我国高速公路养护成本最小化研究

周伟华

(郑州财经学院 建筑工程系，河南 郑州450044)



我国高速公路养护成本最小化研究

周伟华

(郑州财经学院 建筑工程系，河南 郑州450044)

首先，研究了1988—2014年中国高速公路发展的历程，通过绘制通车的累计里程图和各年新增通车里程图，得出中国高速公路的发展形态和阶段划分。其次，根据高速公路设计年限、运营阶段实际养护实施，绘制了不同养护管理水平条件下，我国将要面对的高速公路养护任务图。最后，将价值工程方法应用到我国高速公路养护方案比选中，以案例的形式决策出养护成本较小的方案。

高速公路；养护成本；价值工程

随着高速公路的快速发展，2013年我国高速公路通车里程已经达到了10多万 km，位居世界第一。但是，只建不管或重建轻管都将对已建高速公路的使用寿命造成重大威胁。因此，为了保证前期建设成本[1]能够发挥其最大效益，保证已建高速公路完成其计划承担的任务，运营期的维护和养护工作就不容忽视。本文结合路段或路网的特点，研究了一种简单实用的方法，该方法可以确定合理的养护方案且使养护成本最小化。

1　我国高速公路养护任务的艰巨性

1.1我国高速公路通车里程的发展历程

1988—2014年，我国高速公路通车累计里程的发展历程[2]如图1所示，我国高速公路每年新增通车里程如图2所示。

(1)由图1可知，1988—1995年，我国高速公路处于一种缓慢发展的初级阶段。

(2)由图2可以将我国高速公路建设发展历程划分为4个阶段：(1)1988—1997年是初级阶段，特点是发展缓慢；(2) 1998—2004年是快速发展阶段，特点是呈一高一低间隔增长；(3)2005—2012年是飞跃发展阶段，特点是保持第二阶段的高低相间的增长规律，而2010—2012年的持续增长现象则显示出后劲很足的态势；(4)2013—2014年是颈缩阶段，特点是有回落现象。

图1　中国高速公路通车累计里程历程图

图2　中国高速公路每年新增通车里程历程图

1.2我国高速公路养护任务预测

高速公路的大量建设必然带来后期巨大的公路养护和维修任务。根据高速公路养护维修的状况，本文按照养护管理好、中、差的3种路况分析高速公路在不同的管理水平下每年将要面对的大、中、小修的养护任务。

(1)如果按照5年1次小修、10年1次中修、15年1次大修的规则，我国高速公路每年对应的养护任务如图3所示。

小修任务变化线可以分为5个阶段：(a)1993—2002年，初步阶段，全国高速公路养护任务约1 700 km；(b)2002—2012年，稳步上升阶段，一升一降迂回式上升，养护任务平均每2～3年增加约2 000 km，2003年、2005年、2007年、2010年、2012年处于上升点，且这些年份的小修养护呈“/”形上升，而2004年、2006年、2008年、2009年、2011年则处于下降点，这些下降点形成“厂”形；(c)2012—2014年，急剧下降阶段，养护任务从约8 200 km减少到约4 200 km，减少了近一半的养护任务；(d)2014—2017年养护任务又快速增加至11 000 km；(e)2018—2019年养护里程又快速下降至7 000多km。

图3　历年养护任务图

中修任务：1993—2007年，初级阶段；2008—2017年稳定上升阶段；2018—2019年急剧下降阶段；2020—2021年，急剧增长阶段；2022—2023年，急剧下降阶段。

大修任务：1993—2012年，初级阶段；2012—2017年，稳定上升阶段；2018—2019年，急剧下降阶段；2020—2021年，急剧增长阶段；2022—2023年，急剧下降阶段。

(2)由于设计、施工、自然环境、车流量、超载运输等方面的因素，造成高速公路提前进入小修、中修和大修阶段。如果按照3年1次小修、6年1次中修、9年1次大修的规则，我国高速公路各年份对应的养护任务如图4所示。小修、中修和大修任务也呈现为初级阶段、稳定上升阶段、急剧下降阶段、急剧增长阶段、急剧下降阶段。

图4　历年养护任务图

(3)如果按照4年1次小修、8年1次中修、12年1次大修的规则，我国高速公路各年份对应的养护任务如图5所示。小修、中修和大修任务也呈现为初级阶段、稳定上升阶段、急剧下降阶段、急剧增长阶段、急剧下降阶段。

图5　历年养护任务图

2　价值工程方法在养护方案比选中的应用

通过对我国高速公路养护任务的分析，本文从建设单位和管理单位的角度出发，利用价值工程方法科学合理地决策养护方案，在满足养护功能目标的基础上使养护成本最小化。

2.1价值工程方法[3]

价值工程是以提高产品或作业价值为目的，通过有组织的创造性工作，寻求用最低的寿命周期成本，可靠地实现使用者所需功能的一种管理技术。本文在进行路网或路段养护方案比选时，在满足一定服务水平的前提下，从众多可行方案中决策出养护成本最低的方案，以达到高速公路系统效益最大化。价值工程的表达公式为

