第２５卷第６期２０１１年１２月
工程管理学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｎａｇｅｍｅｎｔ
Ｖｂｌ．２５ＮＯ．６
Ｄｅｃ．２０１１
高速公路沥青路面全寿命经济分析
帅青燕，何亚伯
（武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉４３００７２，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｎｇｙａｎ＿ｓｈｕａｉ＠１６３．ｔｏｍ）
摘要：为了进一步提高公路建设的投资效益，在分析高速公路沥青路面耐久性和寿命周期关系的基础上，建立了沥青路面全寿命周期费用模型，该模型综合考虑了投资方案的初始修建费、未来的养护维修费、用户费用和寿命期内的其它相关费用。
介绍了沥青路面全寿命经济分析的方法，讨论了全寿命经济分析过程中需要重点考虑的两个问题——沥青路面使用性能衰变
的预测和维修时机、策略的选择，并对两种不同结构类型的沥青路面进行了实例分析。本文的研究可以为当前新形势下的公路建设项目投资决策和运营管理提供参考。
关键词：沥青路面；耐久性；费用模型；全寿命经济分析中图分类号：Ｕ４１６
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４８８５９（２０１１）０６—６４９—０４
ＬｉｆｅＣｙｃｌｅＣｏｓｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈｗａｙＡｓｐｈａｌｔＰａｖｅｍｅｎｔ
ＳＨＵＡＩＱｉｎｇ—ｙａｎ，ＨＥＹａ—ｂｏ
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沥青路面具有行车舒适、施工周期短、噪音小、对路基变形的适应性强、可以分层分期铺筑面层、维修方便等优点，广泛地应用在我国高速公路建设
中。
１高速公路沥青路面的耐久性和寿命周期
１．１高速公路沥青路面的耐久性问题
公路路面暴露在自然环境中，直接承受着车辆荷载和外部环境因素的作用，是公路工程中最容易出现破损和性能衰退的部分。
在我国，９０％以上的新建高速公路都是沥青路面，然而大多数路面在通车后不久就出现车辙、唧浆、裂缝等病害，有的路段甚至出现基层破碎松散的结构性破坏。这种没有达到设计使用寿命就出现的各种损坏通常称为初期损坏。
国外公路沥青路面也存在初期破损现象。美国在１９８０年对沥青路面的耐久性进行了一次广泛调查，发现按照美国各州公路与运输官员协会（简称
随着我国国民经济的快速发展和运输市场的日益繁荣，交通量和行车荷载迅猛增长，沥青路面使用的耐久性逐渐不能满足预定的目标，出现了各类初期病害，从而增加了路面的养护维修费用及工作量，造成不必要的经济损失，极大地影响了公路建设的投资效益。因此，在评价沥青路面建设项目时，应充分考虑其耐久性问题，并全面地考虑建造及运营阶段的费用，即进行全寿命经济分析。
收稿日期：２０１１－０１—０５
万方数据
工
程管ＡＡＳＨＴＯ）方法设计的沥青路面的实际使用寿命只有８～１２年，没有达到２０年的设计使用寿命；日本的高速公路沥青路面每隔６年左右就要加铺或铣刨后重新铺筑一次，主要原因是车辙深度超过了规范规定；法国对高速公路沥青路面的养护进行调查发
现，一艘隋况下路面在７～１２年就要进行局部维修，
通常需要采取罩面处理等措施来恢复路面功能［１］。
相比而言，我国的沥青路面损坏出现更早，现象更为严重，造成的损失也更大。路面的过早损坏意味着路面的耐久性不足。初期损坏的发生不仅降低了道路的使用性能，而且增加了沥青路面的全寿命周期费用，给道路建设和养护造成了巨大的经济损失。沥青路面耐久性差、实际使用寿命短已经成为影响我国道路建设发展的主要问题之一。
１．２
高速公路沥青路面耐久性和寿命周期的关系高速公路沥青路面的全寿命周期是指从工程
