（自贡市城市规划设计研究院有限责任公司 ）

    摘要：当前的桥梁方案比选中比较注重初始建设成本，而缺乏对各方案的全寿命期周期成本尤其环境影响的成本计算.基于本文在现有理论的基础上将桥梁全寿命周期的环境影响量化，并改进和简化了现有的计算公式,运用改进公式对混凝土板拱桥和钢T构桥进行了全寿命周期成本计算和分析，得出了各自全寿命成本和各阶段环境成本，最后研究成果表明虽然混凝土板拱桥相比于钢T构桥全寿命成本更低，但钢T构桥却有明显的环境成本优势,这一研究成果值得运用于市政桥梁方案设计中并为方案的科学合理决策提供借鉴。

关键词： 环境影响  全寿命周期成本  量化  混凝土桥  钢桥   

Abstract: The current bridge program more attention than the selected bridge the initial construction costs, and the lack of programs to calculate the full life cycle of the environmental impact on the cost, this paper will be the basis of the environmental impact of the existing bridge's life-cycle theory of quantification, and to improve and simplifying the existing formula. Using this formula for three-span arch bridge concrete slab and steel T frame bridge life cycle cost calculation and analysis, draw their life cycle cost, environmental cost accounting for the calculation of life-cycle costs in the proportion of two bridge, the final study Although the results indicate that the concrete slab arch compared to steel T frame bridge life-cycle costs lower, but in the various stages of the whole life of the steel T frame bridge there are significant environmental cost advantage. The findings applied to municipal worth bridge design and provide reference for scientific and rational decision-making.

Keywords: environmental effect   Life cycle cost Quantification  Concrete bridge  steel bridge

随着国家“十三五规划”的提出，我国的城市建设进入了一个快速发展期，同时由于城市建设与其他基础设施建设的差异性，也对市政建设提出了更高要求。“绿色、生态、节能”不断的出现在各地市政建设的规划目标中，而作为城市文化形象及经济建设名片的市政桥梁虽然在城市道路干线起着枢纽作用，但在其建设过程中仍只重视初始建设投资和直接成本，对其寿命周期成本尤其是环境影响成本没有一个有效的量化评估，使得在建设或服役过程中出现环境问题不断以及为此支付的环境成本代价惨重。

城市建设的这一严峻现实迫切要求桥梁在方案评估中应当考虑各方案的量化环境影响成本。对于建筑物的环境影响成本量化方面，国内学者已进行了广泛的研究工作，然而具体到桥梁工程方面其理论还是相对落后。有鉴于此，本文将以桥梁方案比选为研究对象，结合桥梁寿命周期成本分析理论（bridge life- cycle cost analysis，BLCCA）和建筑物的生命周期评价（life cycle assessment，LCA）讨论了三跨混凝土板拱桥和钢T构桥在寿命周期内可能造成的环境影响类型，并基于前人既有研究成果的基础上建立了两种桥型方案的环境影响成本量化评价模型。

1 环境影响评价发展趋势与评述

随着环境保护意识的提高，国内学者越来越注意到工程项目在整个寿命期内不断出现的环境问题，并针对这些环境问题开展了持续的跟踪、分类、研究等工作，取得一定的研究成果。董常晖等从公路工程的生态影响、社会影响、景观影响等角度以及各自的指标体系和方法方面，全方位的总结了专家学者的已有研究成果，并提出应当加强公路建设的后续环境影响评价工作。学者邵旭东从桥梁全寿命角度出发，单座桥梁全寿命成本的计算公式，并对桥梁后期维护成本进行了详细介绍。梁巍、卓卫东等人提出了基于环境影响的桥梁全寿命成本的分析方法。

国外学者Frangopol提出了桥梁全寿命成本的基本框架，并对其成本类型进行了细分。NCHRP报告中将桥梁全寿命成本分解为机构成本、用户成本和第3方成本等三方面内容，在报告中并对各项成本进行了细分和指明了用户成本和环境成本的含义。Singh则将桥梁寿命成本分为机构成本、用户成本、事故和其他成本，并对用户成本建立起了数学模型。

