靳守杰 安慶九 何霖

摘 要：隨著城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程的不斷增加，城軌車站設(shè)備的維修成本也隨之快速增長(zhǎng)。文章通過(guò)分析城軌車站設(shè)備的全壽命周期成本構(gòu)成、設(shè)備使用的復(fù)雜環(huán)境及使用特點(diǎn)，著重研究綜合維修模式下城軌車站設(shè)備維修保養(yǎng)實(shí)操作業(yè)中可開(kāi)展成本優(yōu)化的總體方向，以期在確保可靠性的基礎(chǔ)上，降低城軌車站設(shè)備的維修成本。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;車站設(shè)備;全壽命周期;維修成本

中圖分類號(hào)：U231+.92

1 概述

近年來(lái)，城市軌道交通（以下簡(jiǎn)稱“城軌”）行業(yè)發(fā)展迅猛，市民出行更加快捷方便。以廣州市為例，截至2019年12月31日，廣州市軌道交通運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度為501km，線網(wǎng)規(guī)模居國(guó)內(nèi)第三，客流強(qiáng)度常年位居國(guó)內(nèi)城市首位。在線網(wǎng)快速發(fā)展的同時(shí)，城軌車站設(shè)備的維修成本隨之快速增長(zhǎng)。因此，在確保可靠性的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究綜合性維修策略和維修模式，結(jié)合設(shè)備全壽命周期成本構(gòu)成要素來(lái)有效控制與降低城軌車站設(shè)備的維修成本，對(duì)城軌事業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

2 城軌車站設(shè)備全壽命周期成本構(gòu)成

2.1 全壽命周期成本的計(jì)算公式

城軌車站設(shè)備的成本控制必須基于全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）來(lái)展開(kāi)。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60300-3-3-2004《可靠性管理第3-3部分：全壽命周期成本應(yīng)用指南》中LCC定義為：產(chǎn)品在其整個(gè)壽命周期中的累計(jì)成本。在美國(guó)國(guó)防部2012年出版的《國(guó)防采辦縮略語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)詞匯表》中定義為：針對(duì)國(guó)防采辦項(xiàng)目，壽命周期成本包括了整個(gè)項(xiàng)目壽命周期內(nèi)的研究和研制成本、投資成本、使用和保障成本以及廢棄處置成本。

全壽命周期成本的計(jì)算公式：

LCC = CAPEX + OPEX + BIC ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中，LCC為全壽命周期成本;CAPEX為采購(gòu)成本，包括初次采購(gòu)成本及技術(shù)改造等增資成本;OPEX為運(yùn)維成本;BIC為業(yè)務(wù)中斷成本。其關(guān)聯(lián)要素如圖1所示。

2.2 采購(gòu)成本

設(shè)備采購(gòu)成本是全壽命周期成本的一個(gè)重要組成部分，采購(gòu)環(huán)節(jié)對(duì)后續(xù)是否能夠達(dá)到可靠度的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI），以及運(yùn)維成本控制都至關(guān)重要。由圖2可知，在規(guī)劃、選型階段LCC有巨大的優(yōu)化空間。而設(shè)備購(gòu)置、安裝后，設(shè)備全壽命周期成本的80%已經(jīng)決定。從LCC的累積來(lái)看，在采購(gòu)環(huán)節(jié)中要避免價(jià)低者得的傾向，嚴(yán)格遵循設(shè)備全壽命周期成本最低的原則。

設(shè)備購(gòu)置環(huán)節(jié)的管控不力會(huì)嚴(yán)重影響運(yùn)維成本和業(yè)務(wù)中斷成本，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)備能耗高，造成運(yùn)營(yíng)成本增加;

（2）設(shè)備可靠性差，造成頻繁的服務(wù)中斷;

（3）系統(tǒng)冗余度低，單體設(shè)備故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響巨大;

（4）維修頻次高，備件成本高;

（5）設(shè)備的可維修性差，需要專家以及特殊工具才能維修。

2.3 運(yùn)維成本

設(shè)備運(yùn)維成本包含運(yùn)行成本和維護(hù)成本。運(yùn)行成本包含運(yùn)行設(shè)備所需的人員、能耗及耗材等投入;維護(hù)成本包含委外維修費(fèi)、自修維修費(fèi)及物料費(fèi)等，其中委外維修費(fèi)一般由“計(jì)劃修”費(fèi)用、故障修費(fèi)用和零件購(gòu)置費(fèi)用3部分組成，各組成部分的具體內(nèi)容如下：

（1） ?“計(jì)劃修”費(fèi)用，在城軌行業(yè)通常把“預(yù)防性維修”（PvM）稱為“計(jì)劃修”，在維修保養(yǎng)（以下簡(jiǎn)稱“維?！保┖贤性摬糠謨?nèi)容會(huì)列明維保的部位、頻次及總費(fèi)用;

