橋梁全壽命周期成本分析在工程中的應(yīng)用

胡江碧,劉 妍

(北京工業(yè)大學(xué)交通研究中心,北京 100124)

橋梁全壽命周期成本分析在工程中的應(yīng)用

胡江碧,劉 妍

(北京工業(yè)大學(xué)交通研究中心,北京 100124)

為了探討橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型的可操作性,作者以國(guó)內(nèi)某大橋?yàn)槔?在專家調(diào)查法及評(píng)估方法的基礎(chǔ)上對(duì)橋梁全壽命周期成本構(gòu)成中橋梁建設(shè)期成本、營(yíng)運(yùn)期成本和拆除成本進(jìn)行分析與估算,得出該橋 100年的全壽命周期成本為20.76億元.通過實(shí)例計(jì)算結(jié)果分析進(jìn)一步證明了橋梁全壽命周期成本分析的必要性.

橋梁全壽命周期成本;建設(shè)期成本;營(yíng)運(yùn)期成本;拆除成本

1 概述

我國(guó)的橋梁建設(shè)規(guī)模和發(fā)展速度已進(jìn)入世界橋梁強(qiáng)國(guó)之列,各類橋梁 53.36萬座,其中,跨徑超千米的特大型橋梁達(dá) 7座.根據(jù)交通運(yùn)輸部調(diào)查結(jié)果顯示,我國(guó)危橋數(shù)目逐年增多,絕大多數(shù)設(shè)計(jì)載重低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)也存在不同程度的損壞.傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)理論是從滿足安全使用的角度出發(fā),比較注重橋梁建設(shè)期成本的經(jīng)濟(jì)性,忽視了橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用中的耐久性和營(yíng)運(yùn)期橋梁的養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)及維修的經(jīng)濟(jì)性,造成橋梁使用一段時(shí)間后結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,且營(yíng)運(yùn)過程中的管理、維修、養(yǎng)護(hù)成本以及對(duì)用戶和環(huán)境的影響成本大幅度提高.有關(guān)專家預(yù)測(cè),在未來 10～20 a內(nèi),我國(guó)將提前迎來大范圍的橋梁老化現(xiàn)象,大量的在役與待建橋梁都面臨著壽命期間的安全、耐久及維護(hù)管理成本的經(jīng)濟(jì)性問題.從設(shè)計(jì)階段就開始考慮橋梁的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理到壽命終結(jié)拆除處理等各階段的橋梁全壽命周期成本的經(jīng)濟(jì)性具有重要社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義.但是由于我國(guó)橋梁管理的原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匱乏,使橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型在工程中的應(yīng)用難度大.

橋梁全壽命周期成本分析(bridge life-cycle cost analysis,BLCCA)是在橋梁全壽命設(shè)計(jì)(bridge lifecycle design,BLCD)研究基礎(chǔ)上提出的一種全新的成本分析理念[1],它綜合考慮安全、耐久、適用、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)、人文、生態(tài)等各方面的性能要求,實(shí)現(xiàn)橋梁的可持續(xù)發(fā)展.在橋梁設(shè)計(jì)分析時(shí),必須要確定橋梁從初始建設(shè)到壽命期終結(jié)的總成本.

根據(jù)橋梁全壽命周期成本框架體系研究,橋梁全壽命周期成本是橋梁在其壽命期內(nèi)耗費(fèi)的各種資源消耗費(fèi)用的總稱,包括整個(gè)橋梁壽命期內(nèi)用于橋梁規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、施工、養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)、維修、管理、拆除等各階段作業(yè)所支付的費(fèi)用[2-3].

作者結(jié)合橋梁全壽命周期成本研究成果進(jìn)行實(shí)例探討,通過預(yù)測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工階段、營(yíng)運(yùn)階段和拆除階段成本,確定滿足橋梁功能需求與經(jīng)濟(jì)約束的最佳方案,從而更加合理、有效地利用資金,在保證橋梁安全的前提下,使有限的資金發(fā)揮最大效益.這對(duì)于推廣全壽命周期成本分析理念以及提高橋梁工程投資經(jīng)濟(jì)效益等方面,不僅有著重要的科學(xué)價(jià)值,而且還有廣泛的工程應(yīng)用前景和重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益.

2 工程概況

2.1 橋型方案布置

國(guó)內(nèi)某大橋?yàn)閲?guó)家“十一五”重點(diǎn)交通基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目.該大橋?yàn)橹骺?926m雙塔混合梁斜拉橋,跨徑布置:(4×70+926+4×70)m,按 6車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),主橋長(zhǎng) 1 476m.主橋橋型方案如圖 1所示.

