（道路与铁道工程专业论文）旧桥加固的经济评价研究.pdf

武汉理一i ：大学硕士学位论文 摘要 随着时间的流逝，任何新桥都会变成旧桥。在国外和国内，旧桥的加固维 修任务非常繁重，而且经济投入巨大。但是对旧桥加固的经济评价方面的关注 较少。一般认为，桥梁加固投入的一次性成本较少，旧桥加固投资都是“经济” 的投资。本文对旧桥加固的经济评价做了一些探讨。 经济评价需要从成本和效益两方面来进行考虑。旧桥加固亦是如此。 在成本的探讨上，通过全生命成本分析工具将旧桥加固的成本从加固施工 阶段的一次性投入拓展到旧桥加固后的整个生命周期，即从检测、设计、施工、 运营到报废的整个生命周期内的资金成本。同时，也考虑了旧桥加固项目生命 周期内的社会成本和环境成本。 在效益的探讨上，比较系统介绍了旧桥加固后的直接经济效益和间接经济 效益。根据旧桥加固后桥梁状态以及退化特点，通过基于结构可靠度的桥梁退 化模型来计算经济效益期望值，用结构抗力的衰减速率来表征桥梁的退化率， 以此来反映加固后旧桥经济效益与新建桥梁的不同之处。同时，也对旧桥加固 的社会效益和环境效益做了简要描述。 公共基础项目投资评价一般采用“费用效益分析方法”。随着经济发展 与社会进步，投资评价已经从单一的经济评价过渡到由经济评价、社会评价和 环境影响评价组成的评价系统。项目的社会成本效益，环境成本效益难以计量， 这两项评价目前仍处于定性描述阶段。根据旧桥加固的特点，本文建立二级多 目标模糊评价决策系统，将经济评价、社会评价和环境影响评价通过构建模糊 评判矩阵的方法量化，进行项目评价决策。 关键词：生命周期成本收益结构可靠度费用效益分析模糊评价 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h et i m eg o i n g ，a n yn e wb r i d g ew i l lb et u r n e do l d a tp m s e n t ，i ti sv e r y s t r e n u o u st om a i n t a i no rr e i n f o r c et h eo l db r i d g e ，a n di t s p e n d se n o r m o u s l yo n d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a l b u tt h e r ea r el e s sc o n c e r n so ne c o n o m i ce v a l u a t i o nt ot h e r e i n f o r c e m e n to fo l db r i d g e s g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h eb r i d g er e i n f o r c e m e n tc o s tv e r y l e s sa tt h ec o n s t r u c t i o n ，t h ei n v e s t m e n ti s e c o n o m y “t h i sp a p e rd o e ss o m e d i s c u s s i o n st ot h ee c o n o m i ce v a l u a t i o no nt h eo l db r i d g er e i n f o r c e m e m e c o n o m i ce v a l u a t i o nn e e d sc o s ta n db e n e f i t s od o e st h e o l d b r i d g e r e i n f o r c e m e n t i nt h ed i s c u s s i o no ft h ec o s t ，i ti se x p a n s i o nf r o mt h ed i s p o s a b l ei n p u ta t c o n s t r u c t i o nt ot h ew h o l el i f ec y c l ec o s t ，f r o md e t e c t i o n ，d e s i g na n do p e r a t i o n ，t o i n v a l i dt h r o u g ht h el i f ec y c l ec o s t ( l c c ) m e a n w h i l e ，t h eo l db r i d g er e i n f o r c e m e n t p r o j e c ts o c i a lc o s ta n de n v i r o n m e n t a lc o s ti nl i f ec y c l ea r ec o n s i d e r e d i nt h ed i s c u s s i o no fb e n e f i t ，t h ed i r e c te c o n o m i cb e n e f i t sa n di n d i r e c te c o n o m i c b e