文│ 上海世博會有限公司 李祝軍

現(xiàn)代工程實踐證實，凡是人工系統(tǒng)都需要進行全生命期的成本分析，在項目啟動前應(yīng)對其制造/建設(shè)成本、運行成本、維護成本及銷毀處置成本進行評估，并在實施中保證各階段所需的費用。這是一個科學(xué)的論證與運作過程，如果違背，那么人工系統(tǒng)項目的最終結(jié)果不是成為爛尾工程，就是投運后因沒有足夠的運維費用而使建設(shè)投資付諸東流。特別在積極推進智慧城市建設(shè)的今天，更要做好其全生命期的成本分析，使得各項決策更加科學(xué)。

1 全生命期

人的生命總是有限的，但人類的精神與物質(zhì)財富都得到代代傳承，因為精神與物質(zhì)財富的再創(chuàng)造，決定了人類創(chuàng)造的萬事萬物必有其生命期。比如一種產(chǎn)品從原材料開采開始，經(jīng)過原料加工、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品包裝、運輸和銷售，然后由消費者使用、回收和維修，再利用、最終進行廢棄處理和處置，整個過程稱為產(chǎn)品的生命期。

既然一個人、一個組織、一個產(chǎn)品都有其生命期，智慧城市是基于他們而建設(shè)起來的，自然也就不例外。智慧城市的各類信息系統(tǒng)是由各類硬件與軟件組成，其中的硬件與一般產(chǎn)品同樣具有全生命期的特征，但就系統(tǒng)而言，它要經(jīng)歷一個研制開發(fā)、調(diào)試、測試、運行、維護、升級、再調(diào)試、運行、維護、停機、數(shù)據(jù)保全、拆除和處置的全過程。

2 全生命期評價

全生命期評價是從20世紀(jì)80年代開始的。由于區(qū)域性與全球性環(huán)境問題的日益嚴(yán)重以及全球環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展思想的興起，大量的REPA研究重新開始，公眾和社會日益關(guān)注政府、研究機構(gòu)、工業(yè)企業(yè)、產(chǎn)品消費者等相關(guān)的研究。1989年荷蘭國家居住、規(guī)劃與環(huán)境部（VROM）針對傳統(tǒng)的環(huán)境政策，首次提出了制定面向產(chǎn)品的環(huán)境政策，內(nèi)容涉及產(chǎn)品的生產(chǎn)、消費乃至最終廢棄物處理的所有環(huán)節(jié)，即所謂的產(chǎn)品生命期。還提出對產(chǎn)品整個生命期內(nèi)的所有環(huán)境影響進行評價，并對生命期評價的基本方法和數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化。

全生命期評價可以表述為：對一種產(chǎn)品及其包裝物、生產(chǎn)工藝、原材料能源或其他某種人類活動行為的全過程，包括原料的采集、加工、生產(chǎn)、包裝、運輸、消費和回收以及最終處理等，進行資源和環(huán)境影響的分析與評價。它采用全程方式分析一件產(chǎn)品或活動的整個生命期，這一全程包括原材料提取的處理、制造、運輸和配送、利用、再利用、維修、回收和最后的處置。

生命期評價的主導(dǎo)思想在源頭上預(yù)防和減少環(huán)境問題，而不是等問題出現(xiàn)后再去解決，是評估一個產(chǎn)品或整體活動的一種方法。一個完整的全生命期評價包括四個部分，即目的與范圍的確定、清單分析、影響評價和生命期解釋。前三個獨立但又相互關(guān)聯(lián)，全生命期評價包括能量和資源的利用、向空氣、水和土地的環(huán)境排放的識別和量化、技術(shù)質(zhì)量和數(shù)量的特征和環(huán)境影響分析的后果評價，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)的評估和實施。一些全生命期評價所定義的范圍和目標(biāo)或是啟動步驟，可以為使用的分析結(jié)果服務(wù)。生命期清單既可用在組織的內(nèi)部，也可在外部應(yīng)用，需要適用性的標(biāo)準(zhǔn)。生命期清單分析可以應(yīng)用在工藝分析、材料選擇、產(chǎn)品評估、產(chǎn)品比較和政策制定等方面。

綜上所述，全生命期評價是面向產(chǎn)品系統(tǒng)，對產(chǎn)品或服務(wù)進行全過程的評價。全生命期評價充分重視環(huán)境影響，是一種系統(tǒng)性的、定量化的評價方法，同時也是一種開放的評價體系，對經(jīng)濟社會運行、持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、環(huán)境管理都具有十分重要的意義。

