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基于环境影响的全寿命周期成本市政桥型方案比选

发布时间: 2016-10-10 信息来源: 《中国公路学会桥梁和结构工程分会2016年次全国桥梁学术会议10bet都有哪些平台集》 作者: 文继涛 刘波

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    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虽然混凝土板拱桥相比于T构全寿命成本更低,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,对寿命周期成本尤其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。对于建筑物环境影响成本量化方面,国内学者进行了广泛的研究工作然而具体到桥梁工程方面理论还是相对落后有鉴于此本文将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 analysisBLCCA)和建筑物的生命周期评价(life cycle assessmentLCA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基于前人既有研究成果的基础上建立了两种桥型方案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工程10bet都有哪些平台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、研究工作取得一定的研究成果。董常晖等从公路工程生态影响社会影响景观影响角度以及各自的指标体系方法方面,全方位的总结了专家学者的已有研究成果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提出桥梁全寿命成本基本框架并对其成本类型进行了细分NCHRP报告桥梁全寿命本分解为机构成本用户成本和第3方成本等三方面内容,在报告中对各项本进行了细分和指用户成本和环境成本的含义。Singh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优点在于理论对于环境影响因素考虑的比较全面,适合工程10bet都有哪些平台的环境评估。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10bet都有哪些平台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造成其评价指标不宜量化,也很难体现工程10bet都有哪些平台的经济属性。

对于此,由于本文研究领域为环境成本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BLCCALCA理论在梁巍、卓卫东提出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

 环境因素指标可以量化为货币单位表示

 计算模型中参数取值参照国家相关的环保标准

 对于生命周期理论中资源消耗项假定已体现在寿命周期成本分析中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。

 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。

 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整个寿命期可以简化为三个阶段10bet都有哪些平台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

10bet都有哪些平台建设阶段

在本阶段内10bet都有哪些平台已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10bet都有哪些平台施工产生、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。

  使用阶段

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

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

通过以上寿命周期阶段内环境影响的定性分析可以得出,在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

1  环境成本分类

污染类型

污染内容

污染

寿命期内产生的COD氰化物、重金属污染成本

大气污染

寿命期内产生的COXSO2NOX、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,可全寿命周期成本分析中的环境影响成本(Environmental impact costEIC表示为:,表达式分别为水、大气、噪声、固体废弃四类污染。

污染和大气环境污染成本可表示为为相应污染物排放量,表24分别桥梁主要材料物化过程的污染排放常用能源环境清单、单位排放物经济损失表。

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

建材

COX

SO2

NOX

SS

COD

粉尘

大型钢材

4542

56.6

34.8

876.2

28.2

150.1

中小型钢材

3749

46.6

28.9

727.9

23.5

124.6

线材

3709

46.1

28.6

721.0

23.3

123.4

混凝土

361.6

1.3

1.6

16.0

0.5

3.2

 

·表3 常用能源排放清单

名称/单位

汽油生产/1L

汽油消费/1L

柴油生产/1L

柴油消费/1L

电生产/1KWh

COX/kg

2.69

2.66

7.41E-02

2.71

1.14

SO2/kg

5E-03

1E-03

2.55E-03

0

1.03E-02

NOX/kg

2E-03

6E-03

3.25E-04

3.2E-02

5.22E-03

COD/kg

0

0

0

0

3.11E-05

粉尘/kg

0

0

0

0

4.57E-02

固弃/kg

0

0

0

0

9.54E-03

4单位排放物经济转换值

主要排放物

货币装换/.t-1

主要排放物

货币装换/.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意愿支付法享乐价格法,本文采用调查方式为基础的意愿支付法即:

表达式中:噪声污染总成本,单个住户调查价格住户数。

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造成的环境成本支出,学者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

5 固体废弃物单位治理成本

 

类别

处置单位治理成本

存储单位治理成本

一般固废

危险固废

一般固废

危险固废

单位成本(/t

22

1500

4.5

15

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,计算模型表达式可表示为: 表达式中桥梁初始建设成本,桥梁建设过程环境成本,运营管理成本,运营管理环境成本桥梁废弃后拆除成本拆除后固体废弃物处理的成本。

3 工程算例分析

自贡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(图2),桥梁宽度均为22m6为主要材料数量统计表:

 

                      1 三跨板拱桥桥型布置图

 

                     2 钢T构梁桥型布置图


6:主要材料数量表

拱桥

方案

钢筋/t

轻质混凝土/m3

混凝土/m3

钻孔桩长/m

土石方/m3

1692.16

6600.0

 7749.6

     720

28200

钢桥

方案

钢筋/t

混凝土/m3

Q345D钢材/t

钻孔桩长/m

钢绞线/t

   277.09

4100.5

1096.8

  280

27.76

 

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

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1428万元,钢T构梁初始建设成本为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环境污染、施工机械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2计算出各自方案材料物化过程中的排放总量,再结合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污染物排放总量方法也类似施工机械总量与《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:

7:建设阶段环境成本(万元)

拱桥

方案

建材物化过程

施工机械耗能污染

施工噪音

固体废弃

323.6

22.6

23.8

5.6

钢桥

方案

建材物化过程

施工机械耗能污染

施工噪音

固体废弃

238.9

21.9

15.4

3.76

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10bet都有哪些平台特点: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%。

8:运营管理成本(万元)

拱桥

方案

常规维护

检测及监测

上漆

后期大修

71.4

107.1

0

571.2

钢桥

方案

常规维护

检测及监测

上漆

后期大修

77.9

155.8

311.6

685.5

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,估算板拱桥拆除费用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,对于混凝土桥残余价值国内通用的做法是不考虑残余价值,对于钢桥的上部钢结构部分一般要考虑其废钢回收经济价值。

方案桥梁拆除阶段固体废弃物环境成本,主要是利用6与5用建设阶段工程材料乘以相应固体废弃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:

9:拆除阶段固体废弃环境成本(万元)

拱桥

方案

固体废弃存储成本

固体废弃治理成本

残余价值

17.3

58.6

0

钢桥

方案

固体废弃存储成本

固体废弃治理成本

残余价值

15.6

19.2

89.96

:废旧钢材取值800元/t

(6)结果分析

10:全寿命周期环境影响成本(万元)

桥型

初始建设成本

建设阶段环境成本

运营管理成本

运营管理环境成本

拆除阶段成本

固体废弃物处理的成本

拱桥

1428

375.6

749.7

194.9

200

75.9

钢桥

1558

279.9

1230.8

209.2

120

-55.1

 

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环境成本分析计算可得出,虽然混凝土拱桥比钢T构全寿命成本更低,但是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10bet都有哪些平台决策阶段应当综合考虑到环境成本因素

 

5 

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成本进行分析计算,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。

 

参考文献

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[11] 胡江碧,刘妍. 桥梁全寿命周期成本分析在工程中的应用J北京工业大学学报, 2010, 36(04):500-505

 

 

作者:文继涛,10bet都有哪些平台有限责任公司,高级工程师,643000189900960050813-240271752337046@qq.com

通信地址:四川省自贡市自流井区体育场南路19号10bet都有哪些平台有限责任公司,643000

 

文继涛(1983.12),男,汉族,四川广安人,高级工程师,工程硕士,10bet都有哪些平台有限责任公司,市政一所副所长兼主任工程师,从事道桥与岩土工程设计