李鵬飛

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

橋梁全壽命周期成本是在橋梁從規(guī)劃、設(shè)計、施工、使用到最終拆除和更換的壽命期間發(fā)生的經(jīng)濟成本、環(huán)境成本和社會成本[1-3]。

a)經(jīng)濟成本 建設(shè)成本、使用成本（能耗成本、維護成本和管理成本）和用戶成本。其中用戶成本是指橋梁初期施工、運營后日常維護和大維修所導致的用戶費用，包括使用延誤費（時間延誤、燃料消耗、駕駛員不適等）、車輛繞行營運費、交通事故等。

b)環(huán)境成本 工程產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)對于環(huán)境潛在的和顯在的不利的影響。

c)社會成本 工程產(chǎn)品在從項目構(gòu)思、產(chǎn)品建成投入使用直至報廢全過程中對社會的影響。

我國現(xiàn)代化橋梁建設(shè)發(fā)展較晚，尚無法建立基于全壽命周期的普適性統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因而本次全壽命周期成本分析（LCCA）部分數(shù)據(jù)參考了國外經(jīng)驗，通過查閱相關(guān)資料文獻建立費用模型。

1 依托工程簡介

“G3511菏寶線臨猗黃河大橋及引線工程”位于國家高速公路網(wǎng)濟廣高速公路菏澤至寶雞聯(lián)絡(luò)線晉陜界，是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”第十二橫聞喜東鎮(zhèn)至臨猗孫吉連接線的重要組成部分，同時也是山西南部西通陜西省渭南、西安兩市，達陜、甘、寧等地，東經(jīng)聞喜至垣曲高速公路至河南省濟源市，抵豫、鄂、皖等地的重要運輸通道。全線按雙向四車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計速度100 km/h，全長20.914 km。其中臨猗黃河大橋全長5 427 m，大橋設(shè)計水位為357.400，300年一遇的洪水流量為31 800 m3/s，是跨越黃河小北干流禹門口至潼關(guān)河段的特大型橋梁。臨猗黃河大橋以近百米的高度穿越長達6 km的黃河河谷，同時克服軟弱地基、強風、強震、強沖刷及環(huán)保要求嚴等諸多不利影響。該橋具有高墩（最大墩高100 m），大跨（主跨128 m），長聯(lián)（最大聯(lián)長1 912 m），頂推距離長（單邊頂推長度1 912 m）等特點，在我國公路橋梁建設(shè)中占有重要地位。

根據(jù)初步設(shè)計文件及歷次召開的專家評審會，確定初步設(shè)計階段重點研究方案有兩個：主跨128 m等截面連續(xù)鋼箱梁方案和主跨168 m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋型，其中鋼箱組合梁橋型根據(jù)鋼箱梁鋼材種類分耐候鋼組合梁與橋梁用結(jié)構(gòu)鋼組合梁（簡稱橋鋼組合梁）兩個方案進行對比。橋梁按照使用壽命周期為100年進行設(shè)計。

2 經(jīng)濟成本數(shù)據(jù)的確定

2.1 建設(shè)成本費用

從初步設(shè)計概算中提取不同設(shè)計方案的相應建安費用作為經(jīng)濟成本計算基數(shù)。這里分別選取方案一鋼箱組合梁橋型和混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋型進行LCCA分析。耐候鋼組合梁橋型的初設(shè)建安費用為230 790萬元，橋鋼組合梁橋型的初設(shè)建安費用為223 548萬元，混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋型初設(shè)建安費用為206 134萬元。

2.2 使用成本主要費用

2.2.1 日常維護費用

各橋型方案每年發(fā)生的日常維護費用參考晏宇所著的《全壽命成本分析與設(shè)計方案優(yōu)化》，混凝土梁橋方案按40萬元/km·a計算[1]；參考相關(guān)研究資料[1]，組合梁橋型方案按50萬元/km·a計算，計算結(jié)果如下：

a）耐候鋼組合梁橋每年按3.807×50=190.35萬元。

b）橋鋼組合梁橋每年按3.807×50=190.35萬元。

c）連續(xù)剛構(gòu)橋每年按3.856×40=154.24萬元。

2.2.2 檢測費用

擬定不同設(shè)計方案均考慮平均兩年檢測一次，混凝土結(jié)構(gòu)橋梁方案的檢測費用每次按初始投資的0.15%計取，鋼結(jié)構(gòu)橋梁方案的檢測費用每次按初始投資的0.2%計取；其中耐候鋼組合梁方案檢測內(nèi)容較混凝土梁少，參考混凝土橋梁方案的檢測費用每次按初始投資的0.10%計取。計算結(jié)果如下：

