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(jīng)嚴重影響了結(jié)構(gòu)正常服務功能的發(fā)揮， 并給社會造成了巨大的經(jīng)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(fā)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(gòu)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(gòu)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(jīng)濟性指標差等問題已經(jīng)嚴重影響了其正常服務功能的發(fā)揮，并且給養(yǎng)護、維修等后期運營管理工作帶來難以承受的巨大經(jīng)濟和社會負擔，也使橋梁的建設管理面臨著極大的系統(tǒng)風險。相關的典型問題如下：

（1）在橋梁規(guī)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(guī)劃、建設到運營、破壞整個壽命周期的總成本。

（2）國內(nèi)橋梁工程招投標中經(jīng)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(zhì)差、技術力量薄弱、管理松散的隊伍，這將對橋梁的建設質(zhì)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(xiàn)違背科學規(guī)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(jīng)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(xiàn)實的意義。

2 橋梁壽命周期成本分析方法的發(fā)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(jīng)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(yè)。從20世紀80年代開始，LCC方法逐漸應用到道路交通行業(yè)，人們開始研究建設項目的全壽命成本優(yōu)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(yōu)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(jīng)濟分析”（Total LifeCycle Cost Analyze， 簡號或LCCA）。全壽命經(jīng)濟分析法的本質(zhì)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)技術可靠、經(jīng)濟合理，實行LCCA法的目的就是減少后期投資、提高項目質(zhì)量與性能。

3 橋梁壽命周期成本的基本構(gòu)成與計算、分析模型

3.1 基本構(gòu)成

橋梁壽命周期成本由“機構(gòu)成本”和“使用者成本”兩部分組成?！皺C構(gòu)”一般指橋梁的建設者和擁有者， 政府實體是典型的“機構(gòu)”。現(xiàn)在我國日益推廣執(zhí)行投資管理一體化的建設模式， 因此“機構(gòu)”的概念也明確了。“機構(gòu)成本”指橋梁規(guī)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(gòu)成本”包括以下內(nèi)容：（1）橋梁的規(guī)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(guī)維護成本；（4）構(gòu)件的修復費用；（5）橋梁構(gòu)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(qū)域可能依靠橋梁進出的商業(yè)和居民?！笆褂谜叱杀尽币话闶怯捎跇蛄旱墓δ苋毕荩ɡ鐦蛄合掭d、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(gòu)成本”和“使用者成本”的具體構(gòu)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(nèi)所發(fā)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(gòu)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(chǎn)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(fā)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(chǎn)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(huán)境因素相互作用而產(chǎn)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(tài)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(chǎn)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(qū)的橋梁，由于地震導致的人員、結(jié)構(gòu)和財物等損失。

（3）風振易損性，主要指產(chǎn)生如龍卷風、颶風等意外風現(xiàn)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(jīng)濟損失巨大）。

（5）超載和疲勞，超載現(xiàn)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(xiàn)超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)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(shù)為5%，社會折現(xiàn)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(gòu)成可以看出，管理成本占管養(yǎng)成本的23.45%。養(yǎng)護成本占管養(yǎng)成本的32.86%。專項檢測成本占管養(yǎng)成本的1.34%，維修成本占管養(yǎng)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(jié)構(gòu)及接線工程按照建安費的1.5%考慮。經(jīng)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(jié)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(xiàn)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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