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发表于 2020-7-3 10:11:41
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作为承载旅客运输功能的轨道交通系统,衡量其经济性水平需全面分析其全寿命周期投入产出比,也就是既要分析其建设期投资水平,也要分析其运营期维护维修成本和运营期的产出能力。
2.1 建设成本分析
国内媒体新闻对中低速磁浮交通的有关报道中,普遍将建设成本低作为其主要优点之一。一般的结论是,中低速磁浮线路的造价约2~3亿元/公里,传统轮轨式高架线路造价约4亿元/公里,传统轮轨式地下线路(6B型列车)造价约为6亿元/公里。这种直观对比忽略了不同制式线路技术特征尤其是运能的巨大差异。为便于全面深入分析中低速磁浮交通项目建设成本的经济性,本文选取了3条有一定代表性的项目进行对比分析:贵阳地铁1号线、北京S1线以及长沙磁浮快线。
2.1.1 线路技术特征对比
贵阳地铁1号线全长34.3 km,其中地下线29 km,高架线及地面线5.3 km。设车站24座(地下站19座,高架站和地面站各2座),平均站间距1.491 km。采用B型车辆,6辆编组。初期配属车辆34组,高峰期小时开行24对列车,初期单向运能35 040人/小时。
北京磁浮S1线全长10.21 km,设站8座(全部为高架车站),平均站间距1.459 km。列车6辆编组。初期配属车辆10组,高峰期小时开行12对列车,初期单向运能11 232人/小时。
长沙磁浮快线全长18.55 km,设站3座(全部为高架车站),平均站间距9.275 km。列车3辆编组。初期配属车辆5组,高峰期小时开行时间间隔15 min30 s(接近4对列车),初期单向运能接近1 452人/小时。
2.1.2 总工程费用对比
因概算投资中工程建设其他费存在较大的不确定性,尤其受征地拆迁、管线迁改等补偿影响较大。本文仅针对3条线路的工程费用和购车费用进行了对比分析(如表7所示)。从各线路技术指标和建设成本对比表中可以看出,贵阳地铁1号线为典型的以地下线路为主的高运量轨道交通线路,工程费用经济指标约3.51亿元/公里;北京磁浮S1线为中运量高架线路,工程费用经济指标约3.99亿元/公里,超过了贵阳地铁1号线;长沙磁浮快线为低运量高架线路,工程费用经济指标约1.62亿元/公里。长沙磁浮线路经济指标远低于另两条线路。
建设成本对比
2.1.3 车站工程费用对比
贵阳地铁1号线车站工程经济指标约8 841万元/正线公里,北京S1线为5 738万元/正线公里,长沙磁浮快线为914万元/正线公里。三者巨大差异的根本原因:一是站间距不同,长沙磁浮快线站间距约9.3 km,贵阳1号线和北京S1线均为1.5 km;二是敷设方式不同,后两者均为高架车站,平均造价指标分别为0.73万元/平米和0.88万元/平米,略低于前者的地下车站造价指标0.98万元/平米。
2.1.4 区间工程费用对比
贵阳地铁1号线区间工程经济指标约10 510万元/正线公里,北京S1线为9 775万元/正线公里,长沙磁浮快线为5 999万元/正线公里。可以看出,作为一线城市,虽然北京S1线采用的磁浮车辆自重及载重均小于传统轮轨式B型车,且采用高架敷设方式,但其区间工程费用与主要采用地下线路及B型车的二线城市贵阳1号线相比,并无显着优势。分析原因可能不排除以下因素:直线电机的垂向力效应以及悬浮特点对结构的竖向刚度要求较高、承轨台较复杂、新型结构的设计冗余度较大等。长沙与贵阳同属二线城市,且其磁浮快线的车辆相对S1线更小,因此其较低的高架区间经济指标恰恰能较好地反映敷设方式和载荷大小对区间造价的影响。
2.1.5 轨道工程费用对比
贵阳地铁1号线轨道工程经济指标约1 746万元/公里;北京S1线约4 765万元/公里;长沙磁浮快线约3 396万元/公里。传统轮轨式交通与磁浮交通的轨道工程造价指标相差一倍以上。这种差异:一是由于中低速磁浮系统采用了独特的F型轨道,如:北京S1线F型轨道单位重量127 kg/m是传统轨道的2倍以上;二是由于该型轨道为特殊定制,未大规模应用的后果必然导致制造成本中的工装摊销费用较高;三是目前的F型轨道铺设工艺尚未成熟,导致建设成本偏高。
2.1.6 通信信号、通风空调等工程费用对比
传统轮轨式线路与中低速磁浮线路的通信、信号、供电、防灾报警、环境设备监控、安防与门禁、自动售检票、车站辅助设备、办公自动化等系统费用受交通制式影响基本可忽略,3条不同线路造价指标的差异反映的是各地建设标准的高低。另外,因采用高架线路,中低速磁浮的通风空调与采暖、给排水及消防工程费用指标要显着低于地下线路;而磁浮车辆的特殊性,导致磁浮线路中承担车辆检修任务的综合基地造价指标要高于传统轮轨式线路。
2.1.7 车辆采购费用对比
