基于全壽命周期成本分析的橋梁設計研究綜述

吳哲

摘? 要：盡管在橋梁的設計階段投入了大量的精力和財力以確保整個生命周期橋梁的實用性和安全性，但它在建造、使用和維護的早期階段可能出現的問題，減少資本投資，并基于對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展問題的研究，在橋梁拆除和全壽命周期成本的階段進行了充分的研究和調查。整個壽命周期橋的設計在此階段仍不完善，但是即使隨著時間的推移進行技術創(chuàng)新，整個生命周期橋也得到了更廣泛的應用，可以更好地為社會服務。

關鍵詞：全壽命周期? 成本分析? 橋梁設計? 研究

中圖分類號：TU318 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）08（a）-0057-03

A Review of Bridge Design Based on Life Cycle Cost Analysis

WU Zhe

（Jinan Jinqu Highway Survey Design Research Co.， Ltd.， Jinan， Shandong Province， 250000 China）

Abstract： Despite the design phase of the bridge invested a lot of energy and financial resources to ensure that the entire life cycle of the practicality and safety of the bridge， but it is in construction， operation and maintenance in the early stages of possible problems， reduce capital investment， and based on the study of environment and sustainable development issues， the bridge demolished and the whole life cycle cost of stage carried out adequate research and investigation. The design of the whole life cycle bridge is still not perfect at this stage， but even with technological innovation over time， the whole life cycle bridge has been more widely used， which can better serve the society.

Key Words： Life cycle; Cost analysis; Bridge design; Research

橋梁工程的設計與建設環(huán)境情況較為復雜，容易受到多個外部環(huán)境的影響，其中包含工程建設地區(qū)的地質條件以及氯離子破壞作用、鋼筋腐蝕等。全壽命周期理論作為一種新的理論，其在橋梁工程設計與建設管理中具有較為廣泛的應用，且效果十分顯著。從全壽命周期理論出發(fā)，對橋梁設計的各內容與環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，在確保其全壽命周期的各項性能與質量可靠的同時，對其成本進行合理控制，能夠有效提升橋梁設計與建設的經濟效益，具有十分積極的作用和意義。結合工程實例，對其具體設計開展進行研究，以供參考。

1? 全壽命周期的含義及特點

通常，整個壽命周期比建設項目的壽命長得多。因此，建筑項目的整個生命周期都與建筑的設計計劃，建筑技術和建筑成本密不可分。此外，整個生命周期還包括總體壽命成本，具體是指在整個建筑過程中投入的資金，其成本水平直接影響建筑物的設計和建造。在特定的施工過程中，必須考慮施工項目的實際性能，以最大程度降低整個生命周期的施工成本。

2? 全壽命周期理論與成本分析有關內容概述

基于全壽命周期理論的橋梁設計，實際是指在橋梁工程設計階段，對其工程有關的全部過程與內容，包含橋梁設計與決策階段、施工建設階段、運行使用階段、后期維護管理階段等全部流程環(huán)節(jié)，進行有效把握和控制，以促進其整體設計優(yōu)化提升，不斷提高橋梁設計的質量和水平。施工技術與成本等因素之間存在密切的聯系，橋梁工程的全壽命費用也是其全壽命周期的重要內容，主要包括工程建設全部過程中所投入的資金，其成本高低對工程設計與建設之間都存在直接的關系和影響，這就需要橋梁工程建設過程中，在充分考慮工程建設的實用性功能等情況基礎上，對其全壽命周期建設成本進行最大化控制與優(yōu)化。

全壽命周期成本分析不僅需要對橋梁設計與建設的成本進行充分考慮，還需要針對橋梁建設完成后使用期間的維護管理等各項成本內容進行分析，通過將未開成本折現計算成凈現值的方式，通過合理設計對其全壽命周期成本進行合理評估和分析。成本分析的關鍵則在于在設計階段對橋梁投入運行使用后的日常維護與管理等問題進行充分考慮，從而實現橋梁建設成本與社會成本、使用成本的綜合評估，以確保其對資源的消耗使用最少，工程效益最高。

3? 基于全壽命周期成本分析的橋梁設計原則與有關事項分析

（1）首先，其結構設計中應結合橋梁工程的全壽命周期成本分析法及其應用現狀，通過完善的管理制度與設計規(guī)范制定，為橋梁設計提供相應的標準和依據。對橋梁設計的各個限值以及各類設計參數標準、新型施工技術與施工材料的推廣應用等內容應進行明確，以確保其結構設計優(yōu)化、合理，為橋梁工程的建設質量與成本控制提供保障。

（2）結合橋梁工程設計建設的目標以及實際情況，從專業(yè)技術規(guī)范與標準要求等方面出發(fā)，對其施工技術與建設成本、維護管理措施等進行合理設計，并注意加強橋梁工程耐久性與設計使用年限的控制管理，確保其設計方案得到優(yōu)化提升。

