一、轨交减振降噪行业概述
城市轨道交通是现代城市交通系统的重要组成部分,过去二十年,轨道交通在引领城市发展,缓解城市拥堵、改变居民出行方式方面发挥了巨大的正向效应。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超过一万公里,达到10291.95公里,据RT轨道交通统计,截至2022年年末,中国内地已运营、在建及规划城轨全自动运行系统的城市有北京、上海、深圳、广州、武汉、成都等29座城市,线路共计88条,线网规模2624.73公里,其中已运营线路36条,运营里程为935.17公里;在建线路42条,在建里程为1354.76公里;规划线路10条,规划里程为334.8公里。大城市商业及住宅区也逐步向以轨交为主的TOD模式发展,地铁行驶过程中产生的振动与噪音等问题也愈发明显。
过量的噪声和振动将严重影响乘客和轨道交通沿线人们正常的生活、工作和休息、损害身心健康、降低工作效率;另一方面,噪声和振动还可能引起轨道交通系统相应的设备和结构以及周边建筑物和设备的疲劳损坏,缩短有效使用寿命。由此,轨道交通噪声和振动的控制已成为改善乘客舒适性和环境保护的重要内容之一。所以,减小列车的振动和噪声水平、减少轨道交通引起的振动和噪声问题就成为轨道交通车辆制造和系统建设中的十分重要的问题。
1.1 噪音及振动成因
轨道交通噪声与振动的传播途径
资料来源:天铁转债募集说明书,上海证券研究所
轨道交通减振降噪是通过各种技术手段降低交通运输过程中产生的振动和噪音。目前,轨道交通噪声与振动污染主要包括一次噪声、振动(主动振动与噪声)及其引起的二次辐射噪声污染。
轨道交通振动与噪声源
1.2 减振降噪方法
噪声与振动控制是一门涉及减少或控制噪声与振动传播、产生或影响的工程领域,目标在于改善环境质量、提高机械系统性能和可靠性,以及确保人员健康与安全。该领域跨足多个工程学科,包括声学、机械工程、电子工程和材料科学。
噪声与振动控制方法主要分为主动、被动和半主动三种。应对措施主要涉及噪声控制和振动控制两个方面,包括轨道车辆、轨道结构、桥梁结构和隧道结构的振动控制,以及建筑物的防护等手段。
噪声与振动控制分类
二、减振分级原则及主要减振产品
随着城市轨道交通建设的加速、客运铁路的高速化和货运铁路的重载趋势,以及人们环保意识的增强,对轨道交通噪声和振动的关注不断增加,因此轨道结构减振领域展现出巨大的发展潜力。
2.1 减振分级原则
环保部门对于城市各类区域的振动噪声均有严格的控制限值,结合轮轨条件、运行速度、敷设形式、地质条件、距线路距离等因素影响,敏感建筑物的超标量不一,减振产品能力也存在差异,为经济、科学地完成减振降噪,对减振产品采取分级使用理念。
北京市《地铁噪声与振动控制规范》(DB 11/T838-2019)根据减振措施Z振级相对插入损失将减振措施分为四个等级,具体如下:
地铁减振应以振源控制为根本,以轨道减振为主体,其减振措施应以降低80Hz以下的振动为目的,按Z计权振动级预测超标量设定减振设计目标值,以受体保护对象为最终选择。
目前,根据《地铁设计规范》(GB50157-2013)要求,城市轨道交通减振应按《项目环境影响评价报告书》确定减振位置及等级;采取减振工程措施时,应当充分保证轨道结构的强度、平顺性与稳定性,确保列车安全运行,再根据具体工况,从经济性、适用性等方面决定最终选用何种措施。
2.2主要减振降噪措施、产品及效果
按照减振措施使用位置不同,减振措施可以分为道床类、轨枕类和扣件类。轨道交通减振产品及其减振效果如下:
轨道交通主要减振产品及其减振效果图
各类轨道结构减振产品的优缺点
资料来源:Wind,长江证券研究所
道床类产品成本高、建造周期较长,应用中可根据轨道和车辆条件调整整体规模,适合新增的城市轨道特定路段;轨道类产品施工成本较低、施工维修方便,但易出现轨道病害与异常波磨现象;扣件类产品,更适合对存量轨道进行修缮,将来或是一个起量的新增市场。
三、市场规模及趋势
目前,我国积极推动新增城市轨道交通的减振降噪发展。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确要求“推进城市群都市圈交通一体化,加快城际铁路、市域(郊)铁路建设,构建高速公路环线系统,有序推进城市轨道交通发展。”和“新增城市轨道交通运营里程3000公里”,同时把“加强环境噪声污染治理”列为环境治理目标之一。
