混凝土梁橋全壽命成本計(jì)算探析
——福建泉州東埭大橋?yàn)槔?/h1>
2020-06-10 07:21:56魏津昌
福建交通科技 2020年5期
魏津昌
(廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程學(xué)院 福建漳州 363105)
0 引言
近年來(lái)，橋梁全壽命成本分析在國(guó)內(nèi)興起，并很快成為研究熱點(diǎn)。鐘卿[1]提出一種考慮機(jī)構(gòu)成本、用戶成本和社會(huì)成本的橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型；吳海軍等[2]提出橋梁壽命周期成本由設(shè)計(jì)成本、建設(shè)成本、維修成本、使用者成本和剩余價(jià)值構(gòu)成。谷音等[3]歸納了近年國(guó)內(nèi)外橋梁全壽命成本的構(gòu)成以及計(jì)算方法的研究概況，指出目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者最認(rèn)同的全壽命成本組成是由管理單位成本、用戶成本和社會(huì)成本三部分組成。對(duì)于橋梁全壽命成本的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者誠(chéng)然取得很多成果，但國(guó)內(nèi)的研究大多側(cè)重于新建橋梁建設(shè)成本，較少展開(kāi)橋梁養(yǎng)護(hù)下的全壽命成本分析，而且已有的研究往往缺少實(shí)例支持其研究結(jié)論。
基于此，本文結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)和橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范，將混凝土梁橋全壽命成本分為建設(shè)前期成本、建設(shè)期成本、運(yùn)營(yíng)期成本和拆除成本開(kāi)展探析。
1 混凝土梁橋全壽命成本計(jì)算公式
根據(jù)圖1定義，混凝土梁橋全壽命成本凈現(xiàn)值如公式(1)。由于各項(xiàng)成本發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)不一致，本文考慮橋梁建成時(shí)間為基準(zhǔn)年，并把各項(xiàng)成本折現(xiàn)到基準(zhǔn)年，折現(xiàn)如式(2)和式(3)：
圖1 混凝土梁橋全壽命周期成本分類(lèi)圖
(1)
(2)
CNov=CFuture×P(n)
(3)
式(1)～(3)中：LCC為全壽命成本；
Cp為建設(shè)前期成本；
Cc為建設(shè)期成本(下同)；
CM為管養(yǎng)成本(下同)；
CUser為用戶成本；
CSociety為社會(huì)成本；
CRC為結(jié)構(gòu)拆除成本；
CFuture為費(fèi)用終值；
CNov為費(fèi)用現(xiàn)值；
P(n)為折現(xiàn)系數(shù)；
r為建設(shè)折現(xiàn)率(下同)；
n為成本發(fā)生年份距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
2 建設(shè)前期成本取值標(biāo)準(zhǔn)
建設(shè)前期成本Cp,包括可行性研究成本、勘察設(shè)計(jì)成本、工程招投標(biāo)成本和其他成本，取費(fèi)參考工程勘察設(shè)計(jì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)[4]確定。從橋梁全壽命來(lái)說(shuō)，建設(shè)前期成本發(fā)生時(shí)間早且短，故可不考慮折現(xiàn)。
3 建設(shè)期成本取值標(biāo)準(zhǔn)
建設(shè)期成本Cc，采用工程量清單或者定額法計(jì)算，具體可根據(jù)橋梁歷史資料、設(shè)計(jì)圖紙和公路工程概預(yù)算編制辦法[5]計(jì)算。由于建設(shè)期成本發(fā)生時(shí)間早且短，故可不考慮折現(xiàn)。
4 運(yùn)營(yíng)期成本取值標(biāo)準(zhǔn)
運(yùn)營(yíng)期成本發(fā)生時(shí)間為橋梁建成后直至橋梁報(bào)廢的一段較長(zhǎng)時(shí)間，故運(yùn)營(yíng)期成本應(yīng)按發(fā)生的時(shí)間分開(kāi)進(jìn)行折現(xiàn)。
4.1 管養(yǎng)成本
根據(jù)橋梁運(yùn)營(yíng)期管養(yǎng)過(guò)程產(chǎn)生成本的原因不同將管養(yǎng)成本分為：養(yǎng)護(hù)管理成本、檢查成本、維修加固成本和構(gòu)件更新成本，引入式(4)～式(9)計(jì)算管養(yǎng)成本。
4.1.1養(yǎng)護(hù)管理成本
養(yǎng)護(hù)管理成本為,養(yǎng)護(hù)單位日常養(yǎng)護(hù)成本和養(yǎng)護(hù)人員工資兩部分組成，使用工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中年金現(xiàn)值公式表示養(yǎng)護(hù)管理成本CM1，如式(4)所示：
