城市轨道交通降低运营成本刍议

梁广深

(北京城建设计发展集团股份有限公司， 100037， 北京∥正高级工程师)

城市轨道交通虽对缓解城市交通拥堵情况，促进地区经济发展起着重要作用，但其运营亏损情况仍较普遍。中国城市轨道交通协会公布了2016年城市轨道交通每车公里的运营收支情况(见图1)，在国内24个城市中，除深圳、合肥地铁盈利外，其他城市都是亏损运营：这对企业和国家都是一个沉重的包袱。

图1 2016年城市轨道交通每车公里运营收支情况

2018年，全国城市轨道交通平均每人公里运营成本为0.84元，每人公里运营收入为0.48元，运营收入仅占运营成本的57%，亏损部分由当地市政府财政进行补贴。《都市快轨交通》2018年第2期刊登了《北京市轨道交通财政补贴模型研究》一文，提到北京市政府给地铁的财政补贴：2013年为36.44亿元，2014年为42.69亿元；2015年地铁起步价票调为3元后，年补贴额为34.32亿元。该文按2020年北京市规划线网长1 000 km测算，市政府每年需补贴75.42亿元。到2025年线网长1 360 km，预计补贴额将达103.78亿元。这只是北京市一个城市的补贴额，全国33个城市的补贴额加起来是个巨大数字。将来还有数十个已批准建设的城市开通运营以后，亏损补贴额可能是个天文数字。因此，研究城市轨道交通运营减亏，降低运营成本，是业内同仁面临的紧迫任务。

1 国内外城市轨道交通运营概况

文献[3]提到，全世界已有72个国家的490多座城市开通了城市轨道交通运营，线网运营长度达14 219.36 km，年客运量为600.54亿人次。从运营收益分析得出结论，各国地铁普遍亏损，大多靠政府补贴维持运营。亏损额取决于系统客运量大小，通常以客运强度来衡量。客运强度越高，系统运营效益越好。该文对国内外轨道交通客运强度前10位城市的排名情况统计如图2所示。

(a) 国外

(b) 国内

由图2可见，世界排名前10位城市线网的平均客运强度为2.5～5.0万人次/(d·km)，国内前10名城市的客运强度在2.0万人次/(d·km)以下，国内城市与国外存在巨大的差距。除此之外，还有18个城市的客运强度在1.0万人次/(d·km)以下。以此推理，我国城市轨道交通的亏损状况比国外更加严重。

经验说明，城市轨道交通运营亏损状况取决于建设成本、客运强度和线路网长度。深圳地铁自主创新研制六大装备系统，每公里正线的装备投资仅为进口装备的45%。在起步票价2元的情况下，靠票款收入就可涵盖直接运营成本，并有盈利。开罗有地铁运营线3条，长77.9 km，日均客运量达400万人次，平均客运强度5.13万人次/(d·km)，是世界之最。东京有地铁运营线13条，长334.1 km，日均客运量为1 100万人次，客运强度为3.3万人次/(d·km)。北京地铁线网长617 km，日均客运量为1 197.53万人次，客运强度为1.94万人次/(d·km)。上海地铁线网长670 km，日均客运量1 147.73万人次，客运强度为1.71万人次/(d·km)。

由此看出，东京、北京和上海地铁的日客运量相近，其线网越长，客运强度越低，运营效益也越差。

2 城市轨道交通运营亏损原因及减亏措施

2.1 初期列车6辆编组运行造成严重浪费

地铁设计规范规定，城市轨道交通的运输能力，以初期、近期、远期预测客流量，分3阶段设计。列车是运送乘客的载体，开通运营理应按照近期、远期客运量确定列车编组辆数。北京地铁1号线、2号线、八通线、13号线，在建成后列车均采用4辆编组运营，其优点是行车间隔短，方便乘客，列车日平均满载率达50%，运营成本低。

但是，目前新建的城市轨道交通挑战设计规范，新线开通列车按远期客运量一次上6辆编组。但因新线的客运量较小，造成大马拉小车式的运营，车辆空驶率较高，浪费大量电能和车辆修理费，造成企业严重亏损。例如乌鲁木齐地铁1号线列车6A编组，日客运量仅3.1万人次。石家庄地铁6A编组，2条线日客运量为25.7万人次。福州地铁列车6B编组，日均客运量16.5万人次。而与其同为6B编组的北京地铁1号线、10号线，每日客运量达到134.75万和192.11万人次。由此可见，新线开通跑6辆编组造成的浪费是惊人的。

以一条长30 km、每天开行400列车的线路进行比较，采用4辆编组的列车，每天运行工作量为S=48 000车·km/d，6辆编组列车的S=72 000车·km/d。即初期采用6辆编组列车运营，比4辆编组列车每天多跑24 000车km。以2016年全国平均运营成本27.6元/车·km计算，6辆编组列车每天要多支出运营成本66.24万元，这是运营企业亏损的主要原因。

