桥梁工程生命周期环境影响评价与成本分析集成方法研究

茆长明

摘 要：在桥梁工程领域中，追求保护环境及工程建设成本低效益高已成为当前桥梁工程建设中不断完善发展的核心问题，目前，桥梁工程生命周期环境影响评价及成本分析为当前各国研究的重心，文章首先向大家阐述了桥梁生命周期及环境成本组成架构，并阐述了桥梁生命周期环境影响与成本分析集成方法，分解了环境影响成本，并以八一大桥改造为实例进行桥梁工程生命周期环境影响评价与成本分析集成方法的研究应用。

关键词：桥梁工程；生命周期；环境成本

中图分类号：X820.3；U442 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0151-02

1 桥梁生命周期及环境成本组成架构

桥梁生命周期包括桥梁的整体规划设计、桥梁所需各类材料的制造、开始桥梁的建造、桥梁的完工交付使用、超过桥梁使用期而被停用等过程，桥梁建设环境保护问题及工程建设成本控制可看作生命周期环境影响成本及同环境因素相关的生命周期成本，借助有效算法途径算得分别表示为保护环境及环境成本控制的权重，确定保护环境及环境成本控制的发展趋势，而后对桥梁工程建设总成本及各过程成本进行说明。

2 桥梁生命周期环境影响及环境成本分析方法

2.1 明确边界问题

边界由物理及时间两个边界组成，首先确定物理边界，其同时有着保护环境及降低工程成本双重目的，对桥梁生命周期中的桥梁的整体规划设计、桥梁所需各类材料的制造、开始桥梁的建造、桥梁的完工交付使用、超过桥梁使用期而被停用等过程，物理边界集中后面4个过程，时间边界的确定涵盖桥梁生命周期的所有过程。

2.2 如何分析清单

分析清单集中由桥梁所需各类材料的制造、开始桥梁的建造、桥梁的完工交付使用、超过桥梁使用期而被停用等过程入手，同时兼顾保护环境及降低成本的双重考虑，涵盖同桥梁建设及环境保护涉及到的生命周期成本清单及生命周期环境影响清单。

①桥梁工程与环境因子有关的生命周期成本清单

构造输入过程矩阵D D=（dij）m×n（1）

构造成本单价矩阵U U=（uij）m×n（2）

式中，m为所输入类型的数目，由桥梁建设具体需要，输入类型总体包括铁矿石、锰、石灰石、水、石油、煤和天然气；n为桥梁所需各类材料的制造、开始桥梁的建造、桥梁的完工交付使用、超过桥梁使用期而被停用等各过程，dij代表于第j个过程输入类型学i的清单；uij代表输入类型i于第j个过程的价格，同时ui+1，j=uij×（1+q）-k，q代表贴现率，k代表第i个过程至第i+1个过程的间隔。

②桥梁建设生命周期环境影响清单：

建立输出阶段矩阵T T=（tij）m×n（3）

构造成本单价矩阵V V=（vij）m×n（4）

式中，m为输出因子的类型，结合工程实际，将输出因子分为COD、COx、SOx、NOx、粉尘和固体废弃物等种类；n为桥梁所需各类材料的制造、开始桥梁的建造、桥梁的完工交付使用、超过桥梁使用期而被停用等各过程；tij代表于第j个阶段输出类型i的潜值：vij代表输出类型i于第j个过程阶段花费成本，

vi+1，j=vij×（1+q）-k，q代表折现率，k代表第i个过程至第i+1个过程的间隔。

2.3 明确保护环境及环境成本控制的权重

构造桥梁建设项目中生命周期的环境影响因子：

BEi=Ti/GDEIi（5）

式中，BEi为桥梁工程生命周期环境影响i标准化值；Ti为生命周期环境影响清单i；GDEIi代表年平均制造i类环境影响的整个比值。

可得到，桥梁建设项目的环境影响总标准值为：

BE=？撞（？酌i·BEi） （6）

式中，？酌i代表i类影响类型在桥梁建设中所承担的权重影响因素，得到同环境因素相关的桥梁生命周期成本：

BC=（D·U）/GDP（7）

式中，BC为与环境因子有关的桥梁工程生命周期成本规范值；D代表输入阶段矩阵；U代表输入阶段成本价格矩阵；GDP代表年平均国内GDP。所以，可得到环境同成本的相关性：