这些现有的研究成果虽然在基础统计、定性分析和定量计算上都做了大量的工作，然而对于工程设计人员如何针对中小跨径的常规城市桥梁计算全寿命周期成本的公式上尚有不足，而对于方案设计比选阶段往往是直接的决策阶段，更需要考虑全寿命周期成本的计算。

2 全寿命周期各阶段环境影响成本计算模型

针对桥梁环境影响成本分析，目前比较盛行得主要有两种理论：一是全寿命周期成本分析理论，一是生命周期理论。对于全寿命成本分析理论而言主要要优势在于理论中体现了寿命周期不同阶段的经济成本，适合投资决策，通过全寿命分析理论对桥梁进行环境影响成本分析满足经济发展的需要同时也兼顾了可持续发展的要求。对于生命周期理论而言其优点在于其理论对于环境影响因素考虑的比较全面，适合工程项目的环境评估。但同时两种理论也存在各自劣势，当前全寿命成本分析理论对于环境影响因素考虑的不全，无法全面体现项目中因为环境问题而造成的实际支出成本，而生命周期理论由于对于环境因素细化后造成其评价指标不宜量化，也很难体现工程项目的经济属性。

对于此，由于本文研究领域为环境成本在市政桥梁方案设计比选的运用，所以作者在考虑寿命周期各阶段的环境成本计算模型综合考虑了BLCCA和LCA理论并在梁巍、卓卫东提出的考虑环境影响的全寿命周期成本计算模型基础上结合市政桥梁特点后加以改进与完善。

2.1基于全寿命周期内环境影响成本的假定与分类

（1）计算模型基本假定

① 环境因素指标可以量化为货币单位表示。

② 计算模型中参数取值参照国家相关的环保标准。

③ 对于生命周期理论中资源消耗这一项假定已体现在寿命周期成本分析中的建设和维护材料成本中，所以在全寿命周期成本分析中只考虑相应的污染物排放引起的环境成本。

④ 由于桥梁在全寿命周期内，污染来源众多，若对每一来源都进行分析，将使其模型复杂且难于具体量化，因此本文结合市政桥梁的具体实际，选取了其主要的环境影响源进入计算模型。

⑤ 方案比选针对同一地点和时间，故用户成本大致相等，不予单独考虑。

（2）全寿命周期内主要环境影响源种类

对于市政桥梁而言在整个全寿命期内的主要环境影响源有水污染、大气污染、固体废弃物、噪声污染等四大类。在桥梁全寿命理论中桥梁的整个寿命期可以简化为三个阶段，即项目建设阶段、使用阶段、废弃拆除阶段，以下就是各个阶段内包含的环境成本种类。

①项目建设阶段

在本阶段内项目已在实际建设中，在这一过程中由于不断有材料的物化、机械设备运转和项目施工而产生水、大气、噪声、固体废弃等污染，这些污染对环境影响较大必须给予重点考虑。但同时在该阶段中由于施工人员生产、生活产生的环境成本较小所以为了计算简便也不予考虑。

②  使用阶段

桥梁使用阶段产生的环境影响主要考虑由于构件破坏而进行维修加固而产生的大气、水、噪声、固体废弃等污染。

③废弃拆除阶段

城市桥梁由于处于人口和交通密集地区与铁路，公路桥梁有较大不同，所以在废弃拆除阶段所产生的环境影响也比其他两类桥梁更为严重。城市桥梁在废弃拆除阶段主要是产生噪声和固体废弃等污染。

2.2主要环境成本计算模型

通过以上对寿命周期各阶段内环境影响的定性分析可以得出，在全寿命周期内城市桥梁各类活动引起的环境影响成本主要是大气、水、噪声、固体废弃四大类所产生，如表1所示：

表1  环境成本分类

污染类型	污染内容
水污染	寿命期内产生的COD、氰化物、重金属等污染成本
大气污染	寿命期内产生的COX、SO2、NOX、粉尘等造成的环境污染成本
噪声污染	寿命期内为控制噪声产生的成本
固体废弃	寿命期内为处理产生的固体废弃物而产生费用

通过表2，可将全寿命周期成本分析中的环境影响成本（Environmental impact cost，EIC）表示为：,表达式中分别为水、大气、噪声、固体废弃四类污染。