过去能跑4辆、6辆编组运营，得益于列车为3M3T编组，可实行4辆、6辆编组运行。现在新造的车辆均为4M2T编组，它以2辆动车和1辆拖车作为一个动力单元，必须2组车连挂才能运行，由此堵死了跑4辆编组的可能性。因无选择的余地，各运营单位只能跑6辆编组，运营成本高，这是目前造成轨道交通运营企业严重亏损的主要原因。

关于列车分4辆、6辆编组运营的扩编问题，实践证明并无困难。北京地铁1、2号线采用同类型车辆扩编，拆开4辆编组列车，用同型号的车辆改为6辆编组。八通线和13号线是在4辆编组列车中间，插入一组新造的车组扩编为6辆，最后的扩编工作于2007年结束。

2.2 车辆制造与运营需求脱节抬高运营成本

21世纪初，我国地铁进入了VVVF(变频变压调速)牵引时代，B型车采用6辆3M3T编组。其优点是可根据客运量大小采用4辆或6辆编组运行，方便乘客，运营成本低。近年新造的B型车采用4M2T编组，列车只能6辆编组运行。我国有大小城市上百个，客运量大小不同，4M2T编组列车对二、三线城市的轨道交通完全不适用。但因找不到适合本地客运量的车辆，只能选择6辆编组的列车运营，造成了上述种种不合理的运营状况，导致企业严重亏损。当前，我国城市轨道交通迫切需要车辆多元化，提高运营效益。

深圳地铁采用A型车4W2T编组，列车只能6辆编组运行。香港地铁公司经营的深圳地铁4号线，筹划分期采用A型车4辆、6辆编组运营，但现有列车只能跑6辆编组。他们对A型车进行了技术改造，在保持列车功率3 000 kW不变的条件下，以大功率牵引电机更换既有的牵引电动机，将A型车改造为3M3T编组，实现了A型车4辆、6辆编组运行，对车辆多元化作出了积极贡献。该经验有助于减少全国城市轨道交通的运营亏损情况，提高运营效益。

2.3 盲目增加动车数量提高运营成本

地铁交流车是在直流电动车转向架上，以交流牵引电动机取代直流电机形成的。因同体积交流电动机的牵引力是直流电动机的2倍以上，所以在原有列车中只需一半车辆配置动力，就可保持列车功率不变。日本和中国香港地铁的交流车，大多采用动车与拖车比例1∶1配置，4辆编组为2M2T，6辆编组为3M3T，8辆4M4T，12辆6M6T。我国高铁“复兴号”动车组，时速350 km/h，采用8M8T编组。

近年在轨道交通中兴起一股加大列车动力之风，把动车与拖车的比由1∶1改为2∶1，即6辆编组列车为4M2T，9辆编组为6M3T，12辆8M4T。还有的改为3∶1，即8辆6M2T编组，更有甚者采用5M1T编组。由此带来的负面效果是：① 增加了车辆的购置成本；② 增加了牵引电能消耗；③ 增加车辆修理费支出；④ 大功率列车的积热促使隧道温度上升，污染环境；⑤ 提高了系统运营成本，加剧企业运营亏损。

作者曾针对一条30个车站的线路，对B型4M2T和3M3T编组列车进行牵引能耗专题研究，数据汇总如表1所示(为压缩篇幅，将表格的中间部分缩减，只列出合计值)。

表1 B型车AW3运行速度95 km/h牵引数据汇总表

从表1可见，4M2T列车单程牵引耗电量为958.29 kWh，3M3T列车牵引耗电量为912.31 kWh，4M2T列车比3M3T列车多耗电45.98 kWh，增加牵引耗电量5%。对于6M2T和5M1T列车的牵引耗电量肯定会更高。

2.4 改革列车驾驶模式节约牵引电能

电费支出约占轨道交通运管成本的30%左右，其中，列车牵引耗电量约占50%。因此，减少列车牵引电能消耗，是降低运营成本的有效措施。地铁列车有自动驾驶和人工驾驶两种模式。正常运营时由ATO自动驾驶列车运行，司机进行监视。ATO驾驶列车的运行程式为：牵引加速—巡航运行—制动停车。所谓巡航运行，就是让列车在区间以某一速度“等速运行”，列车的牵引系统处于工作状态，遇下坡道制动调速，遇上坡道牵引加速。因此，巡航模式的缺点是，未利用列车自身的惯性动能，其牵引耗电量较大。

当列车运行在无码区段时，须切除ATO采用人工驾驶模式。列车由司机驾驶运行，其运行程式为：牵引加速—惰力运行—制动停车。在人工驾驶模式下，列车起动到目标速度以后，司机控制器手柄回0，牵引系统断电。列车依靠自身惯性在区间惰行，到前方车站制动停车。因此，惰行模式比巡航模式节约牵引电能。B型3M3T列车在44‰坡道区段的牵引耗电情况如表2所示。

表2 巡航模式与惰行模式的牵引耗电量比较表

表2可见，惰行模式的牵引耗电量为144.57 kWh，巡航模式的牵引耗电量为183.67 kWh，惰行模式比巡航模式减少能耗39.1 kWh，节约牵引电能27%。目前已有运营单位限制使用自动驾驶模式。