（2）故障修費(fèi)用，有故障時(shí)通知技術(shù)服務(wù)商到場(chǎng)維修發(fā)生的費(fèi)用，按照服務(wù)次數(shù)收費(fèi);

（3）零件購(gòu)置費(fèi)用，對(duì)于金額較大的零件，技術(shù)服務(wù)商通常會(huì)單獨(dú)收費(fèi)。

2.4 業(yè)務(wù)中斷成本

城軌屬于公共服務(wù)領(lǐng)域，一旦服務(wù)中斷會(huì)造成負(fù)面的社會(huì)影響。在業(yè)務(wù)中斷成本中，直接損失的金額不大，但是帶來(lái)的影響卻非常嚴(yán)重。因此，服務(wù)中斷普遍被各個(gè)城軌運(yùn)營(yíng)單位列為KPI。GB/T30012-2013《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范》中規(guī)定列車服務(wù)可靠度指標(biāo)為：全部列車總行車?yán)锍膛c發(fā)生5 min以上延誤次數(shù)之比不應(yīng)低于8萬(wàn)列公里/次。

3 維修模式選擇與維修策略優(yōu)化

3.1 設(shè)備重要度分級(jí)

在保證服務(wù)可靠度的基礎(chǔ)上降低維護(hù)成本需要優(yōu)化資源配置，即把維修資源用于最重要、最需要維保的設(shè)備，而故障模式影響及危害性分析（FMECA）是一種有效的方法。天津地鐵已經(jīng)完成對(duì)通信、信號(hào)、電力、車輛、線路5大系統(tǒng)的四級(jí)（系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件、配件）分析，初步建立了完整的設(shè)備樹(shù)形圖和FMECA體系。FMECA分析的輸入是設(shè)備故障的模式、影響和危害性，其輸出是設(shè)備、部件的重要度。

設(shè)備的型號(hào)不同，重要度可能不同;設(shè)備所處的站點(diǎn)不同，重要度也可能不同。通過(guò)維修歷史數(shù)據(jù)的閉環(huán)分析，可以持續(xù)優(yōu)化設(shè)備重要度分級(jí)。應(yīng)用FMECA分析方法確定設(shè)備重要度的實(shí)施步驟如圖3所示。

3.2 維修模式的選擇

不同的維修模式對(duì)維護(hù)成本有巨大的影響，文獻(xiàn)12《似非而是 —— 創(chuàng)新思維下的設(shè)備管理》中提到：隨著國(guó)際上社會(huì)分工的細(xì)致化發(fā)展趨勢(shì)，維修外包化已經(jīng)成為歷史發(fā)展的必然和不少企業(yè)的首選。

維修外包的選擇既要考慮行業(yè)的特點(diǎn)、所在區(qū)域服務(wù)商的成熟度，也要考慮維修工作本身的難度及故障出現(xiàn)的頻率。結(jié)合城軌行業(yè)的特點(diǎn)，可參照?qǐng)D 4“維修模式與維修難度和維修頻率的關(guān)系”開(kāi)展維修外包。

維修資源配置與維修成本優(yōu)化控制有密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中內(nèi)部專業(yè)維修團(tuán)隊(duì)的成本最高，技術(shù)外包和勞務(wù)外包的成本次之，內(nèi)部自主維護(hù)團(tuán)隊(duì)的成本最低。根據(jù)維修頻率及維修難度的不同，城軌管理部門可按照如下原則決定委外維修業(yè)務(wù)的適用范圍：

（1）維修難度低、維修頻率低的業(yè)務(wù)，如空調(diào)風(fēng)管清潔，可選用勞務(wù)外包的委外維修方式;

（2）維修難度低、維修頻率高的業(yè)務(wù)，如屏蔽門動(dòng)作檢查，可由車站工作人員通過(guò)自主維護(hù)方式完成;

（3）維修難度高、維修頻率低的業(yè)務(wù)，如空調(diào)主機(jī)維修，可選用技術(shù)外包的委外維修方式;

（4）維修難度高、維修頻率高的業(yè)務(wù)，如自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）維修，可由內(nèi)部的專業(yè)維修團(tuán)隊(duì)完成。

3.3 綜合維修策略樹(shù)

目前，城軌設(shè)備維修策略中應(yīng)用最多的預(yù)防性維修是定期維修（Time Based Maintenance，TBM），即計(jì)劃修。但是該維修策略的缺陷是易造成維修冗余，從而增加維修成本，并且設(shè)備的剩余壽命可靠度也會(huì)隨著維修次數(shù)的增多而縮短。

