李懷龍 李遠(yuǎn)富

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，610031，成都;2.高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，610031，成都∥第一作者，博士研究生)

軌道交通因?yàn)檫\(yùn)量大、速度快、安全準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等顯著優(yōu)勢(shì)，在交通運(yùn)輸體系中占據(jù)著重要地位。而無(wú)砟軌道因?yàn)榫哂蟹€(wěn)定性高、剛度均勻、結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)、維修工作量少等技術(shù)特點(diǎn)，基本取代了傳統(tǒng)的有砟軌道，成為了軌道交通主流的軌道結(jié)構(gòu)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

無(wú)砟軌道最早從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，由德國(guó)和日本研發(fā)，首先應(yīng)用于高速鐵路。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，迅速走過(guò)了引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的歷程，形成了以CRTS(Chinese Railway Track System，中國(guó)鐵路軌道系統(tǒng))Ⅰ型板、Ⅱ型板、Ⅲ型板以及雙塊式為主的無(wú)砟軌道技術(shù)體系。目前在我國(guó)，包括高速鐵路、城際鐵路、城市軌道交通在內(nèi)的大規(guī)模軌道交通建設(shè)正在進(jìn)行，其中大部分線路均采用無(wú)砟軌道。

無(wú)砟軌道與有砟軌道相比，工程建設(shè)成本增加較大，根據(jù)德國(guó)和日本的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)砟軌道的建設(shè)成本約為有砟軌道的1.3～1.5倍。在線路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，軌道維護(hù)的工作量和成本占了維護(hù)總成本相當(dāng)大的比例，需要研究經(jīng)濟(jì)有效的維護(hù)策略。無(wú)砟軌道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中性能的變化直接影響到維護(hù)策略和維護(hù)成本，它們的關(guān)系需要深入研究。當(dāng)前，我國(guó)應(yīng)用的無(wú)砟軌道形式較多，各有特點(diǎn)，合理的選型可顯著減少全壽命周期成本。因此，無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)研究越來(lái)越受到重視。

本文主要介紹了軌道交通領(lǐng)域無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了研究發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合我國(guó)軌道交通事業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，提出了下一步研究方向的建議。

1 國(guó)外無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀

1.1 初步研究

無(wú)砟軌道首先應(yīng)用于高速鐵路，日本、法國(guó)、德國(guó)作為高速鐵路傳統(tǒng)大國(guó)，也最早開(kāi)展了無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)性研究。由于全壽命周期成本分析法具有概念清晰，考慮了資金的時(shí)間價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)，可只針對(duì)主要成本項(xiàng)計(jì)算出全壽命周期成本(Life Cycle Cost，簡(jiǎn)為L(zhǎng)CC)進(jìn)行對(duì)比分析，因而在無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方面得到了廣泛應(yīng)用。早期的研究主要是應(yīng)用該方法，針對(duì)無(wú)砟軌道和有砟軌道的施工費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，計(jì)算軌道的全壽命周期成本并進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1.1 日本的研究情況

20世紀(jì)60年代，日本開(kāi)始研發(fā)新型的軌道結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，日本研發(fā)定型了A型板式軌道、A型框架板式軌道以及減振G型等無(wú)砟軌道。日本總結(jié)板式軌道在山陽(yáng)新干線應(yīng)用20年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)指出:板式軌道的工程造價(jià)一般是有砟軌道的1.3～1.5倍，如果線路的年通過(guò)總重達(dá)到1 200萬(wàn)t，增加的工程投資可在約10年內(nèi)償還。根據(jù)維修數(shù)據(jù)分析，板式軌道每年每km的平均維修費(fèi)用約為有砟軌道的18%。日本還對(duì)東北新干線相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:板式軌道的建設(shè)費(fèi)用約為有砟軌道的1.27倍;由于年維護(hù)費(fèi)用大大降低，相應(yīng)費(fèi)用的節(jié)省使得建設(shè)費(fèi)用增加的投資約在9年左右得到償還。

1.1.2 法國(guó)的研究情況

法國(guó)利用1997年的數(shù)據(jù)，比較了無(wú)砟軌道、有砟軌道的建設(shè)費(fèi)用和維修費(fèi)用。研究結(jié)果表明，當(dāng)利率減去通貨膨脹率的數(shù)值低于7%時(shí)，無(wú)砟軌道的總費(fèi)用較低，研究設(shè)定的前提是無(wú)砟軌道的建設(shè)費(fèi)用約為有砟軌道的1.3倍。