n e f i t so fo l db r i d g er e i n f o r c e m e n tp r o j e c ta r ei n t r o d u c e ds y s t e m a t i c a l l y t h e r e i n f o r c e do l db r i d g es e r v i c es t a t ea n dd e g r a d a t i o nr a t ei sn o ta ss a m ea st h en e w b r i d g e t h r o u g hb a s e do ns t r u c t u r a lr e l i a b i l i t yb r i d g em o d e l ，w ec a nc a l c u l a t et h e e x p e c t e dv a l u eo fe c o n o m i cb e n e f i t s ，a n du s et h es t r u c t u r er e s i s t st h ed e c a ys p e e do f s t r e n g t ht od e s c r i b et h ed e g r a d a t i o nr a t eo ft h eb r i d g e t h ee c o n o m i cb e n e f i t s d i f f e r e n c eo ft h eo l db r i d g ea n dn e wb r i d g ei sr e f l e c t i o n m e a n w h i l e t h eo l db r i d g e r e i n f o r c e m e n tp r o j e c ts o c i a lb e n e f i ta n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i th a v eb e e nd e s c r i b e d b r i e f l y c o s t - b e n e f i ta n a l y s e s ”i sag e n e r a le v a l u a t i o nm e t h o di np u b l i cb a s i cp r o j e c t i n v e s t m e n t w i t l le c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n ds o c i a lp r o g r e s s t h ei n v e s t m e n t e v a l u a t i o nh a st r a n s i t e de v a l u a t i o ns y s t e mm a d eu pf r o ms i n g l ee c o n o m i ce v a l u a t i o n b ye c o n o m i ce v a l u a t i o n s o c i a le v a l u a t i o na n de n v i r o n m e n t a li m p a c te v a l u a t i o n n l e s o c i a lc o s t - e f f e c t i v eo ft h ep r o j e c t ，t h ee n v i r o n m e n t a lc o s t e f f e c t i v ei sd i f f i c u l tt o m e a s u r e ，t h e s et w oi t e m se v a l u a t i o n sa r ed e t e r m i n e di nt h en a t u r ed e s c r i p t i o ns t a g ea t p r e s e n t a c c o r d i n gt oo l db r i d g er e i n f f ) r c e m e mc h a r a c t e r , t h i sp a p e rs e t su ps e c o n d 武汉理工大学硕士学位论文 r a n km a n yg o a lf u z z ye v a l u a t i o ns y s t e mt oe v a l u a t et h eo l db r i 起er e i n f o r c e m e n t p r o j e c t k e yw o r d s ：l c c b e n e f i ts t r u c t u r a lr e l i a b i l i t yc b a f u z z ye v a l u a t i o n i l l 武汉理工大学硕十学位论文 1 1 桥梁的运营现状 第1 章绪论 桥梁建成投入使用后，因反复承受车辆的磨损、冲击，遭受暴雨、洪水、 风沙等自然力的侵蚀等原因，必然导致桥梁使用功能和行车服务质量日趋退化， 产生病害、出现缺陷，从而影响到相应地区的经济发展和社区的生活品质。