橋梁全壽命周期成本分析及應用

陳超　孫靜

摘要：文章從全壽命周期概念出發，對橋梁全壽命周期成本構成進行了分析，并對構成其的3個時期成本，分別為建設期成本、運營期成本、拆除期成本進行分析計算，并通過計算實例進行分析，表明了全壽命周期成本分析的必要性。

Abstract： Starting from the concept of life cycle， this paper analyzes the composition of bridge life cycle cost， and analyzes and calculates the cost of three periods， namely， construction period cost， operation period cost， demolition and recycling cost， and shows the necessity of life cycle cost analysis through the analysis of calculation examples.

關鍵詞：橋梁;全壽命周期成本;成本構成;折現率

Key words： bridge;life cycle cost;cost composition;discount rate

中圖分類號：TU44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0261-03

0? 引言

一般的橋梁設計主要是在滿足設計規范基本要求的基礎上，而形成的橋梁建設費用，僅僅是按照規范滿足其最低要求進行設計[1-2]，而沒有考慮建設后期橋梁的維修加固、定期養護等一系列直接和間接成本，這種不夠理想的設計理念，只是著眼于當下，沒有考慮到橋梁后期投入生產使用后維修加固等一系列成本，這種設計只是滿足了橋梁的最低成本需求，而沒有考慮到橋梁的可持續性，因此是不夠理想的。

當下一種采用全壽命思想的新的設計理念，從全方位去考慮橋梁的建設與運營，從開始規劃、設計到施工建設再到后期的運營維護，直到最終拆除的全過程。在橋梁使用壽命、基本性能等滿足規范的基本要求后，是否經濟這一因素就成為尋求理想橋梁設計方案的重要標準。因此橋梁的全壽命設計需要全壽命成本分析這一“決策者”來評價，它是橋梁設計不可或缺的一部分，而且它也是橋梁優化設計的重要依據。

本文基于已有學者對全壽命成本的理論研究分析，從分析橋梁全壽命周期的成本這一概念開始考慮，分析構成橋梁全壽命周期成本的主要因素， 主要包括建設期成本、運營期成本、拆除期成本，對這三個組成部分進行計算分析， 研究橋梁全壽命周期成本分析對于橋梁評價的可行性， 并通過一個橋梁的具體實例進行計算分析，驗證理論分析的有效性。

1? 橋梁全壽命周期成本分析概念

橋梁全壽命周期成本分析（Bridge Life Cycle Cost Analysis，BLCCA）是一種確定橋梁結構從最初的規劃、設計到使用壽命終結的總成本分析方法，其目的是為了在現有的貨幣條件下對某一橋梁各種成本進行量化，使得可以按照一個簡單的投資原理來確定橋梁的全壽命周期成本，并根據其凈現值（Net Present Value，NPV）進行比較[3]。簡而言之，橋梁全壽命成本分析就是將橋梁未來的成本換算到現在進行分析，因此，全壽命成本分析是一個能夠作為評價標準的工具，可以對橋梁不同的設計方案進行比選。

2? 橋梁全壽命周期成本構成分析

一座橋梁的全壽命周期成本，應當是從其開始計劃投產（規劃）到不能產出（需拆除）為止，整個階段涉及到橋梁“由生到死”的全過程，其中主要包括三個時期的成本，分別是建設期、運營期、拆除期。具體成本構成如圖1所示。

通過上述分析可得全壽命周期成本計算模型為：

C=C₁+C₂+C₃（1）

式中：C—全壽命周期成本凈現值;C1—建設期成本凈現值;C2—運營期成本凈現值;C3—拆除期成本凈現值。

2.1 建設期成本

建設期成本是橋梁建設時期從規劃開始到投入生產使用，涉及規劃階段、設計階段、施工階段等，包括資金的大量投入、人員的合理投入、建設物資的投入，在這其中，資金的投入是占有較大的比例，這龐大的資金一般都是在其建設期內逐年支出。因此，在計算建設期成本時需將逐年支出的成本折算至計算基準時間。

