考慮交通成本的綜合管廊建設效益模型研究

文/李俊峰 邱實 魏中華

1．引言

隨著城市規模的不斷擴大和現代化程度的日益提高，城市市政管線的種類和管徑擴容需求不斷增加。管線單位各自為政，缺乏協調，造成了城市地面的無序反復開挖，嚴重破壞了城市路容的完整和美觀，影響了城市的可持續發展[1]。城市地下綜合管廊簡稱“綜合管廊”，將各類管線統一放置到一個地下隧道中，打破了傳統管線的敷設方式，將各類分散的市政管網設施轉變為集中化、統一化的管理模式，確保了城市生命線的穩定和安全，是一種集約化的基礎設施[2]。加快推進綜合管廊建設，統籌各類市政管線規劃、建設和管理，解決反復開挖路面、架空線網密集、管線事故頻發等問題，有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景觀。但綜合管廊較傳統管線敷設方式造價高昂、一次性投入大、投資風險高，影響著國內相關決策者的投資決策。因此，管廊建設經濟效益的合理計算有重要意義。

在綜合管廊和傳統管線直埋的成本和效益分析方面，國內的學者進行了相關研究。郭瑩首次建立了綜合管廊費用效益分析模型，以國內11條綜合管廊為例進行效費比測算和分析，得到了綜合管廊全生命周期綜合效益和費用對比效果[3]。關欣對綜合管廊與傳統平敷式市政管線進行造價比較，為市政建設提供了新的理念[4]。邱端陽重點分析傳統鋪設管線的內部與外部成本，并與綜合管廊總成本比較，對綜合管廊效益進行了評估[5]。田強以典型地下三倉綜合管廊及相同數量的地下直埋管線為研究對象，對其建設、運營維護的成本及效益進行了對比分析[6]。作為建設成本的重要組成部分，交通成本未被考慮到兩種敷設方式的經濟效益中，易造成管線敷設投資決策的失誤。本文將交通成本融入兩種建設方式的效益對比中，建立新的效益模型進行對比，為相關決策者提供理論參考。

2．模型構建

假設兩種管線敷設長度一致，計算周期同為50年，建立經濟效益模型，分別計算綜合管廊建設與傳統管線直埋敷設的經濟效益，比較兩種建設方式的優劣。

2.1 傳統管線直埋方式模型構建

2.1.1 管線直埋敷設成本DC直1

傳統管線直埋方式的敷設成本包括給水管線、電力管線、通信管線等各種管線安裝的費用。假設A管線的單價為S1,長度為L1,則A管線的費用M1=S1×L1，則B管線的費用為M2，C管線的費用為M3等等，于是首次敷設成本DC直1=M1+M2+M3+…+Mn。

2.1.2 管線重新敷設成本DC直2

各種管線有其自身的使用壽命。傳統直埋方式下，由于受到氧化、沉降等自然因素的影響，管線的壽命縮短，加快了管線更換的頻率。理想狀態下，電纜使用周期一般為15年，鑄鐵材質的供水管線的使用時間一般為20-30年，所以需要更換老化管線而進行道路開挖，重新敷設管線的費用為[4]：

式中：Mt,n——第t年第n種管線重新鋪設時的費用；

i——第n種的管線在第t年時重新鋪設費用的年均增長率，取3%，下同；

Pt,n——第t年重新敷設第n種管線的概率。

2.1.3 傳統管線維護費用DC直3

一般情況下，傳統直埋方式管線的維護費用計算公式為[4]：

式中Mt,n——第t年敷設第n種管線的敷設費用；

i——折現率按3%計算，下同。

2.1.4 傳統直埋產生的其它外部費用DC直4

管線直埋于道路下，造成道路的反復開挖，對城市道路及安全產生諸多影響。按照被影響的對象可分為三類：一是對城市道路質量的影響，二是對城市交通的影響，三是管線泄漏產生的費用。具體成本測算如下：

2.1.4.1 道路修復成本EC直1

道路開挖對道路產生的影響主要體現在路面的折舊、沉降、開裂、坑洞或突起等方面。同濟大學的相關數學分析與論證指出，道路縱向開挖對道路質量的影響系數為0.35，道路橫向開挖對道路質量的影響系數為0.40[4]。根據道路折現率及每年道路開挖的概率，可對道路修復的成本進行估算。因此，傳統直埋敷設方式對道路質量產生的影響成本的估算方法為：

