作者：賈曉陽 單位：同濟大學

前言

目前，我國的公路路面設計規(guī)范中采用的是設計年限內(nèi)當量軸次作為路面結(jié)構(gòu)設計的依據(jù)，而當量軸次的確定僅僅靠一個簡單的增長率累加公式確定，其中的增長率往往不易確定?？梢韵胂螅斘覀円赃@樣一個單一指標(增長率)確定又沒有任何可靠度保證的交通量進行路面結(jié)構(gòu)設計的時候，所設計出的結(jié)果與實際的情況相差甚遠?？梢哉f，目前的路面設計方法基本上是根據(jù)經(jīng)驗確定的路面結(jié)構(gòu)組合形式與每層厚度。另一方面，公路投資估算時基本上只重視初期投資，而沒有關心整個道路使用年限內(nèi)的整體投資情況，因而有些時候雖然節(jié)省初期投資，但后期的養(yǎng)護維修成本是很大的，造成在整個壽命期內(nèi)的成本較大。因此全壽命設計方法的提出不僅使路面設計更加科學合理而且還考慮到整個壽命期的總投資額，為決策提供依據(jù)。

1全壽命設計方法產(chǎn)生和發(fā)展

“全壽命”(Totalhfe)的概念最早由美國軍方于20世紀60年代提出，主要是應用于解決武器從采辦直到退役整個周期內(nèi)的費用問題。由于主要解決的是費用問題，因此通常被稱為“全壽命周期費用”(TotalLife-cydecost，一般簡稱LCC)。它是指在全壽命期內(nèi)所需要的費用。經(jīng)過20多年的發(fā)展，這個概念從軍事領域開始外延，在航空航天、交通運輸、經(jīng)濟管理等方面都有著一定的研究和應用，并逐漸形成了一套比較完整的理論體系。從20世紀80年代開始，LCC方法逐漸應用到道路收稿日期:2007一01一11交通行業(yè)。在原來人們僅僅考慮對基礎設施的一次性投資，當工程竣工以后，往往不會再考慮以后花費在基礎設施維修保養(yǎng)上的費用。隨著路面養(yǎng)護成本的不斷增加，越來越多的人開始意識到，僅僅通過在道路維修時的技術是不能根本上解決降低養(yǎng)護維修造價的問題，要從在道路初期進行規(guī)劃時開始考慮，以“全壽命”的視角審視道路交通的設計。于是美國等國率先針對道路等基礎設施項目提出了“壽命周期成本分析”的概念，也稱為“全壽命經(jīng)濟分析”價talufeCycleCostAnalyze，簡稱LCCA)。分析時，確定道路從開始規(guī)劃設計直至宣布報廢時的總費用，也有人稱其為WLCA(Whole一lifeCostingAnalysis)。在20世紀90年代，LCCA方法在交通基礎設施建設中的應用產(chǎn)生了一些階段性成果。美國政府在1995年簽署的國家公路系統(tǒng)設計法案(NationalHighwaySystemDesignAetof1995)提出道路設計的壽命周期費用分析(Life一CyeleCostAnalysis，LCCA)，其中所涉及到的部門包括交通部(DepartmentofTrans即rtation)、當?shù)卣?、城市?guī)劃機構(gòu)(MetroPolitanPI~ingorgani-zations)等。到1998年美國聯(lián)邦公路局(FHWA)又頒布了“道路設計中的全壽命費用分析”(Ufe一CydeCostAnalysisinPavementDesi，InterimTeehniealBulletin，F(xiàn)HWA一SA一98一079，Septelnber09，1998.)。英國也有類似的法案，如BD36(1992)和BA28(1992)等。此后，關于全壽命的設計理論和原理陸續(xù)寫人了各國路橋設計的有關規(guī)范和手冊。我國的全壽命設計方法雖然起步較晚，但經(jīng)過不斷的摸索已經(jīng)取得了一些成績。就道路交通行業(yè)來說，全壽命設計方法已經(jīng)涉及了道路、鐵路、航空等眾多領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，因此對于全壽命設計方法，目前尚未形成比較統(tǒng)一的體系，現(xiàn)有的許多計算方法和模型又有著其各自的局限性，所以還有很多問題有待進一步研究。

2LCCA方法在路面設計中的應用

美國聯(lián)邦公路局1998版的“道路設計中的全壽命費用分析”主要目的是在進行路面全壽命設計時提供技術指導和建議，并同時引人風險分析考慮在整個周期內(nèi)的不確定因素。其實質(zhì)是，在全壽命周期內(nèi)，眾多方案中找出能滿足預計服務水平的、花費最小的方案。所有方案在全壽命期內(nèi)的投資額通過凈現(xiàn)值(NetPre-sentvalue)折合成目前的投資額進行比較。也就是費用/效益比(eost一effeetiveratio)最小的那個方案。在使用LCCA時需要注意三個方面:即，必須在某一確定分析期內(nèi)對所有可行方案進行比較;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)的費用問題，并不涉及方案是實施方法。路面設計的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)長期路面性能預測;(4)路面養(yǎng)護周期分析。文獻中的LCCA主要包括以下步驟:

