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桥梁全寿命周期成本分析及应用

范文

陈超　孙静

摘要：文章从全寿命周期概念出发，对桥梁全寿命周期成本构成进行了分析，并对构成其的3个时期成本，分别为建设期成本、运营期成本、拆除期成本进行分析计算，并通过计算实例进行分析，表明了全寿命周期成本分析的必要性。

Abstract： Starting from the concept of life cycle， this paper analyzes the composition of bridge life cycle cost， and analyzes and calculates the cost of three periods， namely， construction period cost， operation period cost， demolition and recycling cost， and shows the necessity of life cycle cost analysis through the analysis of calculation examples.

關键词：桥梁;全寿命周期成本;成本构成;折现率

Key words： bridge;life cycle cost;cost composition;discount rate

中图分类号：TU44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）33-0261-03

0? 引言

一般的桥梁设计主要是在满足设计规范基本要求的基础上，而形成的桥梁建设费用，仅仅是按照规范满足其最低要求进行设计[1-2]，而没有考虑建设后期桥梁的维修加固、定期养护等一系列直接和间接成本，这种不够理想的设计理念，只是着眼于当下，没有考虑到桥梁后期投入生产使用后维修加固等一系列成本，这种设计只是满足了桥梁的最低成本需求，而没有考虑到桥梁的可持续性，因此是不够理想的。

当下一种采用全寿命思想的新的设计理念，从全方位去考虑桥梁的建设与运营，从开始规划、设计到施工建设再到后期的运营维护，直到最终拆除的全过程。在桥梁使用寿命、基本性能等满足规范的基本要求后，是否经济这一因素就成为寻求理想桥梁设计方案的重要标准。因此桥梁的全寿命设计需要全寿命成本分析这一“决策者”来评价，它是桥梁设计不可或缺的一部分，而且它也是桥梁优化设计的重要依据。

本文基于已有学者对全寿命成本的理论研究分析，从分析桥梁全寿命周期的成本这一概念开始考虑，分析构成桥梁全寿命周期成本的主要因素，主要包括建设期成本、运营期成本、拆除期成本，对这三个组成部分进行计算分析，研究桥梁全寿命周期成本分析对于桥梁评价的可行性，并通过一个桥梁的具体实例进行计算分析，验证理论分析的有效性。

1? 桥梁全寿命周期成本分析概念

桥梁全寿命周期成本分析（Bridge Life Cycle Cost Analysis，BLCCA）是一种确定桥梁结构从最初的规划、设计到使用寿命终结的总成本分析方法，其目的是为了在现有的货币条件下对某一桥梁各种成本进行量化，使得可以按照一个简单的投资原理来确定桥梁的全寿命周期成本，并根据其净现值（Net Present Value，NPV）进行比较[3]。简而言之，桥梁全寿命成本分析就是将桥梁未来的成本换算到现在进行分析，因此，全寿命成本分析是一个能够作为评价标准的工具，可以对桥梁不同的设计方案进行比选。

2? 桥梁全寿命周期成本构成分析

一座桥梁的全寿命周期成本，应当是从其开始计划投产（规划）到不能产出（需拆除）为止，整个阶段涉及到桥梁“由生到死”的全过程，其中主要包括三个时期的成本，分别是建设期、运营期、拆除期。具体成本构成如图1所示。

通过上述分析可得全寿命周期成本计算模型为：

C=C1+C2+C3（1）

式中：C—全寿命周期成本净现值;C1—建设期成本净现值;C2—运营期成本净现值;C3—拆除期成本净现值。

2.1 建设期成本

建设期成本是桥梁建设时期从规划开始到投入生产使用，涉及规划阶段、设计阶段、施工阶段等，包括资金的大量投入、人员的合理投入、建设物资的投入，在这其中，资金的投入是占有较大的比例，这庞大的资金一般都是在其建设期内逐年支出。因此，在计算建设期成本时需将逐年支出的成本折算至计算基准时间。

2.2 运营期成本

营运期成本指桥梁从桥梁投入使用到桥梁不能满足使用要求而退出营运，在此期间主要是对桥梁定期的养护检测、不定期的维修加固、长期的运营管理等投入一系列费用，根据投入费用性质的不同，以及我国现行的计价规范、标准、理论，对该时期的运营成本进行分类，主要分为三部分成本：管养、用户、环境影响。

2.3 拆除期成本

拆除期成本是指当桥梁不能满足使用要求或对其进行扩建需要拆除重建，在拆除时需要消耗的费用。主要包括拆除时人力、物力的投入成本、部分结构构件以及材料能够回收加工利用的成本以及桥梁拆除时产出的废物、废渣等处理的成本。由于现有桥梁的桥型、桥位、桥梁用材以及桥梁所处的环境差异恨大，造成拆除工艺、废物处理手段不尽相同，所以需要根据具体桥梁实时的拆除方案，对其拆除期的成本进行计算分析。

3? 桥梁全寿命周期成本计算方法

3.1 成本分析基年

基年是全寿命周期成本分析的基准时间点，由于全寿命周期涉及到的成本金额巨大，而且还需考虑资金的时间价值，为了有一个统一的标准来评价计算结果的有效性，因此，将发生在桥梁全寿命周期的所有成本折算至基年，这样就很具有对比分析意义。由于桥梁在建设初期就有资金的投入，所以本文选择桥梁的建设初年作为基年进行桥梁全寿命周期的成本计算分析。

3.2 成本分析折现率

我国现行的公路桥涵设计规范中规定了桥梁的设计基准期为100年，这为全寿命周期成本分析提供了一个时间上的限值。在桥梁服役100年内，运用于桥梁成产运营的成本投入无时无刻都在发生，而且社会的经济变化时刻影响着桥梁成本的变化，为了能较为准确的分析桥梁全寿命期间的成本，需要一个合理的折现率来对桥梁全寿命期间的所有成本进行计算分析。胡江碧等[4]研究指出折现率是最为敏感的参数之一，因此，在其研究成果的基础上，选取3%的折现率进行桥梁全寿命周期成本分析。