据 统计，在西方发达国家，占建筑工业总投资4 0 以上的份额被用于既有结构的 维护与加固，而将不足6 0 的份额用于新结构的建设 j l p o ，这一现象已引起了世 界各国科技工作者和政府部门的高度重视。 1 1 1 国9 1 , 1 b 桥情况 美国标准局1 9 7 5 年的调查表明【l 】1 3 1 1 ，美国全年各种腐蚀的损失为7 0 0 亿美 元，其中混凝土中钢筋腐蚀损失占4 0 。1 9 8 7 年美国国家材料顾问团的一份报 告指出，在美国约有2 5 3 0 0 0 座桥梁的面板使用超过2 0 年，性能逐步劣化，并 以每年3 5 0 0 0 座的速度递增。1 9 8 9 年美国运输部门给国会的一份关于美国公路 与桥梁状况的报告中指出：“现在积压着有待修补的混凝土桥梁的维修费是1 5 5 0 亿美元【l l o 在英国，英格兰岛的中环线快车道上有1 1 座高架桥( 全长2 1 k i n ) ，总建造费 ( 1 9 7 2 年) 是2 8 0 0 万英镑。由于冷天撒盐除冰，两年后就发现钢筋腐蚀导致混凝 土涨裂。到1 9 8 9 年的1 5 年问，修补费己达4 5 0 0 万英镑，估计以后1 5 年间的 维修还要耗费1 2 亿英镑。英国环保部门的一份报告估计，英国建筑工业的年成 交额为5 0 0 亿英镑，而现在因腐蚀破坏，钢筋混凝土结构年维修费已达5 5 亿英 镑( 占l1 ) ，成为英国一个沉重的财政负担【“。 1 1 2 我国的旧桥情况 2 0 0 3 年，广东省中山市桥梁普查结果显示，全市共有桥梁2 9 1 1 座，其中处 于较差状态的三类桥和处于坏的以及危险的四类桥为7 8 1 座，占总数的近三成。 今年，最新的复查结果中又增添了5 座危桥。这就是说，平均每4 座桥梁中就 有一座危桥。这些危桥遍布全市2 4 个镇区。完成全市7 8 6 座危桥的改造任务， 武汉理一i ：大学硕士学位论文 资金总投入约6 1 9 亿元，市、镇、村三级财政平均每年需投入建设资金达2 0 6 亿元【”。 交通部公路科学研究所在西部交通建设科技项目公路旧桥检测评定与加 固技术的研究的可行性研究报告中指出“在我国通车公路中，现有各式各样 的桥梁共2 4 0 6 3 0 座9 6 5 5 1 1 2 延米。其中特大桥1 1 3 9 座1 0 8 1 8 2 3 延米，占 o 5 0 d 1 1 2 大桥1 2 7 4 1 座2 1 3 4 7 8 3 延米，占5 3 2 2 1 ，中桥5 0 5 2 1 座2 5 5 9 3 5 3 延米，占2 1 0 2 6 5 ，小桥1 7 6 2 2 9 座2 8 7 9 1 5 3 延米，占7 3 2 纪9 8 ，中、小 跨径桥梁占9 4 2 哆5 6 3 ，它们中间的6 1 6 主要分布在技术标准低、通行能力 差的县乡公路上，这些桥梁的荷载标准大多为汽1 3 、拖6 0 或汽1 5 、 拖8 0 ，还有相当一部分桥梁的荷载标准仅为汽1 0 ，履带5 0 ，甚至 低于汽车l o 级。截止2 0 0 0 年底，全国查出危桥5 1 7 6 座，达1 8 6 6 3 2 延米。” 【3 】o 一方面是桥梁维修加固任务非常严重，而另一方面却是桥梁的养护维修资 金往往不足，难以完成所有桥梁的维修处治需求，资源分配方面缺乏客观的评 判标准和科学的决策手段，仅仅凭主观判断来分配。决策过程中由于受经验的 限制，缺乏对桥梁缺损种类及其程度的定量掌握，经常导致桥梁养护及维修方 案的不合理，最终桥梁总体状况迅速恶化。 1 2 桥梁管理系统 桥梁管理系统可以定义蔓j 2 1 1 4 决策者在桥梁管理中寻求投资有效分配方案， 优化利用桥梁可用资源，包含信息采集、信息分析和方案决策的管理方法和工 具，是桥梁管理与现代科学技术相结合的产物。建立桥梁管理系统，必须以系 统思想为指导，综合运用系统分析、运筹学、经济学、工程技术以及计算机技 术，考虑技术、经济、社会和政治等方面因素，最终目的是协调桥梁管理内容， 促使桥梁管理工作系统化。 桥梁管理系统运行的基础是桥梁综合数据库。通过数据处理和系统中的专 家知识库，对桥梁的技术状况作出准确评价，提出切实有效的处治措施及其优 先选用次序。除了可以安排实施必要的日常养护，还可以在恰当的时候安排维 修加固，使桥梁处于最佳的工作状态。当桥梁使用一定年限后，可以检验桥梁 养护投资是否正确，同时预测桥梁的使用期限，优化桥梁养护费用计划，使资 金能得到最合理有效的利用，从而达到桥梁管理决策的快速化、自动化和系统 化。桥梁管理系统的建立能为桥梁管理部门的决策人提供科学的管理工具和方 2 武汉理工大学硕士学位论文 法，使资源得到最大程度地利用和发挥。 一个完整的桥梁管理系统，要达到有效实现协调桥梁各项管理活动、辅助 桥梁管理部门正确决策、使桥梁管理过程系统化的目的，一般应包括下列四个 基本子系统： 1 数据采集及数据库管理子系统：是系统的核心，完成整个系统的所有数据 库的管理工作，包括数据的编辑、修改、校验等，并进行数据的检索、查询、 常用桥梁卡片的打印等功能。其余模块或子系统均以此为基础进行工作，共同 完成桥梁管理功能。 桥梁管理系统必须建立在大量信息的基础上，以数据作为支承。数据的质 量和数量直接影响系统的正常运行及功能的可靠性，是桥梁管理系统建立的基 石。