張 明，盧 超

(1. 江蘇寧常鎮(zhèn)溧高速公路有限公司，金壇 213245；2. 蘇交科集團股份有限公司，南京211112)

公路建設(shè)反應(yīng)了一個地區(qū)的交通發(fā)達程度及經(jīng)濟整體發(fā)展水平[1]。然而，隨著經(jīng)濟的快速增長，交通量日益加大，車輛荷載不斷累積，使得瀝青路面承受著前所未有的壓力。路面病害不斷增多，不僅影響了公路的服務(wù)質(zhì)量，降低了路網(wǎng)的運輸效率，同時嚴重影響區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展。因此，需要通過必要的維修改造來改善這一狀況，維持公路的通行能力，提升公路的運輸效率和服務(wù)質(zhì)量。

選擇瀝青路面加鋪方案時，以往的經(jīng)濟評價未考慮公路日常養(yǎng)護維修成本等因素，經(jīng)常出現(xiàn)選用方案初期建設(shè)成本較低，但全壽命成本很高的情況。故在項目初期對公路項目進行基于全壽命周期的成本分析尤為重要。但影響項目效益的關(guān)鍵因素該如何評價，仍然是一個問題，文章主要引用我國當前公路經(jīng)濟分析與評價方法的既有成果，結(jié)合瀝青路面加鋪項目自身的特點來選擇。進而通過分析和比較不同的路面加鋪方案在項目全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟影響，選擇設(shè)計年限內(nèi)既能滿足服務(wù)需求，又能獲得最大經(jīng)濟社會效益的方案。

近年來，越來越多的學(xué)者將全壽命周期成本分析運用到交通運輸行業(yè)中，并取得了一定的成果。王一帆[2]將壽命周期評價法運用于公路橋梁領(lǐng)域，建立公路橋梁壽命周期環(huán)境影響評價模型和壽命周期環(huán)境成本分析模型。唐皓[3]從能耗的角度，應(yīng)用基于過程的壽命周期分析法，從原材料的生產(chǎn)、混合料的生產(chǎn)、現(xiàn)場施工和材料運輸四個過程研究了公路養(yǎng)護技術(shù)的能耗，并通過經(jīng)濟分析為方案決策提供依據(jù)。Wu D[4]通過基于概率的全壽命周期分析方法對工程案例進行了分析，表明該方法在公路行業(yè)的可行性與科學(xué)性。Adelino Ferreira[5]提出了貼現(xiàn)率敏感性分析的概念，通過LCCA系統(tǒng)分析的手段，發(fā)現(xiàn)最佳的路面結(jié)構(gòu)隨著折現(xiàn)率的變化而變化。

綜上，全壽命周期可為公路決策提供經(jīng)濟支持，但該方法在瀝青路面養(yǎng)護中應(yīng)用較少，尤其是路面加鋪工程，故將全壽命周期成本分析引入到瀝青路面加鋪方案中具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。

1 壽命周期費用分析

1.1 定義

全壽命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis，LCCA)是指對整個壽命周期內(nèi)產(chǎn)生的所有費用的總和進行分析，包括原材料的獲取和產(chǎn)品的使用費用等。建設(shè)項目的全壽命周期成本通常指工程從規(guī)劃到施工、運營，再到最終廢棄所產(chǎn)生費用的總和[6]。LCCA是對同類產(chǎn)品進行經(jīng)濟分析的有效工具，其最終目的就是實現(xiàn)全壽命周期內(nèi)產(chǎn)品效益的最大化。

LCCA是指在不同方案比選中，采用綜合費用成本最優(yōu)理論，而非將初始投資最少的方案作為最佳比選方案。與價值工程不同之處在于LCCA分析方案可以有效實現(xiàn)全壽命周期投資效益最優(yōu)化。相比于傳統(tǒng)的可行性研究報告，LCCA分析的主要目標在于費用需求分析，并且可以作為可行性研究報告的一部分。項目在實施過程中，通過LCCA分析有效控制壽命周期內(nèi)的費用需求時機和比例，對減少投資風(fēng)險，實現(xiàn)效益最大化具有極大的經(jīng)濟價值。

