城市轨道交通电客车维修策略研究——以北京为例

宋智翔

（1.北京市基础设施投资有限公司，北京 100101；2.北京协同创新轨道交通研究院有限公司，北京 100101）

根据中国城市轨道交通协会发布的统计数据[1]，截至2022 年12 月31 日，中国内地累计有55 个城市投运城轨交通线路10 291.95 km。与此同时，随着北京轨道交通16 号线南段和昌平线南延的开通试运营，北京轨道交通线网规模已突破800 km，每日开行列车1 万余次，日走行214 万余km，全网配属轨道交通车辆数达7 000 余辆(不含市郊铁路)，北京轨道交通的网络化运营正在逐步深化，运维成本逐步凸显。

运营车辆作为城市轨道交通的核心装备，其采购及运维成本约占总运维成本的40%。车辆的运营状态直接关系到行车安全，因此在安全和效益之间做好平衡非常重要。当前，北京轨道交通电客车维修仍以计划修和故障修为主，但存在过度修风险。在一定历史时期和条件下，按照电客车运营年限和里程规划车辆大架修，每条线路分设架修中心的模式是基于经验总结得到的运维管理体系，对北京轨道交通安全运营提供了支撑和保障。然而，随着北京轨道交通各既有线配属车辆运营时间的增长，电客车逐步进入大修周期，所面临的大架修压力逐步增大，与有限的车辆基地资源间的矛盾愈发突出，对应电客车的运维成本也给北京轨道交通的可持续发展带来了较大压力，政府对轨道交通运营成本的控制为城轨车辆的运维策略提出了更高的要求。

在北京轨道交通的超大规模线网和智能运维技术发展的背景下，如何借助相关智慧化手段，统筹全网维修资源，优化电客车维修策划，在降低建设、运营成本的基础上，同时保障城市轨道交通的运营安全，是当前的重要课题。阮巍等[2-3]将兼顾保证安全和降低投资及运维成本作为车辆大架修基地建设规划时的首要任务，针对大架修基地提出了加强资源共享、建立智能运维体系等建议。王晓军等[4]结合具体线路案例和车辆运维的痛点，提出北京市地铁运营有限公司所辖线路的车辆基地整合方案。钱缘君[5]、于涛[6]分别讨论了上海地铁、杭州地铁的车辆大架修基地布置方案。武舒然[7]、胡佳琦[8]分别分析了车辆智能运维信息系统的应用和效果。然而上述研究对电客车运维的痛点问题分析不够全面，解决方案还不够系统。本文对北京轨道交通电客车运维现状和痛点进行深入分析和探讨，结合行业新技术发展趋势，从修程修制、资源共享和委托方式3 个维度提出城市轨道交通电客车运维的优化建议。

1 北京轨道交通电客车运维现状

1.1 城轨车辆检修以计划修为主

交通运输部于2019 年出台的《城市轨道交通设施设备运行维护管理办法》[9]，明确指出电客车检修应符合“架修间隔不超过5 年或80 万车公里，大修间隔不超过10 年或160 万车公里”。

现行《地铁设计规范》(GB 50157—2013)[10]给出了新建地铁工程的电客车检修修程和检修周期的相关规定，如表1 所示。通常情况，车辆检修修程由车辆供应商根据车辆技术要求推荐，有经验的运营商可根据自身运营、线路特点进行适当的调整。

表1 地铁电客车检修修程和检修周期Table 1 Maintenance schedule of metro train

北京市规划委员会发布的《城市轨道交通工程设计规范》(DB11/995—2013)[11]考虑到橡胶件和轮对寿命因素，提出车辆检修修程和检修周期可按厂修、架修、月检和列检4 个等级检修模式进行设计，如表2所示。

表2 北京轨道交通电客车检修修程和检修周期Table 2 Maintenance schedule of metro train of Beijing

京港地铁借鉴港铁(Mass Transit Railway，MTR)经验，将电客车的预防性维修分为一、二、三线维修[12]，电客车一线维修分为：A 检(半月检)、B 检(半季度检)、年检，二、三线的预防性维修的修程分为：C 检架修及半寿命修，具体检修周期如表3 所示。

