城市轨道交通项目广义全寿命周期成本理论与应用研究
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摘要
摘要：本文以我国大城市轨道交通为背景,针对城市轨道交通建设方案比选和决策问题,根据全寿命周期成本理论,考虑城市轨道交通的准公共产品属性,分析城市轨道交通全寿命周期内部成本和外部成本构成,并建立相应的内部成本、外部成本数学模型,提出了城市轨道交通广义全寿命周期成本理论框架,建立了考虑资金时间价值的城市轨道交通广义全寿命周期成本的动态数学模型,为城市轨道交通建设决策提供理论依据。
论文阐述了城市轨道交通项目全寿命周期阶段划分,分析了全寿命周期成本构成,进一步明确了城市轨道交通广义全寿命周期成本是在考虑资金时间价值的条件下,由各年度决策设计成本、施工建设成本、运营维护成本、报废回收成本以及各项外部成本所构成,并对各成本内容进行了论述。探讨了城市轨道交通广义全寿命周期成本分析过程、时机和广义全寿命周期成本分析的优点。
在调查北京、上海、天津、广州、深圳及南京等国内城市轨道交通运营线路的基础上,按照成本发生的不同阶段,分析了地上线、地下线城市轨道交通的土建成本、机电设备成本、运营维护成本等内部成本的构成及影响因素,建立了决策设计阶段、施工建设阶段、运营维护阶段及报废回收阶段各种内部成本模型；提出了阻断成本的概念,建立了阻断成本数学模型,给出了阻断成本计算方法步骤；在分析外部成本含义的基础上,构建了经济增长收益、公交替代收益、能源消耗节约收益、环境成本、沿线不动产增值效益、劳动生产率提高收益、旅行时间节约收益、安全性提高收益及噪声成本等数学模型,并阐述了不完全信息下小样本的模糊聚类成本估算方法,提出了小样本支持向量机成本估算方法。
论述了城市轨道交通广义全寿命周期成本优化的目标和优化内容,在详细分析广义全寿命周期成本优化目标函数和约束条件的基础上,建立了最优化的数学模型,提出了轨道交通广义全寿命周期成本优化措施建议。
以石家庄城市轨道交通1号线为实例,计算了地上线和地下线两种不同敷设方式的传统全寿命周期成本现值和广义全寿命周期成本现值。结果表明以传统全寿命周期成本为评价指标,地上线敷设方式每千米现值为2.175亿元,地下线为5.227亿元,石家庄城市轨道交通1号线应选择地上线敷设方式。而以广义传统全寿命周期成本现值为评价指标,地上线敷设方式为5.533亿元,而地下线敷设方式为5.227亿元,石家庄城市轨道交通1号线应选择地下线敷设方式。通过实例解释了近年来我国城市轨道交通敷设方式倾向于地下线的工程实践现象。
A dynamic model of generalized life cycle cost of urban rail transit was established based on life cycle cost theory in order to facilitate the selection and decision-making of urban rail transit system in big cities. During the development of the model, the urban rail transit system was considered as a quasi-public product and time value of capital was taken into account. In order to establish the model, components of the life cycle cost were studied firstly in terms of the internal and external cost, mathematical models of which were developed individually as well. Then, a theoretical frame of generalized life cycle cost of urban rail transit was presented. Result of the study could serve as reference for the selection and decision-making of urban rail transit system in big cities.
Components of life cycle cost were studied stage by stage during the life cycle of urban rail system. It should be noted that when generalized life cycle cost was considered, time value of capital must be taken into account. The study indicated that generalized life cycle cost was made up of external cost and internal cost, such as the yearly decision design cost, construction cost, operation maintenance cost, salvage, and each item of external cost. Accordingly, structure of each cost was studied in detail. In addition, process and suitable time for the analysis of generalized life cycle cost were discussed as well as the advantage of this method.
Surveys on urban rail transit systems under operating in big cities in China were conducted, such as Beijing, Shanghai, Tianjin, Guangzhou, Shenzhen, Nanjing, etc. The survey focused on the components and influencing factors of internal cost, including civil engineering cost, electromechanical cost, operation maintenance cost. Data for urban rail transit lines laid both ground and underground were collected. According to the result of the survey, model of internal cost for each period—decision design stage, construction stage, operation maintenance stage, and recycle stage in the end of the service life—was developed. Concept of blocking cost and its mathematical model, followed by the discussion of its calculation steps, were come up with during the development of the external cost model. At the same time, the external cost was also studied. Some mathematical models of multiple benefits and cost due to the building of urban rail transit system were established, which include economic growth benefit, alternative public transit on the ground benefit, energy saving benefit, environmental cost, real estate betterment benefit along the line, productivity enhance benefit, travel time saving benefit, safety improving benefit and noise cost. Two methods of cost estimation with incomplete information were introduced:small sample fuzzy clustering model and small sample support vector machine model.
Optimization of generalized life cycle cost model was made through introducing objective function and constraint conditions. Before optimization, the optimizing objective and content were addressed firstly.