2.1為分析期建立路面設計的比選方案路面設計方案包括初期的路面設計方案和此后必要的養(yǎng)護重建支持方案。分析期應包括路面設計方案所涉及的時間節(jié)點。圖l可以明顯地看出該路面設計方案中的路面重建(Rehabilitation)時間節(jié)點在分析期(Analy:ePeriod)內(nèi)。（圖略）分析期一般應該長于路面的設計基準期，最少要包括一個路面重建計劃。FHWA建議一個分析期最少要大于35年，包括在這期間內(nèi)路面的養(yǎng)護、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。進一步確定路面的養(yǎng)護方案。FHWA提出的路面長期性能(LTPP)方案，就是SHRP計劃中十分重要的部分。這部分就是重點解決路面長期性能預測問題。該部分是整個全壽命路面設計的一種難點。同濟大學的孫立軍教授也給出了性能預測方程。

2.3費用評估(分別針對業(yè)主和用戶)評估費用一項包括評估業(yè)主和用戶的費用。業(yè)主費用主要包括:初級工程費、合同管理費、初期建設費、建設監(jiān)理費、養(yǎng)護費用、重建費用、管理費用、廢料價值;用戶費用包括:常規(guī)運營費、工作區(qū)費(WorkZoneUserCosts)、用戶費用類型(車輛運營費、用戶延誤、事故)等。計算模型分別借鑒了NCHRP，officeofthe樸ansportation(05乃等機構(gòu)研究成果和HighwayEeonomiCRequirement(HERS)模型。

2.4繪制費用流圖表根據(jù)上述費用評估得到的結(jié)果，對每階段的費用流情況以圖表的形式表示出來，見圖2、圖3。凈現(xiàn)值州尸F(xiàn))的概念是全壽命設計方法中一個核心概念，簡單地說，它在“當前價值”和“今后價值”之間架起了一個有機的橋梁?；卮鹆艘粋€現(xiàn)實的問題:某種道路的設計方案，在其整個壽命期過程內(nèi)要使用多少“今天的錢”。刃尸F(xiàn)的計算方法在本步驟里十分重要，F(xiàn)HWA給出了計算公式。（公式略）

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

2.6重新評估每種設計方案根據(jù)結(jié)果重新進行方案設計，以期達到最理想的方案。2.7風險分析由于相當一些因素在進行考慮時進行了假設，因此風險分析十分必要。美國聯(lián)邦公路局(FHWA)采用了概率分析方法。通過以上路面設計步驟的分析，可以看出全壽命設計路面設計理念的核心思想及大致步驟，下面對幾個問題作進一步說明。首先，全壽命路面設計方法是以凡Z作為設計指標的，當尸口下降到一定值時需要對原路面進行養(yǎng)護維修。它直接決定了路面養(yǎng)護維修方案影響著全壽命期內(nèi)的造價，因此咫了是全壽命路面設計的核心指標。其次，不同路面結(jié)構(gòu)性能衰變方程應是不同的，因此造成不同的路面結(jié)構(gòu)所采用的不同養(yǎng)護維修方案。但這需要大量的基礎調(diào)查數(shù)據(jù)，通過回歸分析得到的性能衰變方程，是全壽命路面設計的基礎和依據(jù)。另外，對該方法一個值得商榷的問題是:用戶費用是否有必要加人費用評估中?路面壽命期內(nèi)費用評估中包含有業(yè)主與用戶的費用，F(xiàn)HWA法案中所指的路面用戶一般就是指道路使用者，并通過常規(guī)運營費、工作區(qū)費(WorkZoneUserCosts)、用戶費用類型(車輛運營費、用戶延誤、事故)等計算用戶費用，因此用戶費用就是道路使用者所需支付的費用。筆者認為由于用戶費用涉及的方面比較多且包含因素較復雜，而實際上它與真正的路面設計關系不大，因此在設計中可以不用考慮，或者僅作為參考

3路面全壽命設計方法步驟

運用LCCA進行路面設計就是全壽命路面設計方法。該方法主要有以下幾個步驟:(l)路面壽命期和服務水平確定。主要確定分析期，以及分析期內(nèi)需要達到的路面狀況指數(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)路面性能預測方程，•預測路面的衰變情況，確定路面的養(yǎng)護維修方案及周期。(3)道路投資經(jīng)濟分析。根據(jù)現(xiàn)有的施工技術水平估算路面維修方案的造價，并評估維持道路設施運營的投資。這里提到的投資只限于業(yè)主。(4)各方案經(jīng)濟性分析比選。綜合考慮各種因素的基礎上提出合理的凈現(xiàn)值，計算每種方案在壽命期內(nèi)的總造價，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，并進行新一輪篩選。（圖略）

4結(jié)語

雖然國外全壽命分析法在路面設計中比較廣泛，但是在我國目前還比較缺少全壽命的設計理念，在進行投資分析時僅僅關心一次性投入，缺乏對整個壽命期的關注。這些問題還要不斷完善。另一方面，路面設計本身還有一些問題函待解決。如全壽命路面設計方法的核心之一路面性能預測方程還要進一步完善。這是因為每條路的交通量不同，外界條件也不同，給性能方程的建立帶來了很多困難。每種路面結(jié)構(gòu)由于其應力應變狀態(tài)的不同，也決定著路面性能的衰變也有所不同。因此還需要加強對現(xiàn)有路面的觀測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一步完善路面性能的預測提供豐富的數(shù)據(jù)支持。