从全寿命周期角度看绿色公路

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。

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。

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。

通常设计技术指标的比选，主要考虑技术、经济及社会环境方面的影响，缺少从全寿命周期的角度，深入比较资源占用和能源消耗的情况。

以桥梁与高路堤、隧道与深挖方比较为例，前者初期建设成本大，但后者增加土地资源占用，尤其是耕地减少，带来土地的长期机会成本增加；同时对资源环境造成破坏，往往需要花巨资补偿修复。那么，从全寿命周期来测算，高路堤和深挖方设计是否具有经济性，又是否满足绿色发展要求？

以路线平纵指标为例，车辆低速行驶的离心力与曲线半径成反比，与车速平方成正比，曲线半径小，内摩擦大，能耗则大；最大纵坡与最大坡长的汽车能耗呈显著上升。相关研究表明，纵坡从6%下降至3%，小客车节油20%，货车节油70%；大于3％的纵坡路段的事故率是缓坡路段的二三倍，而且能耗急剧增加，大气污染也随之变得严重。

设计者应统筹设计指标与资源，以及后期运营能耗之间的协调关系。技术指标与工程方案不能仅限于建造成本的比较，而要用科学方法计算资源成本、能耗成本、碳排放成本，甚至是事故成本，运用全寿命周期理论成本分析比较，才真正符合绿色公路技术指标设计原则。

作业队伍专业性不强。伴随我国高速公路30年的快速发展，公路建造技术取得了长足的进步，但以农民工、小规模分包作业为特征的传统建造模式却未明显改进。农民工作为公路建设的主力军，缺乏系统的技能培训，普遍存在专业技能低、安全意识差、人员流动性大的特点，导致分包队伍建设基础薄弱，从农民工到产业工人的转型之路依然较长。

施工组织与工艺落后。传统的现场分散施工工艺，临时设施投入大、重复利用率低，钢筋制作误差较大，现浇混凝土运输、振捣、养护工艺难以控制，工程质量通病多，与绿色公路发展理念的差距较大。当前，多地探索工业化的建造工艺，从施工企业来看，工业化改变了传统的生产方式，实现了公路设计标准化、构件生产工厂化和组织管理科学化，大大减少施工现场的劳动力和工作量——体现转型发展。

从工业化生产过程来看，构件的集成化、模块化提升了结构的质量水平，构件的可视、可换，有利于提升工程品质，延长使用寿命。从工业化建造效果来看，避免临时设施，降低资源消耗率，节约人工成本，减少环境影响。因此，工业化建造符合全寿命周期最优目标，将可持续、更耐久。

行业管理体制不协调。目前，政府大力推广的PPP、EPC、BOT等多种建设管理模式，各从业单位关注度并不一致，缺少统一的思想认识与行动自觉。政府关注的是工程安全与质量形象的提升，业主关注的是项目投资效益，施工单位关注的是工程是否合格与经济效益，监理单位关注的是工程安全和质量合格，而系统关注工程全寿命周期质量、环境及经济和社会效益的并不多。另一方面，绿色公路建设制度尚不健全，包括评价制度、评价指标、考核体系、激励机制等，从而影响参建各方建设全寿命周期绿色公路的动力。

从全寿命周期来看，建设与养护是相互统一的。建设应该为养护提供方便，如可达、可检、可换的养护条件。养护是巩固建设成果，保证使用寿命周期的重要工作之一。长期以来，重建轻养的问题一直存在，形成被动养护的思维，结果小病害变成大病害，小钱不花花大钱。目前，普遍使用的养护手段是矫正性养护，仅对一些特定的病害定向处治，而对一些潜在的隐患不能及时发现，出现问题再养护往往错过了最佳养护时机。

预防性养护是在公路路面、桥梁结构未造成明显损害时排查隐患，并采取有效地处理措施。与传统养护思路不同，更加具有一定的主动性。有关研究表明，一条验收时达到优良标准的公路，达到使用年限的75%左右时，其路用性能下降40%，如果不及时防护，在随后12%的使用寿命时间内，性能会持续下降40%，可见养护的及时性在全寿命周期中的价值十分重要。由此可见，预防性养护可延长使用寿命，降低全寿命周期成本，是运维阶段绿色公路发展的重要措施。

基于全寿命周期问题分析可知，绿色公路建设是一项系统工程，需要从项目前期工作抓起，以规划设计为起点，并贯穿建设、运营、管理全过程，统筹实现路基、路面、桥涵、隧道等多项工程的整体寿命最优。

• end •

公众号｜中国公路

       ID｜chinahighway

长按关注，帮你找到组织~

【联系方式】

电话：18810280504

QQ：471885979 / 819427988

投稿邮箱：zggl_xmt@163.com

长按左侧二维码，加入中国公路新媒体QQ交流群。