Я решил проблему следующим образом: создал небольшой 32-битный внепроцессный COM-сервер (.exe), который служит заводским COM-объектом для создания необходимых 32-битных объектов. Так что теперь мое приложение работает на 64-битной основе и использует 32-битные COM-объекты.
My64bitApp <-> 32BitOutOfProcFactory <-> 32bitCOMServerDLL