基于全寿命周期成本的桥梁改造决策研究

周师凯

摘要：受到外部因素的影响，桥梁结构使用过程中受到不同程度的损害，导致桥梁结构的整体性能受到影响，而且在后期使用的过程中对其投入的维护保养费用非常高，为桥梁的使用管理工作带来了极大的经济负担。在此情况下，从全寿命周期成本控制的角度出发，对桥梁的改造方法进行了分析与探讨，以最少的花费获得最大的成效。

关键词：全寿命周期；桥梁改造；决策研究

在当前的社会之中，桥梁工程为人们的出行带来了巨大的便利，但我国在使用的很多桥梁受外部因素的作用，导致桥梁结构受力性能下降，经济指标与最初设计和预期有很大差异，并且给后期的养护、维修等运营管理工作带来严重的经济负担和社会负担，使得整个桥梁建设管理面临着巨大的系统风险，与桥梁可持續发展战略不相符合。在桥梁的设计、施工、维护加固工程实践中引入全寿命周期成本概念，争取达到总体资源消耗降到最小，为交通管理部门在桥梁技术改造方面提供决策支持，也符合桥梁建设以人为本、节约资源的发展要求。

全寿命周期成本的概述

全寿命周期成本指的是一个建筑物从修建开始，经过运行、维护等过程，再到最后的拆除折现所需要花费的所有费用。将全寿命周期成本进行大致的划分，主要可以分为两个部分：初始化成本和未来成本。在我国的公路桥梁交通体系之中，公路桥梁寿命交通成本主要包括机构成本、用户成本以及社会成本三个方面，再进行具体的划分，在机构成本之中主要包括初始建造成本、检查和监测成本、日常维护成本和加固成本等；在用户成本之中主要包括汽车营运成本、交通耽搁成本和其他（行车不舒适）等；在社会成本之中主要包括事故成本以及环境成本[1]。而在桥梁的技术改造之中，首先应当根据改造方案从这些方面进行全面的计算，然后从中选取出最为合理的技术改造方案。

一、桥梁工程改造建设成本分析

（一）桥梁加固方案建设成本分析

桥梁加固的建设成本（RJ）按照损益人划分，可分为投资方成本和用户成本两部分内容。

关于投资方成本：

（1）旧桥既有技术状态检测分析评定费用RJ1；

（2）旧桥加固方案设计费用RJ2；

（3）桥梁加固的初始投资费用RJ3。包括各项费用：建筑安装工程费、设备及工器具购置费、工程建设其它费，这些费用能通过概算定额结合国家相应取费标准确定[2]。

桥梁改造运营期成本分析：

（1）旧桥加固后寿命周期内所必须进行的保养、小修工程费用现值RY1.假设此项费用在寿命周期内不变，以等额年值支出：

RJ4= AR1[（1+ i）n- 1]/[ i（1+ i）n]

式中：AR1为桥梁加固后每年的保养、小修工程费用等额年值；i为社会折现率；n为桥梁的寿命周期。

（2）旧桥加固后寿命周期内的中修工程费用现值 RJ5。为了简化计算，把中修工程费用均摊到每年：

RJ5= AR2[（1+ i）n- 1]/[ i（1+ i）n]

式中：AR2为桥梁加固后每年的中修工程费用等额年值.

则桥梁加固运营期的成本：RY= RJ4+ RJ5

最终将上述的成本相加，得到桥梁建设的成本为：

RJ= RJ1+ RJ2+ RJ3+ RJ4+ RJ5

（二）拆除重建桥梁方案的初期成本分析

拆除重建桥梁建设期成本（NJ）和加固桥梁建设期成本（RJ）具有相同内容，计算方法基本相同。不同之处主要在以下几个方面：初始投资费用（NJ1）、旧桥拆除费用

C1、旧桥材料回收利用价值C2、旧桥的残余价值损失C3、新建桥梁时引起的路网改线费用C4、为防止拆除旧桥时对环境造成污染所采取的措施费C5。以及建设期间车辆绕行及运输成本的增加。因此，新建桥梁的初始投资费用：NJ1=工程费用+ C1- C2+ C3+ C4+ C5

