LCCA方法在路面设计中的应用

前言目前，我国的公路路面设计规范中采用的是设计年限内当量轴次作为路面结构设计的依据，而当量轴次的确定仅仅靠一个简单的增长率累加公式确定，其中的增长率往往不易确定。可以想象，当我们以这样一个单一指标(增长率)确定又没有任何可靠度保证的交通量进行路面结构设计的时候，所设计出的结果与实际的情况相差甚远。可以说，目前的路面设计方法基本上是根据经验确定的路面结构组合形式与每层厚度。另一方面，公路投资估算时基本上只重视初期投资，而没有关心整个道路使用年限内的整体投资情况，因而有些时候虽然节省初期投资，但后期的养护维修成本是很大的，造成在整个寿命期内的成本较大。因此全寿命设计方法的提出不仅使路面设计更加科学合理而且还考虑到整个寿命期的总投资额，为决策提供依据。

前言

目前，我国的公路路面设计规范中采用的是设计年限内当量轴次作为路面结构设计的依据，而当量轴次的确定仅仅靠一个简单的增长率累加公式确定，其中的增长率往往不易确定。可以想象，当我们以这样一个单一指标(增长率)确定又没有任何可靠度保证的交通量进行路面结构设计的时候，所设计出的结果与实际的情况相差甚远。可以说，目前的路面设计方法基本上是根据经验确定的路面结构组合形式与每层厚度。另一方面，公路投资估算时基本上只重视初期投资，而没有关心整个道路使用年限内的整体投资情况，因而有些时候虽然节省初期投资，但后期的养护维修成本是很大的，造成在整个寿命期内的成本较大。因此全寿命设计方法的提出不仅使路面设计更加科学合理而且还考虑到整个寿命期的总投资额，为决策提供依据。

1全寿命设计方法产生和发展

“全寿命”(Totalhfe)的概念最早由美国军方于20世纪60年代提出，主要是应用于解决武器从采办直到退役整个周期内的费用问题。由于主要解决的是费用问题，因此通常被称为“全寿命周期费用”(TotalLife-cydecost，一般简称LCC)。它是指在全寿命期内所需要的费用。经过20多年的发展，这个概念从军事领域开始外延，在航空航天、交通运输、经济管理等方面都有着一定的研究和应用，并逐渐形成了一套比较完整的理论体系。从20世纪80年代开始，LCC方法逐渐应用到道路收稿日期:2007一01一11交通行业。在原来人们仅仅考虑对基础设施的一次性投资，当工程竣工以后，往往不会再考虑以后花费在基础设施维修保养上的费用。随着路面养护成本的不断增加，越来越多的人开始意识到，仅仅通过在道路维修时的技术是不能根本上解决降低养护维修造价的问题，要从在道路初期进行规划时开始考虑，以“全寿命”的视角审视道路交通的设计。于是美国等国率先针对道路等基础设施项目提出了“寿命周期成本分析”的概念，也称为“全寿命经济分析”价talufeCycleCostAnalyze，简称LCCA)。分析时，确定道路从开始规划设计直至宣布报废时的总费用，也有人称其为WLCA(Whole一lifeCostingAnalysis)。在20世纪90年代，LCCA方法在交通基础设施建设中的应用产生了一些阶段性成果。美国政府在1995年签署的国家公路系统设计法案(NationalHighwaySystemDesignAetof1995)提出道路设计的寿命周期费用分析(Life一CyeleCostAnalysis，LCCA)，其中所涉及到的部门包括交通部(DepartmentofTrans即rtation)、当地政府、城市规划机构(MetroPolitanPI~ingorgani-zations)等。到1998年美国联邦公路局(FHWA)又颁布了“道路设计中的全寿命费用分析”(Ufe一CydeCostAnalysisinPavementDesi，InterimTeehniealBulletin，FHWA一SA一98一079，Septelnber09，1998.)。英国也有类似的法案，如BD36(1992)和BA28(1992)等。此后，关于全寿命的设计理论和原理陆续写人了各国路桥设计的有关规范和手册。我国的全寿命设计方法虽然起步较晚，但经过不断的摸索已经取得了一些成绩。就道路交通行业来说，全寿命设计方法已经涉及了道路、铁路、航空等众多领域但是由于在全寿命期内众多不确定的内部和外部因素，因此对于全寿命设计方法，目前尚未形成比较统一的体系，现有的许多计算方法和模型又有着其各自的局限性，所以还有很多问题有待进一步研究。

2LCCA方法在路面设计中的应用

美国联邦公路局1998版的“道路设计中的全寿命费用分析”主要目的是在进行路面全寿命设计时提供技术指导和建议，并同时引人风险分析考虑在整个周期内的不确定因素。其实质是，在全寿命周期内，众多方案中找出能满足预计服务水平的、花费最小的方案。所有方案在全寿命期内的投资额通过净现值(NetPre-sentvalue)折合成目前的投资额进行比较。也就是费用/效益比(eost一effeetiveratio)最小的那个方案。在使用LCCA时需要注意三个方面:即，必须在某一确定分析期内对所有可行方案进行比较;所有方案的收益必须等量化(即折合成现值);仅仅分析寿命期内的费用问题，并不涉及方案是实施方法。路面设计的LCCA分析的内容包括4部分:(1)分析期限(一般不少于35年);(2)路面结构方案选择;(3)长期路面性能预测;(4)路面养护周期分析。文献中的LCCA主要包括以下步骤:

