作者：賈曉陽(yáng) 單位：同濟(jì)大學(xué)

前言

目前，我國(guó)的公路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的是設(shè)計(jì)年限內(nèi)當(dāng)量軸次作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，而當(dāng)量軸次的確定僅僅靠一個(gè)簡(jiǎn)單的增長(zhǎng)率累加公式確定，其中的增長(zhǎng)率往往不易確定?？梢韵胂?，當(dāng)我們以這樣一個(gè)單一指標(biāo)(增長(zhǎng)率)確定又沒(méi)有任何可靠度保證的交通量進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，所設(shè)計(jì)出的結(jié)果與實(shí)際的情況相差甚遠(yuǎn)?？梢哉f(shuō)，目前的路面設(shè)計(jì)方法基本上是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的路面結(jié)構(gòu)組合形式與每層厚度。另一方面，公路投資估算時(shí)基本上只重視初期投資，而沒(méi)有關(guān)心整個(gè)道路使用年限內(nèi)的整體投資情況，因而有些時(shí)候雖然節(jié)省初期投資，但后期的養(yǎng)護(hù)維修成本是很大的，造成在整個(gè)壽命期內(nèi)的成本較大。因此全壽命設(shè)計(jì)方法的提出不僅使路面設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理而且還考慮到整個(gè)壽命期的總投資額，為決策提供依據(jù)。

1全壽命設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生和發(fā)展

“全壽命”(Totalhfe)的概念最早由美國(guó)軍方于20世紀(jì)60年代提出，主要是應(yīng)用于解決武器從采辦直到退役整個(gè)周期內(nèi)的費(fèi)用問(wèn)題。由于主要解決的是費(fèi)用問(wèn)題，因此通常被稱為“全壽命周期費(fèi)用”(TotalLife-cydecost，一般簡(jiǎn)稱LCC)。它是指在全壽命期內(nèi)所需要的費(fèi)用。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，這個(gè)概念從軍事領(lǐng)域開(kāi)始外延，在航空航天、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)管理等方面都有著一定的研究和應(yīng)用，并逐漸形成了一套比較完整的理論體系。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，LCC方法逐漸應(yīng)用到道路收稿日期:2007一01一11交通行業(yè)。在原來(lái)人們僅僅考慮對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的一次性投資，當(dāng)工程竣工以后，往往不會(huì)再考慮以后花費(fèi)在基礎(chǔ)設(shè)施維修保養(yǎng)上的費(fèi)用。隨著路面養(yǎng)護(hù)成本的不斷增加，越來(lái)越多的人開(kāi)始意識(shí)到，僅僅通過(guò)在道路維修時(shí)的技術(shù)是不能根本上解決降低養(yǎng)護(hù)維修造價(jià)的問(wèn)題，要從在道路初期進(jìn)行規(guī)劃時(shí)開(kāi)始考慮，以“全壽命”的視角審視道路交通的設(shè)計(jì)。于是美國(guó)等國(guó)率先針對(duì)道路等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目提出了“壽命周期成本分析”的概念，也稱為“全壽命經(jīng)濟(jì)分析”價(jià)talufeCycleCostAnalyze，簡(jiǎn)稱LCCA)。分析時(shí)，確定道路從開(kāi)始規(guī)劃設(shè)計(jì)直至宣布報(bào)廢時(shí)的總費(fèi)用，也有人稱其為WLCA(Whole一lifeCostingAnalysis)。在20世紀(jì)90年代，LCCA方法在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用產(chǎn)生了一些階段性成果。美國(guó)政府在1995年簽署的國(guó)家公路系統(tǒng)設(shè)計(jì)法案(NationalHighwaySystemDesignAetof1995)提出道路設(shè)計(jì)的壽命周期費(fèi)用分析(Life一CyeleCostAnalysis，LCCA)，其中所涉及到的部門包括交通部(DepartmentofTrans即rtation)、當(dāng)?shù)卣⒊鞘幸?guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)(MetroPolitanPI~ingorgani-zations)等。到1998年美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)又頒布了“道路設(shè)計(jì)中的全壽命費(fèi)用分析”(Ufe一CydeCostAnalysisinPavementDesi，InterimTeehniealBulletin，F(xiàn)HWA一SA一98一079，Septelnber09，1998.)。英國(guó)也有類似的法案，如BD36(1992)和BA28(1992)等。此后，關(guān)于全壽命的設(shè)計(jì)理論和原理陸續(xù)寫人了各國(guó)路橋設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)范和手冊(cè)。我國(guó)的全壽命設(shè)計(jì)方法雖然起步較晚，但經(jīng)過(guò)不斷的摸索已經(jīng)取得了一些成績(jī)。就道路交通行業(yè)來(lái)說(shuō)，全壽命設(shè)計(jì)方法已經(jīng)涉及了道路、鐵路、航空等眾多領(lǐng)域但是由于在全壽命期內(nèi)眾多不確定的內(nèi)部和外部因素，因此對(duì)于全壽命設(shè)計(jì)方法，目前尚未形成比較統(tǒng)一的體系，現(xiàn)有的許多計(jì)算方法和模型又有著其各自的局限性，所以還有很多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