圖1 橋型方案示意圖Fig.1 Sketch map of bridge project

該大橋采用了壽命設(shè)計(jì)思想,即從橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理以及拆除的各個(gè)階段尋求恰當(dāng)方法和措施來滿足橋梁結(jié)構(gòu)壽命周期的總體需求(文化、使用、成本、生態(tài)等)最優(yōu).

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件分類

該橋是大跨徑混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)體系,主要構(gòu)件的功能、構(gòu)造形式、所處位置和材料等不同,橋梁各構(gòu)件在特定使用條件、環(huán)境條件、管理?xiàng)l件下其退化模式也完全不同,須在不同時(shí)間對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行各種檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修或更換處理.

根據(jù)橋梁構(gòu)件的管理、養(yǎng)護(hù)與維修情況對(duì)該大橋主橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行分類,如圖 2所示.

根據(jù)橋梁構(gòu)件的管理、養(yǎng)護(hù)與維修計(jì)劃,對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類并分別確定其可能發(fā)生的檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修的時(shí)間及其相應(yīng)的成本,確定橋梁結(jié)構(gòu)的營(yíng)運(yùn)期成本,并最終得到橋梁的全壽命周期成本.

圖2 橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件分類Fig.2 Classification ofbridge structure

3 橋梁全壽命周期成本構(gòu)成

結(jié)合橋梁全壽命周期成本研究成果,該大橋全壽命周期成本構(gòu)成如圖 3所示.限于我國(guó)橋梁全壽命設(shè)計(jì)與管理理念剛剛開始,以往對(duì)橋梁管理、養(yǎng)護(hù)與維修的統(tǒng)計(jì)資料十分匱乏,各項(xiàng)成本計(jì)算參數(shù)值很難取定.作者采用專家調(diào)查法對(duì)國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)、管理養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)單位專家,高校相關(guān)專業(yè)老師等進(jìn)行了調(diào)查,得到具有代表性的全壽命周期成本分析的基本參數(shù)值.

調(diào)查范圍圍繞與研究橋梁橋型、環(huán)境、管理相似的國(guó)內(nèi) 10余座大中橋,包括:軍山長(zhǎng)江大橋、武漢長(zhǎng)江二橋、武漢長(zhǎng)江三橋、舟山桃夭門大橋、朱家尖跨海大橋、南京長(zhǎng)江二橋、南京長(zhǎng)江三橋、上海南浦大橋、上海楊浦大橋、上海徐浦大橋.

圖3 橋梁全壽命周期成本構(gòu)成Fig.3 Composition of Bridge Life Cycle-cost

4 全壽命周期成本分析與計(jì)算

4.1 建設(shè)期成本組成分析與計(jì)算

橋梁建設(shè)期成本包括橋梁從開始規(guī)劃到施工階段涉及到的管理、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等發(fā)生的費(fèi)用.

根據(jù)該橋《主橋設(shè)計(jì)總說明》、《施工圖預(yù)算——總預(yù)算表》和《公路基本建設(shè)工程概算、預(yù)算編制辦法》(JTG B06—2007)[4],該橋建設(shè)期成本為 11.9億元[5].

4.2 營(yíng)運(yùn)期成本組成分析與計(jì)算

1)管理成本

橋梁管理成本主要包括 2部分:管理人員費(fèi)用和管理服務(wù)費(fèi)用.

該大橋管理有限公司是由私人控股,其管理模式具有私人性質(zhì).本研究以調(diào)研的國(guó)內(nèi) 38座橋梁為基礎(chǔ),確定該大橋的管理模式,如圖 4所示.

根據(jù)專家調(diào)查及評(píng)估結(jié)果分析并參考國(guó)內(nèi)其他大橋數(shù)據(jù),確定該橋管理成本為 179萬元/a.

2)養(yǎng)護(hù)成本

橋梁養(yǎng)護(hù)成本主要包括:養(yǎng)護(hù)人員費(fèi)用和其他養(yǎng)護(hù)費(fèi)用(養(yǎng)護(hù)材料和檢測(cè)工具損耗費(fèi)).根據(jù)《橋梁全壽命設(shè)計(jì)指南》[6]、該大橋養(yǎng)護(hù)手冊(cè)、專家調(diào)查及評(píng)估結(jié)果分析并參考國(guó)內(nèi)其他大橋數(shù)據(jù),確定該橋養(yǎng)護(hù)成本計(jì)算參數(shù),包括大橋養(yǎng)護(hù)人員配備人數(shù)、養(yǎng)護(hù)人員工資(元/月)、養(yǎng)護(hù)年成本。結(jié)合橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型中的養(yǎng)護(hù)成本計(jì)算模型,確定該橋養(yǎng)護(hù)成本為 300萬元/年.

