本文關(guān)鍵詞：壽命周期成本分析方法在橋梁工程中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

公路2004年12月第12期HIGHWAYDec；文章編號(hào):0451-0712(2004)12-0；壽命周期成本分析方法在；橋梁工程中的應(yīng)用；1概述與問(wèn)題；摘要:橋梁耐久性低、服務(wù)壽命短的問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響；關(guān)鍵詞:橋梁;壽命周期成本分析;機(jī)構(gòu)成本;使用者；吳海軍1,2,陳艾榮1；(11同濟(jì)大學(xué)上海市200092;21重慶交通學(xué)；問(wèn)題,相關(guān)的典型問(wèn)題如下；近年

公路 2004 年12 月 第12 期 H IGHW A Y D ec12004 N o 112

文章編號(hào): 0451- 0712 (2004) 12- 0034- 05 中圖分類號(hào): F 224. 5: U 44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

壽命周期成本分析方法在

橋梁工程中的應(yīng)用

1 概述與問(wèn)題

摘 要: 橋梁耐久性低、服務(wù)壽命短的問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)正常服務(wù)功能的發(fā)揮, 并給社會(huì)造成了巨大 的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。文中介紹了壽命周期成本分析的概念及其應(yīng)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, 并給出了進(jìn)行分析時(shí)的計(jì)算公式。利用國(guó)外的兩個(gè)例子說(shuō)明了橋梁全壽命成本分析對(duì) 于橋梁設(shè)計(jì)和維護(hù)管理的重要性。

關(guān)鍵詞: 橋梁; 壽命周期成本分析; 機(jī)構(gòu)成本; 使用者成本; 風(fēng)險(xiǎn)與易損性成本

吳海軍1, 2 , 陳艾榮1

(11 同濟(jì)大學(xué) 上海市 200092; 21 重慶交通學(xué)院 重慶市 400074)

問(wèn)題, 相關(guān)的典型問(wèn)題如下。

近年來(lái), 世界各國(guó)普遍認(rèn)識(shí)到, 橋梁使用性能 (1) 在橋梁規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段, 對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比 差、耐久性低、服務(wù)壽命短、全壽命經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)差等 選時(shí), 只注重建設(shè)初期(包括設(shè)計(jì)與施工) 的成本, 而 問(wèn)題(與人們最初的設(shè)計(jì)和規(guī)劃預(yù)期有很大差異) 已 忽視橋梁從規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)營(yíng)、破壞整個(gè)壽命周期的 經(jīng)嚴(yán)重影響了其正常服務(wù)功能的發(fā)揮, 并且給養(yǎng)護(hù)、 總成本。而合理的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)為使橋梁的建造 維修等后期運(yùn)營(yíng)管理工作帶來(lái)難以承受的巨大經(jīng)濟(jì) 與在整個(gè)使用期內(nèi)檢查、養(yǎng)護(hù)及維修費(fèi)用之和達(dá)到 和社會(huì)負(fù)擔(dān), 也使橋梁的建設(shè)管理面臨著極大的系 最低。各國(guó)橋梁使用實(shí)踐證明, 如果片面追求較低的 統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。 建造費(fèi)用而忽視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的改善, 不僅影響

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索, 人們認(rèn)識(shí)到除了設(shè)計(jì)合理、施 結(jié)構(gòu)的安全、減少結(jié)構(gòu)使用壽命, 同時(shí)投入的養(yǎng)護(hù)維 工得當(dāng)、維護(hù)及時(shí)外, 要從根本上解決以上問(wèn)題還需 修費(fèi)用將十分可觀, 甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)建造中節(jié)省的 要改變橋梁建設(shè)管理的一些理念和習(xí)慣做法。實(shí)際 費(fèi)用。 上, 我國(guó)當(dāng)前橋梁建設(shè)中的某些慣例和辦法在很大 (2) 國(guó)內(nèi)橋梁工程招投標(biāo)中經(jīng)常是報(bào)價(jià)越低, 得 程度上導(dǎo)致或加劇了橋梁使用壽命短、耐久性差的

分越高, 中標(biāo)的希望越大。由于公路橋梁建設(shè)市場(chǎng)的

收稿日期: 2004- 06- 23

下任何固定模板的痕跡, 也就是說(shuō), 取消所有穿過(guò)混 凝土的對(duì)拉螺桿, 就像豎直滑模施工墩塔一樣, 進(jìn)行 懸澆水平滑模施工, 它不僅能簡(jiǎn)化施工程序, 加快懸 澆速度, 還能夠提高混凝土的澆注質(zhì)量, 增加橋跨的 外形美感。

5 結(jié)語(yǔ)