a）耐候鋼組合梁橋每兩年按230790×0.10%=230.79萬元。

b）橋鋼組合梁橋每兩年按223548×0.20%=447.096萬元。

c）連續(xù)剛構(gòu)橋每兩年按206134×0.15%=309.201萬元。

2.2.3 后續(xù)修復費用

不同設(shè)計方案均考慮在壽命期內(nèi)大修兩次，分別在第40、第80年，混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的大修費用按初期建設(shè)費用的20%計；參考混凝土橋梁方案，組合梁的大修費用按初期建設(shè)費用的20%計取。耐候鋼組合梁在橋梁壽命期內(nèi)不考慮防腐涂裝費用；橋鋼組合梁一般每20年需要換一次油漆，在全壽命周期內(nèi)按4次考慮，換漆費用按鋼橋初期建設(shè)涂漆費用的1.3倍考慮，鋼橋初期建設(shè)涂漆費用每噸鋼材約為1 000元，每噸鋼材換漆費用為1000×1.3=1300元/t。組合梁橋所用速度鎖定器42套，共計3 677萬元；混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋所用速度鎖定器30套，共計2 529萬元，在橋梁壽命期內(nèi)考慮更換一次，費用按初始安裝費用的1.1倍考慮[2]。

a）耐候鋼組合梁橋大修兩次每次按230790×20%=46158萬元。

b）耐候鋼組合梁橋更換阻尼器按3677×1.1=4044.7萬元。

c）橋鋼組合梁橋大修兩次每次按223548×20%=44709.6萬元。

d）橋鋼組合梁橋更換阻尼器按3677×1.1=4044.7萬元。

e）橋鋼組合梁橋4次涂漆每次按1300×61721/10000=8023.73萬元。

f）PC連續(xù)剛構(gòu)橋大修兩次每次按206134×20%=41226.8萬元。

g）PC連續(xù)剛構(gòu)橋更換速度鎖定器按2529×1.1=2781.9萬元。

2.3 用戶成本費用

用戶成本與橋梁結(jié)構(gòu)所處的路線、橋梁位置、交通狀況、橋梁結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)以及環(huán)境等因素相關(guān)，比較復雜。參考邵旭東等編著的《橋梁全壽命設(shè)計方法框架性研究》，擬定混凝土結(jié)構(gòu)橋梁分攤到每年的用戶成本費用為初期投資的0.36%，鋼結(jié)構(gòu)橋梁在壽命周期內(nèi)用戶成本所占初期投資比例較混凝土結(jié)構(gòu)橋梁稍低，橋鋼組合梁擬定為0.3%，耐候鋼組合梁擬定為0.28%[3-4]。

a）耐候鋼組合梁橋每年按230790×0.28%=646.212萬元。

b）橋鋼組合梁橋每年按223548×0.3%=670.644萬元。

c）PC連續(xù)剛構(gòu)橋每年按206134×0.36%=742.0824萬元。

2.4 殘值

發(fā)生在全壽命周期的末期，包括拆除費用及殘余價值兩部分，殘值按負值計入成本。采用2018版《公路工程概算定額》（JTG/T 3831—2018）及相關(guān)橋梁方案工程量對拆除費用進行初步估算，結(jié)論為連續(xù)剛構(gòu)橋拆除費用及建筑垃圾處理費用為15 358萬元，組合梁橋梁拆除費用及建筑垃圾處理費用為12 932萬元?；炷两Y(jié)構(gòu)橋梁殘余價值忽略不計，組合梁殘余價值按初期建設(shè)中的鋼箱（不分鋼種）2 500元/t考慮計算殘值。橋梁的拆除費用（拆除過程考慮20%的不可預見費用作為其他費用計入）如表1所示[5-6]。

a）耐候鋼組合梁橋殘值按61721×2500/10000=15430.25萬元。

b）橋鋼組合梁橋殘值按61721×2500/10000=15430.25萬元。

表1 橋梁拆除費用分析 萬元

綜上所述，兩種橋梁方案經(jīng)濟成本費用計算如下：

a）耐候鋼組合梁橋方案費用=230790+190.35×100+230.79×50+46158×2+4044.7+646.212×100+12932-15430.25=419848.2萬元。

b）橋鋼組合梁橋方案費用=223548+190.35×100+447.096×50+44709.6×2+4044.7+8023.73×4+670.644×100+12932-15430.25=455062.8萬元。

c）連續(xù)剛構(gòu)橋方案費用=206134+154.24×100+309.201×50+41226.8×2+2781.9+742.0824×100+15358=411819.8萬元。

