公交場站場坪設計使用年限的探討

莫 陽

（蘇州市市政工程設計院有限責任公司，江蘇蘇州 215125）

1 概述

公交場站是支撐公共交通發展的基礎設施，其重要組成部分的場坪，具有占地最大且實現功能多[1]的特點，場坪結構的耐久性很大程度上決定了公交場站能否充分發揮其功能。

結構的耐久性體現為使用壽命，結構的設計使用年限指：在不進行大修的情況下即可按預定目的使用的年限[2]。結構要在規定的設計使用年限內以適當的可靠度且經濟的方式，滿足規定的各項功能要求[3]。設計使用年限不等同于使用壽命，但超過設計使用年限的結構，可靠性會大幅下降，對安全和功能均有較大不利影響，故可用設計使用年限反映滿足可靠性要求的結構使用壽命。

研究場坪設計使用年限的意義：

（1）作為公共服務的承載平臺，使用期限是否合理影響功能實現的優劣；

（2）作為公共服務的基礎設施，使用期限是否合理影響投資效益的高低；

（3）現行規范主要針對通行性道路，對公交場站場坪的指導不足，需要提供適宜的標準。

2 影響因素分析

公交場站場坪使用期，受到投資者、管理者和使用者等不同層面影響，需要從多角度出發考慮下列因素：

（1）為滿足向公眾提供運輸服務、車輛設施維護和存放的需要，并且避免功能一體化造成管理上的混亂，公交場站產生專業化分工[4]，城市發展的動態性對公交場站的使用性質造成一定影響，形成主觀上的不同要求；

（2）場坪對自然因素、車輛荷載作用的承受能力，由場坪材料特性決定，不同材料耐久性能的差異，造成客觀上的不同可能；

（3）場坪投資成本隨材料而變化，不同材料可達到的使用期變化很大，使用期與投資成本并非線性比例關系，可接受的使用期應具有較高的投資性價比。

3 場站特性影響分析

場坪使用期限的主觀接受性，取決于場站特性對不同群體期望的影響，包括運營特性和使用性質。不論作業區相對封閉的停保場，或相對開放的樞紐站和首末站[5]，因車輛移動頻次高而使場坪維修造成場站服務能力顯著下降。受規劃或線路調整、土地使用性質或居民出行變化等影響，為適應城市的階段性發展和節約使用土地，公交場站分為永久和臨時2種[6]。

主觀接受性的調查結果見圖1。

圖1 場坪使用期限與接受程度的關系

以尚能接受程度作為分界點，得到場坪的期望使用年限，見表1。

4 路面特性影響分析

場坪使用期限的客觀可能性，取決于所用路面的特性，砌塊路面不適用于公交場站[7]，部分公交場站使用了瀝青路面，故分析瀝青和水泥混凝土2種路面的可能服務期。瀝青路面集中在10～15 a，少數接近20 a；水泥混凝土路面在20～40 a，大多數未超過30 a。

表1 場坪的期望使用年限（單位：a）

正常使用極限狀態下路面結構應滿足γS≤R[8]，其中：γ為可靠度系數；S為作用效應設計值；R為結構抗力設計值。作用效應和結構抗力均為隨機變量，考量作用值可靠性的時間參數是設計基準期；提供結構抗力的材料，在承受交變循環作用過程中微觀結構的漸進破壞表現為疲勞強度，如果不存在侵蝕，理論上存在疲勞極限，即材料可承受無數次交變循環作用而不破壞[9]。實際路面始終處于侵蝕的環境，以疲勞極限作為控制標準并不可行。從經濟角度考慮，保證材料性能可靠性的時間參數，應與設計基準期一致。

按上述分析并結合文獻[8]的規定，得出場坪的適宜使用期限，見表2。

表2 場坪的適宜使用期限（單位：a）

5 投資成本影響分析

根據工程經濟學原理，目標功能相同時，投資成本最低則效益最高[10]，理想的場坪設計使用年限，投資性價比應該最佳。

5.1 場坪交通荷載

荷載作用分析采用下列簡化設定：（1）發車區內車輛嚴格按車道行駛且等待發車位置相同；（2）發車頻率采用1輛/5 min，車輛到達頻率與發車頻率相同；（3）考慮夜間車輛停放的靜載效應，運營時間按24 h計；（4）公交車輛近似認為標準車，不計車輛荷載振動沖擊效應。