水污染和大气环境污染成本可表示为，为相应的污染物排放量，表2至表4分别为桥梁主要材料物化过程的污染排放量、常用能源环境清单、单位排放物经济损失表。

表2 桥梁主要材料物化过程污染物排放量

                                          （钢材kg/t；混凝土kg/m³）

 

·表3 常用能源排放清单

表4单位排放物经济转换值

主要排放物	货币装换值/（元.t-1）	主要排放物	货币装换值/（元.t-1）
COD	11700	NOX	3030
COX	680	SS	175
SO2	650	粉尘	230
氰化物	2499	烟尘	175
重金属	1579	氨氮	793

噪声污染主要存在于桥梁施工过程机具使用、车辆通行等原因产生对周边住户生活过大的干扰而引起的成本支出，噪声污染量化常用的方法有噪声污染控制措施法、意愿支付法和享乐价格法，本文采用调查方式为基础的意愿支付法，即：

表达式中：为噪声污染总成本，为单个住户调查价格，为住户数。

固体废弃物污染主要是桥梁在寿命周期类排放超过自然界净化能力而造成的环境成本支出，学者刘沐宇等运用虚拟治理成本理论推导了固体废弃物环境成本的计算公式，其表达式为：，处置存放废物治理成本，处置排放物的治理成本。

表5 固体废弃物单位治理成本

2.3考虑环境影响后桥梁全寿命成本计算模型

通过以上分析可以得出考虑环境影响的全寿命周期总成本的主要构成，其计算模型表达式可表示为： ，表达式中为桥梁初始建设成本，为桥梁建设过程中环境成本，为运营管理成本，为运营管理环境成本，为桥梁废弃后拆除成本，为拆除后固体废弃物处理的成本。

3 工程算例分析

自贡市贡井区旭水河拟新建一座跨河城市桥梁，可研阶段提出两个方案：方案一为三跨板拱桥(图1），方案二为钢T构梁桥(图2），桥梁宽度均为22m。表6为主要材料数量统计表：

 

                      图1 三跨板拱桥桥型布置图

 

                     图2 钢T构梁桥桥型布置图

表6：主要材料数量表

 

由于本文篇幅有限，对于施工机械施工台班能源消耗数量表就不在赘述可以参见《公路工程机械台班费用定额》（JTG/T B06-03-2007）

⑴初始建设成本：

根据相关桥梁定额及可研方案阶段的工程量统计可以得出两个方案桥型的初始建设成本：三跨板拱桥方案的初始建设成本为1428万元，钢T构梁桥的初始建设成本为1558万元。

（2）建设阶段环境成本：

由前文分析可知在建设阶段产生的环境成本主要是材料物化过程中的环境污染、施工机械及车辆在使用过程中产生的废物排放及噪声污染。两桥型方案材料物化过程的污染排放可由表6与表2计算出各自方案材料物化过程中的排放总量，再结合表4即可得出材料物化过程中环境成本。

对于计算施工机械、车辆使用过程中的污染物排放总量方法也类似，用施工机械总量与《公路工程机械台班费用定额》中相应定额得出排放总量后再与表4相乘得出施工机械、车辆使用过程中的大气污染的环境成本。同时在施工过程中的噪声造成的环境成本运用意愿支付法计算。现将两种桥型方案建设阶段环境成本列与表7：

表7：建设阶段环境成本（万元）

（3）运营管理成本：

运营管理成本包含桥梁使用期100年内的常规维护、检测、上漆及后期大修。为便于计算，参考工程经验及相关文献先作如下假定：每年常规维护费用按照初始建设费用的0.05%；本工程为次干道桥梁，按Ⅳ类桥梁养护，检测频率取8年一次，按拱桥和钢桥的检测费用分别按照初始建设费用的0.15%和0.2%；钢桥每20年一次的上漆费按照初始建设费用的4%；后期大修为交通超载、环境恶化、地震、洪水及碰撞等不可预知或偶然荷载造成的主要构件修复，结合相关统计资料和本项目特点：按照混凝土桥梁建成后大修2次，维修费用为初始建设费用的20%，钢桥建成后大修2次，维修费用为初始建设费用的22%。