但这并不意味着数据越多越好，相反，数量有限而意义重大的数据比数量 多意义较小的数据更有益。 桥梁数据库中应该包含桥梁管理系统所需的各种桥梁相关信息。主要有： 桥梁结构设计数据、旋工数据、养护改建历史数据、技术状况数据、费用数据、 交通环境数据等。桥梁管理系统的所有功能和决策都来源于数据库。 2 桥梁技术状况评价子系统：依据桥梁技术状况监测系统采集的数据，选 择能反映桥梁结构特点、功能特点、服务特点、管理特点的指标，按照一定的 标准迸行评定，其结果是进行桥梁养护对策分析，需求分析以及项目优化排序 的重要依据。 3 桥梁技术状况预测子系统：预测桥梁在车辆荷载及环境因素作用下技术 状况的变化规律及采取某种养护维修措施后，桥梁技术状况随时间或交通变化 的规律。这是制定桥梁养护维修中、长期计划及进行寿命周期费用分析的依据。 4 养护维修计划子系统：分析年度或中长期需要采取多种不同养护措施的 桥梁数量或资金需求。它是确定管理目标、制定养护政策、估计费用需求的重 要依据。主要包括： ( 1 ) 养护维修对策选择模块：依据桥梁技术状况，综合考虑技术、材料、环 境、经济等因素，选择技术上先进、经济上合理的对策方案； ( 2 ) 费用效益分析模块：分析处于某种技术状况的桥梁采取某种对策所 需的费用及产生的效益以便选择费用效益最佳对策方案； ( 3 ) 优先次序排列模块：根据桥梁的不同指标制定排序规则，按此规则对桥 梁网内需要养护维修的桥梁排定先后次序。 武汉理：l ：大学硕十学位论文 1 3 旧桥加固的经济评价 1 3 1 旧桥加固经济评价研究的意义 公路建设项目经济评价目前普遍以交通部1 9 8 8 年6 月颁发的水运、公路 项目可行性研究报告编制办法和1 9 9 3 年国家计委和建设部发布的公路建设 项目经济评价办法为依据。但是对旧桥进行经济评价却鲜见论及。 对于旧桥加固来说，从目前阶段而言，与新建项目比较，缺乏一套比较严 谨的经济评价和项目决策方法，但是作为投资法人，有一套比较先进、科学、 完整的评估方法以进行决策，对项目实施过程及实施过程后的经济效果方面将 有非常重大的意义。 一个建设项目的建设期间大致分四个阶段【7 j ：项目的策划和决策阶段；项目 实施前的准备工作阶段；项目实施阶段：项目建成和总结阶段。项目策划和决 策阶段要决定项目的规模、方案、技术、进度等，任何一项决策的失误，都有 可能导致后期很大的资金损失。应该说，项目策划和决策阶段的工作是投资项 目的首要环节和重要方面，对投资项目能否取得预期的经济、社会效益起着关 键的作用。但是旧桥加固项目在决策上给人的第一反应是加固方案的技术选择， 而缺乏加固经济合理性上的评判，从这一点上来讲，其策划和决策阶段决策方 法是不系统和不科学的。 应该说，我国的基本建设在计划经济时代是很少算“经济帐”的。但是经 过将近3 0 年的改革开放，工程经济思想有了很大的充实和进步，工程造价的控 制深入人心，但是在理论和管理方面和西方发达国家仍然有很大的差距。对于 基本建设领域的“改建”项目，前期的可行性研究不重视和不深入是一个突出 表现。就交通基本建设而言，当我们面对投入的越来越庞大的加固资金，如果 前期对其经济性不给予足够重视，策划和决策不够科学和严谨，可能会导致资 金投入的巨大浪费。 1 3 2 本文旧桥加固经济评价的讨论范围的界定 对旧桥加固进行经济评价是桥梁管理系统决策管理的重要组成部分。本文 中把进行旧桥加固经济评价限定在以下条件： 1 在路网中意义和影响比较大的桥梁； 2 按照长安大学陈雅琴建立的桥梁养护典型对策库【2 】，其对应的养护应在 大修范围，且投资较大： 4 武汉理1 ：大学硕士学位论文 3 对桥梁加固方案的经济评价着眼点在于其理论和方法，对于具体操作中 的细节问题，如影子价格、税金的剔除等，在本文中不做探讨。 表1 1桥梁典型养护对策库 对策类别病害类型具体方法 清理桥面杂物，保持桥面清洁；疏通泻水孔： 正常保养 清理伸缩缝；钢支座加润滑油；构件的除锈、 届漆 蜂窝 露筋 麻面 表层 1 混凝土修补法：包括直接灌筑、喷射及压浆： 空洞 缺陷2 水泥砂浆修补法：包括人工涂抹法和喷浆修 类 磨损 补法。 剥落 脱落 变形 小修维护网裂 裂缝 斜向裂缝 l 孩0 槽封闭或凿槽嵌补；2 扒钉钉合或钢箍加 纵向裂缝 固封闭裂缝；3 加配钢筋修补法；4 钢板粘贴 类修补法；5 康面喷浆修补法；6 柔性表面封闭 竖向裂缝 法；7 灌浆封闭法。 吊装裂缝 桥面铺装破损修补桥面铺装层 伸缩缝破损连续式桥面修理法 加垫油毛毡法 支座位移 增加支座垫块法 中修 重新浇筑混凝土 加固桥面板 桥面板破损 加设传布荷载的横梁 更换桥面板 吊架修补法 行车道板损坏 掉换面板法 凿接桥面法加同 主粱端破损开裂 钢板粘贴加固法 武汉理工大学硕士学位论文 台背换填士减轻荷载法 增厚台身 桥台水平位移 更换台后填土并加便粱 支撑过梁加固 挡墙、支撑杆或挡块加固 墩身开裂围带加周 主梁承载力不足体外预应力拉杆法加固 墩台扩大基础加固 墩台承载力不足 增补桩基加固 支撑梁法 桥台水平位移台厉加孔减轻荷载法 锚定扳法 桥台沉陷加桩加固 加设钢筋混凝土腰箍 墩台破损严重，桥台断裂 台后加设挡土墙 大修 钢丝网水泥拱圈内壁喷射加同 拱桥内壁剥落、松散、老化 钢筋混凝土拱圈内壁浇注加固 拱圈开裂 原拱上增设钢筋混凝土拱圈 拱脚位移原拱上增设钢拉杆加固 拱圈强度不足拱桥钢板箍与螺栓锚同法 拱肋截面扩大加同法 拱肋强度不足 环氧胶液或环氧砂浆粘贴钢板或钢筋加固 桥台水平位移增设肋拱加固法 横向联系不够增加横系梁截面加同法 桥宽不够桥梁加宽 1 3 3 论文的主要内容 1 旧桥加固成本的探讨。 