3 環(huán)境成本

就目前而言，關(guān)于環(huán)境成本的研究相對沒有直接的量化結(jié)論，只能從定性分析入手探討。在全壽命周期內(nèi)，不同結(jié)構(gòu)方案橋梁均以建筑材料和設(shè)備的形式消耗自然資源和大量的能源，主要表現(xiàn)為環(huán)境負擔。例如，不可再生資源和能源的消耗，因項目建設(shè)施工排放到大氣、土壤和水中的建筑污染物，諸如CO2、CO、SO2、粉塵、固體廢棄物和噪聲污染，以及對土地的臨時占用、水土流失、空氣污染等生態(tài)破壞而發(fā)生的成本，項目所在地生物多樣性的影響等。本項目橋址處為黃河寬淺灘，且距離橋位不遠處為黃河濕地保護區(qū)和洽川國家級風景名勝區(qū)，選擇環(huán)境成本低的橋梁結(jié)構(gòu)方案對本項目而言，尤為重要。

混凝土結(jié)構(gòu)橋梁與鋼結(jié)構(gòu)橋梁方案相比，混凝土圬工數(shù)量相差很大。在制備混凝土圬工時，需要大量開采項目所在地的砂石料及水等資源，混凝土圬工數(shù)量越大，所耗費的自然資源及能源就越多，施工引起的環(huán)境破壞、污染及其他破壞性概率事件發(fā)生的可能性就越大，環(huán)境成本就越高。鋼結(jié)構(gòu)橋梁方案有效降低了混凝土圬工數(shù)量，所用鋼材多使用進口鐵礦石，可節(jié)省國內(nèi)資源；采用耐候鋼避免了鋼構(gòu)件涂裝對環(huán)境造成污染的可能，由于鋼構(gòu)件在遠離項目所在地的工廠內(nèi)加工，減少了對當?shù)刭Y源的攝取，減少了環(huán)境污染，降低了環(huán)境成本[7-8]。

4 社會成本

對當?shù)刈匀毁Y源的耗用及對當?shù)丨h(huán)境的破壞可能造成該地區(qū)的社會運行成本增加，并且增加社會的不安定因素；對項目區(qū)域內(nèi)的濕地保護區(qū)、風景名勝區(qū)的影響，可能對當?shù)芈糜涡袠I(yè)造成負面影響，進而影響到當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展。混凝土結(jié)構(gòu)橋梁與鋼結(jié)構(gòu)橋梁方案相比，對當?shù)刈匀毁Y源的耗用及對當?shù)丨h(huán)境的破壞要比鋼結(jié)構(gòu)橋梁高，混凝土上部結(jié)構(gòu)笨重不如鋼結(jié)構(gòu)輕盈，美觀性較差。從這一角度上講，混凝土結(jié)構(gòu)橋梁方案的社會成本要高于鋼結(jié)構(gòu)橋梁。

目前國內(nèi)鋼材產(chǎn)能過剩、鋼材需求疲軟，在大型橋梁設(shè)計過程中采用鋼結(jié)構(gòu)，符合國家產(chǎn)業(yè)政策[7-8]。

5 結(jié)論

鋼箱組合梁橋中的耐候鋼組合梁全壽命經(jīng)濟成本約為41.98億元，橋鋼組合梁全壽命經(jīng)濟成本約為45.51億元，較耐候鋼組合梁多3.53億元。臨猗黃河大橋混凝土橋型經(jīng)濟成本略低于鋼結(jié)構(gòu)橋型，不考慮折現(xiàn)率的情況下，方案一耐候鋼組合梁橋全壽命經(jīng)濟成本約為41.98億元，方案二PC連續(xù)剛構(gòu)橋全壽命經(jīng)濟成本約為41.18億元，耐候鋼組合梁較PC連續(xù)剛構(gòu)多0.8億元，全壽命經(jīng)濟成本定量分析部分基本相當。在定性分析全壽命環(huán)境成本和社會成本上，混凝土橋型高于鋼箱組合梁橋，但其成本價值暫無法量化。綜合以上，推薦采用方案一耐候鋼組合梁橋。