大型立交橋梁群全壽命周期成本分析

李 剛

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

橋梁全壽命周期成本即為橋梁從規(guī)劃設(shè)計開始到壽命期滿并拆除時止，整個壽命周期內(nèi)所發(fā)生的總費用。壽命周期成本的概念自20世紀60年代美國軍方首次提出用于軍備采辦以來，迅速向其他行業(yè)滲透，20世紀80年代開始，逐漸應用到交通領(lǐng)域進行建設(shè)項目的全壽命成本優(yōu)化[1]。全壽命周期成本分析，從本質(zhì)上講，無論在設(shè)計、施工，還是運營管養(yǎng)和壽命期滿拆除階段，都要進行經(jīng)濟預算和比較，要從工程“從生到死”的全壽命周期出發(fā)，避免短期行為帶來的麻煩與經(jīng)濟損失，使得成本降至最低。

以往在研究橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期成本時，大多基于估算，即先估算修建一座橋大概需要的勞動力、材料、設(shè)備的數(shù)量，再按勞動力的工資、材料單價和設(shè)備單價進行計算，由此確定橋梁的建設(shè)期成本[2]。對于營運期成本，有學者提出了基于條件的維護成本模型和基于可靠性的維護成本模型[3-4]。

2008年，西部交通科技項目 《橋梁工程全壽命設(shè)計理論與方法研究》取得重大創(chuàng)新成果 《湖北鄂東長江公路大橋全壽命設(shè)計及周期成本分析研究》，這是國內(nèi)首次對實橋進行全壽命設(shè)計和全壽命周期成本分析[5]。鄂東長江大橋在分析時，建設(shè)期成本根據(jù)規(guī)范[6]進行計算，管理成本按管理人員工資約占管理成本的70%，另外，30%為管理服務(wù)費用進行估算，養(yǎng)護成本按養(yǎng)護材料、檢測工具損耗費約占養(yǎng)護成本的60%進行估算，環(huán)境影響成本按建設(shè)期成本的10%進行估算，拆除成本按建設(shè)期成本的3%來進行估算[7]。由此可見，缺乏工程實例，即缺少與各種直接和間接損失有關(guān)的成本數(shù)據(jù)支持，使得全壽命周期成本的分析，大多停留在估算甚至是粗算層面，很難建立起系統(tǒng)的、精確的分析結(jié)果。

福州青口互通橋梁群，經(jīng)歷了從規(guī)劃設(shè)計，建造施工，運營維護，修復加固直至服役期滿拆除施工一整個完整的過程，論文以此為依托，對全壽命周期成本進行了研究，并從最小期望壽命周期成本的原則出發(fā)，進行了拆除方案的比選優(yōu)化。

1 橋梁全壽命周期成本構(gòu)成

明確橋梁全壽命周期內(nèi)將會發(fā)生或可能發(fā)生的事件及對應的成本，即確定全壽命周期成本的構(gòu)成及計算模型是應用全壽命周期進行設(shè)計和施工的重要前提。橋梁從無到有再從有到無要經(jīng)歷規(guī)劃設(shè)計、建造施工、管理養(yǎng)護、維修加固、拆除重建、資源再利用等工序，這個完整的流程構(gòu)成了橋梁全壽命周期的總成本。對于在役橋梁，其過往成本包括設(shè)計、建造、管理、養(yǎng)護、維修等均有據(jù)可查，其分析的目的在于控制剩余壽命內(nèi)的成本消耗，比如管養(yǎng)和拆除等；對于新建橋梁，其分析的目的在于從源頭處，對整個壽命周期進行宏觀把控，后續(xù)各個“成長”環(huán)節(jié)不再相互割裂，這種一體化的設(shè)計思路，使得成本和費用可以統(tǒng)籌起來考慮，貫穿始終。為未來大量的工程案例和數(shù)據(jù)積累，形成大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和相應的規(guī)范準則以便進行工程成本核算和費用評價提前做準備。

2 橋梁全壽命周期成本數(shù)學模型及分析步驟

2.1 橋梁全壽命周期成本數(shù)學模型

高玲玲[8]結(jié)合國外全壽命周期成本研究和我國國情，提出橋梁全壽命周期成本分析理論、分析方法和橋梁全壽命周期的成本構(gòu)成如公式所示。

式中，C—全壽命周期成本；C1—建設(shè)期成本；C2—管理成本；C3—養(yǎng)護成本；C4—專項成本；C5—維修成本；C6—保險成本；C7—阻塞引起的成本；C8—繞行引起的成本；C9—事故引起的成本；C10—環(huán)境影響成本；C11—拆除成本。