对旧桥成本做了两个展拓。第一是在时间上的展拓，将旧桥加固的成本从 建设期的投入，展拓为设计期、建设期、运营期和报废期生命周期内的花费。 目前国内工程界对成本的理解，旧桥加固的成本仅仅为旧桥加固施工时的一次 6 武汉理工人学硕士学位论文 性投入。方案比选中，通常理解为旧桥加固比重建桥梁有更好的经济性。但是， 大量的实例证明，初期的投入只占整个项目生命周期成本的很小一部分。对一 个项目成本的科学的考察方法，应该是综合其设计期、建设期、运营期、报废 期的全部生命周期投入的综合考虑：第二是在内涵上的展拓，旧桥加固的成本 不仅仅只是资金意义上的成本，还应该考虑其项目的生命周期内的社会成本和 环境成本。 2 旧桥加固收益的探讨 旧桥加固项目作为公共基础建设项目，其效益更多的是表现在对整个社会 经济发展的贡献上。其效益有交通建设项目固有的特点，难以计量。根据就是 要遵循费用效益计算范围对应一致的基本准则。探讨旧桥加固后直接收益和问 接收益，并考虑资金的时间价值，以便于折现对比。其次，旧桥加固项目有其 本身的特点，就是其加固后桥梁状态不可能达到新建桥梁标准。而且在评价期 问内衰退的速率较新桥更快。桥梁状态与桥梁的交通流量直接相关，而运量则 决定了桥梁的效益。结合桥梁的退化模型进行桥梁收益的探讨，并注意旧桥加 固后其退化速率对桥梁收益的影响。 与旧桥加固的成本类似，旧桥加固的收益，不仅有时间上的延伸，也有范 围上的拓展。旧桥加固项目同样也会给当地带来或多或少的社会效益和环境效 益。旧桥加固的效益也应该展拓到经济效益、社会效益和环境效益一体上来。 3 旧桥加固经济评价模型的探讨 公共投资项目评价的基本方法是“费用效益分析法”以及以之拓展的 “费用效果”分析方法。毫无疑问，旧桥加固项目在其生命周期内，会在 经济、社会和环境影响方面产生相应的成本和收益，但是由于社会评价和环境 影响评价难以量化，现在仅限于定性描述阶段，对旧桥加固决策起到决定作用 的仍然是经济评价。根据旧桥加固项目的特点，本文探讨了基于多模糊多层次 评价系统进行旧桥加固方案的经济评价。 武汉理i ：大学硕士学位论文 第2 章旧桥加固的生命周期成本分析 由我国工程界提出并大力推行的全过程工程造价管理模式，只考虑设计到 施工这个过程的成本，而不考虑将来的运营维护成本，人为地把建设阶段和运 营维护阶段割裂开来，严重影响项目在将来运行的经济性。从长远看来，设施 未来的运营和维护成本要远远大于它的建设成本，前期建设成本的高低对将来 运营维护成本的高低有重大影响。美国v e t e r a n s a f f a i r s 机构负责全国1 7 2 家医疗 中心共2 0 0 0 栋建筑的运营和维护，该机构采用4 0 年分析周期和5 的折现率进 行生命成本分析，发现运营和维护费用是建造费用的7 7 倍垆j 。毫无疑闯，这种 成本管理的方法将难以收到很好的效果。究其原因，是对“成本”定义的理解 错误，认为成本只是建造期间的一次性投入，后期的各种费用已经不属于成本 范畴。 范立础先生早在2 0 世纪8 0 年代就曾指出1 1 4 j ：“一座桥梁设计完成以后，提 出造价指标不能单一反映投资额大小，还应包括桥梁整个使用期限内的养护、 维修等运营费用在内。因为初期投资小，后期维持使用费用大的桥梁方案，就 不是一个合理的最佳方案，而是最差的方案。” 2 1 生命周期工程造价管理的意义 2 1 1 工程生命周期 建设项目的生命周期是一个复杂的概念。按照r i c s 的g l i f ec y c l ec o s t i n g ： aw o r ke x a m p l e ) ) 的说法，“建设项目的生命周期一般可以划分为项目的建造阶 段、运营阶段和清理阶段，而且项目的建造、运营和清理阶段还可以进一步划 分成更详细的阶段，这些阶段构成了一个建设项目的生命周期。”阴。 2 。1 2 生命周期工程造价管理的含义 采用生命周期工程造价管理方法的根本出发点是要求人们从工程项目生命 周期出发去考虑造价和成本问题。其中最关键的是要实现工程项目整个生命周 期总成本的最小化。由此可以说，生命周期工程造价管理是工程项目造价管理 8 武汉理工大学硕士学位论文 中的一种更为先进的指导思想和方法，已经得到了世界银行等国际性金融机构 认可和大力推广。 2 1 3 生命周期工程造价管理的优越性【5 】 1 从时间跨度的角度来看，生命周期工程造价管理要求人们从工程项目生 命周期出发去考虑造价和成本问题，它覆盖了工程项目的生命周期，考虑的时 间范围更长，也更合理。 2 从投资决策科学性角度来看，生命周期成本分析( l c c a ) ，指导人们自 觉地、全面地从工程项目生命周期出发，综合考虑项目的建造成本和运营与维 护成本，从多个可行性方案中，按照生命周期成本最小化的原则，选择最佳的 投资方案，从而实现更为科学合理的投资决策。 