基于全壽命周期成本的橋梁改造決策研究

周師凱

摘要：受到外部因素的影響，橋梁結構使用過程中受到不同程度的損害，導致橋梁結構的整體性能受到影響，而且在后期使用的過程中對其投入的維護保養費用非常高，為橋梁的使用管理工作帶來了極大的經濟負擔。在此情況下，從全壽命周期成本控制的角度出發，對橋梁的改造方法進行了分析與探討，以最少的花費獲得最大的成效。

關鍵詞：全壽命周期；橋梁改造；決策研究

在當前的社會之中，橋梁工程為人們的出行帶來了巨大的便利，但我國在使用的很多橋梁受外部因素的作用，導致橋梁結構受力性能下降，經濟指標與最初設計和預期有很大差異，并且給后期的養護、維修等運營管理工作帶來嚴重的經濟負擔和社會負擔，使得整個橋梁建設管理面臨著巨大的系統風險，與橋梁可持續發展戰略不相符合。在橋梁的設計、施工、維護加固工程實踐中引入全壽命周期成本概念，爭取達到總體資源消耗降到最小，為交通管理部門在橋梁技術改造方面提供決策支持，也符合橋梁建設以人為本、節約資源的發展要求。

全壽命周期成本的概述

全壽命周期成本指的是一個建筑物從修建開始，經過運行、維護等過程，再到最后的拆除折現所需要花費的所有費用。將全壽命周期成本進行大致的劃分，主要可以分為兩個部分：初始化成本和未來成本。在我國的公路橋梁交通體系之中，公路橋梁壽命交通成本主要包括機構成本、用戶成本以及社會成本三個方面，再進行具體的劃分，在機構成本之中主要包括初始建造成本、檢查和監測成本、日常維護成本和加固成本等；在用戶成本之中主要包括汽車營運成本、交通耽擱成本和其他（行車不舒適）等；在社會成本之中主要包括事故成本以及環境成本[1]。而在橋梁的技術改造之中，首先應當根據改造方案從這些方面進行全面的計算，然后從中選取出最為合理的技術改造方案。

一、橋梁工程改造建設成本分析

（一）橋梁加固方案建設成本分析

橋梁加固的建設成本（RJ）按照損益人劃分，可分為投資方成本和用戶成本兩部分內容。

關于投資方成本：

（1）舊橋既有技術狀態檢測分析評定費用RJ1；

（2）舊橋加固方案設計費用RJ2；

（3）橋梁加固的初始投資費用RJ3。包括各項費用：建筑安裝工程費、設備及工器具購置費、工程建設其它費，這些費用能通過概算定額結合國家相應取費標準確定[2]。

橋梁改造運營期成本分析：

（1）舊橋加固后壽命周期內所必須進行的保養、小修工程費用現值RY1.假設此項費用在壽命周期內不變，以等額年值支出：

RJ4= AR1[（1+ i）n- 1]/[ i（1+ i）n]

式中：AR1為橋梁加固后每年的保養、小修工程費用等額年值；i為社會折現率；n為橋梁的壽命周期。

（2）舊橋加固后壽命周期內的中修工程費用現值 RJ5。為了簡化計算，把中修工程費用均攤到每年：

RJ5= AR2[（1+ i）n- 1]/[ i（1+ i）n]

式中：AR2為橋梁加固后每年的中修工程費用等額年值.

則橋梁加固運營期的成本：RY= RJ4+ RJ5

最終將上述的成本相加，得到橋梁建設的成本為：

RJ= RJ1+ RJ2+ RJ3+ RJ4+ RJ5

（二）拆除重建橋梁方案的初期成本分析

拆除重建橋梁建設期成本（NJ）和加固橋梁建設期成本（RJ）具有相同內容，計算方法基本相同。不同之處主要在以下幾個方面：初始投資費用（NJ1）、舊橋拆除費用

C1、舊橋材料回收利用價值C2、舊橋的殘余價值損失C3、新建橋梁時引起的路網改線費用C4、為防止拆除舊橋時對環境造成污染所采取的措施費C5。以及建設期間車輛繞行及運輸成本的增加。因此，新建橋梁的初始投資費用：NJ1=工程費用+ C1- C2+ C3+ C4+ C5