1.2 壽命周期成本組成

LCCA分析最初在橋梁工程中被應(yīng)用，直到上世紀90年代初期，AASHTO將其引入到路面設(shè)計中，迅速獲得認可并被大量應(yīng)用，成為公路項目投資決策的重要依據(jù)。根據(jù)我國道路的建設(shè)程序，可將全壽命周期劃分為以下四個階段[7]：規(guī)劃設(shè)計期、建設(shè)期、運營及最終廢棄，其中規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)施工費用均是圍繞工程建設(shè)產(chǎn)生，稱其為建設(shè)期成本；在公路的運營過程中，由用戶和養(yǎng)護維修管理所產(chǎn)生的費用被稱為運營期成本；公路壽命周期末期所產(chǎn)生的殘值，被稱為棄置成本。

根據(jù)前文理論分析可知，運營期成本包括了管理養(yǎng)護成本，出行用戶成本，以及對環(huán)境造成影響所產(chǎn)生的環(huán)境成本。根據(jù)相關(guān)文獻，用戶成本由車輛運營成本、交通事故費用及時間延誤成本等組成，其結(jié)果主要跟道路狀況和外界條件有關(guān)，測算難度較大[4]。環(huán)境影響成本逐漸引起行業(yè)的高度關(guān)注，但由于它的評價指標不明確，且費用取值難以量化，暫不做考慮。

綜上，LCCA分析的主要內(nèi)容包括三個部分：建設(shè)階段成本、運營期管養(yǎng)成本和最終的棄置成本。

2 壽命周期成本計算模型

2.1 確定功能單位

為確保不同路面結(jié)構(gòu)全壽命周期經(jīng)濟效益的可比性，需確定研究功能單位。選取雙向六車道公路半幅1km作為1個基本單元。由于各路面結(jié)構(gòu)規(guī)模不同，獲取各階段材料、機械的使用量相差很大，在經(jīng)濟投資上差別較大；再加上不同路面結(jié)構(gòu)使用壽命不一和養(yǎng)護維修措施的不同，均會對全壽命周期評價產(chǎn)生影響，需要建立一個橫向比較的平臺。將路面壽命周期成本分析的功能單位定義為一個基本單元經(jīng)歷一個設(shè)計使用年限(15年)所必需的經(jīng)濟成本投入，以確保評價結(jié)果之間的一致性和可比性。

2.2 壽命周期分析方法

壽命周期費用分析(LCCA)法應(yīng)用于路面經(jīng)濟分析，出現(xiàn)于上世紀70年代，被認為是較合理的方法[8]。根據(jù)1997年美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)調(diào)查，采用LCCA法來確定路面類型的機構(gòu)達到52個。文章嘗試采用這種方法來分析橡膠瀝青用于干線公路改造的路面結(jié)構(gòu)方案。

2002年版AASHTO新建和改建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計指南詳細介紹了LCCA的方法。分析過程主要包括下面8個步驟：

(1) 制定各種路面設(shè)計對策；

(2) 確定路面使用性能期，制定養(yǎng)護和修復(fù)活動時限；

(3) 估算管理部門費用；

(4) 估算使用者費用；

(5) 繪制開支(費用)流程圖；

(6) 計算壽命周期費用；

(7) 分析結(jié)果；

(8) 重新評估方案。

第2～6步適用于每一選用的方案。在第8步得出結(jié)論，路面設(shè)計者已能確定最經(jīng)濟的設(shè)計方案或最合適的設(shè)計方案。

在道路全壽命周期成本分析中，不同的投資發(fā)生在不同的時間節(jié)點上，初始建設(shè)費用發(fā)生在道路全壽命周期的前期，養(yǎng)護維修費用發(fā)生在壽命中期，殘值費用發(fā)生在壽命末期。在不同時間產(chǎn)生的花費，不能進行簡單疊加，可以說資金是時間的函數(shù)，會隨著時間的推移而增值。因此，要想比較各個方案全壽命周期成本之和，必須引入時間與資金的函數(shù)關(guān)系，將各個時間點產(chǎn)生的費用轉(zhuǎn)換為同一時間點產(chǎn)生的費用。

通過貼現(xiàn)率將分析期內(nèi)不同時間支出的費用轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值[9]，在此基礎(chǔ)上比較各方案的成本，采用費用凈現(xiàn)值法，其表達式如下：

(1)

式中，PWCx1,n為方案x1在分析期n年內(nèi)的總費用現(xiàn)值；ICx1為方案x1的初期修建費；RCx1,t、MCx1,t、UCx1,t分別為方案x1在t年的改建費、養(yǎng)護費和用戶費；SVx1,n為方案x1在分析期末(n年)的殘值；pwfi,t為貼現(xiàn)率i年份t的現(xiàn)值系數(shù)，pwfi,t=1/(1+i)t。