关于用户成本：

（1）桥梁加固施工使客货运输成本提高额RJ4，按照桥梁没有施工时的运输成本与桥梁加固施工时的运输成本差额计算：NJ2=（CJ - CN）× QK

式中：CJ为桥梁加固施工时的客货运输成本；CN为桥梁没有加固施工时的客货运输成本；QK为施工期间客货周转量。

（2）桥梁加固施工使得附近相关公路交通拥挤的损失NJ3。主要指在施工期间一部分车辆分流至附近其他公路上使之交通量增加，平均行车速度降低，单位运输成本提高。 NJ3=（CJX - CNX）× QK

式中：CJX为桥梁加固施工期间附近相关公路客货运输的单位成本；CNX为原来附近相关公路客货运输的单位成本。

（3）货物延长在途时间造成的损失NJ4，以货物运送速度降低导致资金周转期

延长而引起损失来考虑，按照在途物资所需资金利息的增加计算：NJ4= P× QKH× I× T×（16× 365）× L

式中：P为计算年度在途货物的平均价格；I为社会折现率；T为全程延长时间；L 为绕行公路线路全长；QKH为施工期间货运周转量[3][4]。

新建桥梁运营期成本分析：

新建桥梁运营期成本 NY 包含的内容及计算方法可参照桥梁加固运营期成本分析，包括以下内容：

（1）新建桥梁寿命周期内所必须进行的保养、小修工程费用现值NJ5；

（2）新建桥梁寿命周期内所必须进行的中修工程费用现值NJ6；

新建桥梁寿命周期内治理环境污染所花费的环保费用现值NJ7。

则新建桥梁运营期成本为：

NY= NJ1+NJ2+NJ3+NJ4+NJ5+NJ6+NJ7 实例分析 [5]，比较其在寿命周期内的全部费用成本，选择最优方案。两种方案在寿命周期内的费用构成如下表：

既有桥梁的改造工程属于公共事业项目，不以盈利为目的，因此桥梁建设行业的标准折现率不同于其他行业的标准折现率。在进行经济分析时，可根据行业或部门统计资料制定。这里拟定采用较低的标准折现率6%。由表1数据计算两种方案的寿命周期成本现值如下：

方案1：RJ= 280+ 80+（5+ 30+ 1）×[（1+ 6%）30- 1]/6%×（1+ 6%）30+ 35×（1+ 6%）-

10+ 40×（1+6%）- 20+ 50×（1+ 6%）- 25= 899.19（万元）

方案2：RY= 800+ 100+（0.5+ 1.6+ 1）×[（1+ 6%）60- 1]/6%×（1+ 6%）60+ 10×（1+

6%）- 20+ 25×（1+276%）- 35+ 50×（1+ 6%）- 50= 959.18（万元）再计算各改造方案的年值成本：

方案1：AR= CR×6%×[（1+ 6%）30/（1+ 6%）30- 1]=899.19× 0.072 65= 65.33（万元）方案2：AN= CN×6%×[（1+ 6%）60/（1+ 6%）60- 1]=959.18× 0.061 88= 59.35（万元）利用方案比选模型选择最佳方案：A最佳=min{AR；AN}= AN= 59.35（万元）可见，方案2为优选方案。通过算例说明，只从初始投资来看，加固方案优于新建方案，但当考虑了全寿命周期内的各项成本费用及寿命周期长短的差异时，新建方案的成本年值小于加固方案的成本年值，为优选方案[6]。

参考文献

[1]郝巍旭. 基于全寿命周期成本的桥梁技术改造决策研究[D].长安大学，2008.

[2]张文慧. 桥梁加固技术策略决策方法研究[D].石家庄铁道大学，2013.

[3]何青玲. 山西省农村公路桥梁技术改造方案决策研究[D].長安大学，2013.

[4]解添天. 基于全寿命周期理论的配电工程投资决策分析及其应用[D].华北电力大学，2014.

[5]邵旭东，彭建新，晏班夫. 基于桥梁全寿命总成本优化的设计研究综述[A]. 中国土木工程学会桥梁及结构工程分会、重庆市建设委员会、重庆市交通委员会.第十七届全国桥梁学术会议论文集（上册）[C].中国土木工程学会桥梁及结构工程分会、重庆市建设委员会、重庆市交通委员会，2006：8.

（作者单位：海口市政工程设计研究院）