論文在文獻[8]的基礎(chǔ)上，參照國內(nèi)其他學者的研究成果[9-11]，總結(jié)得到橋梁全壽命周期成本分析如公式（2）所示。

式中：DC（design cost）——設(shè)計成本；CC（construction cost）——建造成本；AC（Administration cost）——管理成本；mC（maintenance cost）——養(yǎng)護成本；RC（rehabilitation co st）——維修加固成本；UC（user cost）——用戶成本；BC（backout cost）——拆除成本；EC（environmental cost）——環(huán)境影響成本。在橋梁模型中，用戶成本主要是指由于橋梁封閉交通以致無法正常通行使得交通延誤、改道繞行等引起的社會經(jīng)濟成本；環(huán)境成本主要是出于環(huán)保考慮，一方面包含施工造成的環(huán)境破壞后的再修復成本，另一方面包含廢物回收再利用節(jié)約的成本。

2.2 分析步驟

在對橋梁進行全壽命周期成本分析時，可參照以下步驟[12-13]：

（1）確定橋梁的基本特性，包括橋梁設(shè)計使用壽命、橋梁結(jié)構(gòu)形式、交通流模型、交通量預測、橋梁構(gòu)件的設(shè)計使用壽命等；（2）確定橋梁全壽命周期成本分析期，定義橋梁技術(shù)狀態(tài)、維護事件及發(fā)生時間等基本屬性；（3）確立不同的橋梁管理和維護策略方案；（4）選擇合適的橋梁劣化模型和參數(shù)；（5）確定服役期滿后的橋梁處理處置方案和回收利用方案；（6）計算各個備選方案的全壽命周期成本并轉(zhuǎn)換成同一基年的不變價值；（7）比較后給出決策建議，即全壽命周期成本最低的方案為最佳實施方案。

3 福州青口互通橋梁群全壽命周期成本分析

3.1 建設(shè)期和營運期成本

根據(jù)全壽命周期成本分析所遵循原則，結(jié)合福州青口互通橋梁群所在地特點進行具體分析可知，按照傳統(tǒng)清單計價方法所列成本僅包含項目建設(shè)期，即竣工交付節(jié)點時所發(fā)生的成本，未考慮結(jié)構(gòu)使用年限、環(huán)境、結(jié)構(gòu)老化、維修等成本，亦未考慮前期橋梁結(jié)構(gòu)、交通流量等設(shè)計時的可控條件，將其通過項目全壽命周期管理方法進行相應折算可知，在不同使用條件、設(shè)計條件等綜合作用下，項目成本為單純按照清單計價法計算的成本的1.5～2.3倍之間，其中考慮了不同的施工方法對成本的影響。由此可知，項目全壽命周期成本與多種因素有關(guān)，是一個系統(tǒng)的、可變的、可調(diào)整的范圍。主橋全壽命周期成本構(gòu)成如圖1所示。

圖1 主橋全壽命周期成本構(gòu)成

3.2 最小期望拆除成本控制

根據(jù)上述分析可知，按照原支架法拆除方案所產(chǎn)生成本在項目全壽命周期中產(chǎn)生的影響不是此項目最優(yōu)成本，按照分析可知，將項目按照現(xiàn)場條件、環(huán)境條件、施工條件等進行優(yōu)化分段并選擇不同施工方法后，可將原施工成本降到支架法方案的75%左右，并在全壽命周期條件下能夠取得更好的、更低的成本，在綜合了交通分流、管控等條件后，能夠取得更好的成本控制結(jié)果，并能夠取得更好的社會效益，綜合起來更優(yōu)。

4 結(jié)語

隨著橋梁事業(yè)的蓬勃發(fā)展，全壽命周期理論越來越多地應用到橋梁結(jié)構(gòu)的新建，維護和服役期滿的拆除工作中，這將為后續(xù)的研究提供大量的工程實例，并希望借此建立一個龐大的數(shù)據(jù)池，為今后其他橋梁的全壽命周期成本控制提供案例和數(shù)據(jù)支持。在此基礎(chǔ)上，可深入研究工程項目成本評價和控制體系。

現(xiàn)有全壽命周期成本研究主要是針對已建結(jié)構(gòu)的生命周期成本的構(gòu)成、計算模型和優(yōu)化方法，對于在設(shè)計階段需要確定橋梁生命周期中的哪些成本和如何確定，例如在設(shè)計和建造時即考慮拆除，預留拆除孔位等或其他輔助措施，進行全壽命一體化設(shè)計和施工，目前還缺乏系統(tǒng)的研究。