表3 京港地铁电客车检修修程和检修周期Table 3 Maintenance schedule of metro train of Beijing MTR

综上，标准规范中对检修修程和检修周期做了框架性规定，出于运营安全的考虑，各运营主体对修程修制的优化很谨慎，电客车运维仍以计划修和故障修为主，检修周期与具体线路及运营情况无关联，存在过度修的风险，也在一定程度上加剧了大修基地的检修压力。如，2021 年北京轨道交通10 号线、房山线、燕房线的单辆车平均年走行里程相近，但10 号线的最大断面满载率约为房山线的1.3 倍，燕房线的3.1 倍，不同客流量状态下车辆各部件的损耗亦不同，如按照车公里数规划修程，无法体现不同线路间的差异，容易造成欠修或过度修。

1.2 检修资源共享需进一步加强

城市轨道交通在建设初期由于受到城市布局、建设理念、前期规划、地理条件、设计规范等诸多因素限制，车辆段建设首先以满足本线车辆检修为目的，而不是以资源共享为目标[4]。北京轨道交通在每条线路都设置至少一个车辆段，各车辆段均设有架修设备，且大多数线路未以资源共享和互联互通为基础进行建设。随着城市轨道交通规模的不断增大，北京轨道交通传统的“点多面广”的维修基地布局和模式逐步显现出建设冗余、资源限制、与修程匹配性差等问题[2]。例如，部分线路的部件架修设备负荷率较低。据测算[2]，北京轨道交通某线大架修轮对踏面镟修作业的单设备全年负荷率不高于10%，设备大部分时间处于空闲状态，既不利于培养专业生产工人，又会造成设备投资浪费。

1.3 维保成本控制难度较大

北京轨道交通的电客车大修由运营单位根据整体情况提出大修计划后实施。车辆大修费用部分由各运营单位直接委托大修厂管理单位实施，以北京轨道交通某线为例，电客车大修业务中，车辆解体、组装，门板、车体、转向架维修由大修厂自主完成，其余部件均为返厂维修。各部件(除车体、转向架外)的大修成本占比如表4 所示。由表4 可知，牵引、制动系统的大修成本最为显著，这两大系统尚不具备自主维修能力，较难控制成本。

表4 地铁电客车大修成本Table 4 Cost analysis of metro vehicle overhaul

由于电客车大修的委托方式缺乏充分市场竞争，且外包率较高，约占77%，北京轨道交通车辆大修成本较其他城市更高，部分城市电客车大修费用统计如表5 所示。

表5 部分城市电客车大修招标信息统计Table 5 Bidding Information of Metro Overhaul in Recent Years

2 行业发展趋势与技术支撑

2.1 智能运维系统行业示范效果良好

中国城市轨道交通协会2020 年3 月发布的《智慧城轨发展纲要》[13]中将“研究车辆智能运维系统，提高列车日常检修效率，提升上线列车整体可靠性，促进修程修制变革，降低列车运维成本”作为智能技术装备体系的建设重点之一。随着《智慧城轨发展纲要》的落地实施和逐步深化，智能运维系统为电客车运营维护提供了基础数据支撑。

《智慧城轨发展纲要》发布以来，各地积极利用已投入应用的车辆智能运维设备，探索修程修制的优化。如上海地铁车辆智能运维系统在17 号线的全面应用结果显示，轨旁车辆综合检测子系统覆盖了原人工70%以上的检查作业和100%的轮对尺寸测量作业内容，列车检修周期已由日检调整为8 日检，人车比由0.6降至0.33。根据相关数据统计预测，列车可靠性可提高15%，运维效率可提高25%，运维成本可降低25%，年度节约成本可达1 000 万元[8]。

北京轨道交通的运营商也在积极探索车辆修程和寿命的优化。如北京地铁运营有限公司在“十三五”规划中，提到在有条件的线路试行“结合寿命预测及大数据分析结果优化检修周期和重点内容”。北京京港地铁建设完成维修管理信息系统(maintenance management information system，MMIS)，用纠正性维修替代原有的故障修，用预防性维修替代原有的计划修。北京轨道运营公司通过信息化系统统筹车辆全寿命周期策略，实现检修修程电子化，并基于信息化系统探索检修周期的优化建议。

2.2 检修资源共享和自主维修逐步探索

资源共享方面，为充分利用全网范围内的车辆段设施设备，各地开始探索网络化运营状态下车辆检修资源的最佳配置。北京地铁运营公司在对架修需求统计分析的基础上，形成了初步的全网架修资源整合方案，并积极提升自主维修能力，将受流器、电子板卡、门控器等部件逐步纳入自主维修范畴内，进一步降本增效。上海、广州、南京地铁[5,14-15]设置了线网轮轴大修中心，开始尝试易运输部件集中专业化维修，具体维修中心的设置如表6 所示。