作者建议有关部门升级列车驾驶软件，常态化采用惰行模式运行，以降低列车牵引电能消耗，减少企业运营亏损。

2.5 改革车辆定检标准减少车辆修理费支出

车辆维修费支出在轨道交通运营成本中占有较大比重。《地铁设计规范》将车辆保养分为定期检修和日常维修两级。定期检修分为大修、架修和定修三等(见表3)。规定车辆运行120万km(间隔时间10 a)进行大修，运行60万km进行架修。以此计算列车平均每年运行12万km，每月运行1万km。

表3 车辆检修修程和检修周期表

表3所示的车辆检修周期表是在直流电动车时代形成的。现在已经进入交流车时代，车辆检修的技术水平大大提高，维修工作量减少。因此，该检修周期表未能与时俱进修改调整，规定的车辆检修周期偏短，车辆检修频繁，造成维修成本高。按表3的检修周期和车辆使用寿命30 a计算，每辆列车在全寿命期内需做2次大修、3次架修和18次定修。北京京港地铁公司为降低车辆修理成本，简化并提高了车辆的检修标准如表4。

表4 京港公司车辆检修修程和检修周期表

表4中，按规定车辆运行160万km做大修，运行40万km做架修。以车辆年运行12万km、全寿命期30 a计算，京港地铁公司车辆的大修间隔时间为13.3 a，如图3所示。每辆列车在全寿命期内需做1次大修、7次架修，其余为日常维修。

由此可见，适当延长车辆大架修周期，可减少每年应检修车的数量，减少检修台位和检修设备的数量，以降低车辆维修成本。

现在全国各运营单位仍在按照地铁设计规范规定的标准执行，每年需多支出一大笔车辆修理费。当前迫切需要修改轨道交通车辆的检修标准，以利降低运营成本，减少企业亏损。

图3 京港地铁车辆检修周期

2.6 供电方式影响地铁运营成本

城市轨道交通的供电方式有DC 1 500 V架空线供电、DC 1 500 V钢铝复合轨三轨供电两种。通过工程实例比较，架空线和钢铝复合三轨系统变电所的数量相同。与架空线供电相比，钢铝复合接触轨具有重量轻、寿命长、电阻率低、牵引网损耗小、供电距离较长、工程造价低的优点。

架空接触网的缺点是结构复杂、维修不方便、运营成本高，根据相关规范，滑触线的使用寿命为15 a(进口品为20 a)。架空线供电系统每隔15～20 a需更换一茬滑触导线，企业须一次次地进行再投资。另外，架空线系统须设接触网维修工区。按电气化铁路标准，一个接触网维修工区承担10 km正线的维修任务，每个工区的定员为25人，并应配备接触网检查车、轨道平台车以及检测仪器等设备。以长20 km的轨道交通线路为例，在正线和车辆段需设3个维修工区，管理人员近100人，每年需支出大笔接触网维修费。

如果采用钢铝复合三轨供电，系统的结构简单，可靠性高，维修工作量少，使用寿命长，不设专职维修人员。北京地铁的第三轨已使用了50 a。考察人员在英国还看到过已使用100多a的三轨。

综上所述，采用DC 1 500 V钢铝复合三轨供电，有利于降低运营成本。

2.7 车站建筑规模影响系统运营成本

地铁车站位于地下，依靠通风、照明、空调、电扶梯等设备维持工作和生活环境。地铁车站的运营成本主要是电费、机械设备维修费和人员薪酬，同时也与车站的形式有关。侧式车站有2个站台，设2套电梯和自动扶梯，其运营成本高。据香港地铁的经验，1个侧式车站比岛式车站，每年要多花200多万元运营费。

另外，车站建筑规模也是影响车站运营成本的因素。地铁设计规范规定，岛式车站最小站台宽度为8 m，侧式车站站台宽度为3.5 m。现在一些新建车站为追求大气，站台宽度有的宽达14～15 m。车站建筑空间越大，通风、空调、照明等用电量越大，车站的运营成本也就越高。

3 结语

我国现有33个城市建成了轨道交通，大多处于亏损运营。究其原因，与城市轨道交通建设成本有直接关系。深圳地铁不用高价进口装备，自主创新制造了六大装备系统，平均装备投资仅为1.23亿元/km，如采用国外装备的投资高达2.71亿元/km。根据国家规定，地铁的装备设备每年应提取折旧费。工程建设成本低，提取的折旧费少，系统运营成本就低。建设成本越高，提取的折旧费越多，系统运营成本就越高。2016年全国地铁每车公里运营成本为27.6元，深圳地铁仅为17.73元。

2016年深圳地铁运营线长265 km，最高日客运量达到533万人次。以起步票价2元，靠票款收入就可覆盖直接运营成本。深圳地铁是世界上少有的盈利地铁。建议国家总结深圳地铁建设和运营管理经验，使之成为可复制的样板在全国推广。这样，我国城市轨道交通的运营减亏就大有希望。