在国家政策的战略利好扶持下,轨交减振降噪行业的市场规模也在飞速增长。2019年轨道交通减振降噪装备市场规模达到197.26亿元,同比增长75.08%,2020年以来,随着轨道交通投资的下降逐步下滑,2021年市场规模下滑至98.44亿元,同比2020年下降40.64%,2017-2021年中国轨交减振降噪市场规模年复合增长率位4.91%。
2017年至2021年轨交减振降噪行业的市场规模(亿元)
数据来源:观研报告网
依据轨道交通协会的统计,截至2022年底,中国内地累计有55个城市投运城轨交通线路超过一万公里,达到10291.95公里。在2023年-2026年,计划新建的里程数为4468km(数据来源:轨道交通协会)。据中国铁道科学研究院统计,约40%的地铁线路需要采取轨道减振措施,因此,无论是既有线路的更新改造,还是新线建设,均需要大量的轨道减振产品,其中既有线路5年内的改造总额超过20亿元(仅北京早期使用的先锋和科隆蛋扣件系列约有80km的用量,此部分扣件的替换,市场容量达5.2亿元(80km*3334套/km*1950元/套=5.2亿)),新线建设4年内轨道减振产品市场总容量为107.2亿元(以600万元/公里计算)。
伴随着城市公共交通需求的爆发和高额投入,我国城市轨道建设蓬勃发展。截至2020年底,中国内地累计有45个城市开通轨道交通,运营线路总长度达7978.19公里,位居世界第一。2010-2020年间城轨运营里程CAGR达到18.6%。分城市看,共计22个城市的线网规模超过100公里,其中,上海834公里、北京799公里,两市运营里程全国遥遥领先,已逐步形成超大线网规模,成都、广州运营里程也超过500公里,分别达到652、532公里。我国城轨在建线路规模也快速增长,2019年在建规模达到6903公里,相比2013年的3892公里接近翻倍。其中2017、2018年受政策影响,在建规模增速有所下滑,2019年重回较高增速,彰显城轨建设的高景气。
数据来源:万得资讯,中金公司研究部
四、市场需求情况
根据中国城市轨道交通协会公布的《2022年中国内地城轨交通线路概况》,截至2022年12月31日,中国内地累计有55个城市投运城市轨道交通线路超过一万公里,共包含9种制式,其中地铁8012.85公里,占比77.85%。2023年内,预计将有28个城市可能开通总计56条线路,预计新增开通运营里程达914.40公里,新增车站566个,其中地铁线路54条,占比达到96.43%,仍是2023年将要开通的最主要城市轨道交通制式。截至2022年12月31日,我国内地已运营市域(郊)铁路线路39条,共计运营里程超过2115.89公里;共有城际铁路线路15条,共计运营里程超过1292.73公里。
随着中国城市轨道交通增多,“地铁+物业”的TOD经营模式成为大城市轨道交通发展方向。“地铁+物业”模式很好地统筹了地铁运营与物业开发,既有效地利用土地资源,也很好的反哺了地铁运营,同时开发商也能以相对较低的价格获得土地的开发权,对政府、轨道集团、公众和开发商来说,是一个多方共赢的局面。
资料来源:港铁公司公告,中金公司研究部
轨道交通TOD开发市场打开,潜在市场规模近万亿元。以港铁公司为例,其成功将“地铁+物业”的TOD模式带入内地。在深圳地铁四号线项目中,2011年港铁公司通过公司招拍挂竞得龙华车厂上盖土地开发权。港铁在此地块开发了“天颂”项目,项目已于2017年竣工,提供1698个住宅单位和一个建筑面积约一万平方米的商场。截至2019年底,超过98%的住宅已经出售交付,商场也于2019年8月开业。“港铁天颂”项目证明了港铁公司具备独立进行地铁上盖物业开发的技术和能力,也为内地TOD开发带来了先进理念与宝贵经验,目前在内地已开通轨道交通的城市中,过半数出台了TOD相关的规划政策,除了港铁公司在内地的储备项目外,万科、华润置地、绿地集团等内地房地产企业也已开始尝试TOD物业开发模式。