經(jīng)過多年的實踐，全生命期評價得到了完善與系統(tǒng)化，國際標(biāo)準(zhǔn)組織推出了ISO 14040標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境管理一生命周期評價一原則與框架》（1997）、ISO 14041《環(huán)境管理一生命周期評價一目標(biāo)與范圍的確定及清單分析》（1998）、ISO 14042《環(huán)境管理一生命期評價一生命周期影響評估》周（2000）和ISO 14043《環(huán)境管理一生命期評價一生命周期說明》（2000）。

3 全生命期的成本分析

全生命期的成本分析始于20世紀(jì)90年代初，把價值工程管理技術(shù)引入產(chǎn)品/項目的成本分析，強調(diào)產(chǎn)品/項目的全生命期成本，以面向成本的設(shè)計DFC形式而提出，在滿足用戶需求的前提下，盡一切可能降低成本。在分析產(chǎn)品制造過程、銷售、使用、維修、回收、報廢處置等全生命周期中各階段成本組成情況的基礎(chǔ)上進行評價，從中找出原設(shè)計中影響產(chǎn)品成本的過高費用部分，通過修改設(shè)計來降低成本。DFC把全生命期成本作為設(shè)計的一個關(guān)鍵參數(shù)，為設(shè)計者分析、評價成本提供支持工具。

DFC中的成本是指全生命期成本（LCC），一般是指產(chǎn)品從策劃開始，經(jīng)過論證、研究、設(shè)計、生產(chǎn)、使用一直到最后報廢的整個生命期內(nèi)所耗費的研究、設(shè)計與發(fā)展費用、生產(chǎn)費用、使用和保障費用及最后廢棄費用的總和。LCC的概念最早由美國國防部提出并用于軍事領(lǐng)域，由于典型的武器系統(tǒng)運行和維護的成本占了總成本的75%，需要對全生命期的各項成本進行分析，從而有效地控制總成本。

全生命期的設(shè)計成本包括可行性研究、圖紙設(shè)計、產(chǎn)品試驗、修改設(shè)計、準(zhǔn)備技術(shù)說明書等所花費的費用；制造成本包括材料、加工、半成品運輸、存放、裝配、調(diào)試、檢驗、廢品、修復(fù)等各種費用；銷售成本包括產(chǎn)品包裝、運輸、儲存以及廣告等費用；維修成本是在使用期限內(nèi)，為維護設(shè)備進行修理或更換零件所需花費的費用；使用成本是用戶使用機器設(shè)備期間，需要支付的人力消耗、材料與動力消耗以及維修保養(yǎng)等的費用；回收報廢成本是產(chǎn)品報廢處理和再生的費用。一般設(shè)計成本大致占全生命期成本的10%～15%，制造成本約占30%～35%，使用與維修成本約占50%～60%，其他成本所占比例一般小于5%。

以云計算中心為例，一般運行周期為15～20年。據(jù)統(tǒng)計，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的電力消耗已經(jīng)占到全球能源電力消耗的8%左右，且每三年電力消耗即會翻倍增長，更是給新建的數(shù)據(jù)中心提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，資金、固定資產(chǎn)投入＝戰(zhàn)略性投資+滾動性投資和運營成本＝維護費用+營銷費用+人工成本（+折舊）的不均衡，也是長期困擾數(shù)據(jù)中心管理者的問題。云計算數(shù)據(jù)中心則可以IT運用資源共享（虛擬化、網(wǎng)絡(luò)計算等）的方式對IT服務(wù)模式進行優(yōu)化?；谠谠朴嬎悱h(huán)境下的業(yè)務(wù)競爭需要和對IT負(fù)載遷移的考慮，在構(gòu)建數(shù)據(jù)中心時，不僅需要將數(shù)據(jù)中心的高可用性視為先決條件，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的高效率也成為不可忽略的重要因素。因此，通過標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計及優(yōu)秀的運維來建造和管理一個密集的、靈活的、自動化的數(shù)據(jù)中心，既滿足未來的應(yīng)用需求，也可將未來新技術(shù)的更新納入設(shè)計范疇給予考慮。這就意味著在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的初始階段，就需要以戰(zhàn)略部署的全局角度來審視云計算中心的設(shè)計，全面規(guī)劃數(shù)據(jù)中心的供電、環(huán)境、安防及后期的運營管理等內(nèi)容，通過有效地優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的整體架構(gòu)和運營方式，節(jié)約30%甚至更多的電力消耗，以期降低數(shù)據(jù)中心的運營成本。