3 从设计方案合理性角度来看，工程项目生命周期造价管理的思想和方法 可以指导设计者自觉地、全面地从项目生命周期出发，综合考虑工程项目的建 设造价和运营与维护成本，从而实现更为科学的建筑设计和更加合理的建筑材 料选择，以便在确保设计质量的前提下，实现降低项目生命周期成本的目标。 4 从工程项目实施的角度来看，工程项目生命周期造价管理的思想和方法 可以在综合考虑生命周期成本的前提下，使施工组织设计方案的评价、工程合 同的总体策划和工程施工方案的确定等方面更加科学合理。 5 从环保和生态的角度来看，生命周期工程造价管理从工程项目生命周期 出发去考虑造价和成本问题，使得人们可以在生命周期的各个环节上，通过合 理的规划设计，采用节能、节水的设施和符合国家标准的、节约型的、无污染 的环保建材，加强可回收物的收集和储存，实施施工废物处理，一次性装修到 位等措施，在生命周期成本最小化的前提下，达到环保和生态的目的，提高工 程项目建设的社会效益。 从以上几点我们可以看出，生命周期工程造价管理比我国目前流行的全过 程工程造价管理，蕴涵的逻辑空间和工程造价含义内容更宽阔，理论和观点更 优越。 2 2 生命周期成本的概念和分类【s 1 1 9 1 2 2 1 基本概念 1 命周期成本分析相关概念 9 武汉理工大学硕士学位论文 美国国家标准和技术局手册把生命周期成本分析和生命周期成本定义如 下： ( 1 ) 生命周期成本分析( l i f ec y c l ec o s t a n a l y s i s ，l c c a ) 是为了估价获得或运行一个项目、资产或产品的在其生命周期内所有相关 成本的一系列技术。 ( 2 ) 生命周期成本( l i f ec y c l ec o s t ，l c c ) 是指一个建筑物或建筑物系统在一段时期内的拥有、运行、维护和拆除的 总的折现后的货币成本。生命周期成本包括初始化成本和未来成本。 ( 3 ) 初始化成本 是在设施获得之前将要发生的成本，即建设成本，也就是我国所说的工程 造价，包括投资成本、购买和安装成本。 ( 4 ) 未来成本 是指从设施开始运营到设施被拆除期间所发生的成本，包括能源成本、运 行成本、维护和修理成本、替换成本、剩余值( 任何转售、抢救或处置成本) 。 运行成本是年度成本，去掉维护和修理成本，包括在设施运行过程中的 成本。多数这些成本与建筑物功能和保管服务有关。 维护和修理成本又分为维护成本和修理成本，为了进行l c c a ，把它们组 合在一起，应该注意这两个成本之间有着明显的不同。其中，维护成本是和设 施维护有关的时间进度计划成本。修理成本是未曾预料到的支出，是为了延长 建筑物的生命而不是替换这个系统所必须的。一个例子是修理一个被撞坏的护 拦。 一些维护成本每年都会发生，其他的频率会小一些。修理成本按照定义是 不可预见的，所以预见它什么时候发生是不可能的。为了分析简单，维护和修 理成本应该被当作年度成本来对待。 替换成本 是对要求维护一个设施的正常运行的主要的建筑系统部件的可以预料到的 支出。 替换成本是由于替换一个达到其使用寿命终点的建筑物系统或部件而产生 的。一个替换成本的例子是替换一个伸缩缝。 剩余值 是个建筑物或建筑物系统在l c c a 研究周期末的纯价值。不像其他的未 来支出，一个选择方案的剩余值可以是正值负值。 2 其他涉及到的概念 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 研究周期 研究周期是所有权和实施支出被估计的一段时间。典型地，研究周期的范 围可以是2 0 到4 0 年，它依赖于所有者的意愿、使用项目的稳定性、贯穿设施 全部生命周期的意图。研究周期的长度通常是设施意愿生命周期的反映，研究 周期通常比设旌意愿生命期略短。 美国国家标准和技术局手册州i s t ) 把整个研究周期分为两个阶段：计划建设 期和服务期，计划建设期是从研究之日开始到建筑物可以运作( 服务期开始) 为 止。服务期是从建筑物可以运行开始到研究结束为止的这一段时期。 ( 2 ) 折现率 折现率按照“l i f ec y c l ec o s t i n gf o rp r o f e s s i o n a l s ，2 n de d i t i o n ”的定义为反 映投资者货币时间价值的利息率。 一般地，利息率会使投资者现在接受一笔报酬与将来接受一笔更大的报酬 的选择没有区别。 n i s t 把折现率的定义更进一步分为两种类型：实际折现率和名义折现率。 两者之间的区别是实际折现率不包括通胀率，名义折现率包括通胀率。这并不 是说实际折现率忽视通胀，它们的使用只是简单地消除现值等式中通胀的会计 学的复杂性。 ( 3 ) 不变价 正如折现率可以定义为或是实际的或是名义的，所以成本也可以这样定义。 n i s th a n d b o o k1 3 5 ，1 9 9 5e d i t i o n ，定义c o n s t a n td o l l a r s 为“依赖于某一参照年 统一的购买力的货币形式并排除一般的价格上涨或下降”，n i s t 定义现币价 ( c u r r e n t d o l l a r s ) 为“非统一购买力的货币值，包括价格的上涨和下降，在其中实 际价格被声明。” 当在现值计算时用的是实际折现率，成本必须以c o n s t a n td o l l a r s 来表示，同 样，在现值计算时用的是名义折现率，成本必须用c u r r e n td o l l a r s 来表示。