基于全寿命周期费用下的绿色储粮系统分析

郭一斌，段永辉

（1.天津大学 建筑工程学院，天津 300072； 2.郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450015；3.河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 450001）

基于全寿命周期费用下的绿色储粮系统分析

郭一斌1,2，段永辉3

（1.天津大学 建筑工程学院，天津 300072； 2.郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450015；3.河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 450001）

针对新的地下绿色储粮仓型的开发，将全寿命周期的理念引入了新仓型的经济研究.根据粮食储藏工艺的特点，同时考虑了资金的时间价值及风险，结合粮食在运营期的实际费用，利用全寿命周期分析方法给出了粮食仓型在不同全寿命周期下的动态费用分析模型，并通过实际数据对新仓型和正在广泛使用的仓型在不同折现率及运营期下的费用进行了详细的比较分析.

全寿命周期；地下仓；储粮运营费用

0 引言

我国每年约需消耗粮食5亿t，现阶段的储粮仓型主要以平房仓、浅圆仓和立筒仓为主.尽管国家在“十五”期间投资建造了一批现代化粮库，但受地域影响，储粮环境仍不理想，突出表现在：夏季仓温偏高、谷物冷却高能耗、熏蒸处理的粮食潜在污染以及储粮设施占地面积大等方面.研发新仓型、改变储粮模式是改善储粮环境、降低运营成本的有效方法和途径.

利用地下空间建造地下仓，地表上仍可以进行绿化，同时又具有低温、低氧、隔热、密闭、节约土地资源等优势性能，是最适合长期储存储备粮的好仓型[1].通过研究地下特殊环境形成的低温、低氧、低湿环境对粮食品质的影响，证实该环境有利于降低粮堆呼吸强度，抑制害虫和微生物的生长与繁殖，使粮食品质指标均优于常规储藏环境，能够达到安全储存和保鲜目的[2]，能够形成非常有效的绿色储粮系统.作者应用全寿命周期理念针对新型地下仓设计研发的绿色储粮系统提供了一个动态费用分析模型，并对其设计方案与常用仓型进行全寿命期内的比较分析.

1 全寿命周期管理核心理念

建设项目的全寿命周期管理与传统的建设项目管理模式相比，具有更为重要的管理理念：一是追求管理目标体系的优化，注重建设项目各个阶段、各个主体、各个专业子系统的管理目标的优化；二是注重建设项目全寿命周期费用分析方法的应用，具有长期的观点和宽广的视野，站在全社会角度对建设项目全寿命周期成本、收益、投资回报进行全面分析，提出成本的优化目标与措施，提高建设项目各阶段决策的科学性、合理性；三是注重集成思想的应用，通过过程集成、管理职能集成、组织集成和信息集成，建立建设项目集成化管理模式，是对整个项目从概念构思到项目期结束的“无缝隙”的项目管理[3].全寿命周期费用可以定义为投资者在进行项目决策时，从项目的长期经济效益出发，全面考虑项目研究、规划、设计、建设、运营、维护、改造，直至不能完成其功能为止的全过程费用.全寿命周期费用分析方法（Life Cycle CostAnalysis，简称LCCA方法），就是在研发阶段确定工程从建成到寿命终结时的总费用，并在进行新方案比选时，不仅要考虑研发设计费用、初始建造费用，还要考虑运营期间检查、养护、维护等各种费用，并将“未来的费用”折现为净现值（Net Present Value，简称 NPV）的方法，用于对新方案的评估[4]，还可以用于价值工程中的分析和评价.LCCA在项目评价分析及项目决策方面，尤其是在公益性建设项目中越来越得到广泛的认可.粮食储备项目作为关系到国家安全与社会稳定的公益性建设项目，用LCCA方法对地下新仓型研发过程的管理与经济性评价，着眼于长期得失，站在全社会的角度上对建设项目全寿命周期成本进行全面分析，以期达到粮食储备项目在全寿命周期内所耗资源最省的目标.

2 全寿命周期费用模型

根据LCCA理论及模型，全寿命周期成本涉及研究开发成本、投资成本、运行成本、沉没成本、回收价值等因素.地下绿色储粮系统的全寿命周期是个有机的系统，这个系统是由地下结构工程、粮食储藏以及农产品加工等行业组成的一个多目标研发体系.为了计算其全寿命费用，其中建设期费用不仅要考虑研发及投资成本，还应考虑地下空间的不确定性所产生的固定资产投资阶段和运营阶段需承担地下结构建设的风险[5]，风险费用也成为投资阶段的构成要素之一；同时，在项目运营阶段，不仅要从储粮工艺要求考虑其保管费用，还应考虑储备粮在和平时期的陈粮轮换费用，并分摊在运营费用中.作者根据国家中储粮公司近年来所建的储粮仓在近三年每年运营支出费用，确定吨粮运营的评价指标体系和吨粮年平均成本见表1，其中地下储粮系统成本主要是依据初步研发方案选定的储粮工艺，并结合已有设备的年使用费来确定和估算地下绿色储仓的年运营费用；按照全寿命周期成本的要求，根据储粮运营指标体系，吨粮成本全寿命周期费用作为时间T的函数，则吨粮全寿命周期成本表示为：