CM1=M0×(1-1/(1+r)T)/r
(4)
式(4)中：M0為運(yùn)營(yíng)期每年養(yǎng)護(hù)管理成本(萬(wàn)元/年)；T為橋梁設(shè)計(jì)服役年限(下同)。
4.1.2檢查成本
檢查成本，為周期性檢查成本和特殊檢查成本兩部分組成，特殊重要的橋梁在正常使用期間可周期性地進(jìn)行荷載試驗(yàn)[6]。因此，本文將特殊檢查成本簡(jiǎn)化為周期性發(fā)生的。使用等比數(shù)列求和公式表示周期性檢查成本CM21，如式(5)所示：
(1)周期性檢查成本
(5)
式(5)中：
Mk為構(gòu)件k的一次檢查成本；
tk為構(gòu)件k的檢查周期；
n為構(gòu)件種類(lèi)數(shù)。
(2)特殊檢查成本
特殊檢查，看成是時(shí)間間隔較長(zhǎng)的周期性檢查，所以，特殊檢查成本CM22的計(jì)算類(lèi)似于CM21的計(jì)算。
綜上所述，檢查成本CM2為周期性檢查成本和特殊檢查成本之和，如公式(6)所示：
CM2=CM21+CM22
(6)
4.1.3維修加固成本
維修加固成本，適用于橋梁的不可更換構(gòu)件，如橋墩、主梁。維修加固成本CM3計(jì)算如式(7)所示：
(7)
式(7)中：
m為加固的構(gòu)件種類(lèi)數(shù)；
N為全壽命周期內(nèi)構(gòu)件k的加固次數(shù)；
Mkj為構(gòu)件k在第j次加固時(shí)的成本；
tj為構(gòu)件k在第j次加固時(shí)距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
4.1.4構(gòu)件更新成本
構(gòu)件更新成本，適用于橋梁可更換構(gòu)件包括鋪裝層、支座、伸縮縫和欄桿扶手，構(gòu)件更新成本CM4計(jì)算如式(8)所示：
(8)
式(8)中：
m為更新構(gòu)件的種類(lèi)數(shù)；
kn為第k類(lèi)構(gòu)件的更新周期；
Mkj為第k類(lèi)構(gòu)件第j次更新的成本；
tj為構(gòu)件k在第j次更新時(shí)距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
綜上所述，管養(yǎng)成本CM計(jì)算如式(9)所示：
CM=CM1+CM2+CM3+CM4
(9)
4.2 用戶成本
用戶成本,為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本CVC、時(shí)間延遲成本CTC和安全事故成本CAC三項(xiàng)組成[7]，如式(10)～式(13)所示：
(1)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本
(10)
式(10)中：
N是路網(wǎng)中能繞行的線路數(shù)；
Di是維護(hù)活動(dòng)i持續(xù)的天數(shù)(下同)；
I是采用的維護(hù)活動(dòng)數(shù)(下同)；
Q0是原路線橋址處的日均交通量(輛/天，下同)；
un和ui分別表示正常情況和進(jìn)行維護(hù)活動(dòng)i時(shí)單位車(chē)輛營(yíng)運(yùn)成本(元/h)；
ti為維護(hù)活動(dòng)i進(jìn)行的時(shí)間距離基準(zhǔn)年的時(shí)間(年，下同)；
l0和lj分別表示橋址處由于維護(hù)活動(dòng)而影響的路線長(zhǎng)度和繞行j路線的長(zhǎng)度(km，下同)。
(2)時(shí)間延遲成本
(11)
式(11)中：
C是用戶單位時(shí)間的平均價(jià)值(元/小時(shí))；
vn和vi分別表示通常情況下和維修活動(dòng)i進(jìn)行時(shí)車(chē)輛的平均運(yùn)行速度(km/h)。
(3)安全事故成本
(12)
式(12)中：
cA是一輛車(chē)交通事故平均損失(萬(wàn)元)；
Qj是第j條繞行線路上的日均交通量(輛/天)；
pnj和puj分別表示通常情況下和有維護(hù)活動(dòng)下第j條線路上發(fā)生交通事故的概率，j=0時(shí)表示原路線。
綜上所述，維護(hù)活動(dòng)產(chǎn)生的用戶成本CUser為：
CUser=CVC+CTC+CAC
(13)
4.3 社會(huì)成本
社會(huì)成本為環(huán)境保護(hù)成本CEP、人員傷亡成本CPC和相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失成本CIC三項(xiàng)組成[7]，如式(14)～式(17)所示：
(1)環(huán)境保護(hù)成本
CEP=CM×e
(14)
式(14)中：e是環(huán)境保護(hù)成本占管養(yǎng)成本比重。
(2)人員傷亡成本
(15)
式(15)中：
Hf、Lf分別表示車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)人員受傷和死亡的概率；
F表示車(chē)型，本文F取2僅考慮兩種車(chē)型；
f為1時(shí)表示汽車(chē)、f為2時(shí)表示貨車(chē)；
R1、R2分別表示人員受傷和死亡的平均損失(萬(wàn)元)；