按上述設定及文獻[8]得到不同使用期的累計荷載作用，見表3。

表3 累計當量軸次計算匯總

5.2 場坪結構

路面結構計算按照下述規則，以保證造價分析的基礎一致：（1）瀝青路面按控制指標選取不利的計算結果；（2）同類型路面的面層材料種類統一，瀝青路面以基層為計算層，水泥混凝土路面以面層為計算層；（3）基層、底基層材料種類統一，非計算層的厚度統一，計算層的厚度考慮施工工藝要求后取最小值；（4）考慮路基處理的可能性，土基頂面回彈模量取25 MPa。表4為路面結構計算匯總。

表4 路面結構計算匯總

5.3 場坪投資分析

投資分析原則：（1）按最小公倍數原則[10]確定評價期為30 a；（2）使用期限內年均養護費用視為相同且不參與計算；（3）評價期不超過適宜使用期限時，取最小單位造價，超過適宜使用期限時，取使用期組合對應的單位造價總和最小值。

路面的單位造價、年均單位造價隨使用期的變化見圖2、圖3。

圖2 路面單位造價與使用期的關系

圖3 路面年均單位造價與使用期的關系

圖2、圖3中揭示如下規律：永久場站場坪存在最佳使用期限，瀝青路面15 a，水泥混凝土路面30 a；臨時場站場坪無最佳使用期限，但使用期長的性價比略高。

6 場坪設計使用年限確定

綜合考慮3方面因素，場坪設計使用年限可用式（1）確定：

式中：Ld──場坪設計使用年限；

Yc──期望使用期限；

Yt──適宜使用期限；

Yr──最佳使用期限，或需要使用期限。

舉例說明如下。

永久樞紐站采用水泥混凝土路面時，期望使用期限Yc≥10 a，水泥混凝土路面的適宜使用期限 Yt≤30 a，最佳使用期限 Yr=30 a，得到 Ld=30 a。

臨時首末站采用瀝青路面時，期望使用期限10 a≥Yc≥3 a，瀝青路面的適宜使用期限Yt≤15 a，Yr根據實際需要確定。使用期5 a≥Yr≥3 a時，單位造價很接近而Yr=5 a時年均單位造價低，可得Ld=5 a；當考慮地塊建設速度、提供公交出行等方面時，使用期可能相對長些，使用期10 a≥Yr＞5 a時，單位造價相差不大而Yr=10 a時年均單位造價低，可得Ld=10 a。因此，根據實際需要并考慮投資性價比，得到Ld=5 a或10 a。

依上述方法，可確定出其他情況下的場坪設計使用年限；當考慮場站重要程度、路面材料回收利用、決策傾向等次要因素時，可能存在其他選擇，但仍按上述原則分析，最后結果見表5。

表5 推薦的公交場站場坪設計使用年限（單位：a）

7 結論

本文探討了場坪設計使用年限研究的意義和作用、分析了影響因素及其影響規律、提出了公交場站適用的場坪設計使用年限，以期為公交場站建設的標準化和規范化提供參考。

（1）場坪的設計使用年限，不僅影響場站功能的實現功效和投資經濟性，而且影響公眾心理和社會認同。

（2）場坪的設計使用年限，由主觀接受性和客觀可能性兩個方面決定，并體現在場站特性、路面類型、投資性價比3個主要因素的影響上。

（3）場坪的設計使用年限，永久場站根據場站特性、路面類型及最佳投資共同確定，推薦瀝青路面采用15 a、水泥混凝土路面采用30 a；臨時場站根據實際需要和投資性價比共同確定，推薦兩類路面均采用5 a或10 a。

[1]莫陽.公交場站場坪路面類型的研究 [J].城市道橋與防洪,2014(11):49-51,58.

[2]熊峰,李政章,李碧雄,等.結構設計原理[M].北京:中國建筑工業出版社,2013.

[3]GB50153-2008,工程結構可靠性設計統一標準[S].

[4]王敏,馬昌喜.城市公共交通場站建設研究[J].城市公共交通,2008(1):23-25,30.

[5]CJJ/T15-2011,城市公共交通站、場、廠設計規范[S].

[6]南京市住房和城鄉建設委員會,等.城市公交場站建設標準化研究[R].2013,64-66.

[7]CJJ037-2012,城市道路工程設計規范[S].

[8]CJJ169-2011,城鎮道路路面設計規范[S].

[9]郭戰勝,施冬莉,宋亦誠,等.材料力學[M].上海:同濟大學出版社,2013.

[10]邵穎紅,黃渝祥,邢愛芳,等.工程經濟學（第 4 版）[M].上海:同濟大學出版社,2009.