式中：V是指路网或路段养护方案的价值；F是指路网或路段养护方案所要达到的功能目标；C是指路网或路段采用的养护方案的成本。

各个方案的成本指数、功能指数和价值指标的计算公式分别为：

式中：Ci指第i个路网养护方案的成本指数；Fi指第i个路网养护方案的功能指数；Vi指第i个路网养护方案的价值指数。

根据价值工程评价标准，养护方案价值指数最高的为最优方案。

2.2价值工程在工程案例中的应用

2.2.12009年G30高速公路商丘段路面专项养护工程项目概况

连霍高速公路(G30)商丘段[4]，1998年12月开工建设，2001年12月试运营，起止点桩号为K291+000～K430+000，全长约139 km，双向四车道，全线含7座大桥、1座小桥、41座中桥、52个涵洞、47个立交桥、248座通道、4座天桥。

高速公路交通量的增加及超载现象会造成路面的部分破坏。此项目的工程性质为：高速公路大修专项养护工程。工期为3个月，为便于施工，把路段分为2个标段：标段1是虞城收费站和商丘南收费站上下高速；标段2是商丘西收费站和宁陵收费站上下高速。标段1长约66 km，桩号为K291+000～K357+000；标段2长约73 km，桩号为K357+000～K430+000。路面专项养护的内容为：路基、路面、桥涵、收费站的专项病害整改工程及路面标线局部补划工程[5]。

两个标段对施工单位的资质要求为公路养护工程二类甲级资质和三类甲级资质并具有同类工程经验。

根据实际路况分析，此路段可以采取的养护方案有2个，即小修保养(方案A)和大修专项养护(方案B)。请有经验的技术专家对5个功能目标打分，对两种养护方案的功能进行评价。5个功能目标分别为：高速公路路面平整度(F1)；高速公路路面抗滑性能(F2)；高速公路路面车辙(F3)；高速公路路面结构强度(F4)；高速公路路面舒适度(F5)。5个功能目标之间的重要关系为：F1相对于F2较重要；F5相对于F1较重要；F1和F3同样重要；F3和F4同样重要。

分别计算两个养护方案的单位里程造价。假设方案A的单位成本为C1、方案B的单位成本为C2。

2.2.2利用价值工程方法决策最优养护方案的程序

(1)根据专家评分计算养护方案各个功能目标的权重。

按照5个功能目标之间的重要关系，利用0～4打分法，可以求出各个功能目标的权重(见表1)。

表1　功能目标权重计算表

(2)利用功能指数法选择最优养护方案。

专家分别为方案A、方案B打分，得分值分别为A1～A5、B1～B5(见表2)。

表2　养护方案功能评分表

两个方案的功能加权得分分别为：

方案A的综合得分=0.2A1+0.1A2+0.2A3+0.2A4+0.3A5

方案B的综合得分=0.2B1+0.1B2+0.2B3+0.2B4+0.3B5

两个养护方案的功能系数分别为：

FA=A/(A+B)，FB=B/(A+B)

两个养护方案的成本系数分别为：

CA=C1/(C1+C2)，CB=C2/(C1+C2)

两个养护方案的价值系数分别为：

VA=FA/CA，VB=FB/CB；

因此，最优的养护方案为价值系数最大的方案，即max{VA，VB} =VB,故选择方案B，即大修专项养护方案为最优方案。

3　结束语

(1)本文通过分析1988—2014年我国高速公路建成通车里程的数据，总结出其建设规律形态、划分了其发展阶段。

(2)根据高速公路的使用寿命和人们对高速公路的服务质量的要求，总结出我国高速公路养护任务可以划分为初级阶段、稳定上升阶段、急剧下降阶段、急剧增长阶段、急剧下降阶段等5个阶段。

(3)本文以2009年G30高速公路商丘段路面专项养护工程项目为案例，利用价值工程方法进行了相关计算，最终得到了最优方案。为养护方案的比选提供了一种简单实用的决策方法。

[1]白廷伟.浅谈高速公路施工项目成本控制的具体措施[J].建筑经济，2013(5)：38-39.

[2]周伟华.基于路况的高速公路路网经济效益研究分析[J].平顶山工学院学报，2009 (1)：55-57.

[3]丁士昭，彭宗展.市政公用工程管理与实务[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4]李东锋. G30商丘段专项养护工程全过程造价管理[D].南京：南京理工大学，2013.

[5]彭富强.公路养护技术与管理[M].北京：人民交通出版社，2015.

Research of minimizing expressway maintenance cost

ZHOU Wei-hua

(ZhengzhouInstituteofFinanceandEconomics，Zhengzhou450044，China)

Firstly,the development of expressway in China is studied from 1988-2014.A total mileage open to traffic by drawing a diagram and the new mileage fig each year come to shape the development of China′s highway and phasing.Secondly,according to highway design life and the actual operational phase implementation of conservation and different curing conditions management,the expressway maintenance task graph is drawn.Finally,the value of highway engineering methods is applied to conservation scheme comparison ans smaller maintenance cost program is decided in the form of case study.

expressway;maintenance cost;value engineering

2015-09-23

周伟华(1978—)，女，河南舞钢人，硕士，讲师。

1674-7046(2016)02-0048-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.02.009

U418

A