重载交通条件下柔性路面全寿命经济性分析

廖彩凤，庞付强，孔庆伟

（上海市政交通设计研究院有限公司，上海市200030）

0 引言

目前，工程经济分析在我国得到广泛的应用，国外都倾向于采用寿命周期费用分析法来选择总费用或总造价最低的设计方案。

本文依托浙江某道路在重载交通条件下，对柔性路面结构与常用的半刚性基层路面结构在相同的分析期内的综合费用进行理论分析。

1 寿命周期费用分析方法

重载交通柔性路面全寿命周期成本分析的首要任务是确定全寿命周期成本的构成，主要包括初期修建费、养护费、改建费等管理部门费用和延误费、车辆运营费、行程时间费等费用。考虑到管理部门和社会所关注的重点是由于路面使用性能的差异所带来的费用和效益上的差别。所以，周期费用分析时应着重考虑受使用性能影响的那些费用组成。

目前费用分析的方法也很多，如：现值法、年费用法、效益-费用比法、收益率法等。本文根据分析的目的和路面结构的特点，采用现值法和等效年费用法进行经济性研究。

2 全寿命周期成本计算模型

全寿命经济分析方法是从数量上对工程项目的经济效益进行分析、计算和评价的一整套方法。它以复利基本公式为基础，以等值交换为基本手段，从不同角度建立起不同的分析方法，以全面地反映工程项目的各种经济特征。

净现值分析方法是较为科学的经济分析方法，通过计算一定时期内所有费用的总和，并把不同时期发生的费用折算为现值，然后加以比较，就能够比较直观地反映分析期内建、养、修的各项费用，全寿命经济分析现金流量如图1所示。

采用净现值分析时，需要在相同的寿命周期内进行分析，把分析期内不同时期支出的费用，按一定的折现率折算为净现值，记作PW。费用计算模型如公式（1）所示：

图1 现金流量示意图

式中：PW为现值；IC为初始建设费用；MC为维护费用；UC为检测费用；FRC为大维修费用；CC为用户费用；DC为拆除费用；S为残值；K为分析的时间域；i为折现率。

3 不同路面结构费用对比分析

本文仅从管理部门角度来考虑道路的总造价构成，如初期修建费、养护费、改建费、残值等）。

3.1 分析期

考虑到我国规范对全寿命路面结构的设计年限没有进行规定，国外的规范中认为全寿命路面的使用年限应到达30～40 a，考虑到重载条件对道路使用寿命的影响，及半刚性路面的大修周期为15 a，该项分析期取30 a。

3.2 不同路面费用计算

根据浙江某主干路改建工程设计条件，拟定重载柔性路面结构参数如表1所列，对比用的半刚性路面结构参数见表2所列。

表1 柔性路面结构参数表

表2 半刚性路面结构参数表

根据实测交通量结论，选取本文研究道路的交通量，并考虑重载条件，计算得到的工程建成通车双向日当量标准轴载为27423。交通量平均年增长率取4%，。

3.2.1 各路面结构初期修建费用

根据目前建筑材料的市场价格，可计算得到不同路面结构每公里路面（全幅路面：路面宽25.5 m）的初期修建费用。初期修建费用仅指与道路结构造价相关的建设费用，各材料单价及各路面结构的初期修建费用分别见表3和表4所列。

表3 各种材料的单价表（单位：元/m2）

表4 不同路面结构初期修建费用一览表（单位：万元/km）

从表4可以看出，重载交通柔性基层路面要比该常用半刚性基层沥青路面结构初期修建费用高约24%。其中柔性基层铺筑ATB-25使得路面结构初期修建费用较高。

3.2.2 各路面结构的养护费用

养护费用是每年都需计算的费用，根据养护费用模型综合考虑，并考虑地区差异、养护材料价格、工价的增加。

养护费用模型：

式中：AADTi为第i年平均日交通量=初始年平均日交通量×（1+γ）（i-1），其中，γ 为交通量年平均增长率；MCi为第i年养护费，元/m2；PCIi为第i年路况指数。

PCIi公式如下：

式中：PCI0为初始路面状况指数，取值100；a、β为指数，y为使用年数。

因此，得到两种路面结构在分析期内的每年的路况指数和养护费用，计算结果见表5所列。

表5 分析期内的每年的路况指数和养护费用一览表（单位：元 /m2）

3.2.3 各路面结构的改建费用

根据表5中PCI的衰变情况分析，半刚性基层沥青路面在使用第15年应进行一次大修以保证路面的使用性能；全寿命柔性基层沥青路面在使用第20年左右进行一次中修即可满足性能要求。

由于采用的PCI衰变方程只适用于厚沥青路面上，因此对于结构二的养护方法还应结合工程现状来确定（一般沥青路面在使用4 a、12 a后应进行一次中修，在第8年时应进行一次大修），因此，对比用的半刚性基层沥青路面应该在第8年进行一次中修，在第16年进行一次大修（分析期为 30 a）。

全寿命柔性路面在设计当中不允许出现结构性病害，因此无须考虑结构方面的维修，只需表面养护维修即可满足使用性能要求，此外柔性路面沥青层厚度达37 cm，可以认为衰变模型分析的结果基本可靠。

根据工程经验，中修方案为SMA改性沥青上面层+粘层，大修方案为对整体路面结构翻修（含上基层处理）。其目的都是为了提高路面的平整度，改善抗滑性能。具体维修费用见表6所列。

表6 不考虑折现率的各维修方案的费用表（单位：万元）

在经济分析时还应考虑路面的剩余寿命，这部分剩余寿命所具有的价值即为残值。路面残值可按多种方法近似计算，在此按剩余寿命占其预期使用寿命的比例确定，见式（4）:

式中：LA——最后一次改建的施工年份到寿命周期末的年数；

LE——该改建措施的预期使用寿命；

Cr——该项改建措施的修建费用；

SV——路面残值。

3.3 不同路面结构总造价费用分析

3.2节中得出的费用是路面结构在分析期内当年的各项费用，为便于比较分析，把分析期内不同时间支出的费用按一定的贴现率转换为现值。计算公式为：

式中：PVC——费用现值；

Ct——第t年的全部支出；

n——分析年限；

i0——标准折现率，取10%；

由于路面结构形式不同，需把各结构各自寿命期内的费用按照同样的折现率折算成等额年值，计算公式如下：

考虑到折现率的各项费用现值如表7所列。

表7 不同路面结构费用现值一览表（单位：万元/km）

由表7中的数据可以看出，柔性结构路面结构一的初期修建费用较结构二大。结构二在费用周期内的养护、罩面或改建费用较结构一大。

在各路面结构的寿命期内，柔性基层路面结构比半刚性基层路面结构每年每公里节约4.02万元，即每年每平方米节约1.58元。目前沥青路面建设工程浩大，总体工程量巨大，合理采用全寿命柔性路面将会带来明显的经济效益。

此外，柔性基层沥青路面还可以在以下几个方面得到补偿：

（1）维持较高的服务水平；

（2）节约社会资源，保护生态环境；

（3）有助于缓解养护部门的压力等。

4 结语

本文选用现值法和等效年费用法，以重载交通为基础，对柔性路面及半刚性路面在重载条件下的经济性情况进行了对比分析：相对于半刚性路面结构，柔性路面结构工程建设初期费用较高，但随着服务年限的增长，全寿命周期费用较半刚性基层沥青路面具有明显的经济优势。其作为重载道路理想的路面结构类型较半刚性路面结构更为合适。