布以來，各地積極利用已投入應用的車輛智能運維設備，探索修程修制的優(yōu)化。如上海地鐵車輛智能運維系統(tǒng)在17 號線的全面應用結(jié)果顯示，軌旁車輛綜合檢測子系統(tǒng)覆蓋了原人工70%以上的檢查作業(yè)和100%的輪對尺寸測量作業(yè)內(nèi)容，列車檢修周期已由日檢調(diào)整為8 日檢，人車比由0.6降至0.33。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計預測，列車可靠性可提高15%，運維效率可提高25%，運維成本可降低25%，年度節(jié)約成本可達1 000 萬元[8]。

北京軌道交通的運營商也在積極探索車輛修程和壽命的優(yōu)化。如北京地鐵運營有限公司在“十三五”規(guī)劃中，提到在有條件的線路試行“結(jié)合壽命預測及大數(shù)據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化檢修周期和重點內(nèi)容”。北京京港地鐵建設完成維修管理信息系統(tǒng)(maintenance management information system，MMIS)，用糾正性維修替代原有的故障修，用預防性維修替代原有的計劃修。北京軌道運營公司通過信息化系統(tǒng)統(tǒng)籌車輛全壽命周期策略，實現(xiàn)檢修修程電子化，并基于信息化系統(tǒng)探索檢修周期的優(yōu)化建議。

2.2 檢修資源共享和自主維修逐步探索

資源共享方面，為充分利用全網(wǎng)范圍內(nèi)的車輛段設施設備，各地開始探索網(wǎng)絡化運營狀態(tài)下車輛檢修資源的最佳配置。北京地鐵運營公司在對架修需求統(tǒng)計分析的基礎上，形成了初步的全網(wǎng)架修資源整合方案，并積極提升自主維修能力，將受流器、電子板卡、門控器等部件逐步納入自主維修范疇內(nèi)，進一步降本增效。上海、廣州、南京地鐵[5,14-15]設置了線網(wǎng)輪軸大修中心，開始嘗試易運輸部件集中專業(yè)化維修，具體維修中心的設置如表6 所示。

表6 各地區(qū)部件集中維修中心設置情況統(tǒng)計Table 6 Setting of Centralized Maintenance Centers

武漢地鐵從2012 年起開始探索自主化維修標準和流程，推進架修、大修等不同修程的自主維修，部件自主檢修率達80%。在降本增效成為行業(yè)共識的背景下，自主維修成為越來越多各運營公司的選擇。

2.3 維保商業(yè)模式不斷創(chuàng)新

在電客車大修的委托方式上，由于車輛供應商掌握車輛技術(shù)資料，對電客車大修的實施具有天然優(yōu)勢，因此多數(shù)運營公司聯(lián)合整車廠對城軌電客車進行委外大修，如上海地鐵依托與整車廠成立的合資公司完成電客車大修。

近年來，各地運營公司開始探索在軌道交通領域內(nèi)，對車輛采購與其運維服務進行打包共同招標。如2019 年，廣州地鐵將3 條線路的車輛及其17 年的維保服務一同打包招標。蘇州地鐵、云南保山線等也探索了類似的打包招標模式，具體情況如表7 所示。

表7 城軌車輛和維保打包招標情況統(tǒng)計Table 7 Statistics of urban rail vehicle-maintenance package bidding in China

綜上，部件集中維修在全國部分城市已經(jīng)成功應用和實踐，且運營公司傾向于通過加強部件級自修能力降低成本、縮短維修周期；上海地鐵的車輛智能運維系統(tǒng)已初見成效，在利用既有技術(shù)手段優(yōu)化修程修制方面進行了探索，不過目前僅限于對檢修項目周期的調(diào)整；城軌行業(yè)開始探索將車輛及其維保服務打包招標，依托車輛供應商的技術(shù)資源降低運維成本。

3 城軌電客車運維策略建議

3.1 基于智能運維的全壽命修程修制

結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢和行業(yè)經(jīng)驗，從“以預防為主”向“以可靠性為中心”轉(zhuǎn)變，推動維修策略從單純的定時維修向定時維修、視情維修和狀態(tài)監(jiān)測3 種方式相結(jié)合的方式轉(zhuǎn)變。在北京地方標準的修程框架下，以優(yōu)化全生命周期運維成本為目標，運用多樣化手段(如維修輔助系統(tǒng)、車載狀態(tài)監(jiān)測、運營經(jīng)驗)獲得更多維度車輛狀態(tài)信息，結(jié)合多元數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各線路車輛運維周期的動態(tài)調(diào)整。

