基于养护管理系统的既有桥梁生命周期成本模型研究

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1、万方数据第23卷2010年3月第1期苏州科技学院学报(工程技术版)V01．23No．1JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Mar．2010基于养护管理系统的既有桥梁生命周期成本模型研究吴宇蒙，常军(苏州科技学院土木工程学院，江苏苏州215011)摘要：近年来，随着老龄化桥梁的不断增多，如何制定桥梁养护管理策略逐渐成为国内外学术界和工程界的研究热点。桥梁管理系统是解决该问题的一个有效手段。目前，桥梁养护管理系统研究的主要发展趋势是引入生命周期成分分析理念。论文首先介绍了生命周期

2、成本分析的概念，然后尽可能全面地分析了既有桥梁在生命周期内的所有相关费用。在考虑资金时间价值的基础上，给出了一个基于生命周期成本分析的数学模型。最后，论文给出了一个计算案例对该模型的有效性进行了验证。结果表明该模型可为桥梁养护管理的决策者提供制定桥梁养护策略提供有效支持。关键词：生命周期成本；既有桥梁；桥梁养护管理系统；桥梁状况指标；机构成本；用户成本中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1672-0679(2010)01-0044—06近几年，我国的桥梁事故频发，仅2009年5月以来，就发生了多起桥梁坍塌事件：5月17日，湖南株洲高架桥意外坍塌，事故造成9人死亡、16人受伤、

3、24辆车辆被毁的惨痛悲剧；6月30日，黑龙江省铁力市呼兰河大桥坍塌，造成4人死亡，国家和群众财产遭受重大损失；而最近的津晋高速公路匝道桥坍塌，5辆载货车坠落，造成6人死亡，4人受伤。由此可见，桥梁的安全可靠是关系到人们生命财产安全的大事，必须认真考虑。另外，上世纪七八十年代修建的桥梁已经进入生命的中期阶段，有些投入运营不久的桥梁，由于设计或施工原因方面存在缺陷，也出现开裂或变形过大的现象11】，大量桥梁的安全可靠性受到质疑。而且，随着经济的快速发展，人们对桥梁功能的要求也随之提高，对许多现有桥梁的功能要求超出了其设计功能，如何制订桥梁养护加固方案也越来越受到社会各界的关注，如何用有限

4、的资源来维护好现有桥梁，保持桥梁的完好工作状态，延长其使用寿命，保障桥梁的行车安全，是桥梁管理者的首要任务。人们对桥梁管理必要性的认识始于20世纪60年代的美国。经过几十年的发展，目前国外的桥梁管理系统功能已经较为完善，如美国AASHTO的Potins管理系统、瑞士的KUBA-MS道路结构管理系统、丹麦的DANBRO系统、法国的Edouard系统、英国的NATS等都值得借鉴。我国对于桥梁管理系统的研究始于20世纪80年代中期121，目前许多模型的建立理论依据还不够准确，部分功能尚处于开发研究阶段。目前，桥梁管理系统的主要发展趋势是引人生命周期分析的理念，国内外都展开了系统的研究：吴海

5、军介绍了寿命周期成本分析方法在桥梁工程中的应用闭；徐岳、白洪涛等运用技术经济原理对加固桥梁和新建桥梁的生命周期成本进行对比分析‘调；Uu、Frangopol、Kong、Luis等人提出了在确保桥梁可靠度基础上，使期望的寿命周期总成本最小化的桥梁最佳检测、维修养护的一般方法睁101。与桥梁的设计、建造一样，桥梁的使用过程中同样要解决安全与经济的问题。基于桥梁维护的生命周期成本研究主要有两部分组成：第一部分是保证桥梁生命周期内的成本最优，第二部分是保证桥梁生命周期的结构可靠。显然，这是一个以总维护费用最小为目标函数，以性能指标为约束条件的最优化问题，典型的桥梁费用和性能的关系如图1所示。

6、本文将立足于生命周期成本分析方法，对桥梁维护的经济性进行分析，提出一种基于生命周期成本最小【收稿日期】2009—12—28【基金项目】江苏省自然科学基金项目(BK．2007549)；建设部研究开发项目(2008一K2—35)[作者简介】吴宇蒙(1978一)，女，浙江临海人，讲师，硕士。万方数据第1期吴宇蒙等：基于养护管理系统的既在堑鋈生佥周麴盛本模型婴窒笪的维护决策模型。由于时间因素对成本的分析影响非常费用大，所以在生命周期成本的分析时考虑了资金的时间价值，把桥梁在各个时期所发生的费用均折算为现值。在提倡可持续发展理念的今天，本研究在桥梁的生命周期成本模型中引入备受关注的环境成本，从

7、而得到更具有性能现实指导性的结果。1既有桥梁生命周期费用的构成0正死乃既有桥梁的生命周期费用(LifeCycleCost，简称图1桥梁结构生命周期内现金流量和性能劣化示意图LCC)是指在所确定的生命周期内为建立和保持桥梁结构的使用功能所需耗费的一切费用总和，由机构成本和用户成本所构成，具体如图2所示。其表达式为式中，F为桥梁建成后整个生命周期内的费用现值总和；肛为养护费用现值之和；厶为检测监测费用现值之和；R。为维修费用现值之和；Ec为环境影响费用现值之和