ti為第i次維護(hù)距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
(3)相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失
(16)
式(16)中：
M是與橋梁維護(hù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的數(shù)目；
α(0<α<1)是維護(hù)活動(dòng)對(duì)橋梁功能發(fā)揮的影響系數(shù)，βm(0<βm<1)是第m項(xiàng)產(chǎn)業(yè)和橋梁的關(guān)聯(lián)系數(shù)；
E(Bm)是第m項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的日收益期望值。
綜上所述，維護(hù)活動(dòng)產(chǎn)生的社會(huì)成本CSociety為：
CSociety=CEP+CPC+CIC
(17)
5 拆除成本取值標(biāo)準(zhǔn)
橋梁服役結(jié)束時(shí)的拆除活動(dòng)產(chǎn)生的成本和拆除物料回收的價(jià)值組成結(jié)構(gòu)拆除成本CRC，如式(18)所示：
CRC=(CC·η-Mrc)P(T)
(18)
式(18)中：
η是拆除成本占建設(shè)期成本的比例；
M”rc是回收物料的價(jià)值；CRC可正可負(fù)。
6 實(shí)例分析
東埭大橋位于福建泉州省道S201上，其為鋼筋混凝土梁橋，全長(zhǎng)209.5m，橋跨組合為10-20(孔-m)，橋面總寬24.5m，橋面泄水孔為52個(gè)，于2004年投入使用，設(shè)計(jì)年限為100年，建設(shè)期成本Cc為761.5萬(wàn)元。
6.1 建設(shè)前期成本
建設(shè)前期成本查閱?wèn)|埭大橋建設(shè)資料和工程勘察設(shè)計(jì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)[4]確定，如表1所示，Cp為36萬(wàn)元。
表1 東埭大橋建設(shè)前期各項(xiàng)成本 萬(wàn)元
6.2 運(yùn)營(yíng)期成本
取橋梁建設(shè)折現(xiàn)率r為2%。參考福建省專(zhuān)養(yǎng)公路養(yǎng)護(hù)工程預(yù)算定額[8]制定的基價(jià)計(jì)算運(yùn)營(yíng)期成本。
6.2.1管養(yǎng)成本
(1)日常養(yǎng)護(hù)，包括日常到場(chǎng)檢查記錄、清掃橋面、清理橋面泄水孔、清理伸縮縫，基價(jià)分別為222元/次、232元/10 000m2、10元/10個(gè)、76元/100m[8]，計(jì)算得日常養(yǎng)護(hù)成本為598元/次，每月進(jìn)行一次日常養(yǎng)護(hù)[6]，從橋梁建成年份2004年開(kāi)始計(jì)算。日常養(yǎng)護(hù)成本參數(shù)如下：
首次養(yǎng)護(hù)年份：2004年；該年養(yǎng)護(hù)次數(shù)：12次；
日常養(yǎng)護(hù)成本：598元/次；每年日常養(yǎng)護(hù)成本：7176元。
查閱福建省公務(wù)人員工資標(biāo)準(zhǔn)，可取管理人員工資為人均7萬(wàn)元/年，共有3名管理人員管理惠安縣S201路線上的12座橋，總計(jì)21萬(wàn)元/年，平均每座橋梁的養(yǎng)護(hù)管理人員工資為1.75萬(wàn)元/年。
所以，每年的養(yǎng)護(hù)管理成本M0為7176元和17 500元和24 676元，代入式(4)計(jì)算，CM1為106.35萬(wàn)元。
(2)周期性檢查成本，按閩交基[1997]201號(hào)文件計(jì)算，約為橋長(zhǎng)×70元/延米。所以，東埭大橋周期性檢查為14 665元/次，每年進(jìn)行一次周期性檢查[6]。周期性檢查參數(shù)如下：
首次檢查時(shí)間：2004年；單次檢查成本：14665元；
檢查時(shí)間間隔：1年；全壽命檢查次數(shù)：100次。
將該參數(shù)代入式(5)，得到東埭大橋周期性檢查成本CM21為63.20萬(wàn)元。
按閩建城函〔2014〕214號(hào)和閩交基[1997]201號(hào)文件可知，橋梁特殊檢查成本=橋梁專(zhuān)項(xiàng)檢查費(fèi)+靜載試驗(yàn)費(fèi)+動(dòng)載試驗(yàn)費(fèi)+結(jié)構(gòu)檢算費(fèi)。特殊檢查參數(shù)如下：
首次檢查時(shí)間：2009年；單次檢查成本：30萬(wàn)元；
檢查時(shí)間間隔：5年；全壽命檢查次數(shù)：19次。
和CM21計(jì)算類(lèi)似，東埭大橋特殊檢查成本CM22為244.31萬(wàn)元。代入式(6)計(jì)算得出檢查成本CM2為307.51萬(wàn)元。
(3)不可更換構(gòu)件維修加固成本的計(jì)算選取主梁和橋墩為代表，其余不可更換構(gòu)件的維修加固成本不做考慮。主梁和橋墩維護(hù)時(shí)間和方法使用遺傳算法和蒙特卡羅法優(yōu)化得出，維修加固參數(shù)如表2所示。根據(jù)式(7)得出，東埭大橋維修加固成本CM3為449.00萬(wàn)元。