式中：LCC（T）为吨粮全寿命周期费用，主要指储粮系统从开始设计研究一直到不能完成其主要功能为止，是与时间有关的费用；AC是建设期工程成本或固定资产投资费用（从研发规划、设计施工、试运行等全部费用），主要包括储粮仓的建筑安装费用、设备购置费、与工程及项目有关的费用，如研究设计费、监理费、预备费、试运行费和建设贷款利息等[2]；SCM（T）为运营期费用，主要包括吨粮保管费用和吨粮轮换费用，其中吨粮保管费用主要指固定资产折旧费，维护费，常温保管费，夏季隔热保冷费等.吨粮轮换费用是指粮食储存到一定年限后应出仓，并轮换新的粮食，其轮换年限和储藏环境有关.一般情况下，房式仓轮换期为2 a，浅圆仓与地下仓由于其良好的储藏环境，轮换期为3 a.CE（T）- 土地增值费用；CR（T）- 风险费用.

（1）式并未考虑资金的时间价值，绿色储粮系统的全寿命费用还需考虑资金的时间价值，并用动态指标的方法来确定其运营和建设等成本时，则（1）式中与时间相关的费用则需折现到项目建成的时间点，吨粮全寿命费用最终可表达为：

式中：pwf（i）是现值系数.其中 i值可根据社会平均折现率确定，同时还需考虑社会平均收益水平及通货膨胀等，设定的全寿命周期T需考虑储粮周期和结构设计周期的影响.

通过对地下绿色储粮系统的分析，基于风险条件下的全寿命费用分析步骤如下：

（1）由设计方案，确定投资成本（工程造价）；根据粮食工艺同时考虑新仓型所使用的设备来确定其运营成本，同时选取某种粮食作物来确定轮换费用与时间周期.并辨识设计方案在实施中的所有可能承担的风险费用，尤其是利用地下空间在设计中所承担未知风险.

（2）确定各成本指标的组成及折现率、运营周期，并根据每次轮换费用折算到年运营费用里.

（3）将所有费用折现到一个时间基准点，得到全寿命费用.

（4）方案分析与评价.

（5）重新选取折现率和周期指标，并重复上述（3） 、（4） 步骤.

3 实例分析

通过对初步研发的地下空间绿色储粮体系的设计方案与现广泛使用的主要储粮系统进行全寿命周期费用分析和比较.

3.1 结构选型

经过多种空间结构形式的综合分析比较，初步确定地下空间绿色储粮体系地下仓的结构型式为地下圆仓与矩形单仓共同作用的钢筋混凝土结构地下空间结构.方案通过对结构形式、施工难度、经济指标等因素进行综合比较后，确定该地下空间结构长60 m、装粮高度为20 m.周边采用圆形或矩形单仓围合，内部设混凝土支撑，分为围仓内储粮和围仓外储粮.圆仓的直径6m，圆仓壁厚6mm；矩形仓平面3 m×5m，壁厚6mm.图1为地下仓平面图与立面图.

3.2 储粮工艺

结合选定的仓型，确定了储粮工艺及进出粮方案，见图2.通过对地下模拟仓实验的研究，分析解决了地下仓表面生虫、通风、内壁结露、自动分级等不利的影响因素，确定了地下仓的温湿度的控制及检测方法以及进出仓作业采用同一台气力输送设备的方案.

表1 不同仓型下吨粮运营成本分析 元/t

图1 地下储粮仓平面与立面示意图

图2 地下储粮系统输送方案

3.3 施工方案

通过调查研究和试算分析，制定如下的开挖、支护和降水方案：

（1）开挖方案：采用大面积明开挖的施工方案进行基坑开挖施工.

（2）支护方案：无论是淤泥地质条件，还是粉质砂土均采用地下连续墙支护可以满足要求；同时，为进一步提高灌注桩或地下连续墙的抗侧移能力，设数道内支撑.

（3）降水方案：采用有效的多级轻型井点降水方法.