式中：α——開挖方式系數；

PW——道路開挖的概率；

CW——開挖道路的修建費用（元/m2）。

2.1.4.2 傳統直埋增加的交通成本EC直2

由于道路開挖占用道路面積，導致交通擁堵。交通擁堵現象會產生兩方面的交通成本：（1）額外的時間及燃料消耗成本；（2）額外的大氣與噪聲污染成本。則交通成本EC直2=EC直21+EC直22+EC直23。此外，傳統直埋式管線鋪設方式對道路開挖增加的交通成本還包括增加的交通事故成本、心理成本、汽車損耗成本和貨運成本等。

1）額外時間成本EC直21

道路擁堵導致了出行時間的增加，使額外時間成本成為直埋方式下交通成本重要組成部分。當今社會，隨著經濟的發展，時間創造的價值不斷增加，使得道路擁堵產生的額外時間成本變成非固定成本。道路開挖引起的經濟損失，與道路的機動車流量價值成正比，即與城市經濟的發展水平密切相關，城市經濟越發達，人均GDP越高，相應的每車每小時的貨幣價值也越高，因此經濟發達的大城市中道路擁堵所導致的時間浪費會使得社會生產成本的大幅度增加。這部分成本的計算方法可通過公式（4）實現，該公式中主要考慮

式中：EC直21——機動車出行時由于擁堵產生的額外時間成本；

N ——機動車出行的次數；

T ——機動車的平均損失時間；

VOT ——機動車的平均時間價值；

T堵——擁堵狀態下的通過時間；

T暢——自由流狀態下的通過時間；

V暢——自由流狀態下的平均車速。

2）額外燃料成本EC直22

在道路擁堵狀態下，多次踩剎車和油門會造成燃料的額外消耗。據測試，一次緊急停車和急速起步，可多消耗35毫升的汽油；急速起步10次，增加耗油120毫升以上；突然加速要比平穩加速多消耗1/3燃油；空踩油門10次，浪費燃油60毫升以上[7]。此外，道路擁堵會導致車輛使用時間增加，這同樣增加了燃料的消耗?？梢?，交通擁堵對車輛使用成本的一個主要影響表現為增加了車輛燃油消耗。

額外燃油成本主要通過車流量、車速監測結果和單位里程油耗進行計算。根據不同行駛速度下單位里程車輛的耗油量，計算擁堵比理想狀態下單車單位行駛里程增加的耗油量，由此計算總耗油量的增加和由此導致的燃料損耗成本，其測算公式為[8]：

式中：TFE——總耗油量；

TF——燃油成本；

US、Um、Ul——分別對應小型車、中型車、大型車的車流量；

L——綜合管廊所在路段的長度；

K——燃料價格；

3）額外污染物成本EC直23

在道路擁堵情況下，由于燃油量的增加，機動車尾氣排放的污染物要遠大于道路通暢條件下的排放量。相關研究表明，受車速變化影響，不同排放標準車輛的各項污染物排放因子在低速情況下明顯高于正常行駛[9]。當車速低于每小時50至60公里的速度區間時，隨著速度降低，各污染物的排放因子變大，也就是說其排放出來的污染物逐漸增多[7]。擁堵導致的車輛怠速、緩行情況下，污染物的超額排放量計算方法類似于額外油耗的計算方法。在計算該部分成本時，參考額外油耗的公式，將單位里程的油耗量換成某種污染物的排放因子，其測算公式為：車輛數及每輛車平均損失的時間兩個參數。為了方便最后的時間成本統計，還需將其轉換為經濟成本，即，乘上一個機動車的平均時間價值。其中機動車的平均損失時間是由公式（5）和（6）求得的。

c——某種污染物的單位損害價值。

2.1.4.3 管線漏損產生的費用EC直3

由于鋪設傳統管線采用的管道材料質量、管道接口密實程度、管道受腐蝕及施工質量等原因，傳統管線經常出現一定程度的泄漏，同時傳統管線又是被埋于地下，導致無法被及時發現而進行維護，造成巨大的資源浪費。在對管線進行搶修和維護的同時，又對人民的生活質量造成了一定的影響。假設漏損的體積為V方，單價為D元/m3，則漏損所產生的費用EC直3=V×D。

2.2 綜合管廊方式模型構建

采用綜合管廊方式所產生的總成本費用分為綜合管廊的建設成本、維護費用、運營成本和其施工時產生的交通成本。

2.2.1 綜合管廊管線建設成本DC管1

綜合管廊建設成本包括給水管線、電力管線、通信管線等各種管線安裝和廊體的建設費用。在管線安裝方面，假設A管線的單價為S1,長度為L1,則A管線的費用M1=S1×L1，同理可知B管線的費用為M2，C管線的費用為M3等等，廊體建設成本為E,則建設成本DC管1=M1+M2+M3+…+Mn+E。

