基于LCC分析的全自动运行技术应用效果实例研究

付宇 曹晓岩 王山山

摘 要：近年来全自动运行技术在我国城市轨道交通行业得到了迅速推广与广泛应用。文章基于全生命周期成本（LCC）分析，结合其技术特点，分析了全自动运行技术与传统技术的差异，以济南地铁实际运营线路为例，对全自动运行技术在不同条件下节约人力成本投入的效果进行了验证和定量分析，得出了在短编组、小站间距条件下全自动运行技术具有更优适用性的结论。

关键词：城市轨道交通；全自动运行技术；全生命周期成本（LCC）；人力成本

中图分类号：F49；TM73文献标志码：ADOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2023.08.025

Abstract： In recent years， AUGT （short for automated urban guided transport） has been rapidly promoted and widely applied in China. Based on LCC （short for life cycle cost） ， this paper analyzes the differences between the AUGT and the traditional technology， combined with technical characteristics. This paper takes Jinan rail transit as an example to verify and quantitatively analyze the effect of the AUGT on saving labor cost under different conditions， and comes to the conclusion that AUGT has more advantages in short grouping or short station spacing.

Key words： urban rail transit; automated urban guided transport（AUGT）; life cycle cost （LCC）; labor cost

我国城市轨道交通历经50余年的建设和发展，取得了无数辉煌的成就。截止2022年底，全国共53个城市开通了290条城市轨道交通线路，运营总里程达9 584公里[1]，客运总量和运营总里程均居于世界首位。伴随着我国城市轨道交通行业的蓬勃发展，近年来全自动运行技术在行业内推广迅速，其节约人力成本投入的優势尤其受投资者青睐。

1    全自动运行技术的特点

城市轨道交通工程全自动运行系统具有以下突出特点。

1.1    全自动运行列车智能化和RAMS水平进一步提高

全自动运行（GoA4等级）列车具备无司机在车上值守的自动运行能力，可实现无人驾驶。其可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS，即Reliability，Availability，Maintainability，Safety）相较于传统的GoA2等级列车均有了一定程度的提升，具备故障自动诊断与修复功能。

1.2    全自动运行系统自动化水平明显提高

GoA4等级的信号系统不仅能对列车的运行速度进行自动控制，而且可以实现自动化的列车调度工作，自主地操控列车出库上线、下线回库等行为。在传统线路中，这些工作均需要调度员人工触发。

1.3    全自动运行系统信息化水平进一步提高

传统线路的弱电系统功能权限界限划分清晰，信号、综合监控等系统无法进行大量信息交互，其各项功能的实现均需依靠专职的信号调度员、电力调度员、环境调度员人工操作。在全自动运行系统中，信息化水平明显提高，各系统可直接进行信息交互，大大提高了信息交互效率和准确率。

1.4    全自动运行系统外部接口保持不变

全自动运行列车的技术升级主要集中在车载自动化设备和网络系统中。列车基本架构与传统GoA2等级的列车完全一致，对轨道、接触网等外部系统的接口保持不变。信号等弱电系统技术升级主要集中在软件程序和机房设备中，设备安装外部方式均与传统工程项目一致，对桥隧、房建等外部系统接口保持不变。

2    全生命周期成本（LCC）理论与基本模型

全生命周期成本（LCC）理论，在IEC 60300标准中被定义为：事物在存在的整个时间周期内产生的全部成本之和[2]。研究和管理全生命周期成本的主要意义在于协助决策者在任何可能的时间点、任何可能的备选方案中选择最优方案。在全生命周期中，可以根据其分析结果结合成本、时间、性能、可靠性或其他考虑因素来评估已选方案执行的效果；也可以根据分析结果在设计阶段来评估备选方案的优劣；当备选方案数量较少或无备选方案时，全生命周期成本的分析还可以为开发利用阶段的预算评估提供重要数据支撑。

全生命周期成本分析方法如图1所示。

全生命周期成本研究中建立了多种基本数学模型，其中较为常见且应用最为广泛的是求和模型，该模型主要适用于研究对象周期划分较为明确，子成本间交叉影响较少的情况。求和模型的基本公式为：

城市轨道交通工程属于较为典型的一类建设工程，根据IEC 60300标准，将其全生命周期划分为以下阶段[2]：决策设计阶段；建设实施阶段，指的是工程项目初步设计结束至线路试运营开通的时间阶段；运营维护阶段，指的是工程项目试运营开通至运营服务永久终止的时间阶段，运营维护阶段在城市轨道交通工程全生命周期中占比最大，是全生命周期成本研究的重要阶段；报废回收阶段。