根据中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通资源经营2019年报》,截至2019年底,全国在建城轨交通上盖物业开发面积为2269万平方米,持有商业物业可租赁的面积规模2957.98万平方米,商业物业管理服务面积规模1668.92万平方米。考虑到目前引进TOD模式的城市多为一二线城市,且地铁沿线土地价值较高,若以每平方米2万元来估算,则仅上盖物业开发市场规模就超过4500亿元,加上物业租赁与管理业务,有望达到近万亿市场规模。我们认为,TOD模式在内地的成功实践,对地铁集团合理捕获土地增值的外部收益,以实现长期经营收支平衡具有重要意义。
放眼全球,海外城市轨交装备市场也呈现出稳健增长的态势,据德国SCI Verkehr统计预测,2020年全球轨交装备市场规模546亿欧元,2025年有望达666亿欧元,年复合增长率为4%,轨道交通装备市场需求潜力巨大。TOD经营模式的热效应带来轨道减振降噪行业蓬勃发展,政府、居民、商户及开发商对轨道交通减振降噪尤为重视。
五、减振降噪行业趋势
5.1公司竞争格局
市场新进入者增多,行业国产化率提高。2001年,德国隔而固将在国外成熟应用的钢弹簧浮珞道床隔振技术引入到北京3号线以来,在国内形成了十年以上的市场垄断。其在产品结构设计和阻尼剂成分设计方面均较为领先,并同时构筑了专利保护体系和供应链体系。如今,随着国内企业在关键技术上的突破,行业参与者类型增多,主要参与者既有专注钢弹簧浮珞板减振企业,也有从中高端橡胶减振产品向钢弹簧产品延申拓展企业。
上市企业主要有北京九州一轨环境科技股份有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司、浙江天铁实业股份有限公司、震安科技股份有限公司等,从营收情况来看,2023年一季度时代新材营业总收入已完成40.14亿元,天铁股份营业总收入已完成2.23亿元,九州一轨营业总收入已完成0.24亿元,震安科技营业总收入已完成1.27亿元。
5.2 下游情况
下游主要为轨道交通的施工方,以中国中铁和中国铁建为主,客户高度集中。施工方一般会选择具有技术实力、丰富项目经验和用户口碑的减振降噪综合治理方案服务商提供其专业领域内的投标资料组成投标方案。施工方在中标后,根据其投标文件和内部采购程序进行遴选减振降噪的供应商,从而签订合同进行采购。
下游客户对产品的性能要求较高,且注重产品质量的稳定性,以及投入运营后的跟踪服务。轨道交通项目的环境影响解决方案一般会从运营安全、减振性能、性价比、施工速度和养护维修难度等方面进行综合比较,以确定轨道结构减振产品的类型,客户对合格供应商的认证程序复杂,对企业管理、品质保证、技术研发和售后服务等方面要求严格,并且十分重视建立长期稳定的合作关系。
下游付款周期较长,城市轨道交通在建设过程中主要涉及运营单位(业主)、施工单位、车辆制造单位及相关零配件提供商等,因行业下游客户高度集中,零配件企业议价能力相对较弱。同时城市轨道交通项目建设周期普遍较长,一条城市轨道交通线从开工到建成投入运营需要多年时间。
5.3 发展趋势
一是国外扣件退出市场,先锋高等级扣件,科隆蛋中高等级扣件,由于设计缺陷、生产制造质量问题,新线建设已禁止使用。既有线已使用的上述产品,易产生波磨,导致振动和噪声大幅增加,且需不断打磨钢轨,降低了钢轨使用寿命。
二是中等级扣件减振降噪效果差,双层非线性、嵌入式扣件、洛德扣件、科隆蛋改进版等隔振量只能降低3-5db,减振降噪效果差,应用范围小。
三是浮置板施工质量差、建设成本高,浮置板理论减振量可达到10-20dB,但由于市场竞争激烈,浮置板报价偏低,导致产品制造和安装质量有所降低,实际减振降噪效果受到较大影响,弯道处轮轨波磨普遍,车内啸叫大,且浮置板道床的基础建设成本高、施工难度大,后期运营较难进行观察评估和自行维保。
5.4 行业壁垒
减振降噪一直是城市轨道交通建设和运营的重要环节,所处行业专业性强,技术、专利、行业经验和客户资源壁垒高。
5.4.1人才技术壁垒
轨道减振降噪核心技术的掌握、专业化治理方案设计的能力需要企业长期的技术积累。市场对减振降噪的效果以及工程应用条件不断提出更高要求,故企业在采用新材料、新工艺、新技术等方面均应具备相应的技术攻关能力,自身不具备良好的技术储备和持续研发能力的企业将难以进入市场;但优秀的专业技术人才需要企业长时间培养,领先的技术水平需要企业长期的投入和积累才能形成。
5.4.2行业经验壁垒
