新沂河特大桥全寿命周期成本分析研究

付宇飞　刘福江

【摘要】通过对LCC的分析研究，以临海高等级公路新沂河特大桥为算例，在不考虑大桥保险成本和用户成本的前提下，给出了大桥全寿命周期成本数据具体构成。

【关键词】LCC；桥梁；分析；成本

一、前言

在人类社会和经济发展中，桥梁工程至始自终都占据着重要的地位，在地方的交通系统中起着重要作用。交通基础建设项目的蓬勃发展也推动了桥梁工程建设水平的迅猛发展[1]。桥梁工程的投资大，设计特殊，桥梁的承载重，桥梁的服役时间长，是一个高风险工程项目。由于这些特性，桥梁从规划设计开始，到施工、投入使用至寿命终结的全寿命周期[2]就是一个繁复、对外开放并与很多关系和变数息息相关的过程。桥梁全寿命周期的每一个环节都充满风险。

二、临海高等级公路新沂河特大桥概况

临海高等级公路连云港段路线全长110.781公里，临海高等级公路概算总投资为40.55亿元。临海高等级公路新沂河特大桥需要建设的大桥、特大桥就有19座之多，新沂河特大桥便是其中之一。临海高等级公路新沂河特大桥总投资为3.6亿元，北起灌云县的燕尾港324省道以南，跨越五灌河、新沂河，与灌河通道连接，全长3.5公里，宽26米，按双向四车道一级公路标准建设，设计速度为100公里/小时。建设工期为两年。主要工程量为：434根桥梁桩基，404座墩台，154米长的主桥箱梁挂篮现浇，784片的全桥预制箱梁。

三、成本风险分析

本文的成本风险分析采用蒙特卡罗模拟法，它又叫做随机模拟法或者统计试验法，是一种通过统计抽样理论同一时间解决多个风险的数值分析方法[3]。Monte-Carlo Simulation的精度以及有效果性由仿真计算模型的准确度以及输入量概率分布估算的有效性确定，是目前尝试过的最精准、简单的风险分析方法之一。

仿真计算过程，如图1所示。

在图1中，P（x1）…P（x n）代表n个Cost risk的概率分布，比如交通量、检测维修单价及次数、成本折现率等等；而P（y1）…P（y m）代表评价指标，比如建设期成本及营运期成本等。使用计算机将所有可能的方案都计算一遍也较为困难，而且这些方案和如此多成本风险、相关决策风险息息相关，而采取Monte-Carlo Simulation就可以解决这一难题。

Monte-Carlo Simulation步骤相对简单，Monte-Carlo Simulation的分析计算步骤一般分为六步，如图2所示。

其中，第六步是处理以上模拟结果计算出的Cost risk评价指标的EX、DX和它的概率分布及累计概率，绘制出累计概率图，计算Cost risk的概率。

蒙特卡罗模拟过程特性是：模拟算法简单，过程灵活；多元风险变化对结果的影响可以模拟；模型维数不会影响模拟结果准确度；模拟的成本低，可以随时添加新的数据重新模拟。

四、全寿命风险分析过程

桥梁LCC风险分析不仅是对风险进行辨识、估计与评价、决策与防范，而是在桥梁LCC分析研究基础上，一

项全套路的、复杂的、模拟动态成本的风险分析过程[4]。

在传统风险剖析过程的基础上，本文呈现出桥梁全寿命过程中，风险分析流程，如图3所示。

其中，桥梁全寿命周期中每个阶段的风险均不同，这些风险可能对各阶段成本造成直接或者间接的影响。所以我们要对桥梁各阶段的LCC风险进行辩知辨识，通过流程图对LCC风险分析。桥梁LCC风险辨识流程，如图4所示。

五、基本模型

经过自编软件计算，如图5所示，根据该桥业主的全寿命周期成本数据，在不考虑大桥保险成本和用户成本的前提下，该桥100年的全寿命周期总成本达到8.34亿元。其中，建设期成本为3.6亿元，占该桥全寿命周期总成本的43.2%：营运期成本为3.3亿元，占该桥全寿命周期总成本的39.6%；拆除成本为1.44亿元，占该桥全寿命周期总成本的17.2%。大桥全寿命周期成本数据具体构成，如表1所示。

六、结论与展望

本文以新沂河特大桥为重点考察对象，对特大桥梁运行、检测监测、维护、环境影响、风险意外等成本因素进行详细调研。基于结构可靠性理论，以生命周期成本最小化为目标，使用决策树模型和马尔柯夫过程[5]对新沂河特大桥预期的维护策略进行分析论证。构建桥梁的生命周期成本[6]决策模型，得出新沂河特大桥在生命周期各阶段的最佳维护策略。主要完成工作如下：

1.以实际桥梁为例，论述了对桥梁LCC风险及分析的相关概念，分别研究列举了各种桥梁LCC风险，最终得出了采取Monte-Carlo Simulation[7-10]分析评价桥梁LCC的特性及优势。

2.研究了桥梁LCC风险分析流程、桥梁LCC风险辨识流程和桥梁LCC风险估计和评价流程。

3.给出了了桥梁各阶段LCC风险，找出了桥梁LCC中关键的成本风险。

4.研究了桥梁LCC风险因素的概率分布规律和特性。确定了桥梁LCC折现率的选取方法，确定了桥梁LCC折现率的三阶段取值。

5.以临海高等级公路新沂河特大桥为算例，在未考虑新沂河特大桥保险成本和用户成本的条件下，给出了大桥LCC数据具体构成。

我国对桥梁生命周期成本研究时间短，水平和理论都不高，目前很少见到没有符合工程实际的计算模型，更多的是分散个案的理论分析。基于网络的公路桥梁LCC分析应该是今后相当长一段时间内的一个发展方向。相信随着我国建筑环境的宽松，对桥梁的环境成本、用户成本和风险成本的研究，在不久的将来就会取得重要进展。

参考文献

[1] 高玲玲.桥梁全寿命周期成本剖析[D].北京：北京工业大学.2008.

[2] 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2007.05.

[3] 孙海虹等.基于蒙特卡罗模拟技术的工程造价风险剖析[J].重庆建筑大学学报No.6， 2005，27（6）：121-126.

[4] 余建星.工程项目风险管理[M]天津：天津大学出版社，2006.04.

[5]Jamal E A1-Bahar and Keith C.CrandallJ.Systematic Risk Management Approach for Construction Projects.Constr.Engrg.Mgrnt.1990

[6] Sawides.S.Risk Analysis in Investment Appraisa[J]1.Project Appraisal.1994（9）.

[7] 周惠珍.投资项目经济评价[M].北京：中国审计出版社，1997.

[8] 孫海虹等.基于蒙特卡罗模拟技术的工程造价风险剖析[J].重庆建筑大学学报No.6， 2005，27（6）：121-126.

[9] 陈立文.项目投资风险剖析理论与方法[M].北京：机械工业出版社，2004，9：81-94.

[10] Walls J，Smith M.Life-Cycle Cost Analysis In Pavement Design-In search of Better Investment.Federal Highway Administration.1998，19（9）：168-189.