可行性研究开始，到项目的使用期结束，包括设计、施工、竣工移交、养护、运营和修复管理等阶段，其中修复管理所占时间很长。耐久性Ｄ在寿命期丁内的衰减过程如图１所示。其中曲线口为沥青路面
结构出现耐久眭损伤后不采取加固措施（即不进行
大修，但可能进行小修和中修）的自然衰减过程，曲线ｂ为采取加固措施后的变化趋势【２Ｊ。
耐久性口
图１
沥青路面结构耐久性与寿命周期的关系
从图１中可以看出，沥青路面的全寿命周期大致可以分为三个阶段：阶段一为拥有期，包括设计、施工、投入使用等过程，其耐久性处于全寿命周期的最高水平，即设计水平；阶段二为运营与维修期，沥青路面的耐久性逐渐降低，直至路面使用达到极限状态，由于采取了加固措施，曲线ｂ比曲线口全寿命周期要长；阶段三为老化与报废期，沥青路面耐久性不断降低，直至路面承载力达到极限状态。
２考虑耐久性的沥青路面全寿命经济分析
全寿命经济分析，是以经济学原理为基础来评
万方数据
理学报第２５卷
价可选投资方案的长期经济效率的一种技术，它考虑了投资方案的初始修建费、未来的管理费、用户费用和寿命期内的其它相关费用，其目的是在保证工程达到设计寿命的前提下，降低成本，实现技术
可靠、经济合理ｐＪ。
２．１沥青路面全寿命周期费用模型
２．１．１沥青路面全寿命周期费用的组成
根据路面管理系统，沥青路面从设计开始到寿命期末，包含的主要费用如图２所示。
设计赞
图２沥青路面全寿命周期费用的组成
一一始一一ｉ薹｜一
２．１．２全寿命周期费用计算的步骤
沥青路面全寿命周期费用计算的基本步骤如
图３所示。
道路设计数据输入ｌＩ路面检测数据输入
确定新建路面使用性能衰变模型
型塑￡了ｌ型塞茎茎塑竺竺茎堕
—磊蓊希Ｉ赢
ｔ
计算总费用
（包括管理部门费用和用户费用）
图３
沥青路面全寿命费用计算的步骤
２．２沥青路面全寿命经济分析的方法
沥青路面全寿命经济分析的方法有很多种，如：费用现值法、等额年值法、收益率法、效益一费用比法等。通常使用最多的是费用现值法，它是将全寿命周期内不同时期投入和发生的各种费用，按照某一预定的贴现率转换成现在的费用，以便于
在共同的基础上进行比较【４Ｊ。
费用现值法的计算公式如下：
第６期帅青燕，等：高速公路沥青路面全寿命经济分析
・６５１・
Ｐ暇，。＝ＩＣＱ＋∑硝，，（ＭＱ，，＋ＰＭＱ，，＋尺ｑ，，＋呶，，）
ｆ＝０
一硝．。ｘＳＶ，，。
式中，ＪｐＫ。为方案Ｘｉ在寿命周期，ｚ年内的总费用
现值；ＩＣＣ，为方案Ｘｉ的初期修建费；ｐ颐，为贴现率ｆ在年份ｔ的现值系数，ｐ叫：，ｒ
２而；ＭＣ札，为
１
、１’。，
方案Ｘｉ在第ｔ年的日常养护费；ＰＭＣ。．，为方案。在第年的预防性养护工程费；尺Ｑ，，为方，案在第ＸＸｉ
ｔ年的维修加固费用；ＵＣ。，为方案Ｘｉ在第ｔ年的用户费用；ｓｖ，．。为方案Ｘｉ在寿命周期末（第肝年）的残值。
２．３基于可靠度的沥青路面全寿命经济分析
在规划设计阶段，决策设计人员需要根据已有的资料和经验，对沥青路面结构在整个使用期内的工程建设的一次性投资费用以及在预计使用寿命期内的养护、维修费用。有时只需增加少量初期投入，就可以改善结构的使用寿命，例如适当优化沥青路面的结构组合，就能够大量节约使用期内的维修费用。设计者需要在现行规范的最低强度要求与耐久性要求之问寻找到恰当的平衡，要达到设计寿艺和施工质量的控制，以及使用过程中的正常养护与维修提出严格要求。
在运营维修阶段，沥青路面全寿命经济分析是管理者确定养护、维修方案的决策依据。路面使用性能的劣化过程受到环境、使用条件等各种因素的影响，需要结合相关数据对其进行综合评估，计算沥青路面结构的动态可靠度［６］。
第ｔ时刻沥青路面结构可靠度的功能函数为：
Ｚ（ｔ）＝Ｒ（ｆ）一ｓ（ｔ）
式中，Ｒ（ｔ）为沥青路面结构抗力，包括阻止路面结构失效的所有因素；Ｓ（ｔ）为沥青路面结构作用效应，包括引起路面结构失效的所有因素。