2.2.2 綜合管廊的管線維護費用DC管2

城市綜合管廊內容納管線的維護管理是保證管道內管線正常工作的條件，由于傳統直埋管線的維護費用一般遠遠大于相同管線規模的綜合管廊維護費用，因此綜合管廊的管線維護費用可以在傳統直埋方式管線的維護費用上取一個折減系數，其計算公式為：

式中：α——折減系數，一般取0.5左右；

Mt,n——第t年n種管線的維護費用。

2.2.3 綜合管廊的運營成本DC管3

運營成本是建設項目投產運行后n年內的生產運營花費的全部成本和費用之和。

2.2.4 綜合管廊增加的交通成本DC管4

綜合管廊的交通成本主要產生于管廊的建設時期。管廊建設時需對道路進行開挖，對城市交通秩序、城市道路本身及城市環境產生影響。因為環境成本具有較高的主觀性，難以定量地進行準確分析和計算，所以綜合管廊的交通成本只考慮對城市交通的沖擊和對道路本身的破壞。由于這部分交通成本與傳統直埋式的交通成本性質一樣，因此在進行綜合管廊的這部分交通成本的計算時采用傳統直埋式的計算方法進行計算即可。

3．實例分析

華夏路的道路等級為城市主干道Ⅰ級，路幅寬60m，雙向8車道，全長1277.56m，在修建華夏路的同時，配套建設綜合管廊。該道路下綜合管廊為光明新區內建設的第一項綜合管廊工程。該綜合管廊的斷面尺寸為3.0m×2.8m，內敷設的市政管線有給水管線、電力管線、通信管線等。假定華夏路傳統管線直埋鋪設長度和修建的綜合管廊長度一致，為1.28km，計算周期設為50年。

3.1 傳統管線直埋方式成本測算

3.1.1 管線直埋時的敷設成本DC直1

光明新區華夏路采用傳統管線直埋的方式，其首次敷設成本如表2-1所示

表2-1 傳統管線敷設成本

3.1.2 管線重新敷設成本DC直2

在計算周期50年內，以上管線則需要重新敷設2次，分別為第20年、第40年,由公式（1）知，則管線重新鋪設需要的費用為：

3.1.3 傳統管線維護費用DC直3

假定以上管線每年的維護費用合計為120萬元，總建設期為3年，從第4年開始維護保養，計算期按50年計算，由公式（2）知，則管線的維護費用為：

3.1.4 傳統直埋產生的其它外部費用DC直4

3.1.4.1 道路修復成本EC直1

假設華夏路采用傳統直埋的方式鋪設管線，由于市政管線修理更換等原因造成該段路每兩年開挖一次，開挖方式為縱向開挖，開挖面積為300m2/km，長度1.28km，假設受影響的道路面積的造價指標為600元/m2，根據公式（3）可以計算出EC直1為201.6萬元。

3.1.4.2 傳統直埋增加的交通成本EC直2

1）額外時間成本EC直21

假定在計算年限50年內，華夏路道路開挖工程每兩年進行一次，每次施工10天。根據華夏路的實際路況，假設其50年內的年平均日pcu為50000輛，每輛車在施工期間的平均損失時間為5分鐘，取40元/小時進行計算，得出額外時間成本EC直21為4166.70萬元。

2）額外燃料成本EC直22

由于華夏路上各種車型的比例不好預測，為了涵蓋所有可能性，在計算時采用極值計算。即將所有車輛都看作小型車和將所有車輛都看作大型車進行兩次計算。通過查閱相關調查結果，小型車的百公里額外油耗平均值為2L/百公里，大型車的額外油耗為6L/百公里。根據公式（7）可知在計算年限內額外的燃料成本的折現后最小值EC直22為188.18萬元，折現后最大值EC直22為564.56萬元，取其平均值則為376.37萬元。

3）額外污染物成本EC直23

本文選取一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）進行額外污染物成本的計算。通過交通擁堵的相關調查研究，擁堵狀態下小型車額外排放的尾氣中CO的額外排放因子設為2g/km，NOx的額外排放因子設為1g/km，而大型車的各種額外排放因子則采用小型車的2倍進行計算。NOx的邊際成本為20810元/噸、CO的邊際成本為3247元/噸[10]。根據公式（7）可得出計算周期50年內的EC直23折現最小值為42.8萬元，EC直23折現最大值為85.6萬元，取其平均值為64.2萬元。

