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从全寿命周期角度看绿色公路(图)(上)
2018-07-02 09:31:42  《中国公路》  文/ 安徽省交通控股集团有限公司 黄学文  
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【声明】:转载《中国公路》《中国交通信息化》《中国高速公路》《中国交通建设监理》稿件须经书面授权。索取授权书 QQ: 6673744。

2015年4月,贵州盘兴高速公路被交通运输部列为“创建绿色公路主题性示范项目”。

  近年来,在江苏宁宣、吉林鹤大、广东广佛肇高速公路等30多个典型示范工程的引领下,全国各地积极探索绿色公路建设方案和新技术,取得了突出成效。然而,运用全寿命周期理论系统指导绿色公路建设实践时,仍存在项目规划周期不足、设计耐久性不足、施工建造水平不高等问题。

  为什么要从全寿命周期角度审视绿色公路发展

  全寿命周期管理,是指通过先进技术手段和管理方法,统筹项目规划、建设、运营和回收等全部环节,在确保规划合理、工程优质、生产安全、运营可靠的前提下,以全寿命周期的整体最优为目标。

  绿色公路建设理念与全寿命周期理论密切关联,缺一不可的。绿色公路建设的内涵是统筹项目规划、设计、建设、运营、养护、管理全过程的资源占用、能源耗费、环境影响等,而全过程控制也是全寿命周期管理。全寿命周期是衡量绿色公路的一把尺子,没有全寿命周期最优,便不可能实现真正意义的绿色公路。

  当前,实施绿色公路建设期间,有些项目只能说建设期是绿色的,但在全寿命周期并不一定是绿色的。因此,运用全寿命周期视角,可以更科学、健康、持续地发展好绿色公路。

  全寿命周期绿色公路发展的主要问题

  一般公路项目全寿命周期阶段,划分为规划研究、勘察设计、施工建设、运营养护、大修改建几个阶段,如果从全寿命周期各阶段成本分析,可以看出规划与设计阶段是项目建造成本的决定性阶段,通常达到90% 左右,而这个阶段实际花费占项目概算仅在3% 至5%。

  因此,规划与设计是项目的灵魂,这个阶段是绿色公路建设的关键环节。与此相反,施工建近年来,在江苏宁宣、吉林鹤大、广东广佛肇高速公路等30多个典型示范工程的引领下,全国各地积极探索绿色公路建设方案和新技术,取得了突出成效。然而,运用全寿命周期理论系统指导绿色公路建设实践时,仍存在项目规划周期不足、设计耐久性不足、施工建造水平不高等问题。

  设期只是按图施工,对项目总成本影响相对较小,但却是项目成本投入最大的阶段,一般可达60% 至90%。如果建设期投入不足,后期运维养护费用必然会高。下面结合各阶段的现状问题分析,辅以改进措施,以便为我国绿色公路健康发展提供参考。

  项目规划周期不足

  公路工程在工可阶段进行规划决策研究时,因缺少全寿命周期的系统理论指导,论证技术标准前瞻性不足,技术标准的确定与项目预测寿命周期不匹配,造成实际寿命周期大幅缩短。这种项目初期建设投资虽较为节省,但不到项目寿命期就需要改扩建,分摊至实际寿命周期的投资,成本最终会很高。

  以高速公路为例,我国高速公路建设起源于20 世纪80 年代中后期,但快速发展期是从本世纪初期开始,大多建成不足20 年。截至目前,一批高速公路未到预测寿命期即处于饱和状态,服务水平与效率大幅下降,通行车辆能源消耗陡然上升,不得不提前实施改扩建。

  例如,江苏省的沪宁高速公路1996 年11 月正式通车,2003 年5 月决定扩建为八车道,2006年1 月通车。新建与扩建相距不到10 年。进一步分析我国近期实施的四改八扩建工程,使用寿命周期平均在15 年左右,远小于项目预测寿命周期的25 年至30 年。