Ｚ（力＞０、Ｚ（力＝０、Ｚ（幻＜０分别表示路面结构在ｔ时刻处于安全状态、极限状态和失效状态。
３经济分析中需重点考虑的两个问题
３．１沥青路面使用性能衰变的预测
沥青路面结构在使用过程中，由于车辆和自然因素的反复作用，其使用性能将逐渐衰变，最终导致路面使用性能不能满足使用要求。沥青路面全寿万方数据
命经济分析主要取决于路面使用性能衰变模型，但是由于影响路面耐久性的因素的复杂性、多样性和不确定性，通常很难找出这些影响因素与路面使用性能衰变之间的对应关系，导致预测具有风险性。
３．２维修时机和策略的选择
公路在运营过程中，一般需要对路面结构进行维修，不同的维修措施对结构的使用性能、可靠度以及路面全寿命周期费用的影响差别很大。根据维修对沥青路面结构的影响，可以将其分为三类：日常养护、预防性养护和维修加固。公路的日常养护只是对结构进行例行保养，它不会改变结构的性能
和可靠度，属于正常维护范畴；而预防性养护和维
修加同则不同，它可以提高路面结构的性能，减缓劣化速度，从而延长结构的使用寿命。
预防性养护和维修加固对沥青路面结构可靠度指标的影响如图４所示。
兀为霸五
使１｝｝ｊ年限（Ｔ）
图４预防性养护和维修加固对沥青路面结构
可靠度指标的影响
图４中，如果不对路面结构进行维修加固，则该沥青路面的使用寿命为乃。如果在时间乃点对路面结构进行维修加固，结构可靠度指标口提高。如果不再进行预防性养护，则该沥青路面的结构性能将在时间死点达到结构的最低可靠度指标。如果在死时点对路面结构进行预防性养护，结构的可靠度指标口并没有因为预防性养护而提高，但结构性能的劣化速度降低了，结构性将在时间乃时达到最低可靠度指标，即路面结构的使用寿命延长到乃。
预防性养护和维修加固的目的都是延长路面结构的使用寿命，降低路面结构失效的概率。沥青路面维修时机和策略的选择非常重要，需要进行综合的技术经济分析【７Ｊ。
４案例分析
本文选择半刚性基层沥青路面（方案一）和柔性基层沥青路面（方案二）进行对比分析。
性能进行预测，并估算全寿命周期成本【５Ｊ，计算出命的预定目标，设计者必须对材料的选用、施工工
工
程管４．１沥青路面寿命周期费用计算沥青路面全寿命经济分析的主要目的是通过比较选取最优方案，因而可以不考虑各方案中完全相同或差别很小的费用【８Ｊ。本案例主要分析沥青路面的初期修建费和养护维修费用。４．１．１沥青路面初期修建费用
根据不同方案的路面结构及定额和材料的价格进行计算，两个方案的初期修建费用分别如表１
和表２所示。
表１方案一路面结构及初期修建费
表２方案二路面结构及初期修建费
路面结构厚度（ｃｍ）
单价（元／ｍ２）
改性沥青ＳＭＡｌ３５５５．０改性沥青Ｓｕｐ２０１５１２３．０普通沥青Ｓｕｐ２５１５９０．０级配碎石２３２７．６水稳碎石
２０３８．０总计
７８
３３３．６
４．１．２沥青路面养护维修费用
高等级路面在使用过程中，性能水平一般维持在较高的水准。日常养护和预防性养护主要是处理路面的浅层损坏，通常只与路面材料类型有关，在本案例方案之间差异不大，不会对方案经济评价产生大的影响一Ｊ。故将其作为无差异费用处理。
在路面结构设计时，通常将路面从修建到进行处治的时问称为一个性能周期。根据我国沥青路面大中修经验，常用的半刚性基层沥青路面的性能周期一般为８年，而柔性基层沥青路面结构的性能周期可以达到１２年。假定由于各种因素的影响，维修费用年平均上涨率为４％。经计算两个方案的路面结构维修费用如表３和表４所示。
表３方案一：半刚性基层沥青路面结构维修费用（元／ｍ２）
维修周期初期第８年第１６年第２４年第３２年第４０年第４８年费用
２１３．２０
２９１．７８
３９９．３２
５４６．５０
７４７．９２
１０２３．５８
１４００．８４
表４方案二：柔性基层沥青路面结构维修费用（元／ｍ２）
４．２沥青路面全寿命经济分析
采用费用现值法对两种方案进行比较分析。根据ＮＣＨＲＰ的资料，柔性基层沥青路面的设计寿命万方数据