1.1.3 德國(guó)的研究情況

德國(guó)對(duì)無(wú)砟軌道和有砟軌道的維修費(fèi)用也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，1989至1994年雷達(dá)型無(wú)砟軌道年平均維修費(fèi)用為2 640馬克/km，約為同一時(shí)期有砟軌道的五分之一。1998年，德國(guó)鐵路應(yīng)用全壽命周期成本分析法，考慮了無(wú)砟軌道和有砟軌道結(jié)構(gòu)的不同壽命，加上年度的維修費(fèi)用，計(jì)算出全壽命周期成本。研究表明，在無(wú)砟軌道研究開(kāi)發(fā)初期，工程造價(jià)是有砟軌道的好幾倍，隨著技術(shù)的成熟和發(fā)展，工程造價(jià)已降低至約1.5倍，與日本1994年得到的1.3～1.5倍結(jié)論非常接近。高速鐵路有砟軌道的壽命周期成本最高，其次是雷達(dá)型無(wú)砟軌道，普通鐵路有砟軌道最低。研究結(jié)論是:在新建的高速度及高密度運(yùn)輸通道上，采用無(wú)砟軌道具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。

1.2 近年來(lái)的深入研究

隨著世界軌道交通事業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市軌道交通開(kāi)始采用無(wú)砟軌道，對(duì)無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)性的研究也更趨向深入。研究人員在前期應(yīng)用全壽命周期成本分析法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注軌道的施工費(fèi)用和維修費(fèi)用的同時(shí)，開(kāi)始研究無(wú)砟軌道技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的結(jié)合，并考慮包括環(huán)境影響在內(nèi)的社會(huì)影響，擴(kuò)展了全壽命周期成本的內(nèi)涵。

1.2.1 全壽命周期成本分析法的延伸應(yīng)用

(1)鐵路的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)。研究人員基于全壽命周期成本分析法，研究了決策支持系統(tǒng)。在鐵路的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)用，主要目的是為在設(shè)計(jì)階段無(wú)砟軌道的選型以及運(yùn)營(yíng)階段軌道結(jié)構(gòu)(包括部件)的維護(hù)策略?xún)?yōu)化提供支撐。如文獻(xiàn)［1］以荷蘭高速鐵路為例，應(yīng)用全生命周期成本法，研究了軌道全壽命周期成本決策支持系統(tǒng)，以及軌道和道岔的維護(hù)更新策略。研究人員還引入了風(fēng)險(xiǎn)分析，考慮了不確定性因素的影響。如文獻(xiàn)［2］等研究了采用故障隨機(jī)分析的方法評(píng)估軌道的經(jīng)濟(jì)壽命，提出了建議模型，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)［3］將蒙特卡羅模擬和試驗(yàn)設(shè)計(jì)法結(jié)合，提出了評(píng)價(jià)鐵路軌道全壽命周期成本不確定性的方法，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)［4］提出了道岔的全壽命周期成本模型，考慮了全壽命周期成本相關(guān)的不確定性因素，為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)更新策略?xún)?yōu)化提供支撐。

(2)城市軌道交通。隨著城市軌道交通的發(fā)展，研究人員也逐漸將全生命周期成本分析法應(yīng)用于城市軌道交通領(lǐng)域。文獻(xiàn)［5］以西班牙馬德里地鐵為例，應(yīng)用全壽命周期成本分析法評(píng)估軌道結(jié)構(gòu)，研究了其全壽命周期成本。文獻(xiàn)［6］將全壽命周期成本分析法應(yīng)用于韓國(guó)的輕軌領(lǐng)域，分析了成本的主要構(gòu)成，建立了計(jì)算模型，還研究了相關(guān)的不確定性和成本分類(lèi)系統(tǒng)。

