沥青路面生命周期成本预测模型

徐杰 王昱 葛均远

临沂市公路事业发展中心莒南县中心（莒南县公路局） 276600

摘要：为了改进全周期成本评价模型，本文从公路结构形式、养护方式、养护时间和养护成本等方面进行了研究。在研究过程中，以高速公路全周期发生的费用为基础，从建设运营部门和道路使用者的角度确定成本评价指标和道路结构形式，养护方式和养护机会。本文还比较了典型路面结构的经济性能。本文通过一系列的研究，分析了初始建设成本、维护成本和道路使用者成本的组成，总结了影响因素，得到了生命周期成本预测模型，使生命周期成本的未来评价更加合理。

1前言

全寿命周期费用分析主要内容就是计算整个时期发生的费用，然后进行汇总，对比不同的方案经济性能的优劣。在高速公路中应用时，费用内容组成、计算方法和影响因素等都存在一定的问题。就LCCA细节方面，近年来国内也进行了很多相关的研究。罗启添[1]、苏卫国等分析了LCCA方法的发展历程并在道路工程中的应用实例，对计算过程中的影响因素做了相应的分析。钟东[2]等利用几条高速的养护费用实际值对全寿命周期进行了分析，认为养护技术的提升使得养护费用趋于降低。刘黎萍在研究中发现，低贴现率偏向于总费用较高的方案,而高贴现率偏向于总费用较低的方案[3]。

本文先后对高速公路初始建设费用，养护费用和运营管理费用的构成进行了分析，并对影响因素进行了总结，得到了生命周期成本的预测模型，使得未来对生命周期成本的评价更加合理。

2全寿命费用组成分析

2.1建设初始成本

本项目的目的是为了比较不同路面结构组合的经济性能，因此只考虑不同方案的工程造价，其他费用指标相同，计算以现行企业定额单价和当地材料价格为依据。

本项目在青临高速十五合同段共铺设了8种试验结构组合。根据实际工程造价，初设工程费汇总见图1。

1. 图1各种方案初期建设费用比较

由图1可以看出初建费用中，除了路面结构外还包括路基处理的费用，结果表明结构S6＞S4＞S5＞S8＞S2＞S3＞S1＞S7。

2.2日常维修费用

八种结构中，柔性基层S2、S8与连续配筋结构S5、S6由于不存在半刚性基层，且所处地区冬季温度不低，温差不大，故不存在反射裂缝或低温收缩的横向开裂，坑槽修补数量较少，也不予考虑，所以日常养护费用以纵缝灌缝为主，并且前期几乎没有，接近设计寿命时急剧增加。

半刚性基层路面结构反射裂缝数量较多，出现时机也较早。以济聊高速40公里长度为例，由图2可知，反射裂缝在第4年左右开始出现，并持续增长，大体呈直线，可以按公式1进行计算：

（1）8

系列1

线性（系列1）

2. 图2小修保养费用随年份的增加

反射裂缝的出现与交通量关系不大，所以结构S1、S3、S4和S7均采用公式1进行日常保养费用的计算。

2.3预防性养护费用

预防性养护对道路结构疲劳寿命影响不大。在本项目中，未曾考虑预防性养护带来的性能衰变规律的变化，所以不考虑预防性养护费用。

2.4罩面中修费用

由于罩面对结构性能影响较小，为了计算方便，假定罩面措施不影响结构承载力的衰变规律。

罩面时主要以铺筑薄层沥青层为主，厚度在1~3cm，目前用的最多的是有微表处、稀浆封层等类型，也有加铺SMA抗磨耗层的，造价较高，但修复效果好。

每进行一次罩面的费用为：微表处29.6万元/公里；4cm厚SMA磨耗层103.8万元/公里，4cm厚AC-13沥青混凝土90万元/公里，铣刨原沥青混凝土面层费用5.89万元/公里，总价分别为109.7万元/公里和95.89万元/公里。

2.6大修费用

大修费用，除面层结构建安费外，原路面结构的挖除费用也需要考虑在内。一般情况下，柔性基层结构和刚性路面的面层先于基层达到疲劳寿命，而半刚性基层结构往往是基层先遭到破坏，所以大修只针对于柔性基层的路面结构，S2和S8计算大修费用见表1：

3. 表1

连续配筋水泥混凝土结构S5和S6的计算大修费用见表2、3：.

