全壽命周期理念在高速公路養護中的實踐

【摘要】路面養護作為一個新的理念已越來越被重視，高速公路瀝青路面養護技術是提高公共資產的服務水平，實現資產保值和增值的重要技術手段。全壽命周期管理目的在于降低整個壽命周期的總成本。

【關鍵詞】路面養護、全壽命周期、微表處、超薄磨耗層、EAC

路面保護作為一個新的理念已越來越被重視，高等級公路是龐大的社會公共資產，高速公路瀝青路面養護技術是提高公共資產的服務水平，實現資產保值和增值的重要技術手段。如何將有限的資金用于處置不同破損狀態、鋪裝類型和路況條件的路段，并獲得最大的回報，這就需要建立一個最優化決策計劃。

全壽命周期管理考慮了包括建設、運營、拆除等階段的成本，目的在于降低整個壽命周期的總成本。基于全壽命周期的養護優化決策，是指建立一個費用可承受的，同時又兼顧長短期路況水平的路面保護計劃。

1.項目介紹

廣東陽茂高速公路是國道主干線（同江）至（三亞）高速公路廣東境內的組成部分，全長79.76km，雙向四車道，設計速度為120km/h，于2004年年底建成通車。全線均為瀝青混凝土路面，面層設計總厚度為18cm，橋面瀝青混凝土鋪裝層厚度為10cm。

陽茂高速公路的中長期養護方案可分為兩大類。第一類為矯正性養護方案，包括對結構強度不足的路段進行罩面補強處理，和對嚴重車轍和裂縫路段進行修復、罩面處理。第二類為預防性養護方案，包括對不存在結構性損壞的路段進行修復病害、封層、罩面處理。

2.養護效果分析評價

2.1 路面性能模型

養護效果評價可以從路面功能評價和結構狀況評價兩個方面來進行。路面功能評價包括行駛質量、路面狀況評價和安全性評價，結構狀況評價則指結構承載力評價。按擬定的中長期養護計劃，陽茂高速公路于07年、08年進行了路面預防性養護，采用的措施為微表處和超薄磨耗層，這兩種養護措施的主要目的在于提高路面抗滑性能以及封閉路表裂縫，對路面結構不起加強作用。

2.2 預防性養護效果評價

根據2010年1月交通集團檢測中心完成的路面系統數據采集結果，陽茂高速公路經過微表處、改性超薄磨耗層罩面處理后，抗滑性能由07年→08年→09年平均值SFC分別為：40→38→60（陽茂方向），38→36→66（茂陽方向）。路面抗滑性能指數RQI評定等級為 優、良，并且主要以優等級為主，約占全線的93.7%，表明陽茂高速公路的抗滑性能較好。這主要是因為通過微表處及改性超薄磨耗層罩面，明顯提高了陽茂高速公路的抗滑性能，達到了預防性養護的預期目的。采用微表處以及超薄磨耗層養護后路面PCI值和SRI得到顯著提升。

按照養護計劃，在2004～2019年間陽茂高速擬實施路面養護3次，至2010年陽茂高速在路面養護的投資約為4500萬元，其中茂陽方向開展路面預防性養護的時間較早（2008年，2009年），與陽茂方向相比，其路面整體狀況保持的更加良好。具體表現為至道路使用末期，路面PCI值均保持在80以上，而陽茂方向的路面PCI至波動較大，在進行第一次養護前甚至接近60，且養護效果不佳（養護后路面PCI至下降較快）。SRI指標也反映出相同的結論，茂陽方向路面SRI值均能保持在75以上。這一現象表明養護時間的選擇對于保持道路服務水平的重要性，路面養護越及時，道路狀況越能較好的狀態，資金更加能得到有效的利用。

3.全壽命周期成本分析

壽命周期成本分析（LCCA-Life-Cycle Cost Analysis）的概念是表述和體現道路養護成本效益的理論基礎。在路面養護工作的整個壽命周期內，綜合考慮所有養護方案在整個使用年限內（從實施開始到最終喪失使用功能為止）的所有成本，結合成本效益及功能改善程度對養護計劃進行分析評價。

3.1 經濟性評價

對于路面養護中的壽命周期成本，主要包括了業主成本、用戶成本和非直接的成本。為了觀察中長期養護計劃的效果，分析中同時進行 “不進行養護”以及“常規養護”（矯正性養護）情況下的路面性能預測。

由擬定的路面中長期保護計劃可知，目前陽茂高速采用的養護方案可以細化為兩種：

A 超薄磨耗層（2008～2009年，茂陽方向）——改性瀝青混合料加鋪層（2012～2013年）——開普封層或微表處（2016～2017年）；

B 微表處（2010年，陽茂方向）——改性瀝青混合料加鋪層（2012～2013年）——開普封層或微表處（2016～2017年）。

利用等效年度費用法（EAC）選擇最佳預防性養護措施，其計算方法如下式：

EAC=單價×工程量/使用壽命

其中，單價統一單位（萬元），使用壽命統一單位（年）。可得陽茂高速在路面設計使用年限內不同養護方案的總費用（不計入日常維護產生的費用），如表1所示。

為了方便比較，常規養護中的大中修路段計算范圍為單向雙車道。由計算結果可知，從總投資角度看方案A較方案B高，采用常規養護總投資金額最高；而從等效年度費用角度看，養護方案A的最低，方案B次之，常規養護費用最高。可以看出，路面中長期保護計劃可以有效的降低等效年度費用，更加合理的分配養護經費。同時也表明，實施養護的時間對EAC有顯著的影響，在適當時機開展路面養護可以降低等效年度費用。

3.2 效費評價

任何一種恰當的養護措施實施后，會改善路面的整體性能，這一變化稱為“性能躍遷”，表現為路面性能曲線的突變（上揚）。養護措施所產生的效益為采取養護措施與不采取養護措施時路面使用性能曲線下的面積差表示（圖1）。

基于全壽命周期的思想，可以計算出不同養護方案下的效益，并結合利用等效年度費用（EAC）計算每種養護方案的效費比，如下表所示。

由以上計算結果可知，采用路面中長期保護計劃時，與常規養護相比可以提高效益約20%，效費比則提高近100%，這說明有計劃的路面養護可以長時間的將路面狀態維持在一個良好水平，使資金得到更加合理的使用。

4.結論

歷年檢測數據的研究和分析表明，該養護計劃可以有效的保護陽茂高速的路面，六年來的實踐已經證明該計劃取得了較好的效果。將全壽命周期理念引入高速公路路面養護工作，可以有依據、有目標、有計劃的開展各類養護方案，保證了在“恰當的時間”對“合適的路段”進行“合理的養護”，從而使養護資金得資金利用最大化，路況改善最大化。