全寿命成本分析在桥梁设计中的应用

公路２００９年８月 第８期 文章编号：０４５１一０７１２（２００９）０８一０２２７一０５
中图分类号：Ｕ４４２．５
ＨＩＧＨＷＡＹ Ａｕｇ．２００９ Ｎｏ．８ 文献标识码：Ｂ
全寿命成本分析在桥梁设计中的应用
马军海１，余俊林２
（１．中交公路规划设计院有限公司 北京市１０００８８ｆ ２．湖北省鄂东长江公路大桥工程建设指挥部 黄石市４３５０００）
（２）养护成本基本分析参数，主要为年养护成本
（万元／年）。
（３）检测成本基本参数。
①定期检测成本基本参数，主要有定期检测周
期（年）、定期检测成本单价（万元／次）。
②专项检测成本基本参数，主要有专项检测周
期（年）、专项检测成本单价（万元／次）。
（４）维修成本基本参数，主要有维修周期（年）、
维修成本单价（万元／次）。
５．１运营期成本分析 （１）构件成本构成分析。 根据该桥主要构件的养护维修需要，确定其主
要构件的成本如表２所示。 （２）运营期成本分析基本参数。 通过专家调查法，确定该桥各主要构件成本的
计算基本参数。限于篇幅，下面仅列出更换成本的 基本计算参数，如表３所示。此外，设计寿命为ｉ００ 年，折现率采用２．３２％。
（２）用户成本。 桥梁用户成本一般包括车辆操作成本、时间延
误成本、安全和事故成本、舒适和便捷成本。其中，
时间延误成本和车辆操作成本被认为是桥梁用户成
本的主要构成嘲。用户成本一般与车道封闭时间和 交通量有关，计算时须考虑交通网、桥址、更新信息
（工作区条件、绕道率、交通网的交通能力变化等）等
公
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２００９年第８期
运营期成本的计算需要了解桥梁及其构件的管 理、检测、养护和维修策略，以及类似的管理、检测、 养护、维修和更换成本的历史数据。如果在设计阶 段可以预测未来检测、养护、维修和更换的时间间隔 以及每次处理的成本，就可以计算桥梁设计方案的 未来检测、养护、维修和更换成本。 ３．３．１构件分类
根据桥梁构件在桥梁寿命期内的养护、维修情 况，区分构件可否更换，可以把桥梁的构件分为如表 １所示的类别。
环境成本
篓一 环境负荷
冲刷引起的成本 陈旧过时引起的成本
图１桥梁全寿命成本构成
重要因素。 （３）易损性成本。 易损性成本与稀少、意料外的事件有关，如洪
水、地震、交通事故，且事件发生时成本通常很高。 引发易损性成本的事件有口］：①与荷载有关的结构 损坏，包括超载、疲劳等；②碰撞损坏，包括行车碰 撞，机动车与结构的碰撞（垂直或水平碰撞）、与结构 的其他部位碰撞（驳船、铁路等）等；③地震引起的损 坏；④洪水引起的损坏；⑤冲刷引起的损坏；⑥陈旧 过时。 ２．３环境成本
５ 实例分析 某桥为在建斜拉桥，主桥设计采用桥跨布置为
３×６７．５ ｍ－Ｉ－７２．５ ｍ－ｔ－９２６ ｍ＋７２．５ ｍ＋３Ｘ ６７．５ Ｉｌｌ 的９跨连续半漂浮双塔混合梁斜拉桥，箱梁全宽 ３８ １２１；斜拉索采用平行钢丝斜拉索，共２４０根；采用 混凝土Ａ形索塔，南、北塔塔高分别为２２９ ｍ、 ２３７ ｍ。根据建设单位的要求，需要对该桥进行全寿 命成本分析，但分析中暂不考虑用户成本、易损性成 本和环境成本。
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构件分类及退化分析
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计算维修成本基本参数
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更换 成本
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农３各主要构件更换成本基本参数
构件
斜拉索
钢箱梁涂装
桥面 铺装
沥青混凝土 环氧混凝土
伸缩装置
支座
盆式橡胶支座 钢支座
防撞护栏
周期／年 ２４
１７ １０ １３ ２１ ３０ ３７ ２７
单价／（万元／次）
ＣＤＲ＝ＣＤＭ－＋－ＣＲＥｃＹ—Ｃ髂
（５）
式中：ＣＤＭ为拆除折现成本；ＣＲＥｃＹ为回收再利用
折现成本；Ｃ。。为回收再利用节约成本。
（２）拆除及回收再利用成本的基本参数。
基本参数主要有拆除时间（年）、拆除成本（万
元）、回收再利用时间（年）、回收再利用成本（万元）、
回收再利用节约成本（万元）。
（３）拆除及回收再利用成本计算。
根据拆除及回收再利用成本分析的基本参数，
公路
２００９年第８期