2.2 運營期成本

營運期成本指橋梁從橋梁投入使用到橋梁不能滿足使用要求而退出營運，在此期間主要是對橋梁定期的養護檢測、不定期的維修加固、長期的運營管理等投入一系列費用，根據投入費用性質的不同，以及我國現行的計價規范、標準、理論，對該時期的運營成本進行分類，主要分為三部分成本：管養、用戶、環境影響。

2.3 拆除期成本

拆除期成本是指當橋梁不能滿足使用要求或對其進行擴建需要拆除重建，在拆除時需要消耗的費用。主要包括拆除時人力、物力的投入成本、部分結構構件以及材料能夠回收加工利用的成本以及橋梁拆除時產出的廢物、廢渣等處理的成本。由于現有橋梁的橋型、橋位、橋梁用材以及橋梁所處的環境差異恨大，造成拆除工藝、廢物處理手段不盡相同，所以需要根據具體橋梁實時的拆除方案，對其拆除期的成本進行計算分析。

3? 橋梁全壽命周期成本計算方法

3.1 成本分析基年

基年是全壽命周期成本分析的基準時間點，由于全壽命周期涉及到的成本金額巨大，而且還需考慮資金的時間價值，為了有一個統一的標準來評價計算結果的有效性，因此，將發生在橋梁全壽命周期的所有成本折算至基年，這樣就很具有對比分析意義。由于橋梁在建設初期就有資金的投入，所以本文選擇橋梁的建設初年作為基年進行橋梁全壽命周期的成本計算分析。

3.2 成本分析折現率

我國現行的公路橋涵設計規范中規定了橋梁的設計基準期為100年，這為全壽命周期成本分析提供了一個時間上的限值。在橋梁服役100年內，運用于橋梁成產運營的成本投入無時無刻都在發生，而且社會的經濟變化時刻影響著橋梁成本的變化，為了能較為準確的分析橋梁全壽命期間的成本，需要一個合理的折現率來對橋梁全壽命期間的所有成本進行計算分析。胡江碧等[4]研究指出折現率是最為敏感的參數之一，因此，在其研究成果的基礎上，選取3%的折現率進行橋梁全壽命周期成本分析。

3.3 成本計算

3.3.1 建設期成本

建設期成本計算式如下：

C1=CP+CD+CC （2）

式中：CP—規劃期成本凈現值;CD—為設計成本凈現值;CC—為施工成本凈現值。

根據公路基本建設工程概算預算編制辦法、公路工程概算定額、預算定額等相關計價規范，并采用交通部計價辦法開發的工程造價軟件，對建設期橋梁的成本計算。

3.3.2 運營期成本

橋梁運營期管養成本分析主要計算周期為年，具體內容如圖2。

橋梁運營期用戶成本主要是由于橋梁橋梁在投入使用時由于不定期的橋梁檢測、養護、維修、加固等產生的延誤費、營運費、交通事故費。

①延誤費用CDD為：

式中：L—由于養護維修對部分橋梁路段產生一定影響的長度，Va—橋梁在養護維護期間，車輛由于一系列外界干擾因素行駛的速度;Vn—在橋梁正常使用期間，車輛不受外界干擾行駛的正常速度;Qt—橋梁開放交通期間每天車流量的平均值;t—由于養護維修造成對橋梁的影響天數;Wd—車輛在正常情況下行駛時的時間價值。

②營運費用CDO為：

式中：r—車輛費用加權平均值。

③交通事故費用CDA為：

式中：Pa為在養護維修期間，由于對橋梁交通等的干擾二引發事故的發生率;Pn為在不對橋梁運營進行干擾的正常環境下，橋梁事故發生的概率;Ca為每次事故發生時造成的財產損失、人員傷亡等一系列費用。