綜上，交通成本EC直2=EC直21+EC直22+EC直23=4607.27萬元。此外，交通成本還包括交通事故、心理、汽車損耗和貨運等成本。但由于交通事故、心理、汽車損耗和貨運等成本計算的主觀性與交叉性較強，不便于進行定量分析。因此在計算交通成本時只對前三種適合進行定量分析的成本進行研究，為本文傳統管線直埋方式可行性的分析提供數據支持。

3.1.4.3 管線漏損產生的費用EC直3

據《中國城市建設統計年鑒》(2016年)統計，2016年全國供水管道共為74.55萬km，年均漏水量873054萬m3/a，全國天然氣管道長度為11.76萬km，其氣體損失量為103546萬m3/a。經過分析和計算，本文中的華夏路段自來水和天然氣的泄漏量分別為15000 m3/a、9000 m3/a，根據目前國內自來水和天然氣單位體積的費用，該路段管線漏損所產生的費用為EC直3=1040萬元。

3.2 綜合管廊方式成本測算

3.2.1 綜合管廊管線首次建設成本DC管1

若華夏路通過采用建設綜合管廊的方式，則綜合管廊的直接工程成本如表3-1所示[11]。

表3-1 綜合管廊的的直接工程成本

3.2.2 綜合管廊的管線維護費用DC管2

假定以上管線每年的維護費用合計為120萬元，總建設期為3年，從第4年開始維護保養，計算期按50年計算，由公式（11）知，則管線的維護費用為：

3.2.3 綜合管廊的運營成本DC管3

華夏路綜合管廊主要包括排水工程、電氣照明工程、通風系統以及管廊檢測等其它費用，經計算運營成本為25.62萬元/km，年運營成本為32.8萬元，在全生命周期50年內計算得出綜合管理運營成本為1640萬元。

3.2.4 綜合管廊增加的交通成本DC管4

在實際的修建過程中，華夏路綜合管廊的建設工程并不是作為一個單一的工程項目進行的。因此雖然該管廊是采用明挖施工的方式進行修建，但其并未對城市道路、交通產生影響即該綜合管廊修建時的交通成本為零。由于道路使用年限遠小于計算年限，其生命周期內的交通成本也為零。

表4-1 傳統管線直埋方式和綜合管廊費用對比 單位：萬元

表4-2 傳統管線直埋方式和綜合管廊總費用對比 單位：萬元

4．經濟效益對比分析

4.1 傳統管線直埋方式和綜合管廊費用比較

通過把交通成本考慮到傳統管線直埋方式和綜合管廊方式中，并對二者的各項成本費用進行了計算，各項成本的計算結果匯總如表4-1所示。

4.2 間接效益分析

綜合管廊工程減少了因敷設、維修地下管線對交通和居民造成的影響，保持了路容的完整美觀，并增加了工程管線的耐久性；綜合管廊還為市政管線鋪設提供便利，減小了斷水、停電等事故發生的概率，為工農業生產和人民生活提供了保障。同時，綜合管廊能有效利用道路下的空間，節約城市用地。

經過分析與推算，華夏路綜合管廊節省了3000m2，根據深圳目前出臺的城市地下空間出讓金相關法規條例，地下空間的土地出讓金按城市土地基準價的40%計算，土地基準價為5000元/m2，則綜合管廊產生的效益為5000×40%×3000=600萬元。

4.3 其他效益分析

根據相關資料統計，北京市每隔兩周就會發生一起水管崩裂事故。數據表明，2016年全國因管線爆裂導致的事故有909起，共造成127人死亡、1096人受傷。根據相關數據推算，國內每年因施工等人為因素造成的損失可達100億之多。綜合管廊作為一種新的市政基礎設施，一定程度上避免了上述狀況的出現。因此，修建綜合管廊有不可忽視的社會和經濟效益。

4.4 綜合比較

在計算周期50年內綜合管廊的費用總計為10783.5萬元，平均造價為8.43萬元/m，而傳統管線直埋方式的費用總計為12513.1萬元，平均造價為9.78萬元/m，費用大約是綜合管廊的1.16倍，如表4-2所示。

5．結語

通過把交通成本考慮到傳統管線和綜合管廊的經濟效益對比中，以華夏路為例，對比管線直埋及管廊敷設方式下的經濟效益，結果顯示，50年內綜合管廊方式的費用較傳統的管線直埋節省了16%，其作為新興的市政基礎設施也提高了土地利用率。此外，綜合管廊在帶來良好經濟效益的同時，產生的社會效益也相當顯著，如改善環境、運營可靠性、提高道路使用效益、節約政府投資、促進地面建筑增值等。在未來的城市發展中，綜合管廊作為經濟社會發展的必然產物，必將得到快速的發展。