表8：运营管理成本（万元）

（4）运营管理环境成本

虽然在运营管理期间检测手段、维修消耗材料不同，管理和维修频率等基本一致，便于量化比较，参考建设阶段环境成本所占比例得出：拱桥和钢桥运营管理的环境成本分别按表8的26%和17%计取，费用分别为194.9和209.2万元。

（5）拆除阶段及相应环境成本

桥梁拆除费用根据所采用的方案不同，使得拆除成本由很大的差异，本桥位于城市建设区内，为最小程度减少对河道影响、降低噪声和大气污染，采用最为环保的切割分块吊装法，根据工程经验，钢结构切割拆除费用远小于混凝土切割，估算板拱桥的拆除费用为200万元，钢T构桥为120万元。由于采用了相对环保的拆除工艺，故对拆除施工中的机械、车辆产生的大气污染和噪声污染成本忽略不计。

（6）固体废弃物处理的成本

由于本文分析的两座比选桥型分别为混凝土桥和钢桥，使得桥梁拆除时残余价值出现巨大区别，对于混凝土桥的残余价值国内通用的做法是不考虑残余价值，而对于钢桥的上部钢结构部分一般要考虑其废钢回收的经济价值。

两方案桥梁拆除阶段固体废弃物环境成本，主要是利用表6与表5，用建设阶段工程材料乘以相应固体废弃物治理成本得到拆除阶段固体废弃环境总成本。现将计算结果列于表9：

表9：拆除阶段固体废弃物环境成本(万元)

注:废旧钢材取值800元/t

(6)结果分析

表10：全寿命周期环境影响成本(万元)

 

通过以上分析可以得出板拱桥与钢T构桥的全寿命期成本分别为3024.1万元和3342.8万元，两方案的初始建设成本占其全寿命成本的比例分别为47.2％和46.6％；寿命周期的环境成本分别为646.4万元和434万元，占全寿命成本的比例分别为21.4％和13％。

4 结论

    (1)本文基于环境影响的全寿命周期成本采用量化的公式进行了实例分析，并对公式的各子项进行了简化假定便于工程技术人员的使用，本公式值得桥梁可行性研究阶段或方案评估阶段参考使用以利于科学决策。

     (2)对于本实例桥梁的初始建设成本仅占全寿命周期成本的47%，故考虑桥梁全寿命期成本特别是将环境成本包括在内，对桥梁前期投资者和后期运用管理者而言都具有指导作用，使得桥梁建设、服役期的经济成本更加明朗化。

 (3)从本实例的全寿命成本计算结果可知，对于中小跨径桥梁，混凝土桥梁在初始建设以及后期运营管理上都较钢桥更具经济优势，究其主要原因在于钢桥的上漆及保养维修费用较高，因此增强桥梁钢材的耐久性并减少其维护保养成本对于增强钢桥的全寿命成本优势具有重要意义。

(4)通过对实例中桥梁全寿命各阶段的环境成本分析计算可得出，虽然混凝土拱桥比钢T构桥的全寿命成本更低，但是钢T构桥在全寿命期各阶段具有明显的环境成本优势，这一优势符合当前经济的可持续发展要求，因此在工程项目决策阶段应当综合考虑到环境成本因素。

 

5 结语

当前我国桥梁的方案比选中比较注重桥梁初始建设成本，而缺少对各方案桥型的全寿命成本尤其是全寿命期各阶段的环境成本的量化分析，这并不符合我国经济与社会可持续发展的要求。本文在综合桥梁全寿命周期成本理论和生命周期理论得基础上针对城市桥梁考虑环境影响的全寿命期成本进行了分析计算，由于当前相应统计数据有限，因此在计算中提出的计算模型还需进一步完善，细化模型中参数计算。

 

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作者：文继涛，自贡市城市规划设计研究院有限责任公司，高级工程师，643000，18990096005；0813-2402717，52337046@qq.com

通信地址：四川省自贡市自流井区体育场南路19号自贡市城市规划设计研究院有限责任公司，643000

 

文继涛(1983.12)，男，汉族，四川广安人，高级工程师，工程硕士，自贡市城市规划设计研究院有限责任公司，市政一所副所长兼主任工程师，从事道桥与岩土工程设计