壽命周期成本分析方法在橋梁工程中的應用

李開土

[摘 要]橋梁耐久性低、服務壽命短的問題已經嚴重影響了結構正常服務功能的發揮， 并給社會造成了巨大的經濟負擔。本文介紹了壽命周期成本分析的概念及其應用于橋梁工程的發展歷程， 闡述了它的基本原理， 探討了橋梁壽命周期成本的構成，說明了橋梁全壽命成本分析對于橋梁設計和運營管理的重要性。

[關鍵詞]橋梁；壽命周期成本分析；機構成本；使用者成本；風險與易損性成本

中圖分類號：F391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）10-0189-01

1 概述與問題

近年來， 世界各國普遍認識到，橋梁使用性能差、耐久性低、服務壽命短、全壽命經濟性指標差等問題已經嚴重影響了其正常服務功能的發揮，并且給養護、維修等后期運營管理工作帶來難以承受的巨大經濟和社會負擔，也使橋梁的建設管理面臨著極大的系統風險。相關的典型問題如下：

（1）在橋梁規劃和設計階段，對多個方案進行比選時，只注重建設初期（ 包括設計與施工） 的成本，而忽視橋梁從規劃、建設到運營、破壞整個壽命周期的總成本。

（2）國內橋梁工程招投標中經常是報價越低，得分越高，中標的希望越大。這在客觀上助長了橋梁建設中層層分包這種不良運作方式的存在。工程的實際建設者往往是資質差、技術力量薄弱、管理松散的隊伍，這將對橋梁的建設質量十分不利。

（3）還有一些工程因為種種原因過分縮短建設周期，一味追求施工速度，難免出現違背科學規律的做法，也在一定程度上增加了橋梁的病害，減少了橋梁的壽命。

我國正處于橋梁建設的高峰時期，大量的在役與待建橋梁都面臨著如何保證其全壽命期間的安全、耐久及維護管理的經濟性問題。因此關于橋梁全壽命周期有關問題的研究有十分緊迫和現實的意義。

2 橋梁壽命周期成本分析方法的發展歷程及基本原理

壽命周期成本（ Life Cycle Cost，簡寫成LCC）及全壽命經濟性概念首先由美國軍方于20世紀60年代提出，應用于軍用器材采辦，并迅速推廣到民用企業。從20世紀80年代開始，LCC方法逐漸應用到道路交通行業，人們開始研究建設項目的全壽命成本優化問題，從成本的角度提出全壽命管理的觀念，綜合考慮建設成本，選擇全壽命成本最優的方案。

以美國為首的一些國家率先針對道路、橋梁等基礎設施項目提出了“壽命期成本分析”的概念，也稱為“全壽命經濟分析”（Total LifeCycle Cost Analyze， 簡號或LCCA）。全壽命經濟分析法的本質是要求在設計施工階段，不論是事先采取防護措施還是以后“壞了再修”，都要做出經濟預算和比較，承建者要對工程的“全壽命”負責到底， 這樣可避免“短期行為”給后人帶來的麻煩與巨大經濟損失。采用LCCA 法對項目評估的目的與標準是在保證工程壽命期的前提下，使綜合花費成本最少，實現技術可靠、經濟合理，實行LCCA法的目的就是減少后期投資、提高項目質量與性能。

3 橋梁壽命周期成本的基本構成與計算、分析模型

3.1 基本構成

橋梁壽命周期成本由“機構成本”和“使用者成本”兩部分組成。“機構”一般指橋梁的建設者和擁有者， 政府實體是典型的“機構”。現在我國日益推廣執行投資管理一體化的建設模式， 因此“機構”的概念也明確了。“機構成本”指橋梁規劃、設計、施工以及建成后的運營、維護等的成本的總和。具體地講， “機構成本”包括以下內容：（1）橋梁的規劃、設計等相關成本；（2）橋梁的施工和建設成本；（3）橋梁的常規維護成本；（4）構件的修復費用；（5）橋梁構件更換成本；（6）橋梁更新的成本。