工, 不僅使整體施工程序簡(jiǎn)化, 加快進(jìn)度, 提高建橋 質(zhì)量, 增加了橋梁的美觀。更重要的是, 掛籃連續(xù)滑 模法施工高橋墩懸澆橋梁, 可以從根本上取消傳統(tǒng) 施工方法為施工平臺(tái)及模板提升、掛籃就位所必須 架設(shè)的耗資巨大的纜索吊裝系統(tǒng); 也取消了為0 號(hào) 塊澆注, 或橫系梁澆注專門架設(shè)的高空支撐托架。它 集纜索吊裝系統(tǒng)、0 號(hào)塊施工的專用托架、懸澆施工 的移動(dòng)掛籃, 三位為一體。它在跨越深山、峽谷的鐵 路橋梁、公路橋梁施工中的推廣意義是不言而喻的。

高橋墩懸澆橋梁一般位于高山峽谷之中, 其明 顯的施工技術(shù)難度就是生產(chǎn)要素的升降, 0 號(hào)塊的

支撐托架在高空的架設(shè), 以及懸澆掛籃在高空的安 它所帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值應(yīng)該是顯而易 裝、就位。利用掛籃完成全橋豎直及水平連續(xù)滑模施 見(jiàn)的。

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2004 年 第12 期 吳海軍 陳艾榮: 壽命周期成本分析方法在橋梁工程中的應(yīng)用

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競(jìng)爭(zhēng)非常激烈, 導(dǎo)致一些工程報(bào)價(jià)被壓得過(guò)低, 施工 企業(yè)的合理利潤(rùn)得不到保證。這在客觀上助長(zhǎng)了橋 梁建設(shè)中層層分包這種不良運(yùn)作方式的存在。工程 的實(shí)際建設(shè)者往往是資質(zhì)差、技術(shù)力量薄弱、管理松

C yc le Co st A na lyze, 簡(jiǎn)號(hào)或 L CCA )。分析時(shí), 必須

要確定橋梁從建成到其壽命期結(jié)束的總費(fèi)用, 有時(shí) 也表示為W L CA (W ho le2life Co st ing A na ly sis)。簡(jiǎn) 單地講, 它是為了回答橋梁在其整個(gè)壽命過(guò)程中要 使用多少“今天的錢”(凈現(xiàn)值, N e t P re sen t V a lue)。

全壽命經(jīng)濟(jì)分析法的本質(zhì)是要求在設(shè)計(jì)施工階段,

不論是事先采取防護(hù)措施還是以后“壞了再修”,都

散的隊(duì)伍, 這將對(duì)橋梁的建設(shè)質(zhì)量十分不利。

(3) 還有一些工程 ( 如一些政績(jī)工程、獻(xiàn)禮工

程) , 因?yàn)榉N種原因過(guò)分縮短建設(shè)周期, 一味追求施

工速度

, 難免出現(xiàn)違背科學(xué)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。

(4) 以往的工程移交方式不夠合理。橋梁一般在 竣工后一年進(jìn)行驗(yàn)收

, 期間出現(xiàn)的問(wèn)題由施工方負(fù) 責(zé)

, 驗(yàn)收合格即移交給建設(shè)方或管理方。工程驗(yàn)收 后

, 設(shè)計(jì)和工程承包方一般不再承擔(dān)使用期間工程 損壞、修復(fù)、重建等的義務(wù)和責(zé)任

, 而工程即使存在 質(zhì)量問(wèn)題

, 也往往在短期內(nèi)不會(huì)明顯暴露出來(lái)。這就 造成了大量工程因建設(shè)原因?qū)е碌哪途眯圆蛔?/p>

, 卻 由國(guó)家承擔(dān)經(jīng)濟(jì)損失

, 給橋梁后期的養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái) 了隱患

, 這是制度上存在的缺陷。

我國(guó)正處于橋梁建設(shè)的高峰時(shí)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(hù)管理的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。因此關(guān)于橋梁全

壽命周期有關(guān)問(wèn)題的研究有十分緊迫和現(xiàn)實(shí)的意

義。本文將主要探討橋梁全壽命周期成本分析的原

理及其應(yīng)用。

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(L ife C yc le Co st, 簡(jiǎn)寫成L CC ) 及全壽命經(jīng)濟(jì)性概念首先由美國(guó)軍方于20 世紀(jì)60 年 代提出, 應(yīng)用于軍用器材采辦, 并迅速推廣到民用企 業(yè)。從開始提出到70 年代, 是醞釀和探索階段; 到20 世紀(jì)80 年代, 壽命周期成本方法已在國(guó)際上得到公 認(rèn), 相關(guān)規(guī)定已較為完善, 在航空、航天、艦船、車輛、建筑, 及小型機(jī)械等各方面都有一定的研究與應(yīng)用, 是進(jìn)行投資決策的重要依據(jù)。