軟件產(chǎn)品或軟件系統(tǒng)生命期的使用層面和環(huán)境都不盡相同，但由于軟件系統(tǒng)升級換代比較頻繁，所以軟件產(chǎn)品的生命期一般都不超過10年，比如數(shù)據(jù)庫軟件的生命期一般為3～5年，操作系統(tǒng)的生命期一般是2～3年，大多數(shù)應(yīng)用軟件的生命期為1年，而多媒體視聽等工具類的軟件生命期多為1年或者更短。軟件的生命期要經(jīng)歷孕育、誕生、成長、成熟、衰亡等階段，這樣劃分就使得每一個階段都有明確的任務(wù)，使規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理復(fù)雜的軟件開發(fā)變得容易控制和管理。

通常，軟件生命周期包括可行性分析與開發(fā)項計劃、需求分析、設(shè)計（概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計）、編碼、測試、維護等活動，可以將這些活動以適當(dāng)?shù)姆绞椒峙涞讲煌碾A段去完成。在智慧城市建設(shè)中，數(shù)以百計的云端應(yīng)用需要并行研發(fā)和整合，如果沒有軟件生命期的管理，最終的軟件應(yīng)用功能必定不完善，不僅無法實現(xiàn)智能的城市控制，更是在浪費人力、財力和物力，耽誤智慧城市的建設(shè)周期。因此，智慧城市中的軟件應(yīng)用平臺不僅需要軟件生命期的管理，更需要在智慧城市的整體規(guī)劃下，進行軟件生態(tài)圈的生命期管理，即綜合的、并行的、整合的軟件生命期管理。軟件生命期管理的薄弱環(huán)節(jié)一般多在需求調(diào)研與確定階段，因為前期調(diào)研不足，又為趕進度倉促施工，所以在具體的實踐中，多數(shù)軟件項目都是無法按合約準(zhǔn)時交付的，一旦拖延就會造成項目損失，產(chǎn)生不必要的分歧與矛盾。因此，為了充分降低軟件生命期的管理成本，一般建議采用快速原型開發(fā)模型，這種模型的好處在于，它可以準(zhǔn)確地獲取用戶對計算機軟件的真正需求，在最短的時間內(nèi)，根據(jù)最終用戶的迫切需求，做出一個可演示的產(chǎn)品程序，以直觀的界面展示最終的開發(fā)成果，它可能只是界面的設(shè)計制作與切換，后臺并沒有編程與數(shù)據(jù)庫的支撐；同時，客戶就快速模型功能進行簽字確認(rèn)，也避免了軟件生命期管理過程中的階段性反復(fù)，從而保障項目進度，減少雙方人、財、物的損失和時間上的浪費。

以硬件為例，相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計生命期一般是：筆記本電腦3 年、臺式電腦4年、服務(wù)器5年、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備5年、監(jiān)視器8 年，而鋰電、光驅(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)等易耗品均不超過1年。但設(shè)計的生命期并不等于應(yīng)用的生命期，而是一般會長于應(yīng)用的生命期，也就是說，這些硬件設(shè)備一般會被使用者提前更新?lián)Q代。隨著硬件研發(fā)的速度加快和水平不斷提升，到2012年，硬件的應(yīng)用生命期可能只有設(shè)計生命期的60%～70%之間，雖然硬件性能的提升總是好事，但同時也提高了建設(shè)的折舊成本，如果沒有更實際的應(yīng)用生命期的考慮，原來預(yù)期可以保證正常運營的項目，在交付后可能會由于過重的攤銷負(fù)擔(dān)而面臨經(jīng)營的困境。

以公共建筑物為例，其生命期成本分配如圖1所示，其中運行與管理費用約占生命期成本（LCC）總費用的85%以上，而一次建設(shè)費用僅為15%。為了維持設(shè)備的功能，確保設(shè)備的高效率，盡量減少設(shè)備的故障，是發(fā)揮設(shè)備投資效益的重要環(huán)節(jié)。信息化與自動化的系統(tǒng)則為現(xiàn)代物業(yè)設(shè)施管理提供了平臺與基礎(chǔ)。

圖1 建筑物生命期成本中各項費用的比例

圖2所示的是設(shè)備在其生命期內(nèi)發(fā)生故障的情況，根據(jù)可靠性工程可表示為故障曲線，因其形狀像一個浴缸，可稱之為“浴槽曲線”。圖中1、2、3三條曲線分別代表了三種不同的保養(yǎng)方式：1為只使用不保養(yǎng)；2為事后保養(yǎng)；3為預(yù)防保養(yǎng)。當(dāng)采取預(yù)防保養(yǎng)后，可以大大延長設(shè)備的使用壽命。

