四川地区国省干线公路沥青路面养护全寿命周期费用分析应用研究

四川地区国省干线公路沥青路面养护全寿命周期费用分析应用研究
发布时间：2022-08-17T07:03:20.870Z 来源：《工程建设标准化》2022年37卷4月第7期作者：胡明庆1 刘小滔1 邓毅1 刘仁森2 [导读] 本文结合四川地区国省干线公路沥青路面养护的实际情况和养护经验，以典型项目为依托，采用全寿命周期分析计算方法，计算不同沥青路面养护方案的总费用现值，并确定经济效益最优的养护方案。

胡明庆1 刘小滔1 邓毅1 刘仁森2
1.四川公路工程咨询监理有限公司四川成都 400074；
2.四川省公路工程咨询监理事务所有限责任公司四川成都 400074
摘要：本文结合四川地区国省干线公路沥青路面养护的实际情况和养护经验，以典型项目为依托，采用全寿命周期分析计算方法，计算不同沥青路面养护方案的总费用现值，并确定经济效益最优的养护方案。

为当地国省干线沥青路面养护方案比选提供决策依据。

关键词：国省干线；LCCA；全寿命周期分析；养护工程；养护费用
1、引言
近年来四川省普通国省干线的建设取得了长足发展。

截至2020年，已建成普通国道17461公里，已建成普通省道21470公里。

随着国省干线公路的逐渐完善，越来越多的国省道公路为保持较好的路面使用性能，需要开展不同程度的养护工程，尤其是占比较大的沥青路面。

国省干线的养护资金来源主要为省补资金和地方自筹，由于受到地方政府财政限制，自筹有限。

因此，在有限的资金情况下如何选择有效的养护对策，如何使得养护措施更经济合理，养护效果更加有效是急需解决的问题。

目前，当地的养护方案主要从方案可行性、施工可行性、环境影响及经济性等指标进行决策，其中经济性主要考虑初期修建费用的经济性，未能从长远角度进行经济性合理分析。

针对其存在的不足，路面养护工程引入全寿命周期费用分析，通过考虑初期和后期养护管理费用、道路使用者费用等受路面使用性能影响较大的费用类型，对技术方案进行全寿命周期经济效益比选，为选取综合效益最优方案提供依据。

2、应用现状
我国于2004年9月正式将全寿命周期成本思想（LCC理念）引入公路行业，随着LCC理念在公路行业的不断研究完善和应用尝试，目前逐渐形成成熟的全寿命周期费用分析（LCCA）计算方法。

四川地区全寿命周期费用分析（LCCA）计算方法主要用于新建公路及高速公路，在国省干线路面养护工程中应用相对较少。

2019年3月1日起正式实施的《公路沥青路面养护设计规范》（JTG 5421—2018）规定“在经济因素比选时，可采用全寿命周期经济分析方法”，在公路养护中首次以规范的形式提出全寿命周期费用分析的基本要求、主要内容及计算方法。

2019年8月30日实施的《四川省普通国省干线公路养护工程设计（咨询）指南》川交函〔2019〕537号文规定“技术方案均要开展全寿命周期费用”。

自此，在四川地区公路路面养护方案均要采用全寿命周期费用分析。

自全寿命周期费用分析在我省应用以来，主要存在以下问题：
①全寿命周期费用分析参照新建道路的计算方法进行计算，未能结合路面养护工程的特点；
②由于基础资料收集有限，部分指标采用不合理，如日常养护费用等；
③大部分全寿命周期费用分析过于简单、模糊，无详细的计算过程。

本文基于我省全寿命周期费用分析应用情况，以当地路面养护的实际情况，结合路面养护工程多年应用经验，以典型工程案例为基础，形成一套便捷、完善的全寿命周期费用分析方法计算体系，为全寿命周期费用分析方法在四川地区路面养护决策中更广泛、便捷和完善的应用提供技术支撑。

3、全寿命周期费用分析计算方法
全寿命周期费用分析是对具有不同费用的养护方案进行比较分析的方法，它考虑了影响路面投资决策的绝大部分因素。

这些因素包括初期修建费或改建费、寿命期内的养护费用和道路使用者费用等。

本文结合四川地区S204某段大修工程为例，根据《公路沥青路面养护设计规范》（JTG 5421—2018）的全寿命周期费用分析，总结形成一套适用于当地路面养护的全寿命周期费用分析计算方法。

3.1 工程实例简要概况
（1）原公路技术标准
原有公路于2007年底完成路面改建，改建后公路等级为二级公路，设计时速为60km/h，路基宽度为8.5m，路线全长8.766公里，路面设计使用年限为15年。

（2）原公路路面结构及技术状况
改建后路面结构为：3.5cm细粒式SBS改性沥青混凝土AC-13C上面层+4cm中粒式普通沥青混凝土AC-16C下面层+30cm水泥稳定碎石基层+30cm天然砂砾垫层。

由于资料收集受限，只收集到2008年底PCI值为98；2021年底PCI值为43.47。

（2）交通量调查与预估
通过外业交通量调查和附近观测站收集交通量数据。

表1 近三年日平均交通量
3.2 确定分析周期
依托工程公路等级二级公路大修工程，根据《公路沥青路面养护设计规范》确定分析周期为10年。

3.3 分析周期内路面养护技术方案提出
根据《公路沥青路面养护技术规范》（JTG 5142-2019）和《公路技术状况评定标准》（JTG 5210-2018）对原路面进行了调查、检测和路面技术状况评价，具体结果见表2。