表2 東埭大橋主梁和橋墩維修加固成本參數(shù)
(4)可更換構(gòu)件，包括鋪裝層、支座、伸縮縫和欄桿扶手，更換周期依次為15年、30年、15年和40年[9]，構(gòu)件更新參數(shù)[8-9]見(jiàn)表3。由式(8)得構(gòu)件更新成本CM4為257.96萬(wàn)元。
表3 構(gòu)件更新成本參數(shù)表
將CM1、CM2、CM3和CM4相加得管養(yǎng)成本CM為1120.82萬(wàn)元。
6.2.2用戶成本
結(jié)合公路局統(tǒng)計(jì)資料和文獻(xiàn)[7]，得用戶成本參數(shù)如表4所示。東埭大橋維修加固、更新時(shí)最短繞行路線為X309，查閱地圖可知繞行路線長(zhǎng)5500m，維修加固、更新影響省道S201原路線長(zhǎng)2300m。正常情況下車(chē)輛運(yùn)行成本為50元/h，用戶單位時(shí)間平均價(jià)值為100元/h，單輛車(chē)交通事故平均損失5000元。正常情況下原路線和繞行路線發(fā)生交通事故的概率為0.0002%。原路線年日均交通量為2184輛/d和繞行路線年日均交通量為10083輛/d。車(chē)輛正常情況設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h。
表4 用戶成本參數(shù)表
根據(jù)式(10)～式(13)，得車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本、時(shí)間延遲成本和安全事故成本分別為150.39萬(wàn)元、232.73萬(wàn)元和0.59萬(wàn)元，用戶成本CUser為383.71萬(wàn)元。
6.2.3社會(huì)成本
將橋上過(guò)往車(chē)輛分為客車(chē)和貨車(chē)兩種，客車(chē)發(fā)生交通事故時(shí)，人員受傷和死亡的概率分別為50%和10%；貨車(chē)發(fā)生交通事故時(shí)，人員受傷和死亡的概率分別為40%和8%；社會(huì)成本參數(shù)如下所示。客車(chē)和貨車(chē)數(shù)目比例為7.2∶2.8[7]。
環(huán)保成本占管養(yǎng)成本的比重為5%，對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的影響系數(shù)為0.3，人員受傷平均損失2萬(wàn)元，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的預(yù)期收益1000萬(wàn)元，人員死亡平均損失10萬(wàn)元，相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)橋梁的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.3。
根據(jù)式(14)～式(17),得環(huán)境保護(hù)成本、人員傷亡成本和相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失成本分別為55.95萬(wàn)元、1.18萬(wàn)元、210萬(wàn)元。社會(huì)成本CSociety為267.13萬(wàn)元。
6.3 結(jié)構(gòu)拆除成本
結(jié)構(gòu)拆除參數(shù):參考式(18)得CRC為-0.30萬(wàn)元。
拆除成本占建設(shè)成本比例為3%，回收物料價(jià)值為25萬(wàn)元。
根據(jù)公式1，將Cp、Cc、CM、CUser、CSociety、CRC相加得東埭大橋全壽命成本LCC為2568.86萬(wàn)元。
7 結(jié)語(yǔ)
本文從建設(shè)前期成本、建設(shè)期成本、運(yùn)營(yíng)期成本和拆除成本4個(gè)分項(xiàng)建立混凝土梁橋全壽命成本模型，并通過(guò)實(shí)例演示了模型的可行性，以期對(duì)橋梁相關(guān)人員從全局角度決策有所借鑒。
猜你喜歡
2021年最新酒駕成本清單河南電力(2021年5期)2021-05-29 02:10:00 手拉手 共搭?lèi)?ài)的橋梁湖南教育·A版(2019年4期)2019-05-10 03:31:44 句子也需要橋梁小學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)(低年級(jí))(2019年4期)2019-04-22 03:28:24 溫子仁，你還是適合拍小成本電影(2018年12期)2018-12-23 02:18:48 鄉(xiāng)愁的成本特別健康(2018年2期)2018-06-29 06:13:42 加固技術(shù)創(chuàng)新,為橋梁健康保駕護(hù)航中國(guó)公路(2017年11期)2017-07-31 17:56:30 無(wú)人機(jī)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用中國(guó)公路(2017年10期)2017-07-21 14:02:37 “二孩補(bǔ)貼”難抵養(yǎng)娃成本領(lǐng)導(dǎo)決策信息(2017年10期)2017-05-17 04:49:02 高性能砼在橋梁中的應(yīng)用山東工業(yè)技術(shù)(2016年15期)2016-12-01 05:31:04 獨(dú)聯(lián)體各國(guó)的勞動(dòng)力成本俄羅斯問(wèn)題研究(2012年1期)2012-03-25 09:54:48