3.4 风险辨识

由于地下绿色储粮系统在利用地下空间时产生的各项费用可按照地下储仓在施工时增加的附加措施费，其建设期间的基本预备费率提高10%，同时为简化计算将施工时风险费用计入到工程造价中，并计为固定投资成本.按照初步设计方案，考虑风险费用和施工措施费，地下粮仓的建设期投资为670元/t，相对于平房仓建设期投资为400元/t.尽管地上储粮系统根据设计周期为50 a，但地下结构的全寿命期年限应按照实际要求进行取值，因此，为了便于分析，将全寿命期取 20、30、40、50、60和70 a进行比较.

4 仓型分析

结合中央储备粮福建分公司与河南分公司的2006-2008年对比仓型的平均运营费用成本数据，选取常规仓储设施中的平房仓、浅圆仓和立筒仓（可作为中转仓）等几种储粮仓型与绿色储粮系统中地下仓在运营期间费用支出数据确定出吨粮运营期间费用进行比较.为比较充分，考虑我国现阶段的经济发展状况，平均折现率i分别取为5%，7%，8%进行比较，其在不同寿命期下的比较曲线如图3、图4和图5.从对比的储粮仓型来说，按照实际统计的数据，平房仓与浅圆仓建设期成本低于地下仓建设成本约20%，但年运营成本要高于地下仓约20%.

图3 当i=0.05时各仓型LCC费用分析

图4 当i=0.07时各仓型LCC费用分析

图5 当i=0.08时各仓型LCC期费用分析

5 结论

按照全寿命周期理念进行的储粮系统评价分析，粮食储藏运营费用指标评估与全寿命理念相结合，使得二者在实际的工程应用中为项目研发决策及管理过程中赋予了坚实的理论依据与实际数据.

（1）当全寿命期超过30 a时，地下仓与平房仓的储粮全寿命费用差别不大；但两者吨粮储备全寿命费用总体低于浅圆仓与立筒仓.当地下储仓在运营期达到30 a以上时，其经济性要好于其他对比仓型.结合地下储仓本身所具有的独特优点和设计使用年限要求，地下仓的经济效益和储粮安全效益是对比仓型所不可比拟的.

（2）平房仓一般仅作为单纯的储粮设施，而浅圆仓与立筒仓由于其良好的机械化性能，还可兼具中转仓与原料仓的功能.而地下仓则由于具备机械化进出仓功能，除具备常规储仓功能外，也兼做中转仓与原料仓，且由于地下空间的良好利用，其储粮效果和安全性要远优于对比仓型.

（3）将全寿命费用分析理论应用到绿色储粮新体系的设计中，综合考虑短期及长期的经济效益和社会效益，建立一套相应的经济管理运行模式，可以有效避免短期投资行为，使工程设计研发阶段即立足于工程全寿命各个阶段，优化下空间绿色储粮各方面性能，最大程度发挥投资效益.

（4）作者提出的仓型比较方案不仅可用于新仓型的方案评价，同时也可作为在整个工程设计中进行管理的方法，提出了的基于风险的地下绿色储仓结构全寿命设计方法和各类指标的确定，对于项目方案评估和决策有良好的实践意义.

［1］王玉龙，梁军民，张晓鹏，等.利用地下仓优势实现绿色储粮［J］.粮油仓储科技通讯，2008（6） ：10-12.

［2］王玉田，李德富，孙慧，等.绿色储粮的理想仓型-地下粮仓［J］. 仓储技术，2007（7）：19-21.

［3］孟利军. 地下仓设计［J］.工程设计，2007（2）：7-9.

［4］中国建设工程造价管理协会.建设项目全寿命周期成本控制理论与方法［M］.北京：中国计划出版社，2009.

［5］王燕，黄宏伟.基于风险的隧道结构全寿命设计方法研究［J］. 地下空间与工程学报，2009，5（1） ：119-123.

ANALYSISOF GREEN GRAIN STORAGE SYSTEM BASED ON LIFE CYCLE COST

GUO Yi-bin1,2,DUAN Yong-hui3
（1.School of Civil Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;2.Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management,Zhengzhou 450015,China;3.School of Civil Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China）

The paper introduced the conception of life circle to the development of novel underground green grain storage warehouse.According to the characteristics of grain storage process,the paper proposed a dynam ic cost analysis model of the grain warehouses under different life cycles by using the life cycle analysis method in combination w ith the actual running costwhile considering the time value and risk of capitals.We also compared and analyzed the costs of the novel warehouse and the w idely used warehouses w ith different discount rate and at different running stages based on the actual data.

life circle； underground warehouse； grain storage operation cost

TS210

B

CNKI:41-1378/N.20120208.0844.019

1673-2383（2012）01-0079-05

http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20120208.0844.019.html

网络出版时间：2012-2-8 08:44:47AM

2010-05-06

郭一斌（1974-），女，黑龙江伊春人，讲师，研究方向为工程造价.