由于涉及列车运营安全,客户对新技术、新材料、新产品的使用非常谨慎,企业需要从技术创新性、材料性能、技术原理、结构安全、效果验证、仿真模拟、试验测试、路测检验等多方面反复试验和论证,甚至还需有相关技术及产品成功运行的案例验证以确保列车运行安全性和减振降噪效果后,才有可能获得客户的认可。
城市轨道交通噪声与振动的防治很大程度需有成熟项目施工经验做保障。丰富的项目经验、成功的从业案例是客户选择供应商的重要考量因素,甚至成为企业参与大型项目投标的必要条件。企业只有经过长期的项目积累,才能深刻地了解一个行业的工艺特点与相关规范,充分地理解市场需求,进而积累起足够的技术储备和人才队伍,并不断地调整自身的业务架构和经营模式,从而逐步形成为客户提供专业化服务的能力。
5.4.3 客户资源壁垒
客户对产品安全、长效使用尤为重视,对产品可靠性、耐久性、安全性要求非常高。客户在选择供应商时,对其实力、服务质量及稳定性有这非常高的要求。一旦进入供应商后,客户一般不会轻易更换产品和服务提供商,地铁线路的后续长期维护和改造一般都会由供应商负责。
六、投资建议
6.1紧跟政策红利
我国积极推动新增城市轨道交通的减振降噪发展,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确要求“推进城市群都市圈交通一体化,加快城际铁路、市域(郊)铁路建设,构建高速公路环线系统,有序推进城市轨道交通发展。”和“新增城市轨道交通运营里程3,000公里”,同时把“加强环境噪声污染治理”列为环境治理目标之一。
中国科学杂志刊登文章《我国城市轨道交通环境振动影响的研究现况》中提到“为满足城市环境对交通振动控制的需要,在地铁线路上大量采用不同等级的轨道减振措施(分中等、高等和特殊等级三种),且采取减振措施的铺轨里程不断上升,北京、上海、广州、深圳城市轨道交通线路中,减振措施占全线比例大多在40%以上,个别线路超过50%,最近开始建设的北京地铁16号线,仅特殊等级的减振措施用量就占全线总长40%以上”根据国家城市轨道交通、市郊(域)铁路和城际铁路的发展规划,预计“十四五”期间,轨道交通减振降噪的市场空间在102亿元以上。
6.2 搭上TOD迅猛发展的快车
TOD(transit-oriented development)开发指以公共交通为导向的开发,近十年来,随着我国城市轨道交通飞速发展和城市建设用地的日益紧缺,全国各大城市正在大力开展地铁车辆段TOD上盖开发。2020年12月,国务院办公厅转发发改委等单位《关于推动都市圈市域(郊)铁路加快发展的意见》(国办函〔2020〕116号)也要求加大市域(郊)铁路沿线和站点及周边土地综合开发强度,积极推广地下空间开发、轨道交通上盖物业综合开发等节约用地的技术和模式,打造站城融合综合体。据不完全统计,全国各大城市正在大力开展160多个地铁车辆段上盖物业开发项目,带来相应的减振降噪市场需求预计将达到60亿元以上。
截至2022年底,国内地铁上盖物业开发项目约133个(含新建)。为了充分利用土地,很多项目将同时涉及库内线、库外线、咽喉区、试车线和旁边正线轨道减振问题。除车辆段建筑构造对振动和噪音不敏感的项目外,尚有50%的容量。以成都崔家店车辆段为例,合同金额2100万,据此估计,仅库内线所需扣件的市场容量就达13.9亿。
6.3 关注产业方投资的技术型企业
行业集中度较为分散,中小企业居多。截至2022年底,企业经营范围有噪声业务的且归属生态环境与环境治理行业的企业,正常经营有2879家,其中一般纳税人773家,占26.8%;小微企业1860家,占64.6%;高新技术企业156家,占5.4%;专精特新企业18家,占0.6;“专精特新”巨人企业4家,占0.1%。
自2010年至今,新增相关上市公司4家,主营业务均为轨道交通减振降噪产品。各地轨道交通集团也纷纷布局减振降噪赛道,或与上市公司达成战略合作协议,或意向收购、投资该行业板块技术型企业。今年初上市的九州一轨,即为京投公司、广州地铁(京投公司、广州地铁分别是北京市人民政府、广州市人民政府的全资一级子公司,是北京、广州城市轨道交通项目的最终业主方)入股孵化而来,股东方给予了九州一轨一定程度的业绩支持,使其在短短三年内做到了较为亮眼的成绩。据悉,川内某该行业公司,被沿海某地铁集团看中,拟投资入股,同样给与业务支持,未来可期。综上,鉴于行业技术专利、行业资源、产业方资源壁垒,建议关注上述产业方投资的技术型企业。