表2 路面技术状况评价
根据表2 路面技术状况评价结果，原路面国际平整度指数均为良（80以上），平整度相对较好，路面损坏指数（PCI）以次（60~70）、差（60以下）为主，PCI相对较差。

由于PCI较差导致路面使用性能（PQI）较差。

路面结构强度指数PSSI不参与PQI的评价，依托工程PSSI指数均为90以上，评价为优，路面结构强度较好，基层病害相对较少，与路面钻芯情况基本一致。

根据路面调查和检测结果，参照当地路面养护工程经验（路面大修计划面层铺筑厚度不小于7cm），同时考虑工程的经济合理、环境保护及路面结构的加强等因素提出3种路面养护大修设计方案，具体见表3。

表3 路面养护技术方案
3.4 路面使用性能衰变模型的建立
目前，常用的模型有修正S曲线模型、负指数曲线模型和分阶段折线模型，本次设计使用修正S曲线模型，其中路面使用性能指标采用更直观的PCI。

（1）
RCI—路面使用性能预测指标（PCI）；
RCImax—路面使用性能最初始值，应满足相关标准要求；缺乏参考数据在情况下，取99～100，本项目取99；
RCImin—路面使用性能，应满足相关标准要求；缺乏参考数据在情况下，取30～40，本项目取40；
T—路面使用时间；
a0、a1—预测模型参数，根据当地管理经验确定。

将2008年和2021年PCI值和对应的时间值带入上式，得到既有路面衰变模型的预测模型参数a0、a1及衰变模型曲线，计算得到
a1=0.04368，a0=0.01021及衰变模型，见图1。

图1 路面使用性能衰变模型
3.5 确定分析期内发生的各项费用组成
（1）日常养护费用和养护工程费用计算根据当地类似道路养护费用测算指标，建设初年日常养护费用估列，沥青混凝土路面二级公路为28300元/年/公里，考虑到随着经济的发展，养护水平也将逐渐提高，同时职工工资及福利费用也将逐年提高，各项费用每年按2%递增计，同时根据PCI的增减进行相应的调整。

在养护工程费用中，大修费用按150万元/公里计，中修养护费用按65万元/公里计，预防性养护按23万元/公里。

根据路面使用性能衰变模型进行大中修养护预测，方案一在第4年安排预防性养护，第9年安排中修养护；方案二在第四年安排预防性养护，在第9年其PCI低于80，安排大修养护；方案三在第5年进行预防性养护，第9年进行中修养护。

日常养护费用和养护工程费用计算见下表：表4 使用年限内日常养护费用和养护工程费用
（2）路面残值费用路面残值费用综合考虑分析期末路面结构剩余使用年限、剩余可承受轴载作用次数等因素，根据下列公式计算：
（2）式中：
SV—路面残值费用； LA—分析期末的年份或已承受的交通轴载次数； LE—采取养护措施预期养护使用寿命或预期承受的累计交通轴载次数； Cr—初期中修工程费用。

方案1：SV=(1-LA/LE)*Cr=(1-10/13)* 2993.43=690.792万元；
方案2：SV=(1-LA/LE)*Cr=(1-10/12)* 2499.51=416.585万元；
方案3：SV=(1-LA/LE)*Cr=(1-10/12)*3631.3=605.216万元；
（3）道路使用者费用计算本次设计根据国内外现有道路使用费用的经验进行取值，用户费占管养费用比重在88 %～98 %之间，本项目因交通量相对较小，按88%计。

3.6 确定贴现率
贴现率是方案经济评价中的一个重要参数，对于比较方案在经济上的优劣次序有重要影响。

本文参考当地公路工程可行性研究中近期所常用的贴现率，选用6%的贴现率来进行分析。

3.7 综合总费用现值，选择全寿命周期费用最优养护方案
根据《公路沥青路面养护设计规范》（JTG 5421-2018）附录C要求，采用费用现值指标（PVC）对养护方案在经济效益进行评价，按C.2.11式计算，见下表：
表5 全寿命周期费用现值指标
根据总费用现值分析结果，方案1全寿命周期费用最优，综合考虑路面结构强度、材料的利用率等因素，故推荐方案1。

4、结论
（1）本文介绍了全寿命周期费用分析理论在四川省国省干线养护中的应用现状，系统阐述了该方法在实际应用中的分析、计算过程，通过建立路面使用性能衰变模型及结合当地养护工程经验，确定分析期内发生的各项费用组成、确定贴现率，从而计算总费用现值，确定全寿命周期费用最优养护方案。

（2）结合工程实例，在基础资料缺乏的情况下，本文以全寿命周期费用分析理论为基础，提出了一种实用、全面和便捷的全寿命周期费用计算方法，为类似工程提供参考。

（3）工程实例表明，全寿命周期费用分析是能够全面考虑影响路面投资的初期和后期相关的各种费用的，能够为选取综合效益最优方案提供决策依据。

[参考文献]
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