浅析高速公路机电系统部分收费车道设施寿命

刘 杨，刘 畅

(湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

1 概述

高速公路机电设备是高速公路正常运营的基础保障，对于发挥高速公路的高品质服务起着举足轻重的作用，尤其是高速公路收费车道设施，随着高速公路车流量不断增大，收费车道设施工作条件越来越苛刻，使用频率也越来越高，且对社会生产生活有着直接重大影响。

以前对机电设备使用寿命的研究多是针对于设备的使用、保养、维修、管理的过程和设备的故障率，很少从设备寿命方面进行研究，导致设备的报废更新没有时间依据。目前也有提出使用经济寿命来确定高速公路机电设备的研究，但是使用经济寿命来确定高速公路所有机电设备的报废更新时间，还有不确定的因素。

本文将针对高速公路机电系统的部分收费车道设备进行分析，提出在以经济寿命为依据的条件下，应还要考虑车流量的因素来确定设备的报废更新时间。

2 设备的经济寿命

2.1 经济寿命的定义

设备的经济寿命是指设备从使用到因经济上不合算而停止使用所经历的时间。这里所说的不合算是指维持设备的继续使用所需要的维持费用大于设备继续使用所带来的收益。

2.2 经济寿命的确定

设备经济寿命的确定一般采用年平均使用成本最小法。

年平均使用成本即每年使用固定资产的平均成本。它由两个部分组成:一是持有成本，这部分是设备成本的年摊销额，主要包括折旧、占用资金利息等。二是运行成本。主要包括维修费用以及原材料、能源消耗增加费用等。随着固定资产的价值逐渐减少，折旧费用随之减少，因此运行成本与持有成本两者是互为消长关系。在固定资产使用前期，持有成本的减少大于运行成本的提高。固定资产的年平均使用成本呈下降趋势，但超过一定期限后，持有成本减少就小于运行成本的提高，使用固定资产平均使用成本转而上升，两者之和呈马鞍形，如图1所示。因此，必然存在一个最经济的使用年限。

图1 固定资产的年平均使用成本

设备经济寿命计算模型:年平均使用成本最小法:

式中:C为固定资产原值;Sn为n年后固定资产余值;Cn为第n年运行成本;n为预计使用年限;i为折现率;UAC为固定资产平均年成本;P/(A，i，n)为普通年金现值系数。

因此，UAC为最小值时的n，为该固定资产的更新年限。

1)设备使用成本的组成。

为了对设备进行经济寿命分析，需要了解影响设备使用成本的组成。根据调研情况，提出了设备相关费用的分类，如图2所示。其中各项成本含义如下:

①原值:是指设备在正常运营前一次性支付的原始投资费用，主要包括设备的购置费、安装调试费。

②运行成本:是指维持设备日常的正常运营所需的费用。主要由能耗费、维修费、材料费和管理费四大费用组成。

a)能耗费;能耗费是指设备正常运营时所消耗的电费。

b)维修费:指为了维持设备生产的正常运行，当设备发生比较大的故障时，对设备进行厂外专业维修时所发生的费用。

c)材料费:主要包括设备日常保养维修所消耗的材料费用，以及厂内维修时的零部件费用。

d)管理费:包括工作站上直接从事设备管理人员的工资、奖金、保险、其他福利等。同时还包括为使用该设备的员工培训费用和资料费用。

③残值:设备报废时通常残留一部分价值，称为它的残值。

图2 设备使用成本结构图

2)设备年折旧率的计算。

通常采用平均年限法计算设备的年折旧率，估算每年年末固定资产预值。计算公式如下:

3 车流量因素的考虑

3.1 研究范围

本次研究的范围是高速公路机电系统中的收费车道设备，将收费车道设备按不同的运行方式来划分，则它们分为两个部分:

1)机械运动类:自动栏杆机、手动栏杆、收费键盘、票据打印机、收发卡机、计重设备(弯板传感器)等。

2)非机械运动类:工控机、车道摄像机、雾灯、显示器、线圈车检器等。

非机械运动类的机电设备，它的经济寿命是可以按照它的使用年数来计算的，如工控机，不管收费车道有没有车经过，工控机一直都在工作状态;而机械运动类的机电设备则不能完全按照使用年数来计算其经济寿命，如自动栏杆机，当有车辆经过时，自动栏杆机才会工作。

3.2 车流量因素的分析

不同的高速公路路段车流量不同，以湖南省常张高速为例，2010年的车流量如表1所示。

表1 2010年常张高速车流量统计表

根据表1所统计内容，以计重设备为例，在2010年的1 a时间里，河伏收费站计重设备的弯板传感器平均每条出口车道工作了230 426次;而阳和收费站计重设备的弯板传感器平均每条出口车道工作了72 320次，河伏收费站计重设备的弯板传感器工作次数比阳和收费站多了2倍。

3.3 车流量与设备故障次数

以计重设备为例，湖南省计重设备的平均故障次数为0.44次/a，湖南省出口收费车道的平均车流量为133 774辆，根据2010年数据统计，出口车道车流量大的收费站与设备故障次数如表2所示。

从表2可以看出，车流量的增大，计重设备的故障次数会增大，随之设备的维修费用也会提高。而根据年平均使用成本最小法计算，黄花收费站的计重设备经济寿命应比车流量小的收费站提前。

表2 出口车道车流量大的收费站与设备故障次数表(计重设备)

4 结束语

收费车道设备是高速公路机电系统的重中之重，计算不准确，使设备提前更换将浪费设备资源，使设备滞后更换将影响收费的工作效率。

高速公路机电系统设备在分析其经济寿命时，应把机械运动类的收费车道设施作为特例。计算高速公路各个路段的机电系统设备经济寿命时，机械运动类收费车道设备应以单个收费站计算，这样可以较大避免计算误差。

科学合理地确定高速公路机电设备的寿命，能够提高设备的使用效率，减少设备维护投资，为充分发挥高速公路的效能和正常运行具有重大作用。

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