有研究指出，一些较为复杂的产品或工程，其全生命周期内成本分布大致为：决策设计阶段占10%，建设实施阶段占30%，运营维护阶段占60%[3]。因此对建设实施阶段和运营维护阶段成本的研究显得尤为重要。

3    全自动运行技术与传统技术成本差异项模型

按以上全生命周期阶段划分，分别对各个阶段成本影响因素进行分析，梳理受全自動运行技术影响项，建立全自动运行技术成本差异项的模型，模型结构如图2所示。

引入资金现值的概念，将上述模型转化为方程式，如下所示：

其中：LCC表示受全自动运行技术影响的全生命周期成本；

SCt、TCt、HCt、WCt、RCt分别表示第t年的弱电系统采购成本、列车采购成本、人力成本、设备维护成本和设备重置成本；

T1表示城市轨道交通工程建设实施阶段时间；

T2表示城市轨道交通工程运营维护阶段时间；

r表示城市轨道交通工程折现率，通常取4%～10%[4]。

4    济南地铁全自动运行技术实例研究

济南市地质条件特殊，地下水系发达，2015年一期工程建设规划正式获得国家发改委批复并于同年开始动工。济南地铁1、3、2号线先后于2019年4月、2019年12月和2021年3月正式开通运营。其中济南地铁1号线、3号线采用GoA2等级传统半自动运行技术，具备ATO功能，但仍需要司机进行驾驶操作。2号线采用GoA4等级全自动运行技术，具备无人值守的自动运行能力，可在无司机、无工作人员执乘的条件下自动完成客运服务，但现阶段为安全起见仍采用司机值守的运营模式。除此之外，三条线路的建设时间相近、线路条件相似、运营模式相同、规划制式均为B2型列车，可为全自动运行技术应用效果横向比较的变量控制提供较为便利的条件。

4.1    不同编组形式下的适用性

济南地铁1号线列车采用4辆编组形式，2、3号线列车采用6辆编组形式。具体列车及司机配属如表1所示。

根据全生命周期成本数学模型，第t年人力成本现值的计算公式为：

其中：S表示生产岗位平均年度工资；n表示人员配属数量；k表示生产岗位平均薪酬年增长率，查询济南当地平均工资数据取k=0.07。

假设线路运营寿命为60年，经计算全生命周期司机人力成本投入现值大小关系为：GoA4等级6编组＜GoA2等级6编组＜GoA2等级4编组。具体数值如表2所示。

分析其原因，可能是济南地铁1号线采用4节编组列车，相较于2、3号线列车的6节编组形式，均摊司机等人力成本的能力较差。

全自动运行技术的成本优势之一在于大幅度降低司机人力成本投入，因此可推断：全自动运行技术对于编组形式较短的线路具有更优适用性。

4.2    不同站间距下的适用性

济南地铁1、2、3号线线路总长，平均站间距及信号检修人员配属数量如表3所示。

根据人力成本现值计算公式，假设线路运营寿命为60年，经测算全生命周期信号检修人员人力成本投入现值大小关系为：2号线＜1号线＜3号线。具体数值如表4所示。

分析其原因，可能是济南地铁1、3号线均为传统的GoA2等级线路，3号线站间距较小，车站密度较大，车站区域的信号系统检修维护工作量大于区间内的工作量，因此站间距较小的线路分摊信号系统检修人力成本的能力较差。

全自动运行技术的优势之一在于大幅降低信号系统检修人力成本投入，因此可推断：全自动运行技术对于平均站间距较短的线路具有更优适用性。

5    结    论

通过对济南地铁1、2、3号线进行实例分析，我们不难看出，全自动运行技术可明显降低司机等人力成本的投入，是其核心优势之一。在列车编组形式较短，或平均站间距较小的情况下，全自动运行技术具有更优的适用性，可更大程度地发挥其优势作用。因此，与编组相对较长和平均站间距相对较大的市域铁路、高速铁路相比，市内制式地铁更有应用全自动运行技术的必要性。

参考文献：

[1] 中国政府网．2022年城市轨道交通运营数据速报[EB/OL]．（2023-01-20）[2023-03-13]. http：//www.gov.cn/xinwen/2023-01/

20/content_5738226.htm.

[2] 阮镰，章国栋．工程系统的规划与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1991.

[3] 国家发展改革委建设部．建设项目经济评价方法与参数（第3版）[M]．北京：中国计划出版社，2006.