RE，C=？撞BE/？撞BC （8）

式中，RE，C代表环境影响同成本间的相关性。进而可分别得到，桥梁建设项目的生命周期环境影响及成本影响等的权重值如下：

GE，A=■（9）

GC，A=■（10）

式中，GE，A为A方案桥梁生命周期环境影响权重；GC，A代表A规划中桥梁工程生命周期成本影响权重；j代表桥梁工程规划的种类。旨在维持环境影响同成本间的平衡关系，借助Pythagoras及Cathetus方程式，得到精确后的影响权重值：

W1=[（？撞GE）/j+[GE，A-（？撞GE）/j]·■]/（？撞GE）/j）（11）

W2=[（？撞GC）/j+[GC，A-（？撞GC）/j]·■]/（？撞GC）/j）（12）

式中，W1为环境属性的权重；W2为经济属性的权重。

2.4 综合成本分析

桥梁建设项目生命周期环境影响及同环境因素相关的生命周期成本相组成的整个成本值：

C=W1（T·V）W2（D·U）（13）

整个成本值越小，说明兼顾环境保护问题及桥梁建设成本两块下的桥梁规划更好。

3 桥梁生命周期环境影响成本

①桥梁建设所需材料型成本：包括桥梁工程建设当中材料制造及加工与桥梁建造等过程所耗费的各种材料成本，主要是各过程当中耗费的钢材、锰、石灰石及煤炭、石油、天然气等诸多燃料。

②水污染成本：桥梁建设于生命周期各过程中对桥梁区域周边水污染引起的成本，主要集中在生活污水、生活垃圾任意排放、丢弃，桥梁建造时产生多种污染物，搅拌机等产生的水泥及废水以及桥梁附属设施污水的排放，桥面径流等对水体造成的严重污染。水污染物集中在COD、氰化物和重金属。

③空气污染成本：桥梁建设于所有生命周期过程中对空气引起污染的成本，水泥、砂石、混凝土等建设材料输送、卸货产生的灰尘污染，搅拌机与加工时所产生的扬尘和粉尘，及各种施工机械车释放的多种有害废气等。控气污染源主要为COx、SO2、NOx、扬尘和粉尘。

④噪声所造成的污染成本：于桥梁建设生命周期当中产生噪声所引起污染污染带来的经济成本，包括噪声所引起的直接污染成本和防止引起噪声所进行管理的成本。

⑤固体废弃物丢弃所引起污染的成本：于桥梁建设生命周期整个操作中，由于固体废弃物任意丢弃而带来的经济成本，包括建设及生活固体废弃物随意丢弃所造成的环境污染引起的成本。

4 实例分析

以八一大桥改造为例，提供两种不同的桥梁规划设计成本计划，第一种规划中采用混凝土箱梁同钢箱梁相结合的设计，桥跨布置情况见表1；另外一种考虑钢箱梁，桥跨布置与情况见表2。

①由第二种方案生命周期环境影响成本同与环境因素相关的生命周期成本综合考虑得到的总体成本较第一种方案要小，充分说明单独使用钢箱梁桥兼顾环境保护问题及建设成本最小两方面都比混合梁桥要好，给桥梁工程规划设计、方案确定指明了方向。

②对比两种方案后可知，第一种规划的输入过程成本小于第二种，不过第一种规划输出成本大于第二种，充分说明桥梁建设生命周期当中钢箱梁比混合梁的生命周期成本高，不过带来的环境影响小。两者对环境影响基本集中于桥梁建造所需材料的生产及加工及桥梁建造等几个过程，第一种规划占整个比例的71.24%，第二种规划则达到81.31%。两种方案不同阶段输入及输出过程成本分别见表3、表4。两种方案输入过程各阶段总成本见表5，输出过程各阶段总成本见表6。

③在桥梁建设生命周期环境影响成本中，第一种规划在材料制造过程中小于第二种，不过桥梁建造及使用过程中第二种规划大于第一种的，明显可知混合梁桥于材料制造过程环境影响小于钢箱梁桥，不过于桥梁建造及已超出使用年限期，环境影响远超过钢箱梁桥，给两种规划在各自过程的环境影响控制给予了有力指导。

5 结 语

文章兼顾环境保护问题及桥梁建设造价控制两方面，以研究桥梁工程生命周期能够更为有效的减少环境影响与节约成本，由上述两种方案可知，彼此各有优点，故在桥梁建设中应充分结合该两种方案的优势，更好地指导建设。

参考文献：

[1] 郝万福.桥梁工程的生命周期环境影响成本的研究[D].长春：吉林大学，2013.

[2] 刘沐宇，王铖铖，吴志强，等.桥梁生命周期环境影响评价与成本分析集成方法[J].武汉理工大学学报，2013，（11）.

[3] 陈方芳.桥梁工程生命周期环境影响成本分析方法研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.