表6 各地区部件集中维修中心设置情况统计Table 6 Setting of Centralized Maintenance Centers

武汉地铁从2012 年起开始探索自主化维修标准和流程，推进架修、大修等不同修程的自主维修，部件自主检修率达80%。在降本增效成为行业共识的背景下，自主维修成为越来越多各运营公司的选择。

2.3 维保商业模式不断创新

在电客车大修的委托方式上，由于车辆供应商掌握车辆技术资料，对电客车大修的实施具有天然优势，因此多数运营公司联合整车厂对城轨电客车进行委外大修，如上海地铁依托与整车厂成立的合资公司完成电客车大修。

近年来，各地运营公司开始探索在轨道交通领域内，对车辆采购与其运维服务进行打包共同招标。如2019 年，广州地铁将3 条线路的车辆及其17 年的维保服务一同打包招标。苏州地铁、云南保山线等也探索了类似的打包招标模式，具体情况如表7 所示。

表7 城轨车辆和维保打包招标情况统计Table 7 Statistics of urban rail vehicle-maintenance package bidding in China

综上，部件集中维修在全国部分城市已经成功应用和实践，且运营公司倾向于通过加强部件级自修能力降低成本、缩短维修周期；上海地铁的车辆智能运维系统已初见成效，在利用既有技术手段优化修程修制方面进行了探索，不过目前仅限于对检修项目周期的调整；城轨行业开始探索将车辆及其维保服务打包招标，依托车辆供应商的技术资源降低运维成本。

3 城轨电客车运维策略建议

3.1 基于智能运维的全寿命修程修制

结合技术发展趋势和行业经验，从“以预防为主”向“以可靠性为中心”转变，推动维修策略从单纯的定时维修向定时维修、视情维修和状态监测3 种方式相结合的方式转变。在北京地方标准的修程框架下，以优化全生命周期运维成本为目标，运用多样化手段(如维修辅助系统、车载状态监测、运营经验)获得更多维度车辆状态信息，结合多元数据，实现各线路车辆运维周期的动态调整。

实施路径上，一是面向新建线路，在梳理车辆运行关键信息在线监测项点和全寿命周期经济效益的基础上，在车辆采购中增加车辆关键系统状态监测设备(如走行部监测设备、受电弓检测系统等)，实现车辆状态在线监测，并结合地面的车辆预测与状态管理系统(prognostics and health management，PHM)和运营数据积累，逐步实现基于RAMS 的车辆子系统“状态修”。二是面向既有线路，结合线路客流特点和RAMS模型，关键子部件的备维修履历、可靠性水平、老化故障规律，探索在确保安全运营条件下的车辆寿命延长，减少部件剩余价值浪费。

例如，北京轨道交通1 号线、2 号线等线路的部分列车加装了走行部监测系统，多条线路配置了轨旁检测系统、弓网检测系统、能耗计量检测设备等。北京地铁运营公司曾组织多次专家评审会，对1 号线超期服役的DK2型地铁电动客车(1969年生产)充分论证后，适当延长了车辆使用寿命。随着车辆关键子系统状态监测系统和寿命预测模型的不断完善，可以通过大数据分析及人工智能学习，建立基于全寿命周期管理的车辆智能运维平台，基于线网中每列车的运营数据及检修监测数据，从全生命维护周期成本角度统筹规划检修修程，探索大数据对维修维护工作的指导作用。针对不同检修规程，通过智能运维手段建立可实现的目标，如表8 所示。

表8 不同修程中的智能运维策略和目标Table 8 Strategy of intelligent operation and maintenance under different repair procedures for metro vehicles

参照上海地铁的应用效果，基于车辆状态监测的视情维修可显著提高新建线路列车的可靠性和运维效率，降低线路车辆运维成本和人力成本，避免不同运行状态下的欠修或过度修。尤其是结合车辆延寿后，可有效减少车辆剩余价值浪费，节省新车采购费用。

3.2 基于检修资源共享的部件集中维修

资源共享方面，为避免出现线路的部件检修设备负荷率较低的问题，建议推广易运输件的集中专业化维修，在对既有车辆维修外协件统计的基础上，在现有或在建/新建车辆基地设立集中专业化维修中心。鼓励车辆基地维修能力差异化、特色化发展，提升部件自修能力，通过资源共享和集中维修提升维修效率及资源利用率。采用基于检修资源共享的部件集中维修后，有利于减少检修设备重复投资，提升设备利用率，关键车载部件实现自修以降低大架修成本，减小车辆基地用地面积；与此同时，设备使用率提升后，不仅可提高维修效率，还可培养专业维修人才，提升管理水平。