  实际缩短寿命周期既带来部分资源的浪费,也增加了大量投资。这里以某高速公路改扩建为例计算全寿命周期成本,2002年建成时造价每公里2442 万元;2017年改扩建造价每公里8604 万元。按投资额折算现值计算,考虑折现率、正常维修及大修费用,则一次性建设八车道折算现值为每公里1.3 亿元,而按实际分期(15 年)改建成八车道的现值约每公里1.4 亿元,分期改建的全寿命成本提高24%。

  因此,从全寿命成本角度计算分析,项目全寿命周期过短显然是很不经济的。对于高速公路来说,预测20年内需要改扩建的项目,采用一次性建设是最经济的方案,当然也是最绿色的方案。

  设计耐久性不足

  现行公路勘察设计,偏重功能需求与投资比较,在满足技术标准条件下,经济指标被优先考虑,但对工程结构耐久性研究不多或者不全面,包括设计与施工、运营相关的全寿命周期设计体系、评价方法尚未形成。设计、建造与养护各阶段互相脱节,也是导致工程病害时有发生,工程耐久性下降的主要因素。

  以高速公路路面为例,我国超过92% 的沥青路面,平均寿命周期大概是7 年至8 年,比预估设计寿命低一半以上。美国有关统计数据显示,绝大部分沥青路面使用15 年以上才需要表面维修,很多沥青路面使用20 年以上才出现明显的损坏。

  为什么会出现路面未到寿命就会损坏,以我国现行路面结构设计为例,基本上以半刚性基层沥青路面为主要结构类型,这种结构耐久性不足体现在半刚性基层的非荷载型裂缝难以克服。行车荷载作用下,半刚性结构易出现结构疲劳开裂,形成反射裂缝。

  半刚性基层的刚度过大及材料性能不足,加速形成早期车辙和裂缝病害。

  可以说,传统的半刚性基层和强基薄面结构,是当前路面耐久性不足的重要原因之一。

  从全寿命周期成本来看,路面耐久性不足直接导致全寿命周期成本的明显增加。根据目前常规路面建造成本推算,如果采用增加12 厘米厚度的沥青级配碎石基层作为耐久性结构路面,实现30 年的寿命周期,将比一般性结构15 年寿命周期节省43%,如果计算通行阻塞和交通事故损失,耐久性路面的经济性更加突出。

  再以桥梁建设为例,我国是世界第一桥梁大国,目前公路桥梁总数接近80 万座,大多是近40 年内建设,但未到使用寿命便步入维修期的桥梁日渐增多,目前有超过10 万座桥梁为危桥。有些甚至十年、二十年就成了“桥倒倒”,桥梁工程结构的耐久性和安全性令人堪忧。

  解决桥梁耐久性问题应首先从设计抓起。目前,公路桥梁设计普遍采用混凝土结构,造价较低、施工工艺成熟,但混凝土材料易出现徐变、裂缝、下挠等病害。特别是大跨预应力混凝土结构受设计、材料、施工因素等影响大,长期性能设计不足。如黄石长江大桥运营7 年即下挠22 厘米,裂缝扩展后不得不限制重载通行。

  钢结构和钢混结构为世界桥梁界所推崇。美国的钢结构桥梁占比为35%,发达国家钢结构桥梁最高占比为85%。但我国公路钢结构桥梁占比仅1%。钢结构与钢混结构桥梁应用少,传统认为初期建造成本和后期养护成本高,但未计钢材回收及混凝土耐久性养护成本,随着耐候钢材料的进步,钢桥和钢混桥的全寿命成本效益优势将会凸显。

  近年来,交通运输部提出大力推广钢结构和钢混结构桥梁,正是落实绿色发展理念,提升公路桥梁建设品质的重要抓手,并且可以降低全寿命周期成本,有效促进公路建设的转型升级。( 来源: 《中国公路》 作者:文/ 安徽省交通控股集团有限公司 黄学文 )

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