高速铁路牵引供电设备全寿命周期管理的思考分析

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 万国强 杨盼奎 史小利

新时期下，高铁牵引供电装置运行、维护、管理实践中均存在很多问题，如变压器实际利用率较低、部分老化风险加大的使用寿命较短、维修费用长期居高不下等，迫切需构建出一种长效运维管理模式处理以上状况，在管理实践中实现提质增效。在具体管理实践中，应用LCC 理论的重点是客观、准确、科学的估计出其全寿命周期，并依照周期费用组建出相应模型。基于成本分解结构建设HSRT-LCC 的预估模型，排解掉投资的时间价值，可将其叫做静态成本模型（图1）[1]。

图1 牵引供电设备LCC 模型

如考虑通货膨胀因素则可把成本转变成动态成本，实质上是基于等值计算的执行原理转变为成本与收益相关的类型。经济性分析阶段要有科学理论做支撑，这样不同设备间才具备可类比性，可见在成本测评过程中动态成本有较高的实用性。高铁牵引供电系统的建设是一个周期漫长、损耗大的过程，依照全寿命工程造价管理理论可将其细化成如下阶段：预可行性研究-可行性研究-初步设计-施工图设计-审批-招投标报价-施工-竣工验收-运营维护-服役性状态评估-报废/更新[2]。

1 全生命周期成本理论概述

寿命周期费用也被称作是寿命周期成本，具体是指在设备生命周期内，为其在概念设计、生产运营管理、服役后期管理期间所支付费用的总和，具体包含招投标采购费用、设计建造费用、科学研究费用、施工安装费用、运行维护管理费用等。

2 铁路重要线路产品全寿命周期管理思想

铁路重要线路产品是确保铁路安全运输生产的重要物质技术基础，铁路重要线路产品全生命周期管理以寿命周期管理理念作为基础力量，会在理念的支持影响下来对铁路重要线路产品实施包含建设、采购、管理、维护、质量跟踪等全过程的信息管理。当前，对铁路运行过程中重要线路产品的管理表现在以下六个方面。

第一，铁路产品的技术性能标准、生产资质、物资准入管理由行业主管部门管理。

第二，按照线路资产设计性能要求来对产品的选用进行严格管理。

第三，产品招标采购信息和运输管理信息属于采购阶段的独立管理。

第四，按照采购信息要求和产品性能指标来组织一系列的生产，这些内容由生产单位独自管理。

第五，检修铁路线路施工过程中的重要路段，对重要路段的施工建设内容安排专业的管理部门独立管理。

第六，将产品的报废信息作为固定资产予以独立管理。铁路重要线路产品的全生命周期管理体系会通过打造线路产品信息平台来对铁路运行实际情况进行全面的分析，在这个过程中实现对数据信息的一次性录入管理，通过管理目标、管理方法、管理手段的融合来打造出符合铁路发展实际情况的统一化管理平台。

3 分析HSRT-LCC 的影响因素

设计方案与设备标准时段。既往编制设计方案时只顾及单项工程投资，没有顾虑有关工程或方案实施阶段引起的成本额度增多问题；选择设备具体型号环节中未能客观测评其后续几年中性能发展的现实要求，冗余设计过程中耗用较多时间成本；主观上没有确立全寿命周期理论应用的概念，片面关注即时的工程造价，全过程全寿命周期考虑不全面。

产品设计时段。这一阶段直接影响设备全寿命周期成本高低，对产品的运维、能耗及备件耗损模式起到决定性作用，虽然该段成本投入量在产品总成本占比不足7%，但对设备成本的影响度在70%以上。在供电设备全生命周期成本组成内制造成本大概占30%～35%，运维费用占比高于50%。站在这个角度分析，供电设备的设计机制对其LCC 会形成很大影响，一旦机制不科学将会滋生出后续很多操作与维护繁琐等问题[3]。

招投标形式。结合当下既有的招投标样式，传统价格为惯用的测评指标之一，过度重视当前成本投入情况，而对后期运维成本持有“置之不理”的态度，最后造成的结果是设备成本投入形成“冰山效应”，因服务到位与质量缺陷导致后续运维成本攀增。

运维制度。牵引供电设备为高铁行业内的重要工作之一，提升设备的实际服役水平是提升其运行有效性、可靠性的重要举措。对于类型相同的设备设施，利用不同的维修方法最后的LCC 将会出现显著差异，尤其是铁路系统配置数量庞大、类型繁多的供电设备在LCC 中运维费用占比较高。实际中为能创造出优异的维修成果、减少费用支出，真正达到提质增效，应加大技术经济性分析与对比，并合理应用智能化巡检等科技，更加深度的分析经济成本，对比不同维修规程体制的实施费用等，择优使用。

4 高速铁路牵引供电设备寿命周期费用模型构建

4.1 前期阶段

高速铁路牵引供电设备前期阶段的内容包含可行性研究，即对铁路项目前期建设内容的全方位分析，在这个期间要重点关注各项经济技术指标，根据经济技术指标的内容来完成工程项目的建设估算。在项目技术方案的制定中要始终坚持以全生命周期成本计算作为指导。在满足铁路运输实际需求的基础上兼顾铁路运行实际需要来对铁路建设实施管理，具体内容如电方式选择、变压器容量选择、变电所户内外布置方式、接触网基础和支柱选型等，应进行全寿命周期分析。