理
学报第２５卷
为５０年，故取５０年作为寿命分析周期，将各方案分析期内不同时期的费用，按照社会折现率８％折算为现值，然后进行比较，如表５所示。
表５两种路面结构的全寿命周期费用
（元／ｍ２）
通过上述分析可知，柔性基层沥青路面虽然初期投资较大，但是它使用寿命长，后期维修费用低。从项目全寿命周期的角度来看，投资修建半刚性基层沥青路面的总成本比柔性基层沥青路面要高很多。因此，应该选择投资修建柔性基层沥青路面。５结语
全寿命周期费用模型在综合考虑投资方案的初始修建费、未来的养护维修费、用户费用和寿命
周期内的其它相关费用的同时，重点突出耐久性问题对公路建设项目的影响，有助于项目参与方正确处理新形势下的短期效益与长期效益的关系，提高项目总体收益。高速公路沥青路面全寿命经济分析的方法在具体应用时需要着重关注路面使用性能衰变的预测和维修时机、策略的选择。
参考文献：
［１］秦禄生．高速公路半刚性基层沥青路面结构耐久性分析
与设计［Ｄ］．上海：同济大学，２００７．
［２］徐勇，胡功笠，来源．机场道面全寿命周期分析［Ｊ］．河
南建材，２００９（１）：１１卜１１２．［３］孙立军．沥青路面结构行为理论［Ｍ】．北京：人民交通
出版社，２００５．［４】任勇．基于生命周期费用的沥青路面预防性养护时机研
究［Ｄ］．西安：长安大学，２００６．
［５］周榕冰，范建双．建设项目全寿命期精益成本管理研究
［Ｊ］．建筑管理现代化，２００９，２３（２）：１６４—１６７．［６］王增忠，柳玉杰，陈英存，施建刚．混凝土建设项目全
寿命经济分析［Ｊ］．基建优化，２００５，２６（５）：４９—５２．［７】马士宾．以可靠性为中心的沥青路面维修关键技术研究
［Ｄ］．西安：长安大学，２００８．
［８］王祺，罗红星，谢洪斌，倪小军．昆安高速公路柔性
基层沥青路面全寿命经济性能分析［Ｊ】．石油沥青，２００９，
２３（２）：６８—７１．
［９］张超．长寿命沥青路面结构寿命周期费用分析［Ｄ］．上
海：同济大学，２００８．作者简介：
帅青燕（１９８８一），女，博士研究生，研究方向：工程项
目管理；
何亚伯（１９５６一），男，教授，博士生导师，研究方向：工程项目管理。
高速公路沥青路面全寿命经济分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
帅青燕， 何亚伯， SHUAI Qing-yan， HE Ya-bo武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉,430072工程管理学报
Journal of Engineering Management2011,25(6)
1. 秦禄生 高速公路半刚性基层沥青路面结构耐久性分析与设计[学位论文] 20072. 徐勇;胡功笠;来源 机场道面全寿命周期分析[期刊论文]-河南建材 2009(01)3. 孙立军 沥青路面结构行为理论 2005
4. 任勇 基于生命周期费用的沥青路面预防性养护时机研究[学位论文] 2006
5. 周榕冰;范建双 建设项目全寿命期精益成本管理研究[期刊论文]-建筑管理现代化 2009(02)6. 王增忠;柳玉杰;陈英存;施建刚 混凝土建设项目全寿命经济分析[期刊论文]-基建优化 2005(05)7. 马士宾 以可靠性为中心的沥青路面维修关键技术研究[学位论文] 2008
8. 王祺;罗红星;谢洪斌;倪小军 昆安高速公路柔性基层沥青路面全寿命经济性能分析[期刊论文]-石油沥青 2009(02)9. 张超 长寿命沥青路面结构寿命周期费用分析[学位论文] 2008
1. 许茂增. 刘光凤 公路施工现场单个堆料场修正重心法选址研究[期刊论文]-工程管理学报 2012(3)
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