依照設(shè)備重要度分級(jí)和維修模式，構(gòu)建綜合維修策略機(jī)制，如圖5所示。

4 應(yīng)用綜合維修策略優(yōu)化維修成本

4.1 提升維保規(guī)程的針對(duì)性

在某地鐵公司的維保規(guī)程中，計(jì)劃修內(nèi)容較多，直接導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的計(jì)劃修成本偏高、占比大。以自動(dòng)售票機(jī)（TVM）為例，原維保規(guī)程中規(guī)定有日檢項(xiàng)目8項(xiàng)、半月檢項(xiàng)目10項(xiàng)、季度檢項(xiàng)目43項(xiàng)，且TVM設(shè)備的計(jì)劃修要求基本相同。而在實(shí)際維保過(guò)程中，通過(guò)分析TVM設(shè)備的報(bào)修次數(shù)發(fā)現(xiàn)：不同站臺(tái)、不同型號(hào)的TVM設(shè)備，其故障率存在較大差別。表1為2015年TVM設(shè)備的報(bào)修次數(shù)，各設(shè)備報(bào)修次數(shù)從2次/年至167次/年，存在較大差別。由于TVM設(shè)備故障的分布離散度高，因此維保規(guī)程應(yīng)該基于綜合性維修策略，體現(xiàn)出對(duì)不同TVM設(shè)備維修策略的針對(duì)性。

4.2 綜合維修策略應(yīng)用

（1）用“定量”來(lái)替代“定期”以優(yōu)化TBM。目前一些地鐵公司按照設(shè)備型號(hào)來(lái)決定維修周期，這種方法較為粗略，但是由于簡(jiǎn)便而被廣泛采用。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，站點(diǎn)之間的人流量差別很大，因此設(shè)備的每日使用次數(shù)也存在較大差別，用“定量”來(lái)替代“定期”可以優(yōu)化定期維修的效果。例如：安裝計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)量動(dòng)作次數(shù)，或者引用客流量數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化維修周期。

（2）運(yùn)用“事后維修（BM）”策略節(jié)省維修成本。隨著制造技術(shù)、材料技術(shù)的發(fā)展，以及設(shè)備系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，預(yù)測(cè)設(shè)備的P-F間隔（指潛在故障到功能故障變化的時(shí)間區(qū)間）越來(lái)越困難。在維保實(shí)踐中，很多運(yùn)營(yíng)維保單位通過(guò)設(shè)置更頻密的維保周期來(lái)確保達(dá)到可靠度目標(biāo)，但這會(huì)增加維保成本。可通過(guò)系統(tǒng)分析的方法適當(dāng)增加系統(tǒng)冗余，采用事后維修策略，在降低維保成本的同時(shí)保證系統(tǒng)的可靠性。

（3）推廣預(yù)測(cè)維修（PdM）。預(yù)測(cè)維修可在“欠維修”與“過(guò)維修”之間取得平衡。預(yù)測(cè)維修的基礎(chǔ)是掌握設(shè)備的狀態(tài)，在設(shè)備重要度分級(jí)的基礎(chǔ)上，對(duì)重要設(shè)備配置適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，既可以提供服務(wù)可靠度，又可以降低維修成本。在配置狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段不經(jīng)濟(jì)的情況下，配合五官或者簡(jiǎn)易檢測(cè)方法檢查振動(dòng)、噪聲、電流值、潤(rùn)滑油液等項(xiàng)目也可以判斷設(shè)備的狀態(tài)。

（4）維修預(yù)防（MP）。維修預(yù)防是通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)來(lái)減少維修工作量，從而有效地控制成本，包括提升設(shè)備的可靠度、可維修性等。實(shí)現(xiàn)方法包括硬件冗余、軟件冗余、容差和降額設(shè)計(jì)、隔熱、降溫、防振動(dòng)、防潮等。應(yīng)用維修預(yù)防策略，通過(guò)與設(shè)備廠家的通力合作來(lái)降低設(shè)備的故障率，從而減少故障修的次數(shù)，以達(dá)到節(jié)省維修費(fèi)用及降低業(yè)務(wù)中斷成本（BIC）的目標(biāo)。

5 結(jié)論

在城市軌道交通快速發(fā)展的大背景下，降低車站設(shè)備的維修成本具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)分析城軌車站設(shè)備的全壽命周期成本構(gòu)成，基于維修模式和綜合性維修策略，結(jié)合車站設(shè)備的現(xiàn)狀、設(shè)備使用的復(fù)雜環(huán)境及使用特點(diǎn)，提出了降低設(shè)備維修成本的總體方向，可供城軌運(yùn)營(yíng)單位參考。

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收稿日期 2020-04-14

責(zé)任編輯 胡姬