寿命周期成本分析方法在桥梁工程中的应用

　　[摘 要]桥梁耐久性低、服务寿命短的问题已经严重影响了结构正常服务功能的发挥， 并给社会造成了巨大的经济负担。本文介绍了寿命周期成本分析的概念及其应用于桥梁工程的发展历程， 阐述了它的基本原理， 探讨了桥梁寿命周期成本的构成，说明了桥梁全寿命成本分析对于桥梁设计和运营管理的重要性。

　　[关键词]桥梁；寿命周期成本分析；机构成本；使用者成本；风险与易损性成本

　　中图分类号：F391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）10-0189-01

　　1 概述与问题

　　近年来， 世界各国普遍认识到，桥梁使用性能差、耐久性低、服务寿命短、全寿命经济性指标差等问题已经严重影响了其正常服务功能的发挥，并且给养护、维修等后期运营管理工作带来难以承受的巨大经济和社会负担，也使桥梁的建设管理面临着极大的系统风险。相关的典型问题如下：

　　（1）在桥梁规划和设计阶段，对多个方案进行比选时，只注重建设初期（ 包括设计与施工） 的成本，而忽视桥梁从规划、建设到运营、破坏整个寿命周期的总成本。

　　（2）国内桥梁工程招投标中经常是报价越低，得分越高，中标的希望越大。这在客观上助长了桥梁建设中层层分包这种不良运作方式的存在。工程的实际建设者往往是资质差、技术力量薄弱、管理松散的队伍，这将对桥梁的建设质量十分不利。

　　（3）还有一些工程因为种种原因过分缩短建设周期，一味追求施工速度，难免出现违背科学规律的做法，也在一定程度上增加了桥梁的病害，减少了桥梁的寿命。

　　我国正处于桥梁建设的高峰时期，大量的在役与待建桥梁都面临着如何保证其全寿命期间的安全、耐久及维护管理的经济性问题。因此关于桥梁全寿命周期有关问题的研究有十分紧迫和现实的意义。

　　2 桥梁寿命周期成本分析方法的发展历程及基本原理

　　寿命周期成本（ Life Cycle Cost，简写成LCC）及全寿命经济性概念首先由美国军方于20世纪60年代提出，应用于军用器材采办，并迅速推广到民用企业。从20世纪80年代开始，LCC方法逐渐应用到道路交通行业，人们开始研究建设项目的全寿命成本优化问题，从成本的角度提出全寿命管理的观念，综合考虑建设成本，选择全寿命成本最优的方案。

　　以美国为首的一些国家率先针对道路、桥梁等基础设施项目提出了“寿命期成本分析”的概念，也称为“全寿命经济分析”（Total LifeCycle Cost Analyze， 简号或LCCA）。全寿命经济分析法的本质是要求在设计施工阶段，不论是事先采取防护措施还是以后“坏了再修”，都要做出经济预算和比较，承建者要对工程的“全寿命”负责到底， 这样可避免“短期行为”给后人带来的麻烦与巨大经济损失。采用LCCA 法对项目评估的目的与标准是在保证工程寿命期的前提下，使综合花费成本最少，实现技术可靠、经济合理，实行LCCA法的目的就是减少后期投资、提高项目质量与性能。

　　3 桥梁寿命周期成本的基本构成与计算、分析模型

　　3.1 基本构成

　　桥梁寿命周期成本由“机构成本”和“使用者成本”两部分组成。“机构”一般指桥梁的建设者和拥有者， 政府实体是典型的“机构”。现在我国日益推广执行投资管理一体化的建设模式， 因此“机构”的概念也明确了。“机构成本”指桥梁规划、设计、施工以及建成后的运营、维护等的成本的总和。具体地讲， “机构成本”包括以下内容：（1）桥梁的规划、设计等相关成本；（2）桥梁的施工和建设成本；（3）桥梁的常规维护成本；（4）构件的修复费用；（5）桥梁构件更换成本；（6）桥梁更新的成本。