考虑折现率的影响，将桥梁拆除时的成本、回收再利 用时的成本及回收再利用节约的成本折现为现值， 从而可以计算得到拆除及回收再利用成本。
４桥梁全寿命成本分析（ＢＬＣＣＡ）流程 桥梁全寿命成本分析流程如图２所示。
拟定桥梁设计方案及基本参数
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计算养护成本基本参数
计算管理成本基本参数
ｉ
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确定折现率
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Ｉ计算更换折现成本ｌ ｌ计算维修折现成本ｌ 计算检测折现成本ｌｌ计算养护折现成本ｌ ｌ计算拆除及网收再利用折现成本Ｊ
Ｉ
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１，
计算初始建设成本
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计算全寿命周期成本
上
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最终方案的全寿命成本
圈２桥梁全寿命成本分析流程
（３）
万方数据
２００９年第８期
马军海余俊林：全寿命成本分析在桥梁设计中的应用
一２２９一
式中：ｃＰ为规划成本；ＣＤ为设计成本；Ｃｃ为施 工成本。
关于公路桥梁项目的初始建设成本，即拟建项 目的设计概算，原交通部颁布了相应的计价标准定 额，即《公路基本建设工程概算预算编制办法》（ＪＴＧ Ｂ０６—２００７）、《公路工程概算定额》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０６— ０１—２００７）和《公路工程预算定额》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０６—０２ —２００７）。目前根据原交通部计价办法开发的工程 造价软件已使用多年，其费用项目构成及计算方法 符合原交通部概预算编制办法的规定，将其作为公 路桥梁项目建设成本（即项目初始成本）的计算工具 和手段，应是成熟的、可靠的。因此，可直接利用这 些软件计算桥梁的初始建设成本。 ３．３运营期成本
（４）
万方数据
式中：ＣＭＧ为管理折现成本；ＣＭ为养护折现成
本；ｃＩ脚为检测折现成本；ｃＩ非为维修折现成本；
ＣＲ几为更换折现成本。
３．３．４运营期成本分析的基本参数
要进行桥梁运营期成本分析，首先必须确定运营
期各成本构成计算中所需要的各种基本计算参数。
（１）管理成本基本分析参数，主要为年管理成本
（万元／年）。
本文将从桥梁全寿命成本分析的概念出发，分 析桥梁全寿命成本的构成，并对其中的初始建设成 本、运营期成本、拆除及回收再利用成本的计算方法 进行研究，建立桥梁全寿命成本分析的流程，最后通 过实例分析进行了应用验证。
１桥梁全寿命成本分析的概念 桥梁全寿命成本分析（ＢＬＣＣＡ）是一种确定桥
梁结构从最初的规划、设计到使用寿命终结的总成 本的分析方法，其目的是为了在现有的货币条件下， 如净现值（ｎｅｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｖａｌｕｅ，简称ＮＰＶ）对某一桥 梁各种成本进行量化，使得可以按照一个简单的投 资原理来确定桥梁的全寿命成本，并根据其净现值 进行比较。简单地讲，它是为了回答桥梁在其整个 寿命过程中要使用多少今天的钱［ｔ］。全寿命成本分 析方法是进行桥梁不同设计方案比较和选择的有效 工具。
表ｌ 根据维修程度的桥梁构件分类
序号
构件类别
构件描述
Ｉ
不可更换构件
不需更换，但需要进行维修
Ⅱ
可更换构件
需要进行维修和更换
３．３．２养护、维修的需要分析
根据构件的分类，分析桥梁主要构件的养护、维
修需要。对于不可更换构件，在其寿命期内需要必
要的管理、养护、检测、维修。而对于可更换构件，则
除了需要管理、养护、检测、维修外，还需要必要的更
更换的频率。所有这些成本费用都折算为现值，或 计算为年度成本。
桥梁的全寿命财务成本包括直接的机构成本、
间接的用户成本，以及易损性成本（有的研究者也称
其为意外与风险成本）。
ＬＣＣ—ＡＣ＋ＵＣ＋ＶＣ
（１）
式中：ＬＣＣ为全寿命财务成本；ＡＣ为全寿命机
构成本；ＵＣ为全寿命用户成本；ＶＣ为全寿命易损 性成本。