從20 世紀(jì)80 年代開始, L CC 方法逐漸應(yīng)用到 道路交通行業(yè), 人們開始研究建設(shè)項(xiàng)目的全壽命成 本優(yōu)化問(wèn)題, 從成本的角度提出全壽命管理的觀念, 綜合考慮建設(shè)成本, 選擇全壽命成本最優(yōu)的方案。鑒

要做出經(jīng)濟(jì)預(yù)算和比較, 承建者要對(duì)工程的“全壽

命”負(fù)責(zé)到底, 這樣可避免“短期行為”給后人帶來(lái)的 麻煩與巨大經(jīng)濟(jì)損失。

采用L CCA 法對(duì)項(xiàng)目評(píng)估的目的與標(biāo)準(zhǔn)是在

保

證工程壽命期的前提下, 使綜合花費(fèi)成本最少, 實(shí)現(xiàn)

技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理。鑒于美國(guó)已經(jīng)有用4 座橋的費(fèi)

用維持1 座橋的深刻教訓(xùn), 故特別強(qiáng)調(diào)適當(dāng)增加初 始投入以減少后期的巨大開支。美國(guó)L CCA 委員

會(huì)

指出, 實(shí)行L CCA 法的目的就是減少后期投資、提高 項(xiàng)目質(zhì)量與性能。這是一個(gè)使長(zhǎng)期效益最大化的有 效方法。

在20 世紀(jì)90 年代, L CCA 方法在交通基礎(chǔ)設(shè)

施

建設(shè)中的應(yīng)用產(chǎn)生了一些階段性成果, 其中有代表 性的是1998 年美國(guó)聯(lián)邦公路局頒布的“道路設(shè)計(jì)中

的全壽命費(fèi)用分析”(L ife2C yc le Co st A na ly sis in

P avem en t D e sign)。關(guān)于全壽命的設(shè)計(jì)理論和原理

也已經(jīng)寫入了美國(guó)和英國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)范和手

冊(cè), 例如英國(guó)的BD 36 (1992) 以及BA 28 (1992) 等。近

年來(lái), 美國(guó)和英國(guó)對(duì)于橋梁全壽命問(wèn)題也開展了更

為系統(tǒng)的研究。這些研究成果對(duì)于在役橋梁的維護(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) 估都將起到非常積極的作用。 盡管如此, L CCA 方法在橋梁工程中的應(yīng)用尚 沒(méi)有形成一套得到公認(rèn)的計(jì)算方法和模型, 加之在 分析和比較的過(guò)程中存在著較多的不確定因素, 所 以, 還有很多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

3 橋梁壽命周期成本的基本構(gòu)成與計(jì)算、分析模型 3 1 基本構(gòu)成

橋梁壽命周期成本由“機(jī)構(gòu)成本”和“使用者成 本”兩部分組成�！皺C(jī)構(gòu)”一般指橋梁的建設(shè)者和擁有 者, 政府實(shí)體是典型的“機(jī)構(gòu)”。由于我國(guó)以往橋梁的

于以往教訓(xùn)(對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的耐久性認(rèn)識(shí)不足或重視 不夠, 經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重) , 以美國(guó)為首的一些國(guó)家, 率先 針對(duì)道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目提出了“壽命期成本 分析”的概念, 也稱為“全壽命經(jīng)濟(jì)分析”(T o ta l L ife

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投資方、建設(shè)方與橋梁運(yùn)營(yíng)期間的管理者往往不是 同一個(gè)實(shí)體, 經(jīng)常是政府部門(如各省交通廳) 投資, 然后授權(quán)某個(gè)機(jī)構(gòu)(如各省的高速發(fā)展有限公司或 者建設(shè)指揮部) 負(fù)責(zé)建設(shè), 建成后再交給另外的部門

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— 36—公 路 2004 年 第12 期

(4) 橋梁沖刷和洪水引起的損失(這方面的例子

進(jìn)行運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理, 因此要明確“機(jī)構(gòu)”的含義是復(fù)

雜的�，F(xiàn)在我國(guó)日益推廣執(zhí)行投資管理一體化的建

設(shè)模式, 因此“機(jī)構(gòu)”的概念也明確了。“機(jī)構(gòu)成本”指

橋梁規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及建成后的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等的

成本的總和。具體地講,“機(jī)構(gòu)成本”包括以下內(nèi)容:

(1) 橋梁的規(guī)劃、設(shè)計(jì)等相關(guān)成本; (2) 橋梁的施工和 建設(shè)成本; (3) 橋梁的常規(guī)維護(hù)成本; (4) 構(gòu)件的修復(fù)

費(fèi)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(gè)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(jìn)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�(例如