贵阳地铁1号线车辆采购经济指标约3 865万元/公里;北京S1线约6 892万元/公里;长沙磁浮快线约809万元/公里。三者差异原因:一是车辆采购数量不同,贵阳地铁1号线采购204辆车,约合5.95辆车/正线公里,北京S1线60辆车,长沙磁浮快线15辆,约0.81辆/正线公里;二是由于磁浮车辆的小规模采购导致其单辆成本超出更大运量的B型车的50%以上,如贵阳1号线采购的B型车约650万元/辆;长沙磁浮车辆约1 000万元/辆;北京S1线车辆约1 173万元/辆。
2.1.8 单位运能经济指标
事实上,由于上述3条线路的运能差异较大,单纯对比建设成本高低并不具备较强的说服力。如按投入产出比[(工程费用+初期购车费)/初期高峰小时单向运能]来对比分析,将能获得更直观的比较效果。测算结果如下:贵阳地铁1号线单位运能经济指标约1.11万元/(人·公里);北京S1线约4.17万元/(人·公里);长沙磁浮快线约11.72万元/(人·公里)。长沙磁浮快线因初期购车数量严重偏少(跟其客流大小相关),导致其直接的投入产出效益相对不理想。当然,其示范效应带来的间接经济收益和社会效益不可低估。另外,如按北京S1线配车指标(平均1组/公里)测算,其单位运能经济指标将下降至4.39万元/(人·公里),略高于S1线。
因此,从投入产出效率来看,现阶段中低速磁浮交通单位运能下的建设成本仍显着高于传统轮轨式交通。即便是大规模地推广应用,其运能偏低的特点也决定了其建设经济性难以比肩传统轮轨式交通。
2.2 运营成本分析
运营成本指的是运营期内为保障正常交通运输所发生的全部支出,包括人员支出、能耗、维护维修支出、车辆更新支出等。其中能耗和维护维修费用是主要支出成本。
2.2.1 列车能耗
轮轨式轨道交通能耗一般分为牵引负荷和动力照明负荷两部分。牵引负荷包括车辆的牵引动力负荷和车载照明通风空调等辅助设备用电负荷;动力照明负荷包括车站和区间各个系统的运行负荷(环控、照明等)。一般而言,对地下线路,远期牵引负荷和动力照明负荷的比值约为(1.2~1.5)∶1.0;对高架线路,二者之比为(1.8~2.1)∶1.0。牵引负荷在轨道交通能耗中占有较大比重。
中低速磁浮列车运行能耗除牵引负荷和动力照明负荷外,还包括悬浮能耗(北京S1线列车悬浮能耗水平为0.7 k W/t)[2]。另外,由于采用直线电机,磁浮车辆电磁气隙较大(一般为9~12 mm,旋转电机仅1~2 mm),导致所需励磁电流较大,电机的功率因数和效率较低。研究显示,直线电机的功率因数一般为50%~60%,效率约为60%~80%;而旋转电机功率因数为80%左右,效率在90%以上。这种差异导致直线电机车辆的牵引能耗显着超过传统轮轨式车辆。
根据国内某研究机构对广州地铁1号线(6A型车辆、旋转电机)和4号线(4Lb型车辆、直线电机)车辆的分析测试结果(如表8所示),直线电机列车从0加速至60 km/h时的单位运能牵引能耗比轮轨式旋转电机车辆高出23%,从0加速至80 km/h时单位能耗高31%;采用电制动时,两种速度下能量回收效率,旋转电机高达60%,而直线电机为30%左右[6]。
旋转电机与直线电机车辆能耗对比
W60(k Wh):列车在平直线路上以100%的牵引指令加速至60 km/h时的电能消耗/以100%的制动指令从60 km/h减速至0 km/h时的回收电能。
W80(k Wh):列车在平直线路上以100%的牵引指令加速至80 km/h时的电能消耗/以100%的制动指令从80 km/h减速至0 km/h时的回收电能。
T60[k Wh/(人·公里)]:列车在平直线路上以100%的牵引指令加速至60 km/h时的单位电能消耗。
T80[k Wh/(人·公里)]:列车在平直线路上以100%的牵引指令加速至80 km/h时的单位电能消耗。
另有研究机构对长沙磁浮列车的运行能耗进行了仿真分析,并与传统轮轨式列车进行了对比。仿真分析结果显示,80 km/h时磁浮列车的单位能耗比6B型列车高38.9%;100 km/h时磁浮列车的单位能耗比6B型列车高26.9%(如表9所示)
不同速度等级下的列车能耗对比
综上,因采用功率因数和效率均较低的直线电机,且增加了悬浮能耗,中低速磁浮系统的列车能耗显着超过传统轮轨式车辆,超出水平在25%以上;能量回收效率约为传统轮轨车辆的一半。
2.2.2 维护维修成本
因国内中低速磁浮线路通车时间较短,缺乏相关数据进行定量分析。综合来看,磁浮车辆采用直线电机,无需机械传动装置,且车辆悬浮在轨道上,因此车辆维护维修工作量小,轨道磨耗几乎可以忽略。
按照日本方面定性的说法,直线电机车辆的能耗虽高于传统轮轨车辆,但总体运营成本低于传统轮轨。磁浮车辆因增加了悬浮能耗,能耗比普通直线电机车辆更高,另外尚需考虑大量的悬浮控制电子元器件维修、更换成本,因此其全部运营成本是否仍低于传统轮轨车辆还有待验证 |
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