“使用者”是一個廣義的概念， 包括使用橋梁的車輛， 以及附近區域可能依靠橋梁進出的商業和居民。“使用者成本”一般是由于橋梁的功能缺陷（例如橋梁限載、封閉或由于橋梁清掃、維修、修復和更換而限制通行） 所引起的額外費用， 這些功能缺陷將可能導致車輛繞行，時間延誤和浪費，事故率提高， 從而引起車輛的運營費用提高。“機構成本”和“使用者成本”的具體構成要視橋梁的具體情況進行分析。一般情況下，橋梁全壽命周期成本可以定義為——在橋梁整個壽命周期內所發生的一切與橋梁的建設、維護、管理等有關的費用。

3.2 風險與易損性成本

風險與易損性成本是“機構成本”和“使用者成本”的組成部分，是由于橋梁具有抵抗意外和偶然事件的易損性缺陷所產生的。與其他成本相比，這是較容易被人們忽視的部分，主要是因為該項成本的發生與否存在偶然性和隨機性。但是，這部分成本在很多時候是不可忽視的，例如橋梁會由于地震而產生巨大的損失。工程的風險和不確定性通常是由于橋梁和環境因素相互作用而產生的部分或全部功能喪失所決定。其中，最常見的工程風險和易損性的誘因如下。

（1）與橋梁狀態相關的橋梁在承載力和壽命方面性能的降低。重復荷載作用下，隨著橋梁性能隨著時間退化，使用者面臨的風險及潛在的不方便也逐漸增大。橋梁的部分或全部失效會產生極大的麻煩，失效風險的增大將意味著失效導致的成本增大，因此失效風險的變化也應計入成本中。這些直接和間接的成本將包括橋梁的更換、交通繞行、交通堵塞、生命喪失引起的費用。

（2）地震易損性，主要針對處于地震區的橋梁，由于地震導致的人員、結構和財物等損失。

（3）風振易損性，主要指產生如龍卷風、颶風等意外風現象所導致的損失。

（4）橋梁沖刷和洪水引起的損失（這方面的例子也很多，例如2003年隴海鐵路灞河橋由于人為挖砂導致洪水沖垮橋墩，引起列車停開或繞道等嚴重問題，經濟損失巨大）。

（5）超載和疲勞，超載現象在我國公路運輸中較為普遍。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大，損傷加劇，甚至會出現超載引發的結構破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。

（6）橋梁服務功能過時或落后的風險。

（7）其他風險。

4 相關案例分析

為了揭示全壽命周期成本分析的作用，下面從港珠澳大橋的案例進行分析：

本案例不考慮風險成本和用戶成本。按照物價上漲系數為5%，社會折現率8%進行時間價值折算，計算出橋梁全壽命成本為建設期成本6387000萬元、營運期成本6091975萬元、拆除成本638700萬元、全壽命成本13117675萬元。因此，建設期成本占全壽命成本的48.69%，而營運期成本仍占到了全壽命成本的46.44%。

分析大橋單位成本構成可以看出，管理成本占管養成本的23.45%。養護成本占管養成本的32.86%。專項檢測成本占管養成本的1.34%，維修成本占管養成本的42.35%。維修周期按10年計算，主體工程中橋梁大修費按照建安費的3%考慮，引橋、換道立交等結構及接線工程按照建安費的1.5%考慮。經分析，港珠澳大橋維修費用約為2309409萬元。營運期成本仍達到了6091975萬元，約為建設期成本的95%。因此，在進行方案選擇的投資決策和方案設計中，要綜合考慮全壽命周期工程成本，對每一投資設計方案進行全壽命周期成本分析，以求全壽命周期成本最小。

5 結語

實施LCCA 法對于處理橋梁建設中短期效益與長期效益的關系有很好的現實指導意義；也是在基礎設施建設方面，逐漸提高我國的技術水平和管理能力，與國際接軌的重要方面。橋梁的全壽命分析理論不但可以用于新建橋梁的設計決策中，也適合與在役橋梁的維護管理策略的選擇方面。

參考文獻

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