（3）針對橋梁工程設計中的各種參數內容，利用全壽命周期成本分析法進行設計過程中，除對其各項因素進行考慮以進行橋梁工程建設的目標確定，以對其運營使用的質量效果進行保障外，還需要在設計中對不同等級的性能指標和參數設定的要求進行考慮，通過多次試驗分析，對其最佳參數結果進行確定，以確保橋梁設計的質量和效果。

（4）完整的橋梁結構的性能設計是將所有者的需求轉換為橋梁的技術性能描述。通過主要的技術研究，擬定好的結構尺寸、結構載荷分析、結構設計和詳細設計形成各種選擇，確保了設計意圖，并且可以在橋梁的施工過程和生命周期內實現目標。換句話說，橋梁的結構性能設計是基于總體概念設計原則，并考慮了景觀環(huán)境設計，需求以及基于橋梁給定使用壽命的所有結構性能設計。

（5）基于全壽命橋梁設計的環(huán)境生態(tài)設計主要是在整個壽命周期中更科學地執(zhí)行各種任務，例如建筑、維護、改造和修復，從而充分滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。它還確保了橋梁結構設計方法更加科學。橋梁整個壽命周期對生態(tài)環(huán)境的影響主要取決于設計階段的各項任務是否科學有效，而在設計階段反映的橋梁是否會對生態(tài)效益產生負面影響。因此，為不斷提高橋梁結構的環(huán)境效益，有必要將環(huán)境生態(tài)意識納入橋梁設計的各個階段。

（6）作為橋梁穩(wěn)定和安全運行的重要管理技術手段，必須科學地進行橋梁的檢查、維護和保養(yǎng)，并根據壽命綜合考慮橋梁的設計。重要的是要意識到在不同階段用于不同橋梁的測試，養(yǎng)護和維護技術的要求也不同。某些實現需要持續(xù)的優(yōu)化和目標設計，以確保在下滑的早期階段及時控制橋梁，有效地進行維護保養(yǎng)，有效地防止了各種橋梁疾病的進一步發(fā)展，科學地控制了維護和翻新費用，確保了橋梁的安全和穩(wěn)定運行，并最大程度地減少了維護成本的投資。

4? 實例分析

以某預應力組合箱梁結構的橋梁設計情況為例，該橋梁結構的等跨梁橋跨徑設置為20m，其中，上部橫向采用4片小箱梁組成，并且該工程建設的環(huán)境標準為Ⅰ類，橋梁工程主梁施工中采用強度等級為C50的混凝土材料，橋梁支座設計為板式橡膠支座，采用GYZ與GYZF4系列的有關產品進行施工應用。結合該橋梁工程的有關情況，要求在進行橋梁設計中采用全壽命周期成本分析法，通過對其以往的工程有關資料分析，對其壽命周期進行合理劃分設置后，從橋梁工程的耐久性、美觀性與使用性等因素綜合考慮，對其最終設計方案進行優(yōu)化確定，以為該橋梁工程的建設與后期運營管理等提供支持。

在對該橋梁工程采用全壽命周期成本分析過程中，主要劃分為三個階段，即對橋梁預應力箱梁的壽命周期進行劃分以及結合橋梁工程的不同壽命周期階段對各項因素進行分析，并進行橋梁工程性能強化設計。

對某橋梁工程的全壽命周期劃分情況，在結合各影響因素對其橋梁工程的性能進行強化設計中，對不同設計方案的全壽命周期成本分析對比中，需要從橋梁工程全壽命周期內的各成本因素進行全面考慮，以進行最優(yōu)化設計方案確定。上述對某橋梁工程的設計分析中，分別采用四五類橋梁的"兩段模式"與"三段模式"等不同設計方案上，以可量化工程成本分析項目為主，包含橋梁工程的定期維護成本、不確定成本與效益等成本項目進行對比分析，結果顯示"兩段模式"的橋梁設計方案最合理。

5? 結語

全壽命周期橋梁的建設，即橋梁的使用，維護，部件更換和回收，在設計初期就被考慮在內，并且根據環(huán)境成本來量化成本，從而提高了橋梁的耐用性。此外，考慮到橋梁從初始設計到回收的整個壽命周期成本，易于使用使橋梁的建設可以實現更可持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻

[1] 譚春騰.道路橋梁工程設計中的隱患與優(yōu)化處理[J].科技創(chuàng)新導報，2020，17（09）：47-48.

[2] 狄謹，王杰，朋茜，秦鳳江，戴杰.港口公路橋梁疲勞荷載譜研究與應用[J].長安大學學報（自然科學版），2018，38（04）：48-50.

[3] 鮑錦榮. 基于全壽命周期理念的跨線橋設計方案研究[D].沈陽建筑大學，2018.：23-25.

[4] 任麗超. 基于多屬性決策理論橋梁全壽命設計方案的研究[D].太原科技大學，2016.：32-35.

[5] 劉鎮(zhèn).基于病害分析的橋梁全壽命設計研究[J].科技資訊，2015，13（06）：67-67.

[6] 柳春光，張士博，柳英洲.基于全壽命抗震性能的近海橋梁結構多目標優(yōu)化設計方法[J].大連理工大學學報，2015，55（01）：39-41.