關于用戶成本：

（1）橋梁加固施工使客貨運輸成本提高額RJ4，按照橋梁沒有施工時的運輸成本與橋梁加固施工時的運輸成本差額計算：NJ2=（CJ - CN）× QK

式中：CJ為橋梁加固施工時的客貨運輸成本；CN為橋梁沒有加固施工時的客貨運輸成本；QK為施工期間客貨周轉量。

（2）橋梁加固施工使得附近相關公路交通擁擠的損失NJ3。主要指在施工期間一部分車輛分流至附近其他公路上使之交通量增加，平均行車速度降低，單位運輸成本提高。 NJ3=（CJX - CNX）× QK

式中：CJX為橋梁加固施工期間附近相關公路客貨運輸的單位成本；CNX為原來附近相關公路客貨運輸的單位成本。

（3）貨物延長在途時間造成的損失NJ4，以貨物運送速度降低導致資金周轉期

延長而引起損失來考慮，按照在途物資所需資金利息的增加計算：NJ4= P× QKH× I× T×（16× 365）× L

式中：P為計算年度在途貨物的平均價格；I為社會折現率；T為全程延長時間；L 為繞行公路線路全長；QKH為施工期間貨運周轉量[3][4]。

新建橋梁運營期成本分析：

新建橋梁運營期成本 NY 包含的內容及計算方法可參照橋梁加固運營期成本分析，包括以下內容：

（1）新建橋梁壽命周期內所必須進行的保養、小修工程費用現值NJ5；

（2）新建橋梁壽命周期內所必須進行的中修工程費用現值NJ6；

新建橋梁壽命周期內治理環境污染所花費的環保費用現值NJ7。

則新建橋梁運營期成本為：

NY= NJ1+NJ2+NJ3+NJ4+NJ5+NJ6+NJ7 實例分析 [5]，比較其在壽命周期內的全部費用成本，選擇最優方案。兩種方案在壽命周期內的費用構成如下表：

既有橋梁的改造工程屬于公共事業項目，不以盈利為目的，因此橋梁建設行業的標準折現率不同于其他行業的標準折現率。在進行經濟分析時，可根據行業或部門統計資料制定。這里擬定采用較低的標準折現率6%。由表1數據計算兩種方案的壽命周期成本現值如下：

方案1：RJ= 280+ 80+（5+ 30+ 1）×[（1+ 6%）30- 1]/6%×（1+ 6%）30+ 35×（1+ 6%）-

10+ 40×（1+6%）- 20+ 50×（1+ 6%）- 25= 899.19（萬元）

方案2：RY= 800+ 100+（0.5+ 1.6+ 1）×[（1+ 6%）60- 1]/6%×（1+ 6%）60+ 10×（1+

6%）- 20+ 25×（1+276%）- 35+ 50×（1+ 6%）- 50= 959.18（萬元）再計算各改造方案的年值成本：

方案1：AR= CR×6%×[（1+ 6%）30/（1+ 6%）30- 1]=899.19× 0.072 65= 65.33（萬元）方案2：AN= CN×6%×[（1+ 6%）60/（1+ 6%）60- 1]=959.18× 0.061 88= 59.35（萬元）利用方案比選模型選擇最佳方案：A最佳=min{AR；AN}= AN= 59.35（萬元）可見，方案2為優選方案。通過算例說明，只從初始投資來看，加固方案優于新建方案，但當考慮了全壽命周期內的各項成本費用及壽命周期長短的差異時，新建方案的成本年值小于加固方案的成本年值，為優選方案[6]。

參考文獻

[1]郝巍旭. 基于全壽命周期成本的橋梁技術改造決策研究[D].長安大學，2008.

[2]張文慧. 橋梁加固技術策略決策方法研究[D].石家莊鐵道大學，2013.

[3]何青玲. 山西省農村公路橋梁技術改造方案決策研究[D].長安大學，2013.

[4]解添天. 基于全壽命周期理論的配電工程投資決策分析及其應用[D].華北電力大學，2014.

[5]邵旭東，彭建新，晏班夫. 基于橋梁全壽命總成本優化的設計研究綜述[A]. 中國土木工程學會橋梁及結構工程分會、重慶市建設委員會、重慶市交通委員會.第十七屆全國橋梁學術會議論文集（上冊）[C].中國土木工程學會橋梁及結構工程分會、重慶市建設委員會、重慶市交通委員會，2006：8.

（作者單位：海口市政工程設計研究院）