2LCCA方法在路面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

美國(guó)聯(lián)邦公路局1998版的“道路設(shè)計(jì)中的全壽命費(fèi)用分析”主要目的是在進(jìn)行路面全壽命設(shè)計(jì)時(shí)提供技術(shù)指導(dǎo)和建議，并同時(shí)引人風(fēng)險(xiǎn)分析考慮在整個(gè)周期內(nèi)的不確定因素。其實(shí)質(zhì)是，在全壽命周期內(nèi)，眾多方案中找出能滿足預(yù)計(jì)服務(wù)水平的、花費(fèi)最小的方案。所有方案在全壽命期內(nèi)的投資額通過(guò)凈現(xiàn)值(NetPre-sentvalue)折合成目前的投資額進(jìn)行比較。也就是費(fèi)用/效益比(eost一effeetiveratio)最小的那個(gè)方案。在使用LCCA時(shí)需要注意三個(gè)方面:即，必須在某一確定分析期內(nèi)對(duì)所有可行方案進(jìn)行比較;所有方案的收益必須等量化(即折合成現(xiàn)值);僅僅分析壽命期內(nèi)的費(fèi)用問(wèn)題，并不涉及方案是實(shí)施方法。路面設(shè)計(jì)的LCCA分析的內(nèi)容包括4部分:(1)分析期限(一般不少于35年);(2)路面結(jié)構(gòu)方案選擇;(3)長(zhǎng)期路面性能預(yù)測(cè);(4)路面養(yǎng)護(hù)周期分析。文獻(xiàn)中的LCCA主要包括以下步驟:

2.1為分析期建立路面設(shè)計(jì)的比選方案路面設(shè)計(jì)方案包括初期的路面設(shè)計(jì)方案和此后必要的養(yǎng)護(hù)重建支持方案。分析期應(yīng)包括路面設(shè)計(jì)方案所涉及的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。圖l可以明顯地看出該路面設(shè)計(jì)方案中的路面重建(Rehabilitation)時(shí)間節(jié)點(diǎn)在分析期(Analy:ePeriod)內(nèi)。（圖略）分析期一般應(yīng)該長(zhǎng)于路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，最少要包括一個(gè)路面重建計(jì)劃。FHWA建議一個(gè)分析期最少要大于35年，包括在這期間內(nèi)路面的養(yǎng)護(hù)、罩面以及重建等工程

2.2確定路面性能周期根據(jù)路面管理系統(tǒng)的有關(guān)資料，確定在性能期內(nèi)路面性能的衰變狀況，包括路面狀況指數(shù)(邢乃、交通量。進(jìn)一步確定路面的養(yǎng)護(hù)方案。FHWA提出的路面長(zhǎng)期性能(LTPP)方案，就是SHRP計(jì)劃中十分重要的部分。這部分就是重點(diǎn)解決路面長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)問(wèn)題。該部分是整個(gè)全壽命路面設(shè)計(jì)的一種難點(diǎn)。同濟(jì)大學(xué)的孫立軍教授也給出了性能預(yù)測(cè)方程。

2.3費(fèi)用評(píng)估(分別針對(duì)業(yè)主和用戶)評(píng)估費(fèi)用一項(xiàng)包括評(píng)估業(yè)主和用戶的費(fèi)用。業(yè)主費(fèi)用主要包括:初級(jí)工程費(fèi)、合同管理費(fèi)、初期建設(shè)費(fèi)、建設(shè)監(jiān)理費(fèi)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、重建費(fèi)用、管理費(fèi)用、廢料價(jià)值;用戶費(fèi)用包括:常規(guī)運(yùn)營(yíng)費(fèi)、工作區(qū)費(fèi)(WorkZoneUserCosts)、用戶費(fèi)用類型(車輛運(yùn)營(yíng)費(fèi)、用戶延誤、事故)等。計(jì)算模型分別借鑒了NCHRP，officeofthe樸ansportation(05乃等機(jī)構(gòu)研究成果和HighwayEeonomiCRequirement(HERS)模型。

2.4繪制費(fèi)用流圖表根據(jù)上述費(fèi)用評(píng)估得到的結(jié)果，對(duì)每階段的費(fèi)用流情況以圖表的形式表示出來(lái)，見(jiàn)圖2、圖3。凈現(xiàn)值州尸F(xiàn))的概念是全壽命設(shè)計(jì)方法中一個(gè)核心概念，簡(jiǎn)單地說(shuō)，它在“當(dāng)前價(jià)值”和“今后價(jià)值”之間架起了一個(gè)有機(jī)的橋梁。回答了一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題:某種道路的設(shè)計(jì)方案，在其整個(gè)壽命期過(guò)程內(nèi)要使用多少“今天的錢”。刃尸F(xiàn)的計(jì)算方法在本步驟里十分重要，F(xiàn)HWA給出了計(jì)算公式。（公式略）