考虑到北京轨道交通多运营主体的特点，不同运营主体间电客车维修策略不统一，掌握的维修资源也并不均衡，初期各运营商可结合企业所辖线路资源和需求，分别规划建设或改造集中部件维修中心，并结合车辆制式，通过市级主管部门协调沟通，统筹规划避免重复建设。在此基础上，通过经济手段实现企业间维修中心的资源共享，搭建北京轨道交通线网级部件集中维修平台，进一步实现线网级别的网络化资源共享。

具体到不同部件的维修，可根据其自身特点采用不同的维修资源共享策略，选取部分部件类型建立路网级集中专业化维修中心。对结构复杂、不易运输的部件，如车体、转向架，宜在大修、架修库中就近维修。结构差异小、可共用工装、方便运输的部件，如轮对、车钩、电子板卡(乘客信息系统、门控器)等更适合建立专业维修中心，实现线网统一维修。结构差异小、可共用工装却运输不便的部件，如受电弓等，宜采用多点集中维修。检修设备成本低的小部件(减振器)，宜采用各车辆段分散维修或多点集中维修。

3.3 基于购买整车维保服务的检修能力整合

将车辆采购及其维保服务一起打包招标，有利于增加维保服务的市场化竞争机制，促进维保费用合理化。在合同框架下，运营方可充分利用整车厂的技术资源优势，减轻运营方的电客车维保压力，控制全生命周期维护成本。此外，有利于促进整车厂在车辆设计中考虑后期维保成本，提升车辆可靠性，降低全生命周期费用，促进相关产业向“产品+服务”方向发展，从而更快实现轨道车辆“状态修”。

考虑到打包招标的方式会对城轨车辆既有商业模式和维修业务产生较大的冲击，为增强策略的可实施性，建议从应用较少的车辆制式(如市域车辆、有轨电车等)的新建线开始试点车辆及其维保服务(大于15 年)打包招标，即在招标时一同确定车辆大修委托方，场地可依托大修基地或整车厂自行寻找。日常维修项目可采用总价包干制，大架修项目采用单价包干制。实施一定周期后，整车厂可以基于智能运维数据提出修程优化建议，经运营公司审核同意后试行修改。待该模式试验成熟后，逐步随着车辆增购之机到来在全网推广。

从长远角度考虑，在“产品+服务”打包招标模式发展成熟的基础上，可进一步借鉴航空行业经验，运营公司方可改“购”为“租”，直接租用城轨车辆的有效服务时间，并将服务一同打包，具体包括整车厂派人指导维修、提供车辆大修服务；车辆维修期间，由整车厂统一提供备用车，保证上线可用车辆；由整车厂根据车辆状态监测数据挖掘制定维修策略，保证上线车辆数。支付方式上，可分次支付租用费用，减轻运营公司资金可持续压力。按周期支付租用费用的模式下，运营公司避免了建设初期巨额资金的投入，由整车厂保证线路可用车辆数的方式可减少备用车的采购，提高线路电客车使用率。同时，打包招标模式可调动拥有较强技术能力的整车厂对智能运维的积极性，使整车厂主动与运营公司一同探索城轨电客车运维降本增效的有效途径。

4 结论

国内城市轨道交通逐步进入网络化运营时代，配属电客车逐步增大的大架修压力与有限的车辆基地资源矛盾日渐突出。以北京轨道交通为例，城轨电客车检修仍以计划修为主，车辆基地检修资源的共享尚需进一步加强，车辆大修外包率较高，成本控制压力较大。结合智慧运维、资源共享和商业模式演化的发展趋势，本文得出以下优化建议和路径：

1) 修程修制方面，新建线路逐步加装车辆状态在线监测设备，基于关键部件运行状态和RAMS 模型寿命预测进行全寿命修程修制规划，既有线路结合线路客流特点、部件可靠性水平、老化故障规律，探索车辆寿命延长的方法，以减少部件剩余价值的浪费。

2) 资源共享方面，在既有或在建/新建车辆基地设立企业级集中专业化维修中心，逐步实现易运输件的集中专业化维修，在此基础上可考虑搭建北京轨道交通路网级部件集中维修平台，实现线网级网络化资源共享，提升维修效率及资源利用率。

3) 委托方式方面，从应用较少的车辆制式(如市域车辆、有轨电车等)的新建线开始试点将车辆采购及其维保服务一起打包招标，加强与整车厂检修能力的整合，在此基础上探索改“购”为“租”，直接租用城轨车辆的有效服务时间，减轻业主资金可持续压力。