重載交通條件下柔性路面全壽命經濟性分析

廖彩鳳，龐付強，孔慶偉

（上海市政交通設計研究院有限公司，上海市200030）

0 引言

目前，工程經濟分析在我國得到廣泛的應用，國外都傾向于采用壽命周期費用分析法來選擇總費用或總造價最低的設計方案。

本文依托浙江某道路在重載交通條件下，對柔性路面結構與常用的半剛性基層路面結構在相同的分析期內的綜合費用進行理論分析。

1 壽命周期費用分析方法

重載交通柔性路面全壽命周期成本分析的首要任務是確定全壽命周期成本的構成，主要包括初期修建費、養護費、改建費等管理部門費用和延誤費、車輛運營費、行程時間費等費用。考慮到管理部門和社會所關注的重點是由于路面使用性能的差異所帶來的費用和效益上的差別。所以，周期費用分析時應著重考慮受使用性能影響的那些費用組成。

目前費用分析的方法也很多，如：現值法、年費用法、效益-費用比法、收益率法等。本文根據分析的目的和路面結構的特點，采用現值法和等效年費用法進行經濟性研究。

2 全壽命周期成本計算模型

全壽命經濟分析方法是從數量上對工程項目的經濟效益進行分析、計算和評價的一整套方法。它以復利基本公式為基礎，以等值交換為基本手段，從不同角度建立起不同的分析方法，以全面地反映工程項目的各種經濟特征。

凈現值分析方法是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，就能夠比較直觀地反映分析期內建、養、修的各項費用，全壽命經濟分析現金流量如圖1所示。

采用凈現值分析時，需要在相同的壽命周期內進行分析，把分析期內不同時期支出的費用，按一定的折現率折算為凈現值，記作PW。費用計算模型如公式（1）所示：

圖1 現金流量示意圖

式中：PW為現值；IC為初始建設費用；MC為維護費用；UC為檢測費用；FRC為大維修費用；CC為用戶費用；DC為拆除費用；S為殘值；K為分析的時間域；i為折現率。

3 不同路面結構費用對比分析

本文僅從管理部門角度來考慮道路的總造價構成，如初期修建費、養護費、改建費、殘值等）。

3.1 分析期

考慮到我國規范對全壽命路面結構的設計年限沒有進行規定，國外的規范中認為全壽命路面的使用年限應到達30～40 a，考慮到重載條件對道路使用壽命的影響，及半剛性路面的大修周期為15 a，該項分析期取30 a。

3.2 不同路面費用計算

根據浙江某主干路改建工程設計條件，擬定重載柔性路面結構參數如表1所列，對比用的半剛性路面結構參數見表2所列。

表1 柔性路面結構參數表

表2 半剛性路面結構參數表

根據實測交通量結論，選取本文研究道路的交通量，并考慮重載條件，計算得到的工程建成通車雙向日當量標準軸載為27423。交通量平均年增長率取4%，。

3.2.1 各路面結構初期修建費用

根據目前建筑材料的市場價格，可計算得到不同路面結構每公里路面（全幅路面：路面寬25.5 m）的初期修建費用。初期修建費用僅指與道路結構造價相關的建設費用，各材料單價及各路面結構的初期修建費用分別見表3和表4所列。

表3 各種材料的單價表（單位：元/m2）

表4 不同路面結構初期修建費用一覽表（單位：萬元/km）

從表4可以看出，重載交通柔性基層路面要比該常用半剛性基層瀝青路面結構初期修建費用高約24%。其中柔性基層鋪筑ATB-25使得路面結構初期修建費用較高。

3.2.2 各路面結構的養護費用

養護費用是每年都需計算的費用，根據養護費用模型綜合考慮，并考慮地區差異、養護材料價格、工價的增加。

養護費用模型：

式中：AADTi為第i年平均日交通量=初始年平均日交通量×（1+γ）（i-1），其中，γ 為交通量年平均增長率；MCi為第i年養護費，元/m2；PCIi為第i年路況指數。

PCIi公式如下：

式中：PCI0為初始路面狀況指數，取值100；a、β為指數，y為使用年數。

因此，得到兩種路面結構在分析期內的每年的路況指數和養護費用，計算結果見表5所列。

表5 分析期內的每年的路況指數和養護費用一覽表（單位：元 /m2）

3.2.3 各路面結構的改建費用

根據表5中PCI的衰變情況分析，半剛性基層瀝青路面在使用第15年應進行一次大修以保證路面的使用性能；全壽命柔性基層瀝青路面在使用第20年左右進行一次中修即可滿足性能要求。

由于采用的PCI衰變方程只適用于厚瀝青路面上，因此對于結構二的養護方法還應結合工程現狀來確定（一般瀝青路面在使用4 a、12 a后應進行一次中修，在第8年時應進行一次大修），因此，對比用的半剛性基層瀝青路面應該在第8年進行一次中修，在第16年進行一次大修（分析期為 30 a）。

全壽命柔性路面在設計當中不允許出現結構性病害，因此無須考慮結構方面的維修，只需表面養護維修即可滿足使用性能要求，此外柔性路面瀝青層厚度達37 cm，可以認為衰變模型分析的結果基本可靠。

根據工程經驗，中修方案為SMA改性瀝青上面層+粘層，大修方案為對整體路面結構翻修（含上基層處理）。其目的都是為了提高路面的平整度，改善抗滑性能。具體維修費用見表6所列。

表6 不考慮折現率的各維修方案的費用表（單位：萬元）

在經濟分析時還應考慮路面的剩余壽命，這部分剩余壽命所具有的價值即為殘值。路面殘值可按多種方法近似計算，在此按剩余壽命占其預期使用壽命的比例確定，見式（4）:

式中：LA——最后一次改建的施工年份到壽命周期末的年數；

LE——該改建措施的預期使用壽命；

Cr——該項改建措施的修建費用；

SV——路面殘值。

3.3 不同路面結構總造價費用分析

3.2節中得出的費用是路面結構在分析期內當年的各項費用，為便于比較分析，把分析期內不同時間支出的費用按一定的貼現率轉換為現值。計算公式為：

式中：PVC——費用現值；

Ct——第t年的全部支出；

n——分析年限；

i0——標準折現率，取10%；

由于路面結構形式不同，需把各結構各自壽命期內的費用按照同樣的折現率折算成等額年值，計算公式如下：

考慮到折現率的各項費用現值如表7所列。

表7 不同路面結構費用現值一覽表（單位：萬元/km）

由表7中的數據可以看出，柔性結構路面結構一的初期修建費用較結構二大。結構二在費用周期內的養護、罩面或改建費用較結構一大。

在各路面結構的壽命期內，柔性基層路面結構比半剛性基層路面結構每年每公里節約4.02萬元，即每年每平方米節約1.58元。目前瀝青路面建設工程浩大，總體工程量巨大，合理采用全壽命柔性路面將會帶來明顯的經濟效益。

此外，柔性基層瀝青路面還可以在以下幾個方面得到補償：

（1）維持較高的服務水平；

（2）節約社會資源，保護生態環境；

（3）有助于緩解養護部門的壓力等。

4 結語

本文選用現值法和等效年費用法，以重載交通為基礎，對柔性路面及半剛性路面在重載條件下的經濟性情況進行了對比分析：相對于半剛性路面結構，柔性路面結構工程建設初期費用較高，但隨著服務年限的增長，全壽命周期費用較半剛性基層瀝青路面具有明顯的經濟優勢。其作為重載道路理想的路面結構類型較半剛性路面結構更為合適。