壽命周期成本分析在公路路面設計中的應用

崔永利

(石家莊市張石高速公路籌建處)

1 前 言

公路是國家重要的基礎設施,當前我國公路建設發展迅猛,每年都有數千億元的投資,數額巨大。為了貫徹建設以人為為本、節約型社會的政策,交通部于 2004年提出“六個堅持,六個樹立”新的設計理念,其中“堅持可持續發展,樹立節約資源的理念”。堅持系統論,樹立節約資源的理念”,是響應國家倡導的健立節約型社會”在公路勘察設計工作的具體體現。樹立全壽命周期成本理念,精心設計,注重方案比選,努力降低公路工程造價。全壽命周期成本是指工程全壽命周期的成本總和,包括工程建設成本、運營管理成本和養護維修成本。我國高速公路瀝青路面建設存在兩大問題:使用壽命短、建設和維護以及重建成本高。幾乎在道路建設和使用的每一不同階段,都可以見到大面積的路面結構維修場面。這里面雖然有施工質量的問題,有結構設計的問題,以及傳統的路面設計本身存在初期投入不足、標準偏低的聞題,從根本上講還有高速公路設計觀念的問題。

2 路面結構方案的提出

為使設計的路面結構更能夠保證使用的年限,經過對高速公路路面結構及相關問題研究,通過對張石、保阜等 5條高速公路路面結構及運營、維修等情況的調查,結合國內外研究成果,采用全壽命分析方法,針對西柏坡高速提出三種路面結構:所分析的三種瀝青路面結構如圖 1所示,為了便于比較,設定了相近的路面結構總厚度,不小于 70cm。圖中結構 I代表目前河北省廣泛采用的半剛性基層瀝青路面結構;結構II代表目前已使用超過10年沒有發生結構性破壞的廣深高速公路瀝青路面結構,這種結構也是目前國內道路界比較推崇的一種路面結構;結構III代表國外近年來按“永久式路面”理念。

(I)半剛性基層 (II)組合式基層 (III)柔性基層瀝青面層4cm+6cm =10cm瀝青面層4cm+6cm =10cm瀝青面層4cm+6cm =10cm水穩碎石基層36cm瀝青混合料基層10cm+10cm 瀝青基層10cm+15cm石灰穩定土15cm 水泥穩定碎石基層30cm 級配碎石基層30cm土基 土基 土基

3 壽命周期費用分析

近些年來,隨著我國公路建設投資渠道的多元化,以及對道路后期養護費、改建費及對用戶影響的重視,壽命周期費用分析作為一種經濟分析的手段和方法正廣泛用于道路建設行業。通常人們很難在初期投資小、養護改建費高或初建投資大、養護改建費低的兩種方案中做出比較合理的抉擇。壽命周期費用分析方法用較為科學的經濟分析方法通過計算一定時期內所有費用的總和,并把不同時期發生的費用折算為現值,然后加以比較,就能夠比較直觀的反映分析期內建、養、修的各項費用。壽命周期費用與預期使用壽命、養護和改建措施、拆現率大小有密切關系。分析時,應首先確定這些值,然后分析壽命周期內的各項費用并求其總和,費用最低的方案應該是最經濟的。本文以西柏坡公路瀝青路面結構為分析對象,采用15年分析期,把分析期內不同時期支出的費用,按一定的貼現率折算為現值,記作 Pv,按公式(1)計算壽命周期費用凈現值

式中:Ic為初期建設費用;X為各期不同費別的費用(養、修費等);PWn為n年現值系數;n為分析期;S為殘值;i為折現率。

路面壽命周期內的主要費用包括設計費、初期修建費、養護費、大中修費及路面殘值。由于經濟分析的主要目的是通過比較選取最佳方案,因此分析的主要任務是比較各方案費用和效益的差異。因雨方案中完全相同或差別不大的費用可以不予計算。因此,本研究主要研究初建費、養護費及大中修費。初建費按定額及現行價格計算;大中修費根據河北省近些年來的經驗估算。路面殘值是路面在分析期末殘存的價值,但因不同類型路面經過大修后殘值很難計算,故為簡化計算不計殘值。

養護費受道路等級、路面類型、環境條件和交通量等多因素影響,一般是根據養護資料用回歸分析方法建立養護費用模型。由于目前尚無現成模型得以應用,本文采用比較簡化的方法,假定三種結構日常路面養護費用及其變化規律相同,只比較大中修次數和費用。

(1)初期建設費用(元/m2):根據路面結構按定額和現行價格進行計算,結果如表1。

表1 初期建設費用

(2)養護維修策略:根據設計年限內路段最大累計軸載作用次數和預測的結構層承載力,得出相應路面結構維修方案如下。

結構I:7～8年更換面層和上基層,15～16年更換面層和上基層。

結構II:7～8年更換面層(或面層再生),15～16年更換面層(或面層再生)。

結構III:30年無需維修。

(3)壽命周期費用計算(元/m2):根據初期建設費用及維修方式按照假定的上漲率和折現率,根據公式(1)計算其壽命周期費用如表 2。

表2 壽命周期費用計算

4 結 論

用全壽命成本分析方法對多種路面結構進行比較,優選總成本最低的方案,方案 III周期費用最低,結構 11次之,綜合比較后認為,鑒于結構 III據我國現行結構差距較大,觀念和配套技術對于實施該結構可能都存在一些問題。組合式結構(結構II)也可以表現出非常好的性能,且與我國現行路面設計觀念接近,應該是首選方案。

[1] 降低造價公路設計指南.人民交通出版社,2002.

[2] 廣深高速公路路面結構及相關問題研究 .華南理工大學道路研究所,2004.