圖2 設(shè)備故障曲線

在初期故障期，為了減少設(shè)備故障時間，設(shè)施管理人員應(yīng)了解裝置中壽命最短的部件或組件，并加以特別注意；同時還要找出設(shè)計、施工和材料方面的缺陷和不足，分析造成設(shè)備故障的原因并加以解決，盡快使設(shè)備故障率下降并進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。為此，設(shè)施管理人員需要熟悉整個系統(tǒng)，學(xué)習(xí)操作和設(shè)備保養(yǎng)的方法和程序。

在偶發(fā)故障期，設(shè)備的故障率下降到容許故障率之下。此時，應(yīng)著重提高設(shè)施管理人員對故障的檢測診斷能力和維修能力，合理管理設(shè)備品。為降低設(shè)備故障率、延長設(shè)備壽命，還需進行必要的改造。

在磨耗故障期，設(shè)備和系統(tǒng)接近或達到各自的壽命期，由于零部件的磨損和材質(zhì)的劣化使故障率上升。因此，磨耗故障期更應(yīng)精心進行預(yù)防保養(yǎng)，定期對零部件進行檢測，同時堅持日常的清掃、調(diào)整，減緩零部件的磨損和劣化速度，來延長設(shè)備壽命（如圖2的曲線3）。

通過這“三期”的管理工作，可以大大地降低圖1中的設(shè)備更新周期，從而減少建筑物生命期成本（LCC）的總費用。

圖3a 智慧城市的生命期成本構(gòu)成

圖3b 智慧城市的生命期成本構(gòu)成

4 智慧城市的全生命期成本探索

智慧城市是人工創(chuàng)造的信息化形態(tài)，其生命期的成本可分為建設(shè)成本與運行成本兩部分。

智慧城市的建設(shè)成本由信息通信基礎(chǔ)建設(shè)（城市通信管線、機房、無線通信基站等）費用、信息應(yīng)用系統(tǒng)（硬件、軟件等）建設(shè)費用、服務(wù)體制與機構(gòu)建設(shè)等費用構(gòu)成。

智慧城市的運行成本由信息通信基礎(chǔ)運行（包括設(shè)備使用與能耗）維護及升級擴展費用、信息應(yīng)用系統(tǒng)的運行（包括設(shè)備使用、通信與能耗）維護及升級擴展費用、服務(wù)體制與機構(gòu)的運行維護費用構(gòu)成。

根據(jù)目前的技術(shù)和應(yīng)用情況加以統(tǒng)計分析，智慧城市信息通信基礎(chǔ)的生命期一般在15年左右，信息應(yīng)用系統(tǒng)與服務(wù)機構(gòu)的生命期一般為6年。這就意味著即使智慧城市的設(shè)施在運行過程中不斷地進行維護、升級與擴展，到一定時候還是需要重新建設(shè)。如果粗略地測算，將信息通信基礎(chǔ)的建設(shè)、運行維護及升級擴展費用平均分?jǐn)偟?年，加上信息應(yīng)用系統(tǒng)生命期的建設(shè)、運行維護及升級擴展費用和服務(wù)體制與機構(gòu)的建設(shè)、運行維護管理費用，其測算構(gòu)成如圖3a、3b所示。

由圖3a、3b可見，智慧城市的生命期成本中建設(shè)費用占23%，運行維護管理費用占55%，升級擴展費用占22%。這就表示智慧城市投入建設(shè)后，在生命期中需要更多的后續(xù)費用，當(dāng)我們在規(guī)劃建設(shè)智慧城市時，必須充分考慮運行維護管理費用和升級擴展費用，對于各階段的費用落實具有切實的計劃，以保證智慧城市的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語

生命期評價和成本分析是所有人工設(shè)施建設(shè)工程必須運用的科學(xué)方法，智慧城市的信息通信基礎(chǔ)、信息應(yīng)用系統(tǒng)和服務(wù)體制與機構(gòu)所需要的建設(shè)、運行維護費用構(gòu)成了其生命期成本，我們對此應(yīng)具有清晰的認(rèn)識。

【1】鄧南圣等. 生命周期評價，化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

【2】程大章主編. 智慧城市頂層設(shè)計導(dǎo)論，中國科學(xué)出版社，2012.

【3】程大章著. 智能建筑理論與工程實踐，機械工業(yè)出版社，2009.