實施路徑上，一是面向新建線路，在梳理車輛運行關(guān)鍵信息在線監(jiān)測項點和全壽命周期經(jīng)濟效益的基礎上，在車輛采購中增加車輛關(guān)鍵系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測設備(如走行部監(jiān)測設備、受電弓檢測系統(tǒng)等)，實現(xiàn)車輛狀態(tài)在線監(jiān)測，并結(jié)合地面的車輛預測與狀態(tài)管理系統(tǒng)(prognostics and health management，PHM)和運營數(shù)據(jù)積累，逐步實現(xiàn)基于RAMS 的車輛子系統(tǒng)“狀態(tài)修”。二是面向既有線路，結(jié)合線路客流特點和RAMS模型，關(guān)鍵子部件的備維修履歷、可靠性水平、老化故障規(guī)律，探索在確保安全運營條件下的車輛壽命延長，減少部件剩余價值浪費。

例如，北京軌道交通1 號線、2 號線等線路的部分列車加裝了走行部監(jiān)測系統(tǒng)，多條線路配置了軌旁檢測系統(tǒng)、弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)、能耗計量檢測設備等。北京地鐵運營公司曾組織多次專家評審會，對1 號線超期服役的DK2型地鐵電動客車(1969年生產(chǎn))充分論證后，適當延長了車輛使用壽命。隨著車輛關(guān)鍵子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和壽命預測模型的不斷完善，可以通過大數(shù)據(jù)分析及人工智能學習，建立基于全壽命周期管理的車輛智能運維平臺，基于線網(wǎng)中每列車的運營數(shù)據(jù)及檢修監(jiān)測數(shù)據(jù)，從全生命維護周期成本角度統(tǒng)籌規(guī)劃檢修修程，探索大數(shù)據(jù)對維修維護工作的指導作用。針對不同檢修規(guī)程，通過智能運維手段建立可實現(xiàn)的目標，如表8 所示。

表8 不同修程中的智能運維策略和目標Table 8 Strategy of intelligent operation and maintenance under different repair procedures for metro vehicles

參照上海地鐵的應用效果，基于車輛狀態(tài)監(jiān)測的視情維修可顯著提高新建線路列車的可靠性和運維效率，降低線路車輛運維成本和人力成本，避免不同運行狀態(tài)下的欠修或過度修。尤其是結(jié)合車輛延壽后，可有效減少車輛剩余價值浪費，節(jié)省新車采購費用。

3.2 基于檢修資源共享的部件集中維修

資源共享方面，為避免出現(xiàn)線路的部件檢修設備負荷率較低的問題，建議推廣易運輸件的集中專業(yè)化維修，在對既有車輛維修外協(xié)件統(tǒng)計的基礎上，在現(xiàn)有或在建/新建車輛基地設立集中專業(yè)化維修中心。鼓勵車輛基地維修能力差異化、特色化發(fā)展，提升部件自修能力，通過資源共享和集中維修提升維修效率及資源利用率。采用基于檢修資源共享的部件集中維修后，有利于減少檢修設備重復投資，提升設備利用率，關(guān)鍵車載部件實現(xiàn)自修以降低大架修成本，減小車輛基地用地面積；與此同時，設備使用率提升后，不僅可提高維修效率，還可培養(yǎng)專業(yè)維修人才，提升管理水平。

考慮到北京軌道交通多運營主體的特點，不同運營主體間電客車維修策略不統(tǒng)一，掌握的維修資源也并不均衡，初期各運營商可結(jié)合企業(yè)所轄線路資源和需求，分別規(guī)劃建設或改造集中部件維修中心，并結(jié)合車輛制式，通過市級主管部門協(xié)調(diào)溝通，統(tǒng)籌規(guī)劃避免重復建設。在此基礎上，通過經(jīng)濟手段實現(xiàn)企業(yè)間維修中心的資源共享，搭建北京軌道交通線網(wǎng)級部件集中維修平臺，進一步實現(xiàn)線網(wǎng)級別的網(wǎng)絡化資源共享。