在很 少的情况下，通胀率为零，c u r r e n td o l l a r s = c o n s t a n td o l l a r s 并且实际折现率等于名 义折现率。 ( 4 ) 现值 为了精确地组合初始支出和未来支出，所有支出的现值必须被定义。n i s t h a n d b o o k1 3 5 ，1 9 9 5e d i t i o n ，定义现值为“过去、目前或未来的现金流量作为 以基年为初始年的时间均衡价值”。 现值计算要用折现率和时间，一个已发生的或将要发生的成本要以研究期 的基年建立成本的现值。因为所有的初始支出大约在同一时间发生，初始支出 武汉理工大学硕士学位论文 被认为在研究期的基年发生。因此，没有必要计算初始支出的现值，因为现值 等于他们的实际成本。 未来成本现值的决定依赖于时间。初始化成本的时间和未来成本时间的时 间周期是不同的。初始化成本在研究周期的0 年，即基年发生。未来成本可能 在第1 年到研究周期末之间任何一个时间发生。现值计算是允许初始化成本和 未来成本可以相加的平衡装置。 和时间一起，折现率也表示未来成本的现值。因为目前的折现率是一个正 值，未来的支出会有一个比它们发生时刻的成本少的现值。 未来成本可以被分为两个范畴：一次性成本和重复发生的成本。重复发生 的成本是在研究周期范围内每年都会发生的成本。许多运行成本和维护成本都 是重复发生的成本。一次性成本不是在研究周期范围内每年都发生的成本。许 多替换成本都是一次性成本。为了简化l c c a ，所有重复发生的成本表示为每年 末发生的年度支出，一次性成本发生在它们实际发生的年末。 2 2 2 成本分类 1 生命周期成本按时间分类 生命周期成本按时问来分，可以分为初始化成本和未来成本，而未来成本 又分为两个范畴，一次性成本和重复发生的成本。重复发生的成本( 即年度成本) 包括：维护成本、修理成本、运行成本、管理成本等等，一次性成本( 即非年度成 本) 包括：改建成本、大修成本等，如图2 1 所示。 图2 1 生命周期成本按时间分类 1 2 武汉理上大学硕士学位论文 2 生命周期成本按相关内容分类 生命周期成本按相关内容分类如图2 2 所示。 图2 2 生命周期成本按相关内容分类 3 按生命周期成本范畴分类 首先生命周期成本被定义为三个范畴：建设成本、运行和维护成本、替换 成本。每个成本范畴又被分为一些子范畴( 例如资本、安装、维护等适合于本范 畴的子范畴) ，直到成本函数可以定义为止。为了清楚起见，上述成本范畴的分 解可以用树型结构来表示，以房屋为例，如图2 3 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 3 生命周期成本按成本范畴分类 如果某个子成本范畴的成本函数不能给出，则要继续进行分解，把分解后 的子成本加到成本树中去。 现在的关键是定义成本函数，对l c c 模型来说，数据的提供是一个艰巨的 任务，需导入大量数据来计算每一方案的生命周期成本，然后比较备选方案的 优劣。成本函数是提供这些成本信息的最令人满意的方法，基础设施某一部件 的建设成本、运行和维护成本可以定义成一个和多个变量的数学函数，这些变 量可以表示物理大小、天然特性、流量、容积或设施部件的类型。模型和数据 的录入效率要求成本函数越少越好。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 生命周期成本的计算公式和分析步骤 2 3 1 计算公式 一个项目的生命周期成本是把每种成本的现值加起来，并且减去现金流入 的现值。 j 简单的通用公式如下 生命周期成本= 初始化建设成本+ 运行+ 维护+ 修理十能源+ 水+ 替换剩 余值 可以把上述公式表示为以下数学模型。 2 生命周期成本计算的数学模型( 按运营成本、维护成本和残值来划分) rr l c c = c o + p p 屹。+ m x p v 。, , 一s x p v ( 2 1 ) t - - 0t = 0 c o ：初始化建设成本( 即建设投资或工程造价，包括征地成本、设计成本、 建筑成本等) d ：运营成本( 年度成本包括能源、清洁等) m ：维护成本( 年度成本和替换、修缮成本) s ：残值 p ：现值和 t ：生命周期 t ：时间变量 ，：折现率 p v ：折现系数 2 3 2 分析步骤1 5 1 9 1 1 定义问题，详细说明目标和分析的约束条件； 2 确定达到目标的可行方案： 在开始l c c a 之前，项目备选方案应该被建立。这些各选方案应该有明显 的不同并且是项目涉及到的问题的可行解。被选中的方案应该是最合理的并且 是对项目问题来说是最有效的成本效益解决方案。最少应该要有三个项目方案 并入l c c a 。每个项目方案的简短描述和它为什么被选中也应该包含在l c c a 中。 3 建立公共的假设和参数； 武汉理，j ：人学硕士学位论文 在生命周期成本分析中常用到三类假设，分别为经济假设、工程学上的假 设和其它假设，每种假设的内容如下，经济假设包括：折现率、借贷率、通胀、 残值、不变价值的使用、研究周期、时间适应、能源价格上涨率、成本效力假 定、基期和服务期；工程学上的假设包括：项目设计生命期、材料服务生命期； 其他假设包括：输入数据不确定性估计、成本和数据模型和预测的可用性。 