城市軌道交通設(shè)備更新改造全生命周期最優(yōu)解決方案研究

0 引言

2024年3月，國務(wù)院出臺《推動大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新行動方案》（國發(fā)［2024]7號），該方案提出堅持市場為主、政府引導(dǎo)，鼓勵先進(jìn)、淘汰落后，大力實施設(shè)備更新行動。我國各相關(guān)部門積極響應(yīng)，相應(yīng)提出對城市軌道交通既有運(yùn)營線路設(shè)備設(shè)施進(jìn)行更新改造的政策。國家大力提倡設(shè)備更新改造，旨在適應(yīng)城市發(fā)展新階段，踐行新理念，形成新趨勢。其不僅能夠提升城市軌道交通的安全性、服務(wù)品質(zhì)和運(yùn)營效能，還能促進(jìn)綠色化、智能化、融合化發(fā)展，滿足人民群眾對美好出行的需要，激發(fā)城市活力，推動城市軌道交通由規(guī)模增長向質(zhì)量增強(qiáng)的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展[2]。在此背景下，研究如何實現(xiàn)城市軌道交通設(shè)備更新改造全生命周期最優(yōu)方案，具有重要意義。

針對城市軌道交通設(shè)備更新改造，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。魏運(yùn)等[3探討了城市軌道交通設(shè)備更新改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題，梳理了城市軌道交通現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并分析當(dāng)前使用的標(biāo)準(zhǔn)對其適應(yīng)性，以揭示現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的不足，提出多種有針對性的設(shè)備更新改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建議。馮強(qiáng)強(qiáng)[4分析了城市軌道交通既有線在大修改造過程中的管理問題，提出針對既有線改造的全過程（準(zhǔn)備階段、施工階段、竣工階段）管理策略，確保改造項目能夠安全、高效地完成。上述研究，大多針對某一個局部問題提出解決方案，在解決單個問題上具有一定的參考價值，但缺乏對項目全生命周期最優(yōu)解決方案的系統(tǒng)性思考。

綜上所述，本文分析城市軌道交通設(shè)備更新改造現(xiàn)狀，總結(jié)其面臨的科學(xué)決策困難、資金來源匱乏、技術(shù)方案復(fù)雜且不成熟、可靠性評估難達(dá)共識和風(fēng)險大等問題。針對這些關(guān)鍵問題，研究形成城市軌道交通設(shè)備更新改造全生命周期最優(yōu)的解決方案，以期為其從業(yè)人員提供一套系統(tǒng)性的工作思路。

1 城市軌道交通設(shè)備更新改造現(xiàn)狀及問題分析

1.1 現(xiàn)狀概述

截至2024年底，全國城市軌道交通已開通運(yùn)營里程超 12 000km^[5] ，其中全自動運(yùn)營線路僅占 10% ，智能化改造需求巨大。開通運(yùn)營15年以上的線路超30條，開通運(yùn)營10年以上線路超60條。開通15年以上的線路相關(guān)設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計使用壽命和服役年限已接近期限，10年以上的線路也將陸續(xù)進(jìn)入設(shè)備更新周期，更新改造需求較為迫切。同時，隨著運(yùn)營年限的增加、外部環(huán)境與乘客需求變化和道路規(guī)劃建設(shè)的歷史局限，進(jìn)人網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營階段的城軌交通線路網(wǎng)在結(jié)構(gòu)、功能、可靠性及服務(wù)等方面需要相應(yīng)提升。既有線改造的任務(wù)和資金需求將逐年增大，因此開展既有線路改造已成為我國城市軌道交通的重點任務(wù)。

據(jù)統(tǒng)計，2015年底全國城市軌道交通已運(yùn)營線路 3618km ，2016年底新增運(yùn)營里程 534.8km 首次突破年度新增運(yùn)營里程 500km 大關(guān)。截至2021年底，新增運(yùn)營里程 1237.1km^[6] 成為歷史最高值，之后呈逐年下降趨勢。2016—2024年新增運(yùn)營里程統(tǒng)計如圖1所示。城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)參考使用年限見表1，城市軌道交通設(shè)備更新改造市場規(guī)模將在未來10 年內(nèi)快速增長[7-8]

1.2 存在問題

當(dāng)前，北京市、上海市、廣州市、天津市等開通運(yùn)營城市軌道交通較早的城市已陸續(xù)進(jìn)行設(shè)備更新改造，以提升其線路的運(yùn)營效率和服務(wù)質(zhì)量?，F(xiàn)階段已開展或計劃開展設(shè)備更新改造的線路，存在主要問題如下。