1.2.2 LCC 與 RAMS的結(jié)合

研究人員在關(guān)注無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)，開(kāi)始研究技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)成本的關(guān)系，引入RAMS技術(shù)(Reliability可靠性，Availability可用性，Maintainability可維護(hù)性，Safety安全性)，將LCC與RAMS結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)砟軌道技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)成本的綜合優(yōu)化。如:文獻(xiàn)［7］研究指出無(wú)砟軌道與有砟軌道相比，在施工時(shí)間、可用性、耐久性方面具有顯著的優(yōu)勢(shì);文獻(xiàn)［8］將LCC和RA(reliability可靠性，availability可用性)結(jié)合起來(lái)，研究了包括建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、可用性、可靠性在內(nèi)的全壽命周期成本，并應(yīng)用于鐵路的設(shè)計(jì)階段;文獻(xiàn)［9］將RAMS和LCC結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于鐵路軌道運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，尋找優(yōu)化的維修策略;文獻(xiàn)［10］將RAMS和LCC結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于鐵路軌道領(lǐng)域，研究了數(shù)據(jù)搜集階段和分析階段的重要因素和邊界條件，并以R260和R350HT 2種軌道為例進(jìn)行了驗(yàn)證。

1.2.3 LCC 與 SEC 的結(jié)合

由于城市軌道交通與城市居民的生活密切相關(guān)，包括環(huán)境影響成本在內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響受到了研究人員的重視。文獻(xiàn)［11］研究了LCC和SEC(Socio Economic Cost，社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本)結(jié)合，應(yīng)用于城市軌道交通領(lǐng)域(有軌電車(chē)、地鐵、輕軌)，建立了標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算工具，分析了軌道技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)成本的影響，并將部分定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析，最后對(duì)4個(gè)實(shí)例進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)階段的主要成本包括噪聲影響和維修成本。維修簡(jiǎn)便的新型城市軌道交通系統(tǒng)，往往具有更高的全壽命周期成本，但在社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面具有更好的優(yōu)勢(shì)(交通堵塞、噪聲、振動(dòng)、二氧化碳排放等)。

綜上所述，西方學(xué)者關(guān)于無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的研究比較深入，將LCC與RAMS、風(fēng)險(xiǎn)分析、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素(包括環(huán)境影響)等結(jié)合起來(lái)，建立了相應(yīng)的理論框架和計(jì)算模型。但RAMS、SEC等作為定性分析，與LCC定量分析之間如何結(jié)合，始終是需要進(jìn)一步研究的難題。

2 國(guó)內(nèi)無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀

2.1 初步研究

無(wú)砟軌道在我國(guó)首先應(yīng)用于高速鐵路。1999年，我國(guó)在秦沈客運(yùn)專(zhuān)線的部分橋梁上鋪設(shè)了無(wú)砟軌道，無(wú)砟軌道與有砟軌道工程費(fèi)用的比值達(dá)到了2.65和 3.10，顯著高于德國(guó)、日本的相應(yīng)數(shù)值。2004年建設(shè)的遂渝線相關(guān)數(shù)據(jù)表明，板式無(wú)砟軌道工程造價(jià)為有砟軌道的2.4～2.7倍，雙塊式無(wú)砟軌道造價(jià)為有砟軌道的1.9～2.1倍，與秦沈線的數(shù)據(jù)相比有所下降，其中雙塊式無(wú)砟軌道造價(jià)與有砟軌道比值在2左右，與國(guó)外的相應(yīng)數(shù)據(jù)比較一致。

2.2 進(jìn)一步研究

隨著我國(guó)軌道交通事業(yè)的發(fā)展，城際鐵路和城市軌道交通也開(kāi)始大規(guī)模使用無(wú)砟軌道。早期關(guān)于無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)性的研究主要集中在設(shè)計(jì)、施工方面，隨著運(yùn)營(yíng)里程的增加，無(wú)砟軌道的運(yùn)營(yíng)維護(hù)也得到了重視。相關(guān)的研究主要包括:

(1)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。我國(guó)無(wú)砟軌道形式較多，設(shè)計(jì)階段的無(wú)砟軌道選型成為關(guān)注的重點(diǎn)。研究人員結(jié)合高速鐵路、城際鐵路、城市軌道交通的特點(diǎn)，對(duì)各種類(lèi)型的無(wú)砟軌道進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，研究了包括經(jīng)濟(jì)成本在內(nèi)的多項(xiàng)指標(biāo)。如:文獻(xiàn)［12］對(duì)雙塊式無(wú)砟軌道和板式無(wú)砟軌道的建設(shè)直接成本、建設(shè)間接成本、維修費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)效率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了研究分析。文獻(xiàn)［13］根據(jù)城市軌道交通的特點(diǎn)，分析了運(yùn)營(yíng)特征，提出了軌道結(jié)構(gòu)選型的基本要求，建議城市軌道交通應(yīng)優(yōu)先采用無(wú)砟軌道。在軌道結(jié)構(gòu)選型時(shí)，不但要注意節(jié)約投資，更要重視運(yùn)營(yíng)階段對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，在不同的地區(qū)應(yīng)選擇不同類(lèi)型的減振降噪型軌道結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)［14］根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn)，分析了城際鐵路對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的要求，提出了軌道結(jié)構(gòu)的選型原則，并通過(guò)對(duì)鋼軌、扣件和軌下基礎(chǔ)的分析比較，提出了200 km/h城際鐵路軌道選型建議。文獻(xiàn)［15］研究了市域鐵路軌道結(jié)構(gòu)形式及主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，比較了無(wú)砟軌道和有砟軌道的優(yōu)缺點(diǎn)，建議采用無(wú)砟軌道，并進(jìn)一步對(duì)CRTSⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型板式以及雙塊式無(wú)砟軌道的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等進(jìn)行了比較分析，建議鋪設(shè)雙塊式無(wú)砟軌道，還指出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究方向。

(2)全壽命周期成本方法研究。在無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)理論和方法研究方面，文獻(xiàn)［16］提出應(yīng)用價(jià)值工程進(jìn)行全壽命經(jīng)濟(jì)分析的新思路;文獻(xiàn)［17］參考德國(guó)的相關(guān)研究，將LCC法應(yīng)用于我國(guó)無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)性研究中，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了分析;文獻(xiàn)［18］將全壽命周期成本分析法和層次分析法相結(jié)合，考慮無(wú)砟軌道的工程建設(shè)費(fèi)用和養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，討論了具有不確定性的研究參數(shù)取值范圍。

(3)工程造價(jià)研究。研究人員結(jié)合我國(guó)軌道交通工程建設(shè)，對(duì)無(wú)砟軌道的工程造價(jià)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［19］闡述了無(wú)砟軌道定額測(cè)定的基本情況和工作內(nèi)容，研究了無(wú)砟軌道工程定額測(cè)定問(wèn)題;文獻(xiàn)［20］結(jié)合遂渝線鐵路工程，對(duì)不同類(lèi)型的無(wú)砟軌道造價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算和分析;文獻(xiàn)［21］研究了鐵路工程造價(jià)的組成及確定問(wèn)題，調(diào)整、計(jì)算了更為合理的綜合工程造價(jià)指標(biāo)和專(zhuān)業(yè)單項(xiàng)工程造價(jià)指標(biāo)，并論證了指標(biāo)的合理性。

(4)綜合評(píng)價(jià)。建立模型對(duì)無(wú)砟軌道的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)［22］應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，建立模糊模型，從系統(tǒng)的角度對(duì)無(wú)砟軌道進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);文獻(xiàn)［23］介紹了無(wú)砟軌道性能評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對(duì)無(wú)砟軌道中的典型代表進(jìn)行了定量綜合評(píng)價(jià)和分析，并結(jié)合實(shí)例對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證［23］。

總之，我國(guó)關(guān)于無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)研究方面取得了一些成果，但理論性、系統(tǒng)性研究不夠，需要對(duì)無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的理論和方法以及指標(biāo)體系進(jìn)行深入研究。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)大規(guī)模的軌道交通建設(shè)尚未結(jié)束，有必要借鑒學(xué)習(xí)西方的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)軌道交通工程實(shí)踐，建立無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的理論體系和計(jì)算模型，為我國(guó)軌道交通事業(yè)的建設(shè)和發(fā)展提供支撐。建議加強(qiáng)以下方面的研究。

(1)系統(tǒng)的理論框架:應(yīng)用全壽命周期成本分析法，進(jìn)一步與RAMS、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等結(jié)合，建立系統(tǒng)的無(wú)砟軌道經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)理論框架。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù):基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的依據(jù)，有必要建立標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系，并在今后的工程實(shí)踐中不斷積累。

(3)完善的計(jì)算模型:需要提出比較完善的計(jì)算模型，并結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)一步修正。

(4)重視環(huán)境影響:有必要研究LCC與LCA(Life Cycle Assessment，生命周期評(píng)價(jià))的結(jié)合，分析無(wú)砟軌道全壽命周期的環(huán)境影響，重點(diǎn)研究運(yùn)營(yíng)階段的環(huán)境影響成本(振動(dòng)、噪聲等)，并進(jìn)一步研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合最優(yōu)的減振降噪措施。

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