橋梁限載、封閉或由于橋梁清掃、維修、修復(fù)和更換

而限制通行) 所引起的額外費(fèi)用, 這些功能缺陷將可

能導(dǎo)致車輛繞行, 時(shí)間延誤和浪費(fèi), 事故率提高, 從

而引起車輛的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用提高。

“機(jī)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(jìn)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(gè)壽命周期內(nèi)所發(fā)

生的一切與橋梁的建設(shè)、維護(hù)、管理等有關(guān)的費(fèi)用。 3 12 風(fēng)險(xiǎn)與易損性成本

也很多, 例如2003 年隴海鐵路灞河橋由于人為挖砂

導(dǎo)致洪水沖垮橋墩, 引起列車停開或繞道等嚴(yán)重問(wèn) 題 , 經(jīng)濟(jì)損失巨大)。

(5) 超載和疲勞, 超載現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中較

為普遍。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大, 損傷加 劇 , 甚至?xí)霈F(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(fù), 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(wù)功能過(guò)時(shí)或落后的風(fēng)險(xiǎn)。

(7) 其他風(fēng)險(xiǎn)。 3 13 橋梁全壽命成本分析的計(jì)算模型

上述項(xiàng)目是橋梁全壽命成本分析的輸入項(xiàng), 具 體地, 橋梁全壽命成本分析模型可以寫成:

L CC = D C + CC + M C + R C + U C + S V

(1)

式中: D C 為設(shè)計(jì)成本; CC 為建設(shè)成本; M C 為維 修成本; R C 為修復(fù)成本; U C 為使用者成本; S V 為剩

余價(jià)值(可以為正, 也可以為負(fù))。

這里需要指出的是: 在使用壽命終止時(shí), 橋梁具

有的一定價(jià)值必須計(jì)入到壽命周期成本分析中。這

些價(jià)值可稱之為“剩余價(jià)值”(S V ) 或“終點(diǎn)價(jià)值”,它

風(fēng)險(xiǎn)與易損性成本是“機(jī)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?yàn)樵擁?xiàng)成本的發(fā)

生與否存在偶然性和隨機(jī)性。但是, 這部分成本在很

多時(shí)候是不可忽視的, 例如橋梁會(huì)由于地震而產(chǎn)生

巨大的損失。工程的風(fēng)險(xiǎn)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(jiàn)的工程風(fēng)險(xiǎn)和易損性的誘因

可能為正(+ ) (例如如果建材可以回收利用) , 也可

能為負(fù)(- ) (如果拆除的費(fèi)用超過(guò)轉(zhuǎn)售剩余資源所 得 )。

由于橋梁壽命周期的各項(xiàng)費(fèi)用是在不同時(shí)間發(fā)

生的, 一般利用貼現(xiàn)率將未來(lái)成本折算成現(xiàn)值, 以便

于比較, 未來(lái)成本與現(xiàn)值之間的換算關(guān)系為:

FV N

PV =

(1+ r) N

(2)

如下。

( 1) 與橋梁狀態(tài)相關(guān)的橋梁在承載力和壽命方

面性能的降低。

重復(fù)荷載作用下, 隨著橋梁性能隨著時(shí)間退化,

使用者面臨的風(fēng)險(xiǎn)及潛在的不方便也逐漸增大。橋

梁的部分或全部失效會(huì)產(chǎn)生極大的麻煩, 失效風(fēng)險(xiǎn)

式中: PV 為凈現(xiàn)值費(fèi)用; FV N 為未來(lái)成本發(fā)生

的年份; r 為分析時(shí)的貼現(xiàn)率。

為便于理解和使用, 考慮到其他各項(xiàng)成本與費(fèi) 用 , 橋梁全壽命周期成本分析的計(jì)算公式也可以更 為具體地寫成如下形式:

) 1+ r 1+ r i= N 1, N 2, . . .

式中: N PV 為凈現(xiàn)值費(fèi)用; CL 為評(píng)估期結(jié)束

時(shí)的資金損失; OM C i 為第i 年的維護(hù)費(fèi)用; T D C i 為 第 i 年的交通阻隔等引起的費(fèi)用; N 1 , N 2 , ?為進(jìn)行

(

N PV = CC +

的增大將意味著失效導(dǎo)致的成本增大, 因此失效風(fēng)

險(xiǎn)的變化也應(yīng)計(jì)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

∑

ii

CL

引起的費(fèi)用。

(2) 地震易損性, 主要針對(duì)處于地震區(qū)的橋梁, (3) 風(fēng)振易損性, 主要指產(chǎn)生如龍卷風(fēng)、颶風(fēng)等

維護(hù)時(shí)的年份。

4 基于L CCA 分析的橋梁工程示例

為了揭示L CCA 方法對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)和維護(hù)的重

由于地震導(dǎo)致的人員、結(jié)構(gòu)和財(cái)物等損失。

意外風(fēng)現(xiàn)象所導(dǎo)致的損失。

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