魏津昌
(廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程學(xué)院 福建漳州 363105)
0 引言
近年來(lái)，橋梁全壽命成本分析在國(guó)內(nèi)興起，并很快成為研究熱點(diǎn)。鐘卿[1]提出一種考慮機(jī)構(gòu)成本、用戶成本和社會(huì)成本的橋梁全壽命周期成本計(jì)算模型；吳海軍等[2]提出橋梁壽命周期成本由設(shè)計(jì)成本、建設(shè)成本、維修成本、使用者成本和剩余價(jià)值構(gòu)成。谷音等[3]歸納了近年國(guó)內(nèi)外橋梁全壽命成本的構(gòu)成以及計(jì)算方法的研究概況，指出目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者最認(rèn)同的全壽命成本組成是由管理單位成本、用戶成本和社會(huì)成本三部分組成。對(duì)于橋梁全壽命成本的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者誠(chéng)然取得很多成果，但國(guó)內(nèi)的研究大多側(cè)重于新建橋梁建設(shè)成本，較少展開(kāi)橋梁養(yǎng)護(hù)下的全壽命成本分析，而且已有的研究往往缺少實(shí)例支持其研究結(jié)論。
基于此，本文結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)和橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范，將混凝土梁橋全壽命成本分為建設(shè)前期成本、建設(shè)期成本、運(yùn)營(yíng)期成本和拆除成本開(kāi)展探析。
1 混凝土梁橋全壽命成本計(jì)算公式
根據(jù)圖1定義，混凝土梁橋全壽命成本凈現(xiàn)值如公式(1)。由于各項(xiàng)成本發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)不一致，本文考慮橋梁建成時(shí)間為基準(zhǔn)年，并把各項(xiàng)成本折現(xiàn)到基準(zhǔn)年，折現(xiàn)如式(2)和式(3)：
圖1 混凝土梁橋全壽命周期成本分類(lèi)圖
(1)
(2)
CNov=CFuture×P(n)
(3)
式(1)～(3)中：LCC為全壽命成本；
Cp為建設(shè)前期成本；
Cc為建設(shè)期成本(下同)；
CM為管養(yǎng)成本(下同)；
CUser為用戶成本；
CSociety為社會(huì)成本；
CRC為結(jié)構(gòu)拆除成本；
CFuture為費(fèi)用終值；
CNov為費(fèi)用現(xiàn)值；
P(n)為折現(xiàn)系數(shù)；
r為建設(shè)折現(xiàn)率(下同)；
n為成本發(fā)生年份距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
2 建設(shè)前期成本取值標(biāo)準(zhǔn)
建設(shè)前期成本Cp,包括可行性研究成本、勘察設(shè)計(jì)成本、工程招投標(biāo)成本和其他成本，取費(fèi)參考工程勘察設(shè)計(jì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)[4]確定。從橋梁全壽命來(lái)說(shuō)，建設(shè)前期成本發(fā)生時(shí)間早且短，故可不考慮折現(xiàn)。
3 建設(shè)期成本取值標(biāo)準(zhǔn)
建設(shè)期成本Cc，采用工程量清單或者定額法計(jì)算，具體可根據(jù)橋梁歷史資料、設(shè)計(jì)圖紙和公路工程概預(yù)算編制辦法[5]計(jì)算。由于建設(shè)期成本發(fā)生時(shí)間早且短，故可不考慮折現(xiàn)。
4 運(yùn)營(yíng)期成本取值標(biāo)準(zhǔn)
運(yùn)營(yíng)期成本發(fā)生時(shí)間為橋梁建成后直至橋梁報(bào)廢的一段較長(zhǎng)時(shí)間，故運(yùn)營(yíng)期成本應(yīng)按發(fā)生的時(shí)間分開(kāi)進(jìn)行折現(xiàn)。
4.1 管養(yǎng)成本
根據(jù)橋梁運(yùn)營(yíng)期管養(yǎng)過(guò)程產(chǎn)生成本的原因不同將管養(yǎng)成本分為：養(yǎng)護(hù)管理成本、檢查成本、維修加固成本和構(gòu)件更新成本，引入式(4)～式(9)計(jì)算管養(yǎng)成本。
4.1.1養(yǎng)護(hù)管理成本
