行业要闻

【摘要】我国城市轨道交通车辆的车体主要采用不锈钢和铝合金材料。本文利用寿命周期费用分析法，比较和分析了普通钢、不锈钢和铝合金车辆的采购费、能耗费和维修费，得到了三种不同材料城轨车辆的寿命周期费用值，对城市轨道交通车体的选择有所借鉴。
【关键词】城轨车辆车体；不锈钢；铝合金；寿命周期
1、引言
        全寿命周期过程是指，在设计阶段就考虑到产品寿命历程的所有环节，将所有相关因素在产品设计分阶段得到综合规划和优化的一种设计理论。全寿命周期设计意味着，设计产品不仅是设计产品的功能和结构，而且要设计产品的规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全寿命周期过程。
        车体是车辆结构的主体，车体的强度和刚度关系到车辆运行的安全可靠性和舒适性，而且关系到车辆的载客能力和能耗大小；也关系到车辆检修工作量和使用寿命。因此，车体材料的选择将影响车辆采购费和运营维修费的高低。通常在车辆采购招标比选时，仅仅考虑车辆采购价格，不计车辆在寿命周期内的运营费用和维修费用，造成车辆采购费低，而把运营费和维修费提高了。
2、城轨车辆车体材料选择
        目前，城市轨道车辆车体材料有三种，即普通钢（含耐候钢）、不锈钢和铝合金。普通钢车体强度低，重量大，能耗高，腐蚀重，维修量大，使用寿命短，人们开始用不锈钢和铝合金取代普通钢车体。
不锈钢是一种含镍铬的高强度合金钢，其强度是普通钢的一倍以上，特别是轻量化不锈钢的强度可达到普通钢的三倍，因此可使车体轻量化；同时由于不锈钢含有的铬大于12% ，使铁的电极电位由-0.56V 突升至+0.2V ，使电池腐蚀不易发生。这就显著提高了不锈钢车体的耐腐蚀性，不但减少了维修工作量和维修费用，而且延长了车辆的使用寿命。
        由于铝合金的比重只相当于普通钢的三分之一，弹性模量也只有钢的三分之一，在保证车体同等强度下，车体自重最大可减轻50% ；而且铝合金的耐腐蚀性好，可以延长车辆的使用寿命。因此，世界许多国家都在积极开发和生产铝合金车。
        但是在我国城市轨道车辆车体实施轻量化过程中，首先遇到的是铝合金车辆采购价格过高问题。因为目前国内采购的铝合金车全部是从国外整车买进，后续车辆虽然在国内合资厂或合作厂生产，而铝合金型材基本依靠进口，加大了制造成本，价格偏高，从而也增大了城市轨道交通建设投资。
        每辆交流传动的铝合金车辆的购置费高达100万美元以上，是北京地铁普通碳钢车的1.6倍以上和天津滨海快速轨道不锈钢车的1.4倍以上。一般情况下，城轨车辆的采购费约占工程造价的10%-16%，如果将车辆采购费降低20%-50% ，则工程造价将降低2%-8% 。因此采取合理措施降低铝合金车的采购价格是急需解决的重要问题。其次是城市轨道的铝合金车和不锈钢车在寿命周期内的运营费用和维修费用高低问题。因为我国城市轨道交通采用铝合金车和不锈钢车是近几年才投入使用，缺少实践和历史数据的积累，还不能做出准确的判断分析，有待进一步研究和论证。
3、车辆寿命周期费用分析
        现在用户对城市轨道车辆的要求是：在产品使用期内安全可靠和易于维修。是否购买这个产品，不仅受到该产品的原价（采购费）的影响，而且还要受到产品使用期内客户承担的运用费用和维修费用的影响。为了取得用户的满意，供货商必须设计出可靠和具有价格竞争力（即最佳的采购费和运用维修费）的产品。因此，车辆寿命周期费用法是对该产品的采购和运用维修总体费用进行评估的经济分析方法。这种方法为车辆设计、开发和使用过程中的各种决策提供一个重要前提。
3.1车辆寿命周期费用构成
       车辆的寿命由论证、设计开发、生产、安装、运用和报废等六个阶段组成。在整个寿命期间，车辆所发生的费用可分为两个部分，即采购费和运营维修费。
3.2车辆寿命周期费用评估方法
        根据国际标准IEC300-3-3寿命周期费用分析的要求，寿命周期费用的评估方法有两种：