文章主要為公路管理部門決策提供一種新的思路與方法，故僅考慮管養(yǎng)費用，將油耗費、輪耗費等用戶費略去。

3 實例分析

近年來，橡膠瀝青得到了廣大道路工作者的青睞，不但在環(huán)境保護方面獨樹一幟，且具有優(yōu)良的路用性能。隨著該技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用也日益廣泛。為了定量分析橡膠瀝青在瀝青路面中的應(yīng)用前景，對橡膠瀝青AR-AC13和SMA-13，AC-13三種混合料的加鋪方案進行壽命周期成本分析[10-13]。

3.1 建設(shè)期成本計算

以SBS改性瀝青混合料AC-13、SBS改性瀝青SMA-13和橡膠瀝青混合料AR-AC13三種混合料為對象，進行壽命周期費用的對比分析。根據(jù)工程經(jīng)驗，擬定路面寬度為11.5m，結(jié)合實際調(diào)研確定三種混合料路面加鋪方案的修建費，見表1。

表1 不同面層瀝青混合料造價

3.2 運營管養(yǎng)成本計算

(1) 日常養(yǎng)護費用

日常養(yǎng)護費用是指日常運營中對公路進行的預(yù)防性養(yǎng)護和修補所產(chǎn)生的費用，是高速公路運營管理過程中重要的日常支出之一。根據(jù)相關(guān)文獻，日常養(yǎng)護費用主要跟路面類型、環(huán)境條件和交通量等影響因素有關(guān)。文章重點對壽命周期成本分析方法進行介紹，日常養(yǎng)護費用不做重點研究，因此結(jié)合實際調(diào)研將每年的日常養(yǎng)護費用定為每公里每年1萬元。

(2) 大中修養(yǎng)護費用

根據(jù)工程經(jīng)驗，SBS改性瀝青AC-13的壽命按10年計算，SMA路面的使用壽命按15年計算。橡膠瀝青路面根據(jù)其優(yōu)良的高溫性能和低溫抗裂性能，亦按15年估算。

在考慮大中修養(yǎng)護時，SBS改性瀝青AC-13在15年計算周期內(nèi)需要進行1次維修，而SMA路面和橡膠瀝青路面在周期內(nèi)均不需要大中修養(yǎng)護。大中修養(yǎng)護維修方案按照新建面層計算，見表2。

表2 30年壽命周期費用現(xiàn)值

3.3 棄置階段成本計算

棄置階段的殘值指路面喪失基本的行駛功能后具有的經(jīng)濟價值。路面殘值可以通過按剩余壽命占其預(yù)期使用壽命的比例來確定，是指一個項目的服務(wù)壽命超過了他的分析年限，然后對其剩余服務(wù)價值做估計。在不同的比選方案中，剩余服務(wù)壽命價值是不同的，這部分應(yīng)該在LCCA過程中進行考慮。對比方案剩余服務(wù)壽命的價值，計算公式如下：

SV=(1-LA/LE)Cr

(2)

式中，LA為最后一次養(yǎng)護的施工年份到壽命末(或分析期末)的年數(shù)；LE為該養(yǎng)護措施的預(yù)期使用壽命；Cr為該項改造措施的修建費用；SV為路面殘值。

用公式分別計算三種方案的路面殘值，結(jié)果見表3。

表3 三種方案在路面使用末期的路面殘值(1個基本單元)

3.4 壽命周期成本分析

分析壽命周期成本時，費用利率取8%，計算15年壽命周期內(nèi)上述三種材料的壽命周期費用，見表4。

表4 全壽命周期費用匯總 元

三種材料的費用由小到大排序：AR-AC13

4 結(jié)論

文章從全壽命周期角度出發(fā)，對路面的壽命周期成本進行分析，確定了瀝青路面加鋪方案壽命周期成本分析的組成部分，并建立各階段的分析模型，得到如下結(jié)論：

(1) LCCA分析方法在瀝青路面加鋪方案確定時具有很好的科學(xué)性和適用性。

(2) 確定了LCCA分析方法在瀝青路面加鋪方案研究中的具體步驟與模型，通過實例證明該方法在確定瀝青路面養(yǎng)護方案時可以減少投資風(fēng)險，實現(xiàn)效益最大化。

(3) 橡膠瀝青不僅初期修建費用比SMA-13、AC-13等混合料的初期造價低，而且從壽命周期費用角度分析，橡膠瀝青性價比最高。