養(yǎng)護(hù)管理成本為,養(yǎng)護(hù)單位日常養(yǎng)護(hù)成本和養(yǎng)護(hù)人員工資兩部分組成，使用工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中年金現(xiàn)值公式表示養(yǎng)護(hù)管理成本CM1，如式(4)所示：
CM1=M0×(1-1/(1+r)T)/r
(4)
式(4)中：M0為運(yùn)營(yíng)期每年養(yǎng)護(hù)管理成本(萬(wàn)元/年)；T為橋梁設(shè)計(jì)服役年限(下同)。
4.1.2檢查成本
檢查成本，為周期性檢查成本和特殊檢查成本兩部分組成，特殊重要的橋梁在正常使用期間可周期性地進(jìn)行荷載試驗(yàn)[6]。因此，本文將特殊檢查成本簡(jiǎn)化為周期性發(fā)生的。使用等比數(shù)列求和公式表示周期性檢查成本CM21，如式(5)所示：
(1)周期性檢查成本
(5)
式(5)中：
Mk為構(gòu)件k的一次檢查成本；
tk為構(gòu)件k的檢查周期；
n為構(gòu)件種類(lèi)數(shù)。
(2)特殊檢查成本
特殊檢查，看成是時(shí)間間隔較長(zhǎng)的周期性檢查，所以，特殊檢查成本CM22的計(jì)算類(lèi)似于CM21的計(jì)算。
綜上所述，檢查成本CM2為周期性檢查成本和特殊檢查成本之和，如公式(6)所示：
CM2=CM21+CM22
(6)
4.1.3維修加固成本
維修加固成本，適用于橋梁的不可更換構(gòu)件，如橋墩、主梁。維修加固成本CM3計(jì)算如式(7)所示：
(7)
式(7)中：
m為加固的構(gòu)件種類(lèi)數(shù)；
N為全壽命周期內(nèi)構(gòu)件k的加固次數(shù)；
Mkj為構(gòu)件k在第j次加固時(shí)的成本；
tj為構(gòu)件k在第j次加固時(shí)距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
4.1.4構(gòu)件更新成本
構(gòu)件更新成本，適用于橋梁可更換構(gòu)件包括鋪裝層、支座、伸縮縫和欄桿扶手，構(gòu)件更新成本CM4計(jì)算如式(8)所示：
(8)
式(8)中：
m為更新構(gòu)件的種類(lèi)數(shù)；
kn為第k類(lèi)構(gòu)件的更新周期；
Mkj為第k類(lèi)構(gòu)件第j次更新的成本；
tj為構(gòu)件k在第j次更新時(shí)距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
綜上所述，管養(yǎng)成本CM計(jì)算如式(9)所示：
CM=CM1+CM2+CM3+CM4
(9)
4.2 用戶成本
用戶成本,為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本CVC、時(shí)間延遲成本CTC和安全事故成本CAC三項(xiàng)組成[7]，如式(10)～式(13)所示：
(1)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本
(10)
式(10)中：
N是路網(wǎng)中能繞行的線路數(shù)；
Di是維護(hù)活動(dòng)i持續(xù)的天數(shù)(下同)；
I是采用的維護(hù)活動(dòng)數(shù)(下同)；
Q0是原路線橋址處的日均交通量(輛/天，下同)；
un和ui分別表示正常情況和進(jìn)行維護(hù)活動(dòng)i時(shí)單位車(chē)輛營(yíng)運(yùn)成本(元/h)；
ti為維護(hù)活動(dòng)i進(jìn)行的時(shí)間距離基準(zhǔn)年的時(shí)間(年，下同)；
l0和lj分別表示橋址處由于維護(hù)活動(dòng)而影響的路線長(zhǎng)度和繞行j路線的長(zhǎng)度(km，下同)。
(2)時(shí)間延遲成本
(11)
式(11)中：
C是用戶單位時(shí)間的平均價(jià)值(元/小時(shí))；
vn和vi分別表示通常情況下和維修活動(dòng)i進(jìn)行時(shí)車(chē)輛的平均運(yùn)行速度(km/h)。
(3)安全事故成本
(12)
式(12)中：
cA是一輛車(chē)交通事故平均損失(萬(wàn)元)；
Qj是第j條繞行線路上的日均交通量(輛/天)；
pnj和puj分別表示通常情況下和有維護(hù)活動(dòng)下第j條線路上發(fā)生交通事故的概率，j=0時(shí)表示原路線。
綜上所述，維護(hù)活動(dòng)產(chǎn)生的用戶成本CUser為：
CUser=CVC+CTC+CAC
(13)
4.3 社會(huì)成本
社會(huì)成本為環(huán)境保護(hù)成本CEP、人員傷亡成本CPC和相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失成本CIC三項(xiàng)組成[7]，如式(14)～式(17)所示：
(1)環(huán)境保護(hù)成本
CEP=CM×e
(14)
式(14)中：e是環(huán)境保護(hù)成本占管養(yǎng)成本比重。
(2)人員傷亡成本
(15)
式(15)中：
Hf、Lf分別表示車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)人員受傷和死亡的概率；
F表示車(chē)型，本文F取2僅考慮兩種車(chē)型；