（１）机构成本ＡＣ。
全寿命财务成本中的机构成本主要包括３种成
本：初始建设成本、运营期（ｔｇ括管理、检测、养护、维 修和更换）成本、拆除及回收再利用成本。全寿命机
构成本计算方法如下：
ＡＣ＝ＣＩ＋Ｃ瑚＋Ｃ隙
（２）
式中：ＡＣ为全寿命折现机构成本；Ｃｔ为初始建
设成本；Ｃ。Ｍ为检测维护折现成本；ＣＤＲ为拆除和再利 用折现成本。
摘要：从桥梁全寿命成本分析的概念出发，分析桥梁全寿命成本的构成，并对其中的初始建设成本、运营期成 本、拆除及回收再利用成本的计算方法进行研究，建立桥梁全寿命成本分析的流程，最后对实例分析进行了应用验证。
关键词：全寿命成本分析；财务成本，机构成本｝易损性成本；环境成本；折现率
基于全寿命的桥梁设计是针对桥梁从规划、设 计、施工、运营，一直到拆除，材料的回收再利用的整 个全寿命进行的设计过程。在使用寿命、功能性、美 学和环境生态要求得到满足后，经济性就成为确定 桥梁设计优劣的最重要的原则。全寿命成本分析是 基于全寿命的桥梁设计的重要过程，它是其他设计 过程优化的重要依据［１ｑ］。
（５）更换成本基本参数，主要有更换周期（年）、
更换成本单价（万元／次）。
３．３．５运营期成本计算
根据运营期成本分析的基本参数，考虑折现率
的影响，将桥梁运营期内每年管理成本、养护成本，
以及每次的检测成本（包括定期检测成本和专项检
测成本）、维修成本和更换成本分别折现为现值，然
后累加得到运营期折现成本。
３．４拆除及回收再利用成本
２桥梁全寿命成本构成分析 ２．１桥梁全寿命成本构成
桥梁全寿命成本可以定义为在桥梁整个全寿命 内所发生的一切与桥梁的规划、设计、建设、维护、管
收稿日期：２００９—０６—２９
万方数据
理、拆除等有关的财务成本以及环境影响。桥梁全
寿命成本构成如图１所示。
２．２财务成本 为计算生命周期成本，就必须了解养护、维修、
３主要成本构成的计算方法
３．１折现率
在计算桥梁的全寿命成本时，需要通过确定适
当的折现率，把管理、检测、养护、维修与更换成本、
拆除成本及回收再利用成本等折现为净现值进行分
析、比较，以实现桥梁设计方案的成本优化。
３．２初始建设成本
初始建设成本包括规划、设计和施工成本，可按
式（３）计算得到。
ＣＩ—Ｃｐ＋ＣＤ＋Ｃｃ
换处理。
３．３．３运营期成本构成分析
根据构件的养护、维修需要，可以确定桥梁可能
发生的运营期成本构成。
运营期成本主要包括管理成本、检测成本、养护
成本、维修成本和更换成本。运营期折现成本为管
理成本、检测成本、养护成本、维修与更换成本的折
现值的总和，见式（４）。
ＣｏＭ—ＣＭＧ＋ＣＭ＋ＣＩＮ卵＋ＣＲＰＲ＋ＣＲＰＬ
（１）拆除及回收再利用成本构成。
拆除成本与拆除方法有关。在确定了拆除方法
后，相应的拆除成本也就大致确定了。在桥梁结构
或其构件更换或拆除后，结构、构件或其材料中的一
些部分可以回收或用于其他的工程建设，因而有回
收再利用的效益。因此，在设计时也需要考虑其结
构、构件或材料的回收再利用成本和效益。
拆除及回收再利用折现成本见式（５）。
万方数据
２００９年 第８期
马军海余俊林：全寿命成本分析在桥梁设计中的应用
衰２桥梁主要构件的成本构成
构件名称
混凝土箱粱 主梁
钢箱梁
索塔
桥墩
基础
斜拉索
钢箱梁涂装
桥面 铺装
沥青混凝土 环氧混凝土
伸缩装置
支座
盆式橡胶支座 钢支座
防撞护栏
构件 类型
检测 成本
养护 成本
维修 成本
Ｉ
■
√
√
Ｉ
√
√
√
Ｉ
√
√
√
Ｉ
√
初始建设成本
规划成本 设计成本
施工成本
管理成本
养护成本
机构成本
运营期成本
检测成本
维修成本
更换成本
拆除及网收再利用成本
拆除成本 同收再利用成本
车辆操作成本
回收再利用节约成本
财务成本
用户成本
时间延误成本 安全和事故成本
舒适和便捷成本
桥
梁
超载和疲劳引起的成本
全
寿
碰撞引起的成本
命
成
地震引起的成本
本
洪水引起的成本
桥梁在其全寿命中以建筑材料和设备的形式消 耗自然资源和能源。环境成本主要指环境负担，例 如，不可再生的原材料和能源的消耗，以及排放进大 气、土壤和水中的污染物，包括Ｃ０ｚ、Ｃ０、ＳＯ。、 ＮＯｘ、粉尘、固体废物和噪声，以及生物多样性的损 失等。
由于ＣＯ。占温室气体总量的６０％，有研究把其 排放量作为环境影响的指标。在研究中可采用综合 的环境问题加以分析，例如“温室效应”、“酸雨效应” 或“氧化剂效应”等，而不是只针对某个环境的影响。 此外，还有一些其他指标，例如生物多样性是无法用 数字计算的，只能进行定性的、描述性的评估∞］。