橋梁運營期環境成本主要是由于橋梁在建成后期使用過程中，需要對其進行定期或者不定期的養護、維修、加固等工作，在對橋梁維護期間不僅對橋梁通行有影響，而且對橋梁的周邊的環境造成一定的污染，包括空氣污染、聲污染、水污染等，這些對環境的影響是十分復雜的。目前沒有一個確切的標準去計算環境成本，所以本文采用基于維修加固費用的計算方法，在維修加固費用的基礎上乘以折減百分比，然后對運營期的環境影響成本進行計算分析。

4? 橋梁全壽命周期成本分析實例

4.1 工程概況

大橋為161孔，全長為6305.55m的橋梁，主要由五個部分組成，分別是主橋、南灘橋、北灘橋、南北引橋。其中，主橋長度1476m為雙塔雙索面三跨半漂浮體系混合梁斜拉橋。設計使用年限為100年。

4.2 全壽命周期成本計算

4.2.1 建設期成本

建設期成本按建設周期4年，等年平均支出，并根據橋梁建設地實際情況，取3%折現率計算橋梁建設期成本，計算結構如表1。

4.2.2 運營期成本

①管養成本。

橋梁管理成本中，管理人員工資在橋梁設計基準期100年的內需要逐年支出，管理人員為20人，人均年工資為18萬元，其他管理費用年均120萬元。

橋梁養護成本中，養護人員工資在橋梁設計基準期100年的內需要逐年支出，養護人員為40人，人均年工資為9萬元，其他養護費用年均400萬元。

橋梁檢測成本中，主要包括混凝土箱梁（定期3年）、主梁（10年/次）、塔體（10年/次）、墩臺與基礎（3年/次）、斜拉索（1年/次）、鋼橋面（2年/次）、混凝土橋面（2年/次）。

橋梁維修成本中，對于混凝土、鋼結構中不可更換構件，前者維修更換成本按40萬元/次，周期按10年計算;后者只更換涂裝，維修更換成本按700萬元/次，周期按20年計算。可更換構件主要有鋼橋面鋪裝（10/次）、混凝土橋面鋪裝（15/次）、支座（20/次）、伸縮縫（20/次）、鋼護欄（25/次）。

橋梁運營期成本計算如表2。

②用戶成本。

運營期用戶成本與該橋檢測、維修等工作相關，其計算結果如表3。

③環境成本。

運營期成本主要是由于橋梁養護、構件更換、主體維修等對環境造成影響而產生的成本，與該橋的養護、維修加固等因素有密切聯系，其計算如表4。

③拆除及回收利用成本。

由于該橋梁全壽命分析期是100年，目前很難預測100年后該橋將會采用什么拆除技術，因此，考慮取其占建設期費用75%進行分析，其折現值為3297萬元。

4.3 全壽命周期成本

綜合上述計算分析，得該橋全壽命周期折現成本如表5。

通過上述計算分析可以得出，該橋全壽命期從規劃設計到拆除得折現成本是148367萬元，其中建設期成本占55.28%，運營期成本占42.50%，拆除成本占2.22%。

5? 結論

構成橋梁全壽命周期成本分析主要分為三個時期，包括建設期、運營期、拆除期，在計算這三個時期橋梁全壽命成本時發現，通過規范計算得到的橋梁建設成本占整個橋梁全壽命周期成本不足60%（本文僅為55.28%），這對于橋梁的優化設計、方案比選等是不夠的，需要用全壽命的理念去分析。

參考文獻：

[1]郭猛，劉洪，白文靜.混凝土橋梁結構的等耐久性設計[J]. 建筑科學與工程學報，2010，27（01）：117-121.

[2]劉軍，鄔曉光，張彥飛.基于可靠度的橋梁使用壽命分析[J]. 長安大學學報（自然科學版），2010，30（01）：54-58.

[3]于興環.懸索橋全壽命周期成本預測與分析[J].公路交通科技，2013，30（09）：101-107.

[4]胡江碧，劉妍，高玲玲.橋梁全壽命周期費用折現率分析[J]. 公路，2008（09）：363-367.