3)專項(xiàng)檢測(cè)成本

橋梁專項(xiàng)檢測(cè)成本按構(gòu)件來說包括不可更換構(gòu)件專項(xiàng)檢測(cè)成本(主要有主梁、索塔、橋墩、基礎(chǔ)專項(xiàng)檢測(cè)成本)和可更換構(gòu)件專項(xiàng)檢測(cè)成本(主要有斜拉索、鋼箱梁涂裝、橋面鋪裝、伸縮裝置、支座、防撞護(hù)欄專項(xiàng)檢測(cè)成本).

根據(jù)《橋梁全壽命設(shè)計(jì)指南》[7]、該大橋養(yǎng)護(hù)手冊(cè)[8]及分項(xiàng)工程預(yù)算表[9]、調(diào)查及評(píng)估結(jié)果的分析,結(jié)合國(guó)內(nèi)其他大橋檢測(cè)情況,確定該橋各主要構(gòu)件專項(xiàng)檢測(cè)成本基本計(jì)算參數(shù),包括各構(gòu)件(可更換構(gòu)件和不可更換構(gòu)件)的專項(xiàng)檢測(cè)周期(a/次)和專項(xiàng)檢則單價(jià)(萬元/次).結(jié)構(gòu)橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型中的專項(xiàng)檢測(cè)成本計(jì)算模型,計(jì)算確定該橋?qū)ｍ?xiàng)檢測(cè)成本為 0.15億元.

4)維修成本

橋梁維修成本包括不可更換構(gòu)件維修成本(主要為混凝土構(gòu)件病害處理成本)和可更換構(gòu)件維修成本(主要為斜拉索、鋼箱梁涂裝、橋面鋪裝、伸縮裝置、支座、防撞護(hù)欄中修和更換成本).

根據(jù)《橋梁全壽命設(shè)計(jì)指南》[7]、該大橋養(yǎng)護(hù)手冊(cè)[8]及分項(xiàng)工程預(yù)算表[9]、調(diào)查及評(píng)估結(jié)果分析,結(jié)合國(guó)內(nèi)幾座大橋維修情況,確定該橋各主要構(gòu)件的維修成本基本計(jì)算參數(shù),包括不可更換構(gòu)件的中修周期(a/次)、中修單價(jià)(萬元 /次)以及可更換構(gòu)件的中修周期(a/次)、中修單價(jià)(萬元 /次)和更換周期(年 /次)、更換單價(jià)(萬元/次).結(jié)合橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型中的維修成本計(jì)算模型,計(jì)算確定該橋維修成本為 2.2億元.

5)環(huán)境影響成本

橋梁環(huán)境影響成本,主要包括橋梁營(yíng)運(yùn)、維修、養(yǎng)護(hù)和拆除時(shí)造成的噪音、土地的臨時(shí)占用、水土流失、空氣污染等生態(tài)破壞而發(fā)生的成本.

通過調(diào)查分析、專家商討的方法,估算出環(huán)境影響成本占建設(shè)期成本的百分比來進(jìn)行環(huán)境影響成本的估算,確定該橋環(huán)境影響成本為 3.6億元,占建設(shè)期成本的 30%.

4.3 拆除成本組成分析

橋梁拆除成本主要包括拆除時(shí)的人、機(jī)、料成本、廢棄物處理成本及回收利用負(fù)成本.根據(jù)采用的拆除方法的不同,其拆除成本及回收再利用成本可能相差較大.鑒于橋梁拆除成本與橋梁建設(shè)期成本密切相關(guān),因此,僅考慮采用拆除成本占建設(shè)期成本的百分比來進(jìn)行拆除成本的估算,確定該橋拆除成本為7.1億元,占建設(shè)期成本的 60%.

4.4 其他成本參數(shù)分析

1)成本折現(xiàn)率

進(jìn)行橋梁全壽命周期成本分析時(shí)應(yīng)考慮成本時(shí)間價(jià)值問題,其中折現(xiàn)率在橋梁全壽命周期成本分析中是最為敏感、最有意義的參數(shù)之一,折現(xiàn)率的取值對(duì)計(jì)算未來成本的等量現(xiàn)值具有深刻影響[8].因此,在該大橋全壽命周期成本分析中,選取合適的成本折現(xiàn)率至關(guān)重要,應(yīng)該使用合理的、反映長(zhǎng)期的歷史趨勢(shì)的折現(xiàn)率.成本折現(xiàn)率的確定取決于 2個(gè)參數(shù)——社會(huì)折現(xiàn)率和 PPI的年變化率[9].

