大型立交桥梁群全寿命周期成本分析

李 刚

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

桥梁全寿命周期成本即为桥梁从规划设计开始到寿命期满并拆除时止，整个寿命周期内所发生的总费用。寿命周期成本的概念自20世纪60年代美国军方首次提出用于军备采办以来，迅速向其他行业渗透，20世纪80年代开始，逐渐应用到交通领域进行建设项目的全寿命成本优化[1]。全寿命周期成本分析，从本质上讲，无论在设计、施工，还是运营管养和寿命期满拆除阶段，都要进行经济预算和比较，要从工程“从生到死”的全寿命周期出发，避免短期行为带来的麻烦与经济损失，使得成本降至最低。

以往在研究桥梁结构全寿命周期成本时，大多基于估算，即先估算修建一座桥大概需要的劳动力、材料、设备的数量，再按劳动力的工资、材料单价和设备单价进行计算，由此确定桥梁的建设期成本[2]。对于营运期成本，有学者提出了基于条件的维护成本模型和基于可靠性的维护成本模型[3-4]。

2008年，西部交通科技项目 《桥梁工程全寿命设计理论与方法研究》取得重大创新成果 《湖北鄂东长江公路大桥全寿命设计及周期成本分析研究》，这是国内首次对实桥进行全寿命设计和全寿命周期成本分析[5]。鄂东长江大桥在分析时，建设期成本根据规范[6]进行计算，管理成本按管理人员工资约占管理成本的70%，另外，30%为管理服务费用进行估算，养护成本按养护材料、检测工具损耗费约占养护成本的60%进行估算，环境影响成本按建设期成本的10%进行估算，拆除成本按建设期成本的3%来进行估算[7]。由此可见，缺乏工程实例，即缺少与各种直接和间接损失有关的成本数据支持，使得全寿命周期成本的分析，大多停留在估算甚至是粗算层面，很难建立起系统的、精确的分析结果。

福州青口互通桥梁群，经历了从规划设计，建造施工，运营维护，修复加固直至服役期满拆除施工一整个完整的过程，论文以此为依托，对全寿命周期成本进行了研究，并从最小期望寿命周期成本的原则出发，进行了拆除方案的比选优化。

1 桥梁全寿命周期成本构成

明确桥梁全寿命周期内将会发生或可能发生的事件及对应的成本，即确定全寿命周期成本的构成及计算模型是应用全寿命周期进行设计和施工的重要前提。桥梁从无到有再从有到无要经历规划设计、建造施工、管理养护、维修加固、拆除重建、资源再利用等工序，这个完整的流程构成了桥梁全寿命周期的总成本。对于在役桥梁，其过往成本包括设计、建造、管理、养护、维修等均有据可查，其分析的目的在于控制剩余寿命内的成本消耗，比如管养和拆除等；对于新建桥梁，其分析的目的在于从源头处，对整个寿命周期进行宏观把控，后续各个“成长”环节不再相互割裂，这种一体化的设计思路，使得成本和费用可以统筹起来考虑，贯穿始终。为未来大量的工程案例和数据积累，形成大数据分析系统和相应的规范准则以便进行工程成本核算和费用评价提前做准备。

2 桥梁全寿命周期成本数学模型及分析步骤

2.1 桥梁全寿命周期成本数学模型

高玲玲[8]结合国外全寿命周期成本研究和我国国情，提出桥梁全寿命周期成本分析理论、分析方法和桥梁全寿命周期的成本构成如公式所示。

式中，C—全寿命周期成本；C1—建设期成本；C2—管理成本；C3—养护成本；C4—专项成本；C5—维修成本；C6—保险成本；C7—阻塞引起的成本；C8—绕行引起的成本；C9—事故引起的成本；C10—环境影响成本；C11—拆除成本。

论文在文献[8]的基础上，参照国内其他学者的研究成果[9-11]，总结得到桥梁全寿命周期成本分析如公式（2）所示。

式中：DC（design cost）——设计成本；CC（construction cost）——建造成本；AC（Administration cost）——管理成本；mC（maintenance cost）——养护成本；RC（rehabilitation co st）——维修加固成本；UC（user cost）——用户成本；BC（backout cost）——拆除成本；EC（environmental cost）——环境影响成本。在桥梁模型中，用户成本主要是指由于桥梁封闭交通以致无法正常通行使得交通延误、改道绕行等引起的社会经济成本；环境成本主要是出于环保考虑，一方面包含施工造成的环境破坏后的再修复成本，另一方面包含废物回收再利用节约的成本。

2.2 分析步骤

在对桥梁进行全寿命周期成本分析时，可参照以下步骤[12-13]：

（1）确定桥梁的基本特性，包括桥梁设计使用寿命、桥梁结构形式、交通流模型、交通量预测、桥梁构件的设计使用寿命等；（2）确定桥梁全寿命周期成本分析期，定义桥梁技术状态、维护事件及发生时间等基本属性；（3）确立不同的桥梁管理和维护策略方案；（4）选择合适的桥梁劣化模型和参数；（5）确定服役期满后的桥梁处理处置方案和回收利用方案；（6）计算各个备选方案的全寿命周期成本并转换成同一基年的不变价值；（7）比较后给出决策建议，即全寿命周期成本最低的方案为最佳实施方案。

3 福州青口互通桥梁群全寿命周期成本分析

3.1 建设期和营运期成本

根据全寿命周期成本分析所遵循原则，结合福州青口互通桥梁群所在地特点进行具体分析可知，按照传统清单计价方法所列成本仅包含项目建设期，即竣工交付节点时所发生的成本，未考虑结构使用年限、环境、结构老化、维修等成本，亦未考虑前期桥梁结构、交通流量等设计时的可控条件，将其通过项目全寿命周期管理方法进行相应折算可知，在不同使用条件、设计条件等综合作用下，项目成本为单纯按照清单计价法计算的成本的1.5～2.3倍之间，其中考虑了不同的施工方法对成本的影响。由此可知，项目全寿命周期成本与多种因素有关，是一个系统的、可变的、可调整的范围。主桥全寿命周期成本构成如图1所示。

图1 主桥全寿命周期成本构成

3.2 最小期望拆除成本控制

根据上述分析可知，按照原支架法拆除方案所产生成本在项目全寿命周期中产生的影响不是此项目最优成本，按照分析可知，将项目按照现场条件、环境条件、施工条件等进行优化分段并选择不同施工方法后，可将原施工成本降到支架法方案的75%左右，并在全寿命周期条件下能够取得更好的、更低的成本，在综合了交通分流、管控等条件后，能够取得更好的成本控制结果，并能够取得更好的社会效益，综合起来更优。

4 结语

随着桥梁事业的蓬勃发展，全寿命周期理论越来越多地应用到桥梁结构的新建，维护和服役期满的拆除工作中，这将为后续的研究提供大量的工程实例，并希望借此建立一个庞大的数据池，为今后其他桥梁的全寿命周期成本控制提供案例和数据支持。在此基础上，可深入研究工程项目成本评价和控制体系。

现有全寿命周期成本研究主要是针对已建结构的生命周期成本的构成、计算模型和优化方法，对于在设计阶段需要确定桥梁生命周期中的哪些成本和如何确定，例如在设计和建造时即考虑拆除，预留拆除孔位等或其他辅助措施，进行全寿命一体化设计和施工，目前还缺乏系统的研究。