　　“使用者”是一个广义的概念， 包括使用桥梁的车辆， 以及附近区域可能依靠桥梁进出的商业和居民。“使用者成本”一般是由于桥梁的功能缺陷（例如桥梁限载、封闭或由于桥梁清扫、维修、修复和更换而限制通行） 所引起的额外费用， 这些功能缺陷将可能导致车辆绕行，时间延误和浪费，事故率提高， 从而引起车辆的运营费用提高。“机构成本”和“使用者成本”的具体构成要视桥梁的具体情况进行分析。一般情况下，桥梁全寿命周期成本可以定义为――在桥梁整个寿命周期内所发生的一切与桥梁的建设、维护、管理等有关的费用。

　　3.2 风险与易损性成本

　　风险与易损性成本是“机构成本”和“使用者成本”的组成部分，是由于桥梁具有抵抗意外和偶然事件的易损性缺陷所产生的。与其他成本相比，这是较容易被人们忽视的部分，主要是因为该项成本的发生与否存在偶然性和随机性。但是，这部分成本在很多时候是不可忽视的，例如桥梁会由于地震而产生巨大的损失。工程的风险和不确定性通常是由于桥梁和环境因素相互作用而产生的部分或全部功能丧失所决定。其中，最常见的工程风险和易损性的诱因如下。

　　（1）与桥梁状态相关的桥梁在承载力和寿命方面性能的降低。重复荷载作用下，随着桥梁性能随着时间退化，使用者面临的风险及潜在的不方便也逐渐增大。桥梁的部分或全部失效会产生极大的麻烦，失效风险的增大将意味着失效导致的成本增大，因此失效风险的变化也应计入成本中。这些直接和间接的成本将包括桥梁的更换、交通绕行、交通堵塞、生命丧失引起的费用。

　　（2）地震易损性，主要针对处于地震区的桥梁，由于地震导致的人员、结构和财物等损失。

　　（3）风振易损性，主要指产生如龙卷风、飓风等意外风现象所导致的损失。

　　（4）桥梁冲刷和洪水引起的损失（这方面的例子也很多，例如2003年陇海铁路灞河桥由于人为挖砂导致洪水冲垮桥墩，引起列车停开或绕道等严重问题，经济损失巨大）。

　　（5）超载和疲劳，超载现象在我国公路运输中较为普遍。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大，损伤加剧，甚至会出现超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。

　　（6）桥梁服务功能过时或落后的风险。

　　（7）其他风险。

　　4 相关案例分析

　　为了揭示全寿命周期成本分析的作用，下面从港珠澳大桥的案例进行分析：

　　本案例不考虑风险成本和用户成本。按照物价上涨系数为5%，社会折现率8%进行时间价值折算，计算出桥梁全寿命成本为建设期成本6387000万元、营运期成本6091975万元、拆除成本638700万元、全寿命成本13117675万元。因此，建设期成本占全寿命成本的48.69%，而营运期成本仍占到了全寿命成本的46.44%。

　　分析大桥单位成本构成可以看出，管理成本占管养成本的23.45%。养护成本占管养成本的32.86%。专项检测成本占管养成本的1.34%，维修成本占管养成本的42.35%。维修周期按10年计算，主体工程中桥梁大修费按照建安费的3%考虑，引桥、换道立交等结构及接线工程按照建安费的1.5%考虑。经分析，港珠澳大桥维修费用约为2309409万元。营运期成本仍达到了6091975万元，约为建设期成本的95%。因此，在进行方案选择的投资决策和方案设计中，要综合考虑全寿命周期工程成本，对每一投资设计方案进行全寿命周期成本分析，以求全寿命周期成本最小。

　　5 结语

　　实施LCCA 法对于处理桥梁建设中短期效益与长期效益的关系有很好的现实指导意义；也是在基础设施建设方面，逐渐提高我国的技术水平和管理能力，与国际接轨的重要方面。桥梁的全寿命分析理论不但可以用于新建桥梁的设计决策中，也适合与在役桥梁的维护管理策略的选择方面。

　　参考文献

　　[1] 陈艾荣，吴海军.关注桥梁设计中的安全性和耐久性[J].中国公路， 2002，（23）.

　　[2] 洪乃丰.钢筋混凝土基础设施的腐蚀与全寿命经济分析[J].建筑技术， 2002，（4）.