2.1为分析期建立路面设计的比选方案路面设计方案包括初期的路面设计方案和此后必要的养护重建支持方案。分析期应包括路面设计方案所涉及的时间节点。图l可以明显地看出该路面设计方案中的路面重建(Rehabilitation)时间节点在分析期(Analy:ePeriod)内。（图略）分析期一般应该长于路面的设计基准期，最少要包括一个路面重建计划。FHWA建议一个分析期最少要大于35年，包括在这期间内路面的养护、罩面以及重建等工程

2.2确定路面性能周期根据路面管理系统的有关资料，确定在性能期内路面性能的衰变状况，包括路面状况指数(邢乃、交通量。进一步确定路面的养护方案。FHWA提出的路面长期性能(LTPP)方案，就是SHRP计划中十分重要的部分。这部分就是重点解决路面长期性能预测问题。该部分是整个全寿命路面设计的一种难点。同济大学的孙立军教授也给出了性能预测方程。

2.3费用评估(分别针对业主和用户)评估费用一项包括评估业主和用户的费用。业主费用主要包括:初级工程费、合同管理费、初期建设费、建设监理费、养护费用、重建费用、管理费用、废料价值;用户费用包括:常规运营费、工作区费(WorkZoneUserCosts)、用户费用类型(车辆运营费、用户延误、事故)等。计算模型分别借鉴了NCHRP，officeofthe朴ansportation(05乃等机构研究成果和HighwayEeonomiCRequirement(HERS)模型。

2.4绘制费用流图表根据上述费用评估得到的结果，对每阶段的费用流情况以图表的形式表示出来，见图2、图3。净现值州尸F)的概念是全寿命设计方法中一个核心概念，简单地说，它在“当前价值”和“今后价值”之间架起了一个有机的桥梁。回答了一个现实的问题:某种道路的设计方案，在其整个寿命期过程内要使用多少“今天的钱”。刃尸F的计算方法在本步骤里十分重要，FHWA给出了计算公式。（公式略）

2.5分析结果贴现率的不同，会造成路面建设方案的不同选择结果。因此本步骤主要研究贴现率和用户费用、业主费用、路面性能等因素之间的关系。也可以称为敏感性分析(sensitivityanal邓e)。这些敏感性分析的对象又对路面建设方案的选择有着重要影响。

2.6重新评估每种设计方案根据结果重新进行方案设计，以期达到最理想的方案。2.7风险分析由于相当一些因素在进行考虑时进行了假设，因此风险分析十分必要。美国联邦公路局(FHWA)采用了概率分析方法。通过以上路面设计步骤的分析，可以看出全寿命设计路面设计理念的核心思想及大致步骤，下面对几个问题作进一步说明。首先，全寿命路面设计方法是以凡Z作为设计指标的，当尸口下降到一定值时需要对原路面进行养护维修。它直接决定了路面养护维修方案影响着全寿命期内的造价，因此咫了是全寿命路面设计的核心指标。其次，不同路面结构性能衰变方程应是不同的，因此造成不同的路面结构所采用的不同养护维修方案。但这需要大量的基础调查数据，通过回归分析得到的性能衰变方程，是全寿命路面设计的基础和依据。另外，对该方法一个值得商榷的问题是:用户费用是否有必要加人费用评估中?路面寿命期内费用评估中包含有业主与用户的费用，FHWA法案中所指的路面用户一般就是指道路使用者，并通过常规运营费、工作区费(WorkZoneUserCosts)、用户费用类型(车辆运营费、用户延误、事故)等计算用户费用，因此用户费用就是道路使用者所需支付的费用。笔者认为由于用户费用涉及的方面比较多且包含因素较复杂，而实际上它与真正的路面设计关系不大，因此在设计中可以不用考虑，或者仅作为参考

3路面全寿命设计方法步骤

运用LCCA进行路面设计就是全寿命路面设计方法。该方法主要有以下几个步骤:(l)路面寿命期和服务水平确定。主要确定分析期，以及分析期内需要达到的路面状况指数尸口，并根据分析期和民了提出路面投资方案。(2)根据路面性能预测方程，•预测路面的衰变情况，确定路面的养护维修方案及周期。(3)道路投资经济分析。根据现有的施工技术水平估算路面维修方案的造价，并评估维持道路设施运营的投资。这里提到的投资只限于业主。(4)各方案经济性分析比选。综合考虑各种因素的基础上提出合理的净现值，计算每种方案在寿命期内的总造价，提供决策支持。(5)方案比选。选出所有方案中比较符合要求的几个，并进行新一轮筛选。（图略）

4结语

虽然国外全寿命分析法在路面设计中比较广泛，但是在我国目前还比较缺少全寿命的设计理念，在进行投资分析时仅仅关心一次性投入，缺乏对整个寿命期的关注。这些问题还要不断完善。另一方面，路面设计本身还有一些问题函待解决。如全寿命路面设计方法的核心之一路面性能预测方程还要进一步完善。这是因为每条路的交通量不同，外界条件也不同，给性能方程的建立带来了很多困难。每种路面结构由于其应力应变状态的不同，也决定着路面性能的衰变也有所不同。因此还需要加强对现有路面的观测包括气候条件与交通荷载情况等方面。只有这样样才能为进一步完善路面性能的预测提供丰富的数据支持。