4.2 实施阶段

施工招标中的工程造价管理应以上级主管部门或业主批复的预算、施工图纸、施工图说明为基础，合理确定工程合同额。在招标过程中，技术标准的评价不仅需要考虑施工组织方案及措施，还应考量包括运营维护在内的整个寿命周期计划，选择具有较高综合效益的技术方案，应彻底改变以合同最低价中标的方式，采取较为合理的全寿命周期成本最低评价标准。施工阶段的工程投资控制是实现项目造价控制目标的过程。在施工阶段，应编制资金计划，确立工程造价的目标值，为工程投资的控制提供强有力的依据，并比较项目实施过程中的实际支出情况，发现偏差应及时纠正。

4.3 竣工验收及决算阶段

竣工验收阶段的关键是加强工程竣工审计工作，避免发生重复项目计价、定额高、标准收费高等乱象，导致工程投资不合理的增加。项目施工阶段结束后进入运营和维修阶段，应重点关注最终工程造价、生产经营者培训等工作，确保项目顺利投产和运行。

5 建议

5.1 主动扭转传统价值理念

加大LCC 理论灌输力度，将全寿命周期理论核算成本价值设定为始发点，由既往仅关注当前转变成重视全寿命周期过程。重视对牵引变压器健康状态的评估。对于牵引变压器T1，其安装的传感器agent 分别检测其油内溶解气体I1、吸收比I2、介质损耗因素I3、局部放电I4、微含水量I5与顶层油温升I6，参照现有规程、试验准则等，可设定以上六个指标的临界值，按照模糊分布形式对它们进行分类，除了I2是效益型外其他五项指标均是成本型，I1～I6的临界值分别是＜150μL/L、≥1.3、≤0.8%、＜500pC、≤25㎎/L、＜60K。

在某时刻牵引变压器T1之上各类型传感器agent 收集到的指标值是zi={130,1.8,0.65%，190,10,23}， 其中zi对应的指标Ii的取值，i=1,2,…,6。对因素集{I1、I2、I3、I4、I5、I6}建设出对比较矩阵，矩阵内各个元素的取值均是参照以上六个指标重要程度两两对比的结果，按照以上取值大小[4]：

能够算出其最大特征值λmax=6.2206，所以CI=(6.2206-6)/(6-1)=0.0441，结合公司进行一致化校验CR=0.0441/1.24=0.0356＜0.1，符合实际要求。算出λmax相对应的特征向量，对其进行归一化处理后获得初始相对权重向量wI=(0.2137,0.1846,0.129,0.0737,0.0509,0.3481)。

利用函数分别求算I1～I6的对应值，测算出其隶属于5个健康等级的隶属度，并构建指标评估矩阵。计算出指标层综合权重向量βIT1=(0.2403，0.1291，0.1031，0.0850，0.0509，0.3915)， 变压器免疫agent 输出的状态序列向量KIT1=(1，0，1，0，0，0)，γIT1=1×0.2403+1×0.1031=0.3434，最后测得变压器T1的健康值HIT1=1-0.3434=0.6566。结合以上数值可初步判断本牵引变压器当下处于中度病态的状态中，其服役性能衰退相对较严重，且其内部可能出现劣化情况而引起了功能性故障，故应尽早编制维修策略一防控发生故障失效情况。

5.2 创新管理理念与方法

和国外发达国家相比较，我国铁路行业中LCC的应用正处于萌芽阶段，应加大对供应商、建造者和企业的宣传推广力度，督导各个运营部门均能形成LCC 相关管理思维，更好的落实相关理念与方法，进一步提升LCC 管理效率。

加快组织结构构建进程。可建设HSRT-LCC管理机构，确保建成后的供电系统全寿命周期管理体系运行高效并和中国铁路行业发展现状相吻合，在科学理论的正确引导下，保证设备设计、采购、运维管理等过程更加经济合理。

有针对性的完善基础数据库。HSRT-LCC 内供电设备后期运维管理成本占比相对较高，甚至在LCC 中占比高于50%，在这样的情境下应尽早探究高铁牵引供电系统的新型运维模式。采用基于可靠性理念形成的长效维护机制，能够显著减少运维时期的成本。并能在各个过程中建设出基础数据采集系统，通过认真研读各笔费用支出情况，掌握设备现场实际运用的第一手材料，并提供更加科学、合理的计算凭据与测评标准[5]。

搭建设备信息管理系统。因牵引供电设备的全寿命周期管理牵扯到复杂的计算模型，并不是数字简单的加减过程，同个设备运行阶段出现的故障形式是多样的，很大程度上会增加运维成本计算的复杂度，应尽早创建出合理度较高的运维信息管理测评体系，该系统最大的功能是影响大数据技术分析、管理与统计设备的原始数据，明显减少设备成本核算的工作量与人工费用。新时期下，伴随供电设备管理精益化程度的增加，对设备各项性能指标的分析需求也增加，信息化将是未来管理牵引供电设备的主要趋势。

6 结语

高铁牵引供电设备的全寿命周期管理是一项系统性强、复杂度高的工作，但是无可非议的是其具有很大的现实意义。在全寿命周期管理理念与方法的协助下对牵引供电设备进行统筹规划，确定管理目标后，评估供电系统的健康状态，通过实施主动维护方法，确保系统能在全寿命服役周期中维持良好的健康状态，创造出更多的经济效益与社会效益。