4. 表2

   序号	细目号	工程项目	单位	数量	单价（元）	费用（万元）
   1	202-2-a	挖除水泥混凝土面层	m³	5250	130.3	68.4
   2	311-1-a	4cm 厚SMA(SBS)	㎡	15000	44.66	67.0
   3	331	2cm 厚AC-5(SBS玄武岩)	㎡	15000	40.4	60.6
   4	335	单层连续配筋33cm	㎡	4950	197.5	97.8
   5	312-2-b-1	钢筋	kg	338958	6.53	221.3
   6	333	4cm 厚AC-13F(70-A石灰岩)	㎡	15000	56.69	85.0
   7	308-2	封层	㎡	15000.0	8.62	12.9
   8	308-1	粘层	㎡	45000	1.17	5.3
   9	415-2-a	SBS防水层（路面正常铺筑）	㎡	15000	18	27.0
   	总计					645

5. 表3

2.7改建费用

改建费用按照新铺路面进行计算，还需要包括原结构的挖除清理费用。对于半刚性基层的路面结构，往往是基层先坏，所以不经大修就直接改建。对于结构S1、S3、S4、S7，按照基层疲劳寿命确定改建的时机，改建费用见表4~表7所示。

6. 表4

   序号	细目号	工程项目	单位	工程量	单价（元）.	费用（万元）.
   1	202-2-d	铣刨沥青混凝土面层	m³	4650	98.02	45.6
   2	202-2-e	铣刨基层	m³	7500	89	66.8
   3	311-1-a	4c厚SMA沥青混合料	㎡	15000	44.66	67.0
   4	310-1-a	6cm厚中面层改性沥青混合料	㎡	15000	44.65	67.0
   5	310-2-a	8cm厚下面层沥青混合料	㎡	15000	47.51	71.3
   6	326	13cm厚路面柔性基层	㎡	15000	76.9	115.4
   7	308-2	封层	㎡	15000	8.62	12.9
   8	308-1	粘层	㎡	45000	1.17	5.3
   9	308-2	封层（搭板）	㎡	480	8.62	0.4
   10	415-2-a	SBS防水层	㎡	201	18	0.4
   11	304-2-b	水泥稳定碎石基层(18cm)	㎡	15000	27.23	40.8
   12	304-2-a	水泥稳定碎石底基层（16cm）	㎡	15000	23.86	35.8
   13	304-2-b	水泥稳定砂+碎石（16cm）	㎡	15000	27.23	40.8
   	总计					457

7. 表5

8. 表6

   序号	细目号	工程项目	单位	数量	单价（元）.	费用（万元）.
   1	202-2-d	铣刨沥青混凝土面层	m³	4350	98.02	42.6
   2	202-2-e	铣刨基层	m³	13500	89.00	48.1
   3	311-1-a	4cm厚SMA磨耗层（SBS）	㎡	15000	44.66	67.0
   4	332	6cm厚EME(0/10)连接层	㎡	15000	127.47	191.2
   5	327	9cm厚EME2(0/14)基层	㎡	15000	187.65	281.5
   6	328	10cm厚EME2(0/14)基层	㎡	15000	208.59	312.9
   7	308-2	封层	㎡	15000	8.62	12.9
   8	308-1	粘层	㎡	45000	1.17	5.3
   9	308-2	封层（搭板）	㎡	15000	8.62	12.9
   10	415-2-a	SBS防水层	㎡	15000	18	27.0
   11	304-2-b	水泥稳定碎石（18cm）	㎡	15000	27.23	40.8
   12	304-2-b	水泥稳定碎石（18cm）	㎡	15000	27.23	40.8
   	总计					1083

9. 表7

   序号	细目号	工程项目	单位	数量	单价（元）.	费用（万元）.
   1	202-2-d	铣刨沥青混凝土面层	m³	4050	98.02	39.7
   2	202-2-e	铣刨基层	m³	8100	89.00	72.1
   3	311-1-a	4cm厚SMA沥青混合料	㎡	15000	44.66	67.0
   4	310-1-a	6cm厚中面层改性沥青混合料	㎡	15000	44.65	67.0
   5	310-2-a	8cm厚下面层沥青混合料	㎡	15000	47.51	71.3
   6	326	9cm厚路面柔性基层	㎡	15000	53.26	79.9
   7	308-2	封层	㎡	15000	8.62	12.9
   8	308-1	粘层	㎡	45000	1.17	5.3
   9	308-2	封层（搭板）	㎡	1567	8.62	1.4
   10	415-2-a	SBS防水层	㎡	1102	18	2.0
   11	304-2-b	水泥稳定碎石基层（18cm）	㎡	15000	27.23	40.8
   12	304-2-b	水泥稳定碎石底基层（18cm）	㎡	15000	23.86	35.8
   13	304-1-a	水泥稳定砂+碎石（18cm）		15000	19.33	29.0
   	总计					524

10. 综上所述，八种结构在一个寿命周期内不同养护方式的总费用见表8

11. 表8

3道路使用者费用分析

3.1交通量的确定.