f為1時(shí)表示汽車(chē)、f為2時(shí)表示貨車(chē)；
R1、R2分別表示人員受傷和死亡的平均損失(萬(wàn)元)；
ti為第i次維護(hù)距離基準(zhǔn)年的時(shí)間。
(3)相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失
(16)
式(16)中：
M是與橋梁維護(hù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的數(shù)目；
α(0<α<1)是維護(hù)活動(dòng)對(duì)橋梁功能發(fā)揮的影響系數(shù)，βm(0<βm<1)是第m項(xiàng)產(chǎn)業(yè)和橋梁的關(guān)聯(lián)系數(shù)；
E(Bm)是第m項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的日收益期望值。
綜上所述，維護(hù)活動(dòng)產(chǎn)生的社會(huì)成本CSociety為：
CSociety=CEP+CPC+CIC
(17)
5 拆除成本取值標(biāo)準(zhǔn)
橋梁服役結(jié)束時(shí)的拆除活動(dòng)產(chǎn)生的成本和拆除物料回收的價(jià)值組成結(jié)構(gòu)拆除成本CRC，如式(18)所示：
CRC=(CC·η-Mrc)P(T)
(18)
式(18)中：
η是拆除成本占建設(shè)期成本的比例；
M”rc是回收物料的價(jià)值；CRC可正可負(fù)。
6 實(shí)例分析
東埭大橋位于福建泉州省道S201上，其為鋼筋混凝土梁橋，全長(zhǎng)209.5m，橋跨組合為10-20(孔-m)，橋面總寬24.5m，橋面泄水孔為52個(gè)，于2004年投入使用，設(shè)計(jì)年限為100年，建設(shè)期成本Cc為761.5萬(wàn)元。
6.1 建設(shè)前期成本
建設(shè)前期成本查閱?wèn)|埭大橋建設(shè)資料和工程勘察設(shè)計(jì)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)[4]確定，如表1所示，Cp為36萬(wàn)元。
表1 東埭大橋建設(shè)前期各項(xiàng)成本 萬(wàn)元
6.2 運(yùn)營(yíng)期成本
取橋梁建設(shè)折現(xiàn)率r為2%。參考福建省專(zhuān)養(yǎng)公路養(yǎng)護(hù)工程預(yù)算定額[8]制定的基價(jià)計(jì)算運(yùn)營(yíng)期成本。
6.2.1管養(yǎng)成本
(1)日常養(yǎng)護(hù)，包括日常到場(chǎng)檢查記錄、清掃橋面、清理橋面泄水孔、清理伸縮縫，基價(jià)分別為222元/次、232元/10 000m2、10元/10個(gè)、76元/100m[8]，計(jì)算得日常養(yǎng)護(hù)成本為598元/次，每月進(jìn)行一次日常養(yǎng)護(hù)[6]，從橋梁建成年份2004年開(kāi)始計(jì)算。日常養(yǎng)護(hù)成本參數(shù)如下：
首次養(yǎng)護(hù)年份：2004年；該年養(yǎng)護(hù)次數(shù)：12次；
日常養(yǎng)護(hù)成本：598元/次；每年日常養(yǎng)護(hù)成本：7176元。
查閱福建省公務(wù)人員工資標(biāo)準(zhǔn)，可取管理人員工資為人均7萬(wàn)元/年，共有3名管理人員管理惠安縣S201路線上的12座橋，總計(jì)21萬(wàn)元/年，平均每座橋梁的養(yǎng)護(hù)管理人員工資為1.75萬(wàn)元/年。
所以，每年的養(yǎng)護(hù)管理成本M0為7176元和17 500元和24 676元，代入式(4)計(jì)算，CM1為106.35萬(wàn)元。
(2)周期性檢查成本，按閩交基[1997]201號(hào)文件計(jì)算，約為橋長(zhǎng)×70元/延米。所以，東埭大橋周期性檢查為14 665元/次，每年進(jìn)行一次周期性檢查[6]。周期性檢查參數(shù)如下：
首次檢查時(shí)間：2004年；單次檢查成本：14665元；
檢查時(shí)間間隔：1年；全壽命檢查次數(shù)：100次。
將該參數(shù)代入式(5)，得到東埭大橋周期性檢查成本CM21為63.20萬(wàn)元。
按閩建城函〔2014〕214號(hào)和閩交基[1997]201號(hào)文件可知，橋梁特殊檢查成本=橋梁專(zhuān)項(xiàng)檢查費(fèi)+靜載試驗(yàn)費(fèi)+動(dòng)載試驗(yàn)費(fèi)+結(jié)構(gòu)檢算費(fèi)。特殊檢查參數(shù)如下：
首次檢查時(shí)間：2009年；單次檢查成本：30萬(wàn)元；
檢查時(shí)間間隔：5年；全壽命檢查次數(shù)：19次。
和CM21計(jì)算類(lèi)似，東埭大橋特殊檢查成本CM22為244.31萬(wàn)元。代入式(6)計(jì)算得出檢查成本CM2為307.51萬(wàn)元。