具體到不同部件的維修，可根據(jù)其自身特點采用不同的維修資源共享策略，選取部分部件類型建立路網(wǎng)級集中專業(yè)化維修中心。對結(jié)構(gòu)復雜、不易運輸?shù)牟考?，如車體、轉(zhuǎn)向架，宜在大修、架修庫中就近維修。結(jié)構(gòu)差異小、可共用工裝、方便運輸?shù)牟考?，如輪對、車鉤、電子板卡(乘客信息系統(tǒng)、門控器)等更適合建立專業(yè)維修中心，實現(xiàn)線網(wǎng)統(tǒng)一維修。結(jié)構(gòu)差異小、可共用工裝卻運輸不便的部件，如受電弓等，宜采用多點集中維修。檢修設備成本低的小部件(減振器)，宜采用各車輛段分散維修或多點集中維修。

3.3 基于購買整車維保服務的檢修能力整合

將車輛采購及其維保服務一起打包招標，有利于增加維保服務的市場化競爭機制，促進維保費用合理化。在合同框架下，運營方可充分利用整車廠的技術(shù)資源優(yōu)勢，減輕運營方的電客車維保壓力，控制全生命周期維護成本。此外，有利于促進整車廠在車輛設計中考慮后期維保成本，提升車輛可靠性，降低全生命周期費用，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)向“產(chǎn)品+服務”方向發(fā)展，從而更快實現(xiàn)軌道車輛“狀態(tài)修”。

考慮到打包招標的方式會對城軌車輛既有商業(yè)模式和維修業(yè)務產(chǎn)生較大的沖擊，為增強策略的可實施性，建議從應用較少的車輛制式(如市域車輛、有軌電車等)的新建線開始試點車輛及其維保服務(大于15 年)打包招標，即在招標時一同確定車輛大修委托方，場地可依托大修基地或整車廠自行尋找。日常維修項目可采用總價包干制，大架修項目采用單價包干制。實施一定周期后，整車廠可以基于智能運維數(shù)據(jù)提出修程優(yōu)化建議，經(jīng)運營公司審核同意后試行修改。待該模式試驗成熟后，逐步隨著車輛增購之機到來在全網(wǎng)推廣。

從長遠角度考慮，在“產(chǎn)品+服務”打包招標模式發(fā)展成熟的基礎上，可進一步借鑒航空行業(yè)經(jīng)驗，運營公司方可改“購”為“租”，直接租用城軌車輛的有效服務時間，并將服務一同打包，具體包括整車廠派人指導維修、提供車輛大修服務；車輛維修期間，由整車廠統(tǒng)一提供備用車，保證上線可用車輛；由整車廠根據(jù)車輛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘制定維修策略，保證上線車輛數(shù)。支付方式上，可分次支付租用費用，減輕運營公司資金可持續(xù)壓力。按周期支付租用費用的模式下，運營公司避免了建設初期巨額資金的投入，由整車廠保證線路可用車輛數(shù)的方式可減少備用車的采購，提高線路電客車使用率。同時，打包招標模式可調(diào)動擁有較強技術(shù)能力的整車廠對智能運維的積極性，使整車廠主動與運營公司一同探索城軌電客車運維降本增效的有效途徑。

4 結(jié)論

國內(nèi)城市軌道交通逐步進入網(wǎng)絡化運營時代，配屬電客車逐步增大的大架修壓力與有限的車輛基地資源矛盾日漸突出。以北京軌道交通為例，城軌電客車檢修仍以計劃修為主，車輛基地檢修資源的共享尚需進一步加強，車輛大修外包率較高，成本控制壓力較大。結(jié)合智慧運維、資源共享和商業(yè)模式演化的發(fā)展趨勢，本文得出以下優(yōu)化建議和路徑：

1) 修程修制方面，新建線路逐步加裝車輛狀態(tài)在線監(jiān)測設備，基于關(guān)鍵部件運行狀態(tài)和RAMS 模型壽命預測進行全壽命修程修制規(guī)劃，既有線路結(jié)合線路客流特點、部件可靠性水平、老化故障規(guī)律，探索車輛壽命延長的方法，以減少部件剩余價值的浪費。

2) 資源共享方面，在既有或在建/新建車輛基地設立企業(yè)級集中專業(yè)化維修中心，逐步實現(xiàn)易運輸件的集中專業(yè)化維修，在此基礎上可考慮搭建北京軌道交通路網(wǎng)級部件集中維修平臺，實現(xiàn)線網(wǎng)級網(wǎng)絡化資源共享，提升維修效率及資源利用率。

3) 委托方式方面，從應用較少的車輛制式(如市域車輛、有軌電車等)的新建線開始試點將車輛采購及其維保服務一起打包招標，加強與整車廠檢修能力的整合，在此基礎上探索改“購”為“租”，直接租用城軌車輛的有效服務時間，減輕業(yè)主資金可持續(xù)壓力。