隨著時(shí)間的遞增,橋梁全壽命階段的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)因素也呈現(xiàn)一種遞增趨勢(shì).結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)于折現(xiàn)率的研究成果[7],在橋梁全壽命內(nèi),其成本折現(xiàn)率呈遞增規(guī)律.根據(jù)對(duì)社會(huì)折現(xiàn)率和 PPI的年變化率的取值研究結(jié)果,確定成本折現(xiàn)率在 1.9%～2.9%,以 30a為 1個(gè)階段分階段遞增取值[10].

2)成本基年

成本基年即成本分析的基準(zhǔn)時(shí)間、貨幣時(shí)間價(jià)值折算基點(diǎn).作者以橋梁的竣工年為計(jì)算現(xiàn)值的基年,建設(shè)期成本為竣工年成本即基年成本,不進(jìn)行折現(xiàn).營(yíng)運(yùn)期由于周期長(zhǎng),需要考慮資金時(shí)間價(jià)值因素,在其成本計(jì)算中需要進(jìn)行折現(xiàn).拆除成本由于時(shí)間跨度大,在計(jì)算中需要進(jìn)行折現(xiàn).

5 全壽命周期成本計(jì)算

根據(jù)全壽命周期成本模型[2],計(jì)算得出該橋全壽命周期成本,如表 1所示.

根據(jù)橋梁全壽命周期成本的實(shí)例計(jì)算分析,該橋全壽命周期折現(xiàn)成本為 20.8億元,其中建設(shè)期成本占 57.3%,營(yíng)運(yùn)期成本占 39.3%,拆除成本占 3.4%,不同于當(dāng)前國(guó)外一些橋梁全壽命成本中的營(yíng)運(yùn)期遠(yuǎn)大于其初始建設(shè)成本(有的甚至為 5倍)的情況.其原因在于:該大橋在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)引入全壽命設(shè)計(jì)思想,并在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了耐久性設(shè)計(jì)和必要的可檢查、可維修及可更換構(gòu)造措施設(shè)計(jì);同時(shí),也未對(duì)橋梁用戶成本、橋梁保險(xiǎn)成本進(jìn)行計(jì)算,而這部分成本在橋梁營(yíng)運(yùn)期成本中占很大比例[11].

表 1 全壽命周期成本構(gòu)成總表Table 1 Composition of Life Cycle-cost

6 結(jié)束語

橋梁全壽命周期成本分析是保證工程在全壽命期安全的前提下,使其壽命期花費(fèi)成本最少,實(shí)現(xiàn)技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理.橋梁全壽命周期成本分析理論不但可以用于新建橋梁的設(shè)計(jì)決策中,也適合在役橋梁的維護(hù)管理策略的選擇,可以為我國(guó)在役橋梁的維護(hù)管理策略優(yōu)化和新建工程的耐久性設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估提供基礎(chǔ)分析依據(jù).適當(dāng)?shù)卦黾映跏冀ㄔO(shè)成本,尤其是耐久性設(shè)計(jì)成本和可檢查、可維修和可更換設(shè)計(jì)的成本,可以極大地降低橋梁的后期維護(hù)成本,從而達(dá)到降低橋梁全壽命周期成本的目的.

進(jìn)行橋梁全壽命周期成本分析需要有大量的基礎(chǔ)工作和可靠的依據(jù),鑒于目前相關(guān)數(shù)據(jù)資料的獲取較為困難,加之在成本分析和比較的過程中存在著較多的不確定因素,所以建議交通行業(yè)主管部門組織各級(jí)橋梁主管單位進(jìn)行橋梁營(yíng)運(yùn)期成本基本參數(shù)的統(tǒng)計(jì)收集和整理工作,建立并完善橋梁營(yíng)運(yùn)期基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫,進(jìn)一步加強(qiáng)管理、養(yǎng)護(hù)、維修和拆除等處理導(dǎo)致的用戶成本和環(huán)境成本方面的研究;不斷修正橋梁全壽命成本分析的結(jié)果,并探索改進(jìn)全壽命周期成本分析的方法,為橋梁全壽命周期成本分析參數(shù)奠定科學(xué)的依據(jù).

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(責(zé)任編輯 鄭筱梅)

Application of Bridge Life Cycle-Cost Analysis in the Engineering

HU Jiang-bi,LIU Yan
(Transportation Research Center,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

For the sake of discussing maneuverability of bridge life cycle-cost model,takes a domestic bridge as an example.Base on the method of expert investigation and valuations,analyzes and valuates construction cost,operation cost,back out cost in bridge life-cycle cost.Get the bridge's 100 years life-cycle cost is 2 076 million yuan.Calculation and result analysis of example further proves the necessity of bridge life-cycle cost analysis.

bridge life cycle-cost;construction cost;operation cost;backout cost

U 442.1

A

0254-0037(2010)04-0500-06

2009-02-26.

交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目資助(200431882225)

胡江碧(1965—),女,貴州畢節(jié)人,教授.