1. 2. 1 科學(xué)決策困難

（1）更新改造項目效果難以量化。當(dāng)前，城市軌道交通設(shè)備更新改造的效果，無法形成可量化、可視化的指標(biāo)供決策者參考。尤其是城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)備屬于安全運(yùn)營保證類設(shè)備，更新改造的安全效益與社會效益較高，經(jīng)濟(jì)效益較低，項目改造效益難以量化，決策依據(jù)不充分[9]

（2）缺乏成熟的操作指引。城市軌道交通設(shè)備更新改造仍處于探索階段，尚缺少可落地的操作性指引政策。同時，公司內(nèi)部規(guī)章制度與流程欠缺，實施路徑不清晰。

（3）啟動條件和啟動時機(jī)不明確。目前，項目從年限、安全風(fēng)險、功能缺陷、綠色低碳、備件供應(yīng)不足等方面選擇改造時機(jī)，未建立一套綜合評定的標(biāo)準(zhǔn)體系，導(dǎo)致實際執(zhí)行中多數(shù)項目面臨反復(fù)評估論證或論證不足，容易錯過最佳改造時機(jī)[10] 。

1.2.2 資金匱乏問題

（1）城市軌道交通設(shè)備更新改造成本高昂且資金需求量大。目前城市軌道交通更新改造中，不同線路更新改造實施條件和介人時機(jī)難以合并實施，導(dǎo)致項目規(guī)模帶來的邊際成本收縮效應(yīng)不明顯。同時，受實際運(yùn)營規(guī)劃制約，其更新改造只能在停運(yùn)后夜間施工，導(dǎo)致項目周期延長，綜合成本顯著增加。目前城軌票價較低，僅靠票務(wù)收入尚無法實現(xiàn)日常運(yùn)維的收支平衡，整體處于運(yùn)營虧損狀態(tài)[1I-12]。更新改造需要大規(guī)模資金投入，在當(dāng)前企業(yè)財務(wù)壓力巨大、政府財政吃緊的局面下，難以維系更新改造的資金高投入。

（2）缺乏資金來源和渠道。實施既有線改造項目需要的資金規(guī)模大，改造項目難以通過運(yùn)營收入實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營，進(jìn)而缺乏資金來源和渠道；出資的責(zé)任主體與出資比例不明確，缺乏成熟、長效機(jī)制，造成其更新改造資金落實困難。

（3）傳統(tǒng)設(shè)備更新改造模式無直接經(jīng)濟(jì)效益。部分與安全性能密切相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備更新改造經(jīng)濟(jì)效益不足，導(dǎo)致籌措資金困難，投融資易受阻。

1.2.3 技術(shù)方案復(fù)雜且不成熟

更新改造應(yīng)盡量確保新舊系統(tǒng)接駁過程中維持既有運(yùn)營水平，既要兼容舊系統(tǒng)的運(yùn)行，又要考慮見效快、高可維護(hù)、技術(shù)先進(jìn)、適應(yīng)現(xiàn)有外圍環(huán)境及接口，技術(shù)方案復(fù)雜。另外，更新改造的產(chǎn)品需要適配原系統(tǒng)及接口，需要協(xié)調(diào)接口系統(tǒng)廠家配合，調(diào)試測試論證技術(shù)過程復(fù)雜，技術(shù)挑戰(zhàn)與要求較高[13]

在既有線改造中，部分系統(tǒng)缺乏關(guān)鍵技術(shù)與成熟工藝。新技術(shù)、新產(chǎn)品與既有設(shè)施設(shè)備及管理體系的融合還存在障礙；相比于既有設(shè)備，新技術(shù)、新產(chǎn)品的領(lǐng)先優(yōu)勢與效益不顯著。

1.2.4可靠性評估難達(dá)共識和實施風(fēng)險大

（1）可靠性評估標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)成共識。當(dāng)前，既有線設(shè)備更新改造工作缺乏明確的評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備可靠性評估標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，且難以達(dá)成共識[14]

（2）舊資產(chǎn)的處置、再利用、價值再開發(fā)，尚未深入挖掘與研究。

（3）現(xiàn)場實施風(fēng)險大。既有空間內(nèi)進(jìn)行設(shè)備更新改造，可能面臨物料、機(jī)具、新設(shè)備存放空間有限，新舊接駁或過渡期的轉(zhuǎn)接設(shè)備無處安裝、運(yùn)輸通道缺乏等問題。