3.3 成本计算

3.3.1 建设期成本

建设期成本计算式如下：

C1=CP+CD+CC （2）

式中：CP—规划期成本净现值;CD—为设计成本净现值;CC—为施工成本净现值。

根据公路基本建设工程概算预算编制办法、公路工程概算定额、预算定额等相关计价规范，并采用交通部计价办法开发的工程造价软件，对建设期桥梁的成本计算。

3.3.2 运营期成本

桥梁运营期管养成本分析主要计算周期为年，具体内容如图2。

桥梁运营期用户成本主要是由于桥梁桥梁在投入使用时由于不定期的桥梁检测、养护、维修、加固等产生的延误费、营运费、交通事故费。

①延误费用CDD为：

式中：L—由于養护维修对部分桥梁路段产生一定影响的长度，Va—桥梁在养护维护期间，车辆由于一系列外界干扰因素行驶的速度;Vn—在桥梁正常使用期间，车辆不受外界干扰行驶的正常速度;Qt—桥梁开放交通期间每天车流量的平均值;t—由于养护维修造成对桥梁的影响天数;Wd—车辆在正常情况下行驶时的时间价值。

②营运费用CDO为：

式中：r—车辆费用加权平均值。

③交通事故费用CDA为：

式中：Pa为在养护维修期间，由于对桥梁交通等的干扰二引发事故的发生率;Pn为在不对桥梁运营进行干扰的正常环境下，桥梁事故发生的概率;Ca为每次事故发生时造成的财产损失、人员伤亡等一系列费用。

桥梁运营期环境成本主要是由于桥梁在建成后期使用过程中，需要对其进行定期或者不定期的养护、维修、加固等工作，在对桥梁维护期间不仅对桥梁通行有影响，而且对桥梁的周边的环境造成一定的污染，包括空气污染、声污染、水污染等，这些对环境的影响是十分复杂的。目前没有一个确切的标准去计算环境成本，所以本文采用基于维修加固费用的计算方法，在维修加固费用的基础上乘以折减百分比，然后对运营期的环境影响成本进行计算分析。

4? 桥梁全寿命周期成本分析实例

4.1 工程概况

大桥为161孔，全长为6305.55m的桥梁，主要由五个部分组成，分别是主桥、南滩桥、北滩桥、南北引桥。其中，主桥长度1476m为双塔双索面三跨半漂浮体系混合梁斜拉桥。设计使用年限为100年。

4.2 全寿命周期成本计算

4.2.1 建设期成本

建设期成本按建设周期4年，等年平均支出，并根据桥梁建设地实际情况，取3%折现率计算桥梁建设期成本，计算结构如表1。

4.2.2 运营期成本

①管养成本。

桥梁管理成本中，管理人员工资在桥梁设计基准期100年的内需要逐年支出，管理人员为20人，人均年工资为18万元，其他管理费用年均120万元。

桥梁养护成本中，养护人员工资在桥梁设计基准期100年的内需要逐年支出，养护人员为40人，人均年工资为9万元，其他养护费用年均400万元。

桥梁检测成本中，主要包括混凝土箱梁（定期3年）、主梁（10年/次）、塔体（10年/次）、墩台与基础（3年/次）、斜拉索（1年/次）、钢桥面（2年/次）、混凝土桥面（2年/次）。

桥梁维修成本中，对于混凝土、钢结构中不可更换构件，前者维修更换成本按40万元/次，周期按10年计算;后者只更换涂装，维修更换成本按700万元/次，周期按20年计算。可更换构件主要有钢桥面铺装（10/次）、混凝土桥面铺装（15/次）、支座（20/次）、伸缩缝（20/次）、钢护栏（25/次）。

桥梁运营期成本计算如表2。

②用户成本。

运营期用户成本与该桥检测、维修等工作相关，其计算结果如表3。

③环境成本。

运营期成本主要是由于桥梁养护、构件更换、主体维修等对环境造成影响而产生的成本，与该桥的养护、维修加固等因素有密切联系，其计算如表4。

③拆除及回收利用成本。

由于该桥梁全寿命分析期是100年，目前很难预测100年后该桥将会采用什么拆除技术，因此，考虑取其占建设期费用75%进行分析，其折现值为3297万元。

4.3 全寿命周期成本

综合上述计算分析，得该桥全寿命周期折现成本如表5。

通过上述计算分析可以得出，该桥全寿命期从规划设计到拆除得折现成本是148367万元，其中建设期成本占55.28%，运营期成本占42.50%，拆除成本占2.22%。

5? 结论

构成桥梁全寿命周期成本分析主要分为三个时期，包括建设期、运营期、拆除期，在计算这三个时期桥梁全寿命成本时发现，通过规范计算得到的桥梁建设成本占整个桥梁全寿命周期成本不足60%（本文仅为55.28%），这对于桥梁的优化设计、方案比选等是不够的，需要用全寿命的理念去分析。

参考文献：

[1]郭猛，刘洪，白文静.混凝土桥梁结构的等耐久性设计[J]. 建筑科学与工程学报，2010，27（01）：117-121.

[2]刘军，邬晓光，张彦飞.基于可靠度的桥梁使用寿命分析[J]. 长安大学学报（自然科学版），2010，30（01）：54-58.

[3]于兴环.悬索桥全寿命周期成本预测与分析[J].公路交通科技，2013，30（09）：101-107.

[4]胡江碧，刘妍，高玲玲.桥梁全寿命周期费用折现率分析[J]. 公路，2008（09）：363-367.

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