A case study of Shijiazhuang urban rail transit Line 1 was made. Two laying modes of the route were assumed—ground line and underground line. Both the traditional life cycle cost and the generalized life cycle cost of each mode were calculated. Results indicated that the traditional life cycle cost is 0.2175 billion Yuan per km for ground line, and it is 0.5227 billion Yuan per km for underground line; the generalized life cycle cost is 0.5227 billion Yuan per km for underground line, and it is 0.5533 billion Yuan per km for ground line. Therefore, Line 1 should be selected ground according to the traditional life cycle cost, while the underground line should be choosed according to the generalized life cycle cost, considering their lower cost. The results also explained why more urban rail transit systems have been constructed underground in big cities in China in recent years.
论文阐述了城市轨道交通项目全寿命周期阶段划分,分析了全寿命周期成本构成,进一步明确了城市轨道交通广义全寿命周期成本是在考虑资金时间价值的条件下,由各年度决策设计成本、施工建设成本、运营维护成本、报废回收成本以及各项外部成本所构成,并对各成本内容进行了论述。探讨了城市轨道交通广义全寿命周期成本分析过程、时机和广义全寿命周期成本分析的优点。
在调查北京、上海、天津、广州、深圳及南京等国内城市轨道交通运营线路的基础上,按照成本发生的不同阶段,分析了地上线、地下线城市轨道交通的土建成本、机电设备成本、运营维护成本等内部成本的构成及影响因素,建立了决策设计阶段、施工建设阶段、运营维护阶段及报废回收阶段各种内部成本模型；提出了阻断成本的概念,建立了阻断成本数学模型,给出了阻断成本计算方法步骤；在分析外部成本含义的基础上,构建了经济增长收益、公交替代收益、能源消耗节约收益、环境成本、沿线不动产增值效益、劳动生产率提高收益、旅行时间节约收益、安全性提高收益及噪声成本等数学模型,并阐述了不完全信息下小样本的模糊聚类成本估算方法,提出了小样本支持向量机成本估算方法。
论述了城市轨道交通广义全寿命周期成本优化的目标和优化内容,在详细分析广义全寿命周期成本优化目标函数和约束条件的基础上,建立了最优化的数学模型,提出了轨道交通广义全寿命周期成本优化措施建议。
以石家庄城市轨道交通1号线为实例,计算了地上线和地下线两种不同敷设方式的传统全寿命周期成本现值和广义全寿命周期成本现值。结果表明以传统全寿命周期成本为评价指标,地上线敷设方式每千米现值为2.175亿元,地下线为5.227亿元,石家庄城市轨道交通1号线应选择地上线敷设方式。而以广义传统全寿命周期成本现值为评价指标,地上线敷设方式为5.533亿元,而地下线敷设方式为5.227亿元,石家庄城市轨道交通1号线应选择地下线敷设方式。通过实例解释了近年来我国城市轨道交通敷设方式倾向于地下线的工程实践现象。
A dynamic model of generalized life cycle cost of urban rail transit was established based on life cycle cost theory in order to facilitate the selection and decision-making of urban rail transit system in big cities. During the development of the model, the urban rail transit system was considered as a quasi-public product and time value of capital was taken into account. In order to establish the model, components of the life cycle cost were studied firstly in terms of the internal and external cost, mathematical models of which were developed individually as well. Then, a theoretical frame of generalized life cycle cost of urban rail transit was presented. Result of the study could serve as reference for the selection and decision-making of urban rail transit system in big cities.
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Surveys on urban rail transit systems under operating in big cities in China were conducted, such as Beijing, Shanghai, Tianjin, Guangzhou, Shenzhen, Nanjing, etc. The survey focused on the components and influencing factors of internal cost, including civil engineering cost, electromechanical cost, operation maintenance cost. Data for urban rail transit lines laid both ground and underground were collected. According to the result of the survey, model of internal cost for each period—decision design stage, construction stage, operation maintenance stage, and recycle stage in the end of the service life—was developed. Concept of blocking cost and its mathematical model, followed by the discussion of its calculation steps, were come up with during the development of the external cost model. At the same time, the external cost was also studied. Some mathematical models of multiple benefits and cost due to the building of urban rail transit system were established, which include economic growth benefit, alternative public transit on the ground benefit, energy saving benefit, environmental cost, real estate betterment benefit along the line, productivity enhance benefit, travel time saving benefit, safety improving benefit and noise cost. Two methods of cost estimation with incomplete information were introduced:small sample fuzzy clustering model and small sample support vector machine model.
Optimization of generalized life cycle cost model was made through introducing objective function and constraint conditions. Before optimization, the optimizing objective and content were addressed firstly.
A case study of Shijiazhuang urban rail transit Line 1 was made. Two laying modes of the route were assumed—ground line and underground line. Both the traditional life cycle cost and the generalized life cycle cost of each mode were calculated. Results indicated that the traditional life cycle cost is 0.2175 billion Yuan per km for ground line, and it is 0.5227 billion Yuan per km for underground line; the generalized life cycle cost is 0.5227 billion Yuan per km for underground line, and it is 0.5533 billion Yuan per km for ground line. Therefore, Line 1 should be selected ground according to the traditional life cycle cost, while the underground line should be choosed according to the generalized life cycle cost, considering their lower cost. The results also explained why more urban rail transit systems have been constructed underground in big cities in China in recent years.
引文
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