2全生命周期最優(yōu)解決方案研究

基于上述分析，城市軌道交通設(shè)備更新改造全生命周期最優(yōu)的解決方案如圖2所示，從項目調(diào)研建檔開始到后評價結(jié)束，形成一套標(biāo)準(zhǔn)化的方案流程，為設(shè)備更新改造提供一套系統(tǒng)性的工作思路。

2. 1 可靠性評估

建立可靠性評估標(biāo)準(zhǔn)，解決設(shè)備可靠性評估難和改造時機(jī)選擇難等問題。需要利用大數(shù)據(jù)和信息化手段，充分挖掘設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)價值，總結(jié)形成設(shè)備性能變化趨勢，建立設(shè)備病癥數(shù)據(jù)庫。然后，利用設(shè)備性能變化趨勢及設(shè)備病癥特征，測算出設(shè)備更新改造的最佳改造時點。研究為既有設(shè)備進(jìn)行延壽[15]，也為運(yùn)營方提供解決方案。

2.2 科學(xué)決策

建立健全的項目決策評價體系，解決項目決策難問題。其核心在于建立科學(xué)合理量化的模型，改變當(dāng)前用文字定性描述的現(xiàn)狀，形成直觀的決策指標(biāo)，使得決策更科學(xué)。

2.3 創(chuàng)新投融資方案

對于納入改造范圍的系統(tǒng)設(shè)備，需進(jìn)行深入的投融資方案研究。根據(jù)各系統(tǒng)改造的盈利能力，將系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行歸類。有盈利能力的，可通過創(chuàng)新性投融資模式融資[16]，完全解決政府和業(yè)主的出資問題。

2.4 群體決策機(jī)制

城市軌道交通設(shè)備更新改造要實現(xiàn)全生命周期最優(yōu)應(yīng)貫徹前期研究、設(shè)計、實施、運(yùn)營、更新改造等全過程。軌道交通專業(yè)眾多，統(tǒng)籌考慮難度大。若將設(shè)備更新改造與城市軌道交通運(yùn)營模式、資源經(jīng)營潛力開發(fā)相結(jié)合，還需涉及物業(yè)開發(fā)和資源經(jīng)營等領(lǐng)域。采用傳統(tǒng)的管理決策模式，難以實現(xiàn)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。因此，在項目管理過程中需要引入創(chuàng)新性的群體決策機(jī)制，才能充分發(fā)揮各階段、各專業(yè)人才的作用，為實現(xiàn)項目全生命周期最優(yōu)貢獻(xiàn)力量。可組建項目委員會，成員來自前期研究、設(shè)計、施工、運(yùn)營、資源經(jīng)營等領(lǐng)域的專業(yè)人士。主席采用輪崗制，更新改造階段的專業(yè)代表為該階段的主席。決策表決采用有條件的“少數(shù)服從多數(shù)”和“主席否決制”，即某領(lǐng)域的代表提出改進(jìn)方案或建議，可通過少數(shù)服從多數(shù)進(jìn)行群體決策表決，而主席對表決結(jié)果具有否決權(quán)。按該流程形成的決策，會經(jīng)過后評價進(jìn)行評估，若決策帶來的效果不佳，未行使否決權(quán)的主席將被追責(zé)。若主席行使否決策，需充分論證，并說明否決理由[17]

2.5 項目后評價

針對設(shè)備更新改造的實施效果需開展項目后評價[18]，對前期研究階段形成的決策評價、設(shè)備可靠性評估結(jié)果、投融資方案、技術(shù)創(chuàng)新等進(jìn)行對標(biāo)檢視，找出差異和不足，不斷完善各項標(biāo)準(zhǔn)和方案。針對設(shè)備更新改造過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合改造前的技術(shù)方案進(jìn)行討論、總結(jié)、分析研究，建立動態(tài)螺旋上升的全生命周期最優(yōu)機(jī)制。

3 結(jié)語

隨著城市軌道交通運(yùn)營規(guī)模越來越大，國家大力支持設(shè)備更新改造，研究實現(xiàn)城市軌道交通設(shè)備更新改造全生命周期最優(yōu)的意義重大。本文分析了其更新改造面臨的問題，從可靠性評估、科學(xué)決策、投融資方案、群體決策機(jī)制、項自后評價等多個維度進(jìn)行剖析，創(chuàng)新性提出上述軌道交通設(shè)備更新改造的全生命周期最優(yōu)解決方案，助力推動城市軌道交通設(shè)備更新改造高質(zhì)量發(fā)展。通過設(shè)備更新改造，可有效提升城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和智慧性，推動新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和城市高質(zhì)量發(fā)展。

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收稿日期：2025-01-14

作者簡介：

汪瑋（1984—）女，高級工程師，研究方向：項目管理。