基于全壽命設計理論的橋梁設計要點分析

摘 要：橋梁事故的不斷發生暴露了傳統設計方法的不足，基于全壽命設計理論的橋梁設計正是針對橋梁的耐久性不足而被提出。通過對橋梁全壽命設計中的要點進行分析，詮釋了全壽命設計理論的優勢與可持續發展理念。

關鍵詞：橋梁設計；全壽命理論；成本分析

橋梁是道路交通的重要基礎設施。近些年來，我國許多代表現代修筑技術的大跨度懸索橋、斜拉橋、預應力混凝土連續梁橋、鋼架橋等相繼出現了退化、腐蝕甚至斷索的問題，不由得讓人們對橋梁的耐久性提出了強烈的質疑。實際上，在世界范圍內橋梁的耐久性都成為眾多建筑研究者共同關注的課題。通過對橋梁的設計理念進行反思，基于全壽命設計理論的橋梁設計理論最終被提出。

1 橋梁的全壽命周期的設計理論

基于全壽命設計理論的橋梁設計與現行橋梁設計過程不同，在橋梁的設計階段不單純針對某個單項或某個階段的需求，而是全面考慮在橋梁的服務生命周期內的影響因素，并立足于設計活動的對象，以服務水平為約束條件，以質量、安全為核心內容，以壽命周期成本最低為績效，保證橋梁在全壽命周期內有良好的使用功能，具有可控制的成本和可預見的穩定服務能力，最終實現橋梁全壽命設計目標。傳統的橋梁設計理念中，設計任務的關注點主要集中在了施工階段的施工成本和結構短期性能的設計和優化。橋梁的服務生命周期內，其自身結構、性能會隨著日月的積累逐漸呈現質量下降的趨勢。這就要求在橋梁的服務過程中，必須通過有效的人為養護、管理來維持或提高橋梁的性能及服務水平，直到最后橋梁的報廢終結。橋梁的全壽命設計理論就是以橋梁的全壽命周期內為服務理念，全面涉及橋梁的整個服務周期，與現行傳統設計方法相比有明顯的優勢，可有效的提高效益成本比例。

2 橋梁的全壽命設計

橋梁的全壽命設計理論不再局限于短期性能設計、建設期的成本等，而是考慮橋梁全壽命周期內所可能發生的一切及其變化進行設計和優化，包括壽命周期內的性能設計和優化、壽命周期成本分析和評價、壽命周期內橋梁性能退化和維持——管理養護工作等。

2.1 橋梁全壽命設計的主要內容

橋梁的全壽命設計可以說是橋梁建設中最為關鍵的環節，在設計中要全面考慮建設者、使用者的意圖及交通需求，并最終將這些意愿反映到橋梁的結構體系設計中來，通過對設計方案的不斷優化選擇來確保橋梁設計壽命周期內的良好性能。橋梁的全壽命設計主要包括：（1）橋梁整體及各可更換部件設計壽命的確定；（2）性能設計結構體系和部件的功能設計，強度、穩定性等結構設計，耐久性設計，風險分析和對策設計；（3）美學設計包括造型設計和景觀設計；（4）生態設計包括環保設計、回收與再利用設計；（5）施工過程控制設計確保良好施工質量并忠實地表達設計成果；（6）橋梁的管理、養護設計；（7）全壽命周期成本分析。

2.2 橋梁全壽命設計因素

橋梁的全壽命設計理念里在橋梁的設計環節就對橋梁的設計、施工、管理、運營和養護等各階段進行充分考慮，并采用有效的策略來保證橋梁的全壽命周期安全運行。既要滿足工程落成后的安全使用，又要保證在橋梁整個生命周期內的耐久性，必然會帶來設計成本的投入增加。橋梁的全壽命周期成本主要有橋梁的規劃、設計等相關成本、工程的施工和建設成本、橋梁的常規維護成本、橋梁構件的修復及更新成本。也就是說，橋梁的全壽命設計不僅要對橋梁的耐久性進行充分保證，還必須進行工程建設的經濟性分析，也就是全壽命成本分析。

2.3 可行性研究

橋梁的全壽命設計理論必須要考慮經濟的因素，但這并不意味著過分地追求橋梁生命周期內的成本最小化，而是通過優化成本的分配來優化設計過程，從而對橋梁的整個生命周期內的總體性能進行把握。針對工程建設的必要性、技術可行性、經濟合理性、實施可能性進行綜合性研究論證，并最終實現橋梁的全壽命經濟和理性和實施可行性。在橋梁全壽命設計的可行性研究階段，應按照工程建設的目的、功能來確定橋梁的最終設計壽命，再調查分析涉及橋梁生命周期內可能影響其安全狀態的環境條件，從而來圍繞橋梁的設計壽命周期內進行初步的性能設計，采取一定的措施來保證橋梁的設計壽命周期內的耐久性和安全性，明確運營階段管理、養護上作的估算指標，進行基于全壽命設計的投資估算、融資力案和經濟評價。

2.4 養護管理設計

橋梁的養護管理在全壽命設計中也是一項重要內容，通過設計階段對橋梁養護管理的重視來轉變傳統做法對橋梁工程重建設輕養護的做法，從而確保橋梁的生命周期內的性能良好。橋梁設計工程師在初期的橋梁設計中，應當綜合考慮結構設施的性能優劣、資源的有效利用、災難發生后的應急處理、養護成本的大小、運營的安全與環境保證。既然是全壽命周期的設計，必然有多種不同的設計方案，設計者應綜合考慮橋梁養護周期、養護措施來進行方案設計，并提選優化出最佳方案對橋梁的養護維修提出必要的指標，既而保證橋梁的使用性能持續良好。

2.5 全壽命成本分析

橋梁的全壽命周期費用也是設計中一項重要的內容。橋梁的全壽命設計著眼點落于橋梁的整個生命周期，勢必會造成一些成本費用的增加，因此在設計階段的橋梁全壽命成本分析必不可少。通過綜合考慮有關設計、性能和費用等信息的反饋，以獲得性能和費用的平衡，提高壽命周期費用的經濟性。項目的建設成本及維護成本分析都是工程實施的根本，橋梁工程的一切活動都是在確保成本效益的前提下進行的，全壽命設計中的成本分析就是針對橋梁建設中的一切活動成本來分析，進而優化出合理地設計方案。

3 結束語

基于橋梁的全壽命設計，是綜合考慮橋梁的安全性、耐久性、施工及后期維護等方面的要求，同時兼顧項目成本費用的設計分析，從而實現橋梁的整個生命周期內的性能持續保持良好。因此，橋梁的全壽命周期設計不但是橋梁耐久性和安全性的需要，同時也是適應人類社會可持續發展戰略目標的體現。

參考文獻

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