4 确定和估计相关的成本和发生的时间： 在生命周期成本计算中用到的共同的成本部件包括： 完成一个项目方案l c c a 的第一步是定义此方案的所有初始化投资成本， 所有初始化成本都要以它们的全值加到l c c a 的总量中。这些成本的详细水平 应该和项目的详细水平相适应。 完成一个项目方案l c c a 的第二步是定义此方案的所有未来运行成本。 运行成本是年度成本，去掉维护和修理成本，包括在设施运行过程中的成本。 多数这些成本与建筑物功能和保管服务有关。所有运行成本在加入l c c a 总量 之前要折现为现值。 完成一个项目方案l c c a 的第三步是定义此方案的所有未来维护和修理 成本。所有养护和修理成本在加入l c c a 总量之前应该被折现成现值。 完成一个项目方案l c c a 的第四步是定义此方案的所有未来替换成本， 所有替换成本在加入l c c a 总量之前应该被折现成现值。 完成一个项目方案l c c a 的第五步是定义此方案的剩余值，这是在l c c a 中唯一可能出现负值的成本范畴，也是降低成本可以被接受的一个。 5 使成本转换成某一共同基年的不变价值： 6 计算和比较每一备选方案的l c c ； 一旦所有有关的成本已经被建立并把它们折现成现值，成本就可以累加成 为项目方案的生命周期成本。在所有可行项目方案完成这一过程后，应该准备 一个结果概要。项目方案概要应该比较所有项目方案的生命周期成本，这些成 本包括初始化投资、运行、养护和修理、替换、剩余值。 7 估计输入数据的不确定性： 8 考虑成本不能被估计的部分的效果。 2 3 3 国外未来运营和维护成本的计算1 5 1 国外对未来运营维护成本计算与分析的方法与技术发展很快，已成为比较 成熟的技术与方法，国外未来运营和维护成本的计算概括起来有下面几种： 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 确定性方法：这类方法要求给出未来运营和维护方案的详细描述，进行 计算时的所有变量要求给出确定的数值。 ( 2 ) 不确定性方法：这类方法主要分为三种，一种是蒙特卡罗方法，一种是 敏感性分析，另一种是模糊集方法。 ( 3 ) 基于项目成本数据库的方法，这类方法主要是神经网络方法。 用已有的类似项目成本信息为输入样本，通过神经网络模拟计算出拟建项 目的未来的运营和维护成本。 上述方法具有如下的特点； 对每类工程都给出了未来的运营和维护方案。 进行生命周期成本分析具有确定的步骤，尽管不同的工程类型步骤可能 不一样。 对于每个方案都要给出非常详尽的未来运营和维护成本范畴定义，和每 种成本的计算方法，具有很强的可操作性。 具有简洁、准确的生命周期成本函数，能够精确地计算出未来的运营和 维护成本。 在迸行生命周期成本分析时还考虑了各种不确定性，剔除生命周期成本 分析中不确定性的方法主要有三种，敏感性分析、蒙托卡罗模拟和模糊集理论， 使得生命周期成本的计算更加科学和合理。 相关国家和民间组织每年都定期公布进行生命周期分析所需的各种指 数，例如折现率等，使得生命周期的计算具有动态性。 开发了各种生命周期成本分析的计算软件，便于数据的存储和生命周期 成本的计算。 有标准的生命周期成本分析报告，便于对生命周期成本数据和文档进行 统一的管理。 因此，生命周期成本最小化作为决策和方案选择依据是非常合理和科学的。 国外的生命周期成本分析不涉及建设成本的计算，建设成本的估价一般是根据 己完工程造价数据库的信息，采取相应的计算方法来进行计算，生命周期成本 分析时，直接把计算结果拿来使用。国外工程造价管理注重信息的收集、处理 和发布，信息共享度高，数据库中存放的工程造价信息时间跨度上可达l o o 多 年，空间跨度上包括国内的大部分地区，甚至还包括国外的很多工程造价信息。 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 旧桥加固生命周期成本分析1 8 l 【1 0 1 【1 1 l 【1 2 l 【13 1 【3 4 1 【4 0 】 旧桥不是新建桥梁，在使用上述的l c c a 方法时，应注意其自身的特点。 旧桥加固经济评价的基本原则之一是不计算沉没成本i ”】。即不计算加固前 在本桥上所花费的建设和维修费用。 根据绪论中对本论文研究对象的界定，在此只讨论旧桥加固方案之间、旧 桥加固方案与新建方案( 重建) 之间的寿命周期成本对比。 下面做旧桥加固的l c c a 。 2 4 1 定义问题 设在某路网里有一关键桥梁，运营多年，由于日益增长的运量，其本身的 技术条件难以满足路网的需求。在此条件下，提出关于该桥的加固维修的建议。 2 4 2 确定备选方案 在认真分析该桥的现状后，提出若干可行的加固维修方案。 2 4 3 建立公共的假设和参数 1 经济假设 折现率：以国家相关经济评价办法规定的折现率； 借贷率：按照现行通行的银行借贷标准： 残值：按照现行市场价格和定额进行计算： 研究周期：采用某一确定的研究周期，一般在2 0 年左右，但是不能超过桥 梁的技术寿命； 基期：按方案探讨的时间点作为生命周期的基期； 通涨、不变价值的使用、时间适应、能源价格上