按照实际的交通量情况，年增长率前十年取8%，中间十年取4%，后期取1%。经计算，得到30年内各年份的单车道交通量，见表9.

12. 表9

3.2国际平整度指数IRI的确定

根据前面的分析，道路使用者费用现值受平整度、交通量、中大修次数和折现率的影响，如表9。经计算，得到每年道路使用者费用累积现值，以结构S1为例，计算结果见表10。

13. 表10

3.3道路使用者费用汇总

14. 经过计算，得到道路使用者各项费用，并进行汇总，以结构S1为例，具体数值见表11所示。

15. 表11

由表10可以看出，在道路使用者费用中，油耗占到了绝大部分，约为91%，轮胎磨耗约为6%，维修费只占到3%左右。

结构组合不同，道路使用者费用也不一样，平整度指数是二者的联系纽带。所以，要计算道路使用者费用，必须先确定平整度指数的变化规律，首先取决于结构组合特点，其次为中修罩面的方式和时机。

4评价流程及指标确定

1. 确定道路结构建设费用

2. 预测分析期内交通量

3. 确定路面结构性能衰变模型并计算各种性能指标值

4. 确定养护指标并计算养护费用

5. 计算道路使用者费用

5结论

通过研究，本文主要得出以下结论：

1. 对初建费用组成进行了分析，以初建费用为指标，将青临高速典型路面结构进行评价，从大到小的顺序依次为结构S6＞S4＞S5＞S8＞S2＞S3＞S1＞S7；

2. 以净现值为绝对指标，将费用主体分为建设单位、养护单位、道路使用者、建养单位和三者综合体，对青临高速典型路面结构进行了经济性能评价，按从优到劣顺序：

对于建设单位： S7＞S1＞S3＞S2＞S8＞S5＞S4＞S6；

对于养护单位： S5＞S6＞S1＞S4＞S3＞S2＞S8＞S7；

对于道路使用者： S7＞S1＞S3＞S8＞S2＞S4＞S5＞S6；

对于建设单位和养护单位：S4＞S1＞S3＞S7＞S2＞S8＞S5＞S6；

对于三者综合： S7＞S1＞S3＞S8＞S2＞S4＞S5＞S6；

3. 以总造价作为全寿命周期费用，利用费用效率相对指标对青临高速典型路面结构进行了经济性能评价，按从优到劣排序：

对于建设单位： S7＞S1＞S3＞S2＞S8＞S5＞S4＞S6；

对于养护单位： S5＞S6＞S1＞S4＞S3＞S2＞S8＞S7；

对于道路使用者： S7＞S1＞S3＞S8＞S2＞S4＞S5＞S6；

对于建设单位和养护单位：S4＞S1＞S3＞S7＞S2＞S8＞S5＞S6；

对于三者综合： S7＞S1＞S3＞S8＞S2＞S4＞S5＞S6；

4. 在以上研究基础上，完善了全寿命周期费用评价模型，确定了经济评价的流程和指标。

参考文献：

1. 苏卫国.寿命周期成本分析在道路工程设计中的应用[J].公路,2002,（12）：94-98.

2. 钟 东,李爱芳.高速公路全寿命周期成本费用分析研究[J].现代交通技术,2010.（7）:20-22

3. 刘黎萍,朱霞..贴现率对沥青路面结构优化设计的敏感性分析[J].中外公路,2005,（6）：24-26.

4. 李兴华,姚祖康.车辆燃油消耗预估模型[J].同济大学学报,1992,20（4）：403-410.

5. 王忠仁,姚祖康.车辆轮胎损耗模型[J].中国公路学报,1993,6（1）：10-16.

6. 王忠仁.路面管理系统的车辆运营费用模型[D].上海：同济大学硕士论文,1992.