2.5分析結(jié)果貼現(xiàn)率的不同，會(huì)造成路面建設(shè)方案的不同選擇結(jié)果。因此本步驟主要研究貼現(xiàn)率和用戶費(fèi)用、業(yè)主費(fèi)用、路面性能等因素之間的關(guān)系。也可以稱為敏感性分析(sensitivityanal鄧e)。這些敏感性分析的對(duì)象又對(duì)路面建設(shè)方案的選擇有著重要影響。

2.6重新評(píng)估每種設(shè)計(jì)方案根據(jù)結(jié)果重新進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，以期達(dá)到最理想的方案。2.7風(fēng)險(xiǎn)分析由于相當(dāng)一些因素在進(jìn)行考慮時(shí)進(jìn)行了假設(shè)，因此風(fēng)險(xiǎn)分析十分必要。美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)采用了概率分析方法。通過(guò)以上路面設(shè)計(jì)步驟的分析，可以看出全壽命設(shè)計(jì)路面設(shè)計(jì)理念的核心思想及大致步驟，下面對(duì)幾個(gè)問(wèn)題作進(jìn)一步說(shuō)明。首先，全壽命路面設(shè)計(jì)方法是以凡Z作為設(shè)計(jì)指標(biāo)的，當(dāng)尸口下降到一定值時(shí)需要對(duì)原路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。它直接決定了路面養(yǎng)護(hù)維修方案影響著全壽命期內(nèi)的造價(jià)，因此咫了是全壽命路面設(shè)計(jì)的核心指標(biāo)。其次，不同路面結(jié)構(gòu)性能衰變方程應(yīng)是不同的，因此造成不同的路面結(jié)構(gòu)所采用的不同養(yǎng)護(hù)維修方案。但這需要大量的基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析得到的性能衰變方程，是全壽命路面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。另外，對(duì)該方法一個(gè)值得商榷的問(wèn)題是:用戶費(fèi)用是否有必要加人費(fèi)用評(píng)估中?路面壽命期內(nèi)費(fèi)用評(píng)估中包含有業(yè)主與用戶的費(fèi)用，F(xiàn)HWA法案中所指的路面用戶一般就是指道路使用者，并通過(guò)常規(guī)運(yùn)營(yíng)費(fèi)、工作區(qū)費(fèi)(WorkZoneUserCosts)、用戶費(fèi)用類型(車輛運(yùn)營(yíng)費(fèi)、用戶延誤、事故)等計(jì)算用戶費(fèi)用，因此用戶費(fèi)用就是道路使用者所需支付的費(fèi)用。筆者認(rèn)為由于用戶費(fèi)用涉及的方面比較多且包含因素較復(fù)雜，而實(shí)際上它與真正的路面設(shè)計(jì)關(guān)系不大，因此在設(shè)計(jì)中可以不用考慮，或者僅作為參考

3路面全壽命設(shè)計(jì)方法步驟

運(yùn)用LCCA進(jìn)行路面設(shè)計(jì)就是全壽命路面設(shè)計(jì)方法。該方法主要有以下幾個(gè)步驟:(l)路面壽命期和服務(wù)水平確定。主要確定分析期，以及分析期內(nèi)需要達(dá)到的路面狀況指數(shù)尸口，并根據(jù)分析期和民了提出路面投資方案。(2)根據(jù)路面性能預(yù)測(cè)方程，•預(yù)測(cè)路面的衰變情況，確定路面的養(yǎng)護(hù)維修方案及周期。(3)道路投資經(jīng)濟(jì)分析。根據(jù)現(xiàn)有的施工技術(shù)水平估算路面維修方案的造價(jià)，并評(píng)估維持道路設(shè)施運(yùn)營(yíng)的投資。這里提到的投資只限于業(yè)主。(4)各方案經(jīng)濟(jì)性分析比選。綜合考慮各種因素的基礎(chǔ)上提出合理的凈現(xiàn)值，計(jì)算每種方案在壽命期內(nèi)的總造價(jià)，提供決策支持。(5)方案比選。選出所有方案中比較符合要求的幾個(gè)，并進(jìn)行新一輪篩選。（圖略）

4結(jié)語(yǔ)

雖然國(guó)外全壽命分析法在路面設(shè)計(jì)中比較廣泛，但是在我國(guó)目前還比較缺少全壽命的設(shè)計(jì)理念，在進(jìn)行投資分析時(shí)僅僅關(guān)心一次性投入，缺乏對(duì)整個(gè)壽命期的關(guān)注。這些問(wèn)題還要不斷完善。另一方面，路面設(shè)計(jì)本身還有一些問(wèn)題函待解決。如全壽命路面設(shè)計(jì)方法的核心之一路面性能預(yù)測(cè)方程還要進(jìn)一步完善。這是因?yàn)槊織l路的交通量不同，外界條件也不同，給性能方程的建立帶來(lái)了很多困難。每種路面結(jié)構(gòu)由于其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的不同，也決定著路面性能的衰變也有所不同。因此還需要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有路面的觀測(cè)包括氣候條件與交通荷載情況等方面。只有這樣樣才能為進(jìn)一步完善路面性能的預(yù)測(cè)提供豐富的數(shù)據(jù)支持。