      （1）寿命周期费用模型分析法。这种方法是通过建立车辆采购费、运营费和维修费用的计算模型，分析计算结果，对组成车辆寿命周期费用的任一费用进行评估分析。
      （2）寿命周期费用经验法。这种方法是根据车辆采购和运营维修的实践，基于对过去熟悉产品和技术的经验，利用在可信任的信息系统中的历史数据，进行车辆寿命周期费用的评估分析。
4、不同材料车体寿命周期费用的评估分析
        为了对城轨交通的普通钢车、不锈钢车和铝合金车的寿命周期费用进行比较分析，以北京地铁复八线采用的交流传动普通碳钢车辆为基础，分别用铝合金和不锈钢材料替代，采用寿命周期费用经验法，对三种不同车体材料的车辆进行寿命周期费用评估分析。
4.1采购费用计算
        目前，国内城市轨道车辆进行招投标，车辆采购费一般由车辆制造价格、备品备件、特殊工具、技术文件、设计联络、检验验收、培训、运输税费和保险等费用构成。
        根据近年来北京、上海、广州、深圳、南京、天津等城市地铁车辆和城轨车辆采购价格的分析，铝合金的采购价格是普通碳钢车采购价格的2倍，不锈钢车的采购价格是普通碳钢车的1.2倍。日本是生产和运营城轨不锈钢车和铝合金车数量多和时间长的国家，根据它们的统计分析，铝合金车的采购价格是普通碳钢车的1.6倍，不锈钢车的采购价格是普通钢车的1.1倍。参照国内外的情况，在本文的分析中采用铝合金车的采购价格是普通碳钢车的1.8倍，不锈钢车的采购价格是普通碳钢车的1.2倍。
4.2维修费用计算
        维修费用的大小与车辆的性能、质量、修程和维修效率以及物价水平有关，今以北京地铁车辆的维修为例，进行三种地铁车辆维修费用的比较计算。北京地铁车辆现行的检修规程可分为列检、月修、定修、架修和厂修，周期和维修费用定额如下：
列检：列车运行4天，每车运行100km 为8元；
月修：列车运行1个月或1万km，每辆车平均240元；
定修：列车运行1.5年或13-15万km，每辆车平均1.4万元；
架修：列车运行3年或27-30万km，每辆车平均3.8万元；
厂修：列车运行7-9年或72-90万km，每辆车平均50万元。
（1）普通碳钢车维修费用
        每辆普通碳钢车使用寿命按20年计算，则不同修程的维修费用为：列检维修费1.92万元，月修维修费5.76万元，定修维修费14万元，架修维修费15.2万元，厂修维修费100万元，维修人工费262万元。因此每辆普通碳钢车总维修费用为：416万元。
（2）不锈钢车的维修费用
         现将日本地铁普通钢车体、不锈钢车体和铝合金车体维修费用统计数值列于表1 中。从表中看出，不锈钢车体维修费用很低，是普通钢车体的8.6% 。
（3）铝合金车维修费用
         由表1可以看出铝合金车体的维修费用是普通钢车体的41% 。
                                                                                                                                                                                     

5、结论和建议
         通过对城轨普通碳钢车、不锈钢车和铝合金车辆的寿命周期费用分析，在我国城市轨道交通车辆采购中，目前条件下采用铝合金车辆是不经济和不合理的选择，应该选用不锈钢车辆或耐候钢车辆。
建议在我国城市轨道交通系统，尽快立项进行车辆和机电设备产品寿命周期费用分析的研究，制定相应产品寿命周期费用分析标准，将产品寿命周期费用分析法早日应用到车辆和机电设备采购、设计和开发、生产和运营中，不断提高城轨车辆和机电设备的质量和使用寿命。
 
 
参考资料：
[1]北京地铁运营公司 DKZ4型地铁电动列车检修规程 北京地铁运营公司2002
[2]薛克仲 城市轨道车辆车体材料选择［J］城市轨道交通研究，2003
 
孙树亮：天津滨海快速交通发展有限公司运营车辆部，车体系统工程师，工程师。