(3)不可更換構(gòu)件維修加固成本的計(jì)算選取主梁和橋墩為代表，其余不可更換構(gòu)件的維修加固成本不做考慮。主梁和橋墩維護(hù)時(shí)間和方法使用遺傳算法和蒙特卡羅法優(yōu)化得出，維修加固參數(shù)如表2所示。根據(jù)式(7)得出，東埭大橋維修加固成本CM3為449.00萬(wàn)元。
表2 東埭大橋主梁和橋墩維修加固成本參數(shù)
(4)可更換構(gòu)件，包括鋪裝層、支座、伸縮縫和欄桿扶手，更換周期依次為15年、30年、15年和40年[9]，構(gòu)件更新參數(shù)[8-9]見(jiàn)表3。由式(8)得構(gòu)件更新成本CM4為257.96萬(wàn)元。
表3 構(gòu)件更新成本參數(shù)表
將CM1、CM2、CM3和CM4相加得管養(yǎng)成本CM為1120.82萬(wàn)元。
6.2.2用戶成本
結(jié)合公路局統(tǒng)計(jì)資料和文獻(xiàn)[7]，得用戶成本參數(shù)如表4所示。東埭大橋維修加固、更新時(shí)最短繞行路線為X309，查閱地圖可知繞行路線長(zhǎng)5500m，維修加固、更新影響省道S201原路線長(zhǎng)2300m。正常情況下車(chē)輛運(yùn)行成本為50元/h，用戶單位時(shí)間平均價(jià)值為100元/h，單輛車(chē)交通事故平均損失5000元。正常情況下原路線和繞行路線發(fā)生交通事故的概率為0.0002%。原路線年日均交通量為2184輛/d和繞行路線年日均交通量為10083輛/d。車(chē)輛正常情況設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h。
表4 用戶成本參數(shù)表
根據(jù)式(10)～式(13)，得車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本、時(shí)間延遲成本和安全事故成本分別為150.39萬(wàn)元、232.73萬(wàn)元和0.59萬(wàn)元，用戶成本CUser為383.71萬(wàn)元。
6.2.3社會(huì)成本
將橋上過(guò)往車(chē)輛分為客車(chē)和貨車(chē)兩種，客車(chē)發(fā)生交通事故時(shí)，人員受傷和死亡的概率分別為50%和10%；貨車(chē)發(fā)生交通事故時(shí)，人員受傷和死亡的概率分別為40%和8%；社會(huì)成本參數(shù)如下所示。客車(chē)和貨車(chē)數(shù)目比例為7.2∶2.8[7]。
環(huán)保成本占管養(yǎng)成本的比重為5%，對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的影響系數(shù)為0.3，人員受傷平均損失2萬(wàn)元，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的預(yù)期收益1000萬(wàn)元，人員死亡平均損失10萬(wàn)元，相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)橋梁的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.3。
根據(jù)式(14)～式(17),得環(huán)境保護(hù)成本、人員傷亡成本和相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失成本分別為55.95萬(wàn)元、1.18萬(wàn)元、210萬(wàn)元。社會(huì)成本CSociety為267.13萬(wàn)元。
6.3 結(jié)構(gòu)拆除成本
結(jié)構(gòu)拆除參數(shù):參考式(18)得CRC為-0.30萬(wàn)元。
拆除成本占建設(shè)成本比例為3%，回收物料價(jià)值為25萬(wàn)元。
根據(jù)公式1，將Cp、Cc、CM、CUser、CSociety、CRC相加得東埭大橋全壽命成本LCC為2568.86萬(wàn)元。
7 結(jié)語(yǔ)
本文從建設(shè)前期成本、建設(shè)期成本、運(yùn)營(yíng)期成本和拆除成本4個(gè)分項(xiàng)建立混凝土梁橋全壽命成本模型，并通過(guò)實(shí)例演示了模型的可行性，以期對(duì)橋梁相關(guān)人員從全局角度決策有所借鑒。
猜你喜歡
河南電力(2021年5期)2021-05-29 02:10:00
湖南教育·A版(2019年4期)2019-05-10 03:31:44
小學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)(低年級(jí))(2019年4期)2019-04-22 03:28:24
電影(2018年12期)2018-12-23 02:18:48
特別健康(2018年2期)2018-06-29 06:13:42
中國(guó)公路(2017年11期)2017-07-31 17:56:30
中國(guó)公路(2017年10期)2017-07-21 14:02:37
領(lǐng)導(dǎo)決策信息(2017年10期)2017-05-17 04:49:02
山東工業(yè)技術(shù)(2016年15期)2016-12-01 05:31:04
俄羅斯問(wèn)題研究(2012年1期)2012-03-25 09:54:48
