梁巍，卓卫东――混凝土桥梁全寿命设计方法研究.doc

doi： 文章编号： 混凝土桥梁全寿命设计方法研究 梁巍 1,2，卓卫东 1 （1.福州大学 土木工程学院，福建 摘 福州 350108；2.福建船政交通职业学院，福建，福州，350007） 要：桥梁全寿命设计作为桥梁工程设计方法的发展趋势，目前已成为国内外学者研究的热点，但其成果仍然较为散 乱地分布在各环节，没有形成一套系统的桥梁设计方法，离实践应用仍有一定的差距。本文以混凝土桥梁为研究对象， 比较了当前具有代表性的两种桥梁全寿命设计方法的基本框架，建立了桥梁全寿命设计的基本分析流程，并以其为主线， 归纳了各个主要环节的研究进展，指出了各环节当前应用中存在的困难，总结了目前桥梁全寿命设计中存在的问题，为 桥梁全寿命设计方法的早日应用奠定了基础。 关键词：混凝土桥梁；全寿命设计；设计使用寿命；耐久性设计；维护设计；成本分析 中图分类号： 文献标识码：A Review of Research of Design Method for Concrete Bridge Life Cycle LIANG Wei1,2，ZHUO Wei-dong (1. School of Civil Engineering，Fuzhou University，Fuzhou Fujian 350108，China; 2. Fujian Chuanzheng Communications College，Fuzhou Fujian 350007，China) Abstract: Design method for bridge life cycle is the development trend of bridge design and has become a hotspot problem at home and abroad. But its research results still distribute scattered in various aspects and has not formed a set of systemic bridge design method. There is still some distance away from the practice application. The paper takes Concrete bridges as the research object and compares the basic frame of two kinds of representative design method of bridge life cycle. The analysis process of design method of bridge life cycle is established and recent research of each aspect of the process is introduced. The difficulties encountered in each aspect are analyzed，and the existing problems in design method of bridge life cycle are summarized. The study lays the groundwork for the implementation of design method of bridge life cycle. Key words: concrete bridge；design method for bridge life cycle；design service life；durability design；design for maintenance； cost analysis 1 前言 截至 2012 年末，我国公路桥梁总数达到了 71.34 万座，共长 3662.78 万米，其中，特大桥梁 2688 座、468.86 万米，大桥 61735 座、1518.16 万米，这一数据[1]不仅标志着我国桥梁在数量上已超越美国 成为世界上桥梁数目最多的国家，同时也标志着我国桥梁建设的水平歩入了世界先列。但与此形成强烈 反差的是，许多桥梁在建成后几年内就出现了钢筋锈蚀、混凝土开裂等现象，一些桥梁使用仅十多年就 需要进行大修和加固，远远小于其预期寿命，有些甚至出现了坍塌的危险。同样的情况也曾经出现在欧 美发达国家，早在 20 世纪末美国为修复冬天由于“盐害”引起的桥梁病害费用就高达 1550 亿美元，是 修建这些桥梁费用的 4 倍。另据美国国家桥梁分类目录的统计，截至 2003 年，现有桥梁发生病害的数 量占了其桥梁总数的 27%，美国桥梁设计寿命基准期平均是 75 年，但桥梁实际平均使用寿命仅为 44 年 [2]。 严峻的现实使得国内外学者开始反思传统桥梁设计方法中只注重成桥状态而忽视使用阶段、只注重 强度设计而忽视耐久性问题、只注重初始投资而忽视后期巨大维护费用的弊端，并由此提出了桥梁全寿 命设计的理论与方法，即从桥梁的规划、设计、施工、使用期管理，直到拆除和材料回收再利用的各个 收稿日期：2013-11-29. 通信作者：梁巍（1977-），男，讲师，博士研究生，主要从事桥梁耐久性、全寿命设计方面的研究：通信方式： 80947267@qq.com、联系电话：13107698671。 基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金（20113514110003） 环节来寻求恰当的方法和措施，以满足桥梁全寿命周期的总体性能最优的设计理念和方法[3]。 目前，美国已强制要求在基建工程管理过程中实施全寿命分析法，而我国相关的研究起步较晚，国 内学者如牛荻涛、金伟良、邵旭东、陈艾荣等人均长期致力于这方面的研究，并在不同环节取得了一定 的成果，但现有的研究成果较为分散，未能形成有机的整体，无法系统化地应用于桥梁设计当中，离实 际工程应用仍存在一定的差距。鉴于此，理清桥梁全寿命设计的基本思路和分析流程，分析其中各个关 键环节现有的研究成果和存在的不足，提出相应可能的解决方式，对推动我国桥梁设计理论的发展和使 全寿命设计方法早日系统地应用于实践工程，有着重要的意义。 2 桥梁全寿命设计的分析流程 当前国内外大多数学者都是以寿命成本最低为目标函数，以结构最低可接受的性能水平为约束条件 来建立全寿命设计的分析过程，Jawadl[4]据此提出了基础设施全寿命设计方法的一般步骤。国内针对桥 梁结构全寿命设计较具代表性的观点有两种，一种是邵旭东、彭建新等人基于寿命周期成本，以桥梁构 件性能预测模型为基础，利用优化设计思想建立的桥梁全寿命设计方法基本框架及分析流程[5] [6]，但其 中没有明确桥梁的设计使用寿命，其计算准确性取决于性能预测模型的精度，并且更侧重对方案本身的 优化，分析过程复杂，计算求解工作量大，不易于对不同桥型方案进行比选，更适于特殊恶劣环境条件 下的桥梁结构设计以及长寿命周期的桥梁设计。另一种是陈艾荣、马军海等人通过事先给定桥梁的整体 使用寿命并据此对构件进行分级而提出的全寿命设计方法基本框架及分析流程[7] [8]，从桥梁设计的三个 阶段和六个过程来理解全寿命设计的含义，侧重于从宏观概念、结构体系、构造措施来保证桥梁的性能， 分析中采用了综合评价指数的方式，其计算准确性较为依赖设计者的经验，更适合于进行方案比选以及 常规桥梁设计。综合以上两种理论以及其他学者的相关成果，并结合桥梁的具体设计过程，可以得出桥 梁全寿命设计的分析流程如图 1 所示。 应当明确的是，桥梁全寿命设计方法并不排斥依据现有规范进行常规设计，而是针对其不足之处予 以完善。对于常规设计而言，当前各国的设计规范大多形成了以承载能力极限状态和正常使用极限状态 来控制结构性能的基本理论，对于承载能力极限状态设计应满足抗弯、抗剪、抗压、抗拉、抗倾覆和滑 移等指标，而对于正常使用极限状态设计应满足挠度、裂缝宽度等指标，在此不再赘述，以下主要针对 全寿命设计的其他关键环节展开论述。 分析建设需求，进行常规设计 确定桥梁规模、型式、荷载标准等技术问题，进行结构初步设计（主 要指结构强度、截面尺寸、配筋等）。 桥梁整体及构件使用寿命设计 确定桥梁性能退化机理，进行耐久性设计 结构优化设计与维护设计 全寿命经济成本分析 图 1 桥梁全寿命设计分析流程 Fig.1 The Analysis Process of Design Method of Bridge Life Cycle 3 桥梁设计使用寿命 设计使用寿命是进行桥梁全寿命设计的关键参数，寿命定义过短则无法充分发挥桥梁结构本身的性 能，寿命定义过长则会使桥梁为维护其长期性能水平引起的初建成本过高，两者均会造成资源的巨大浪 费，并且不合适的寿命定义会导致对后期维护成本分析错误而得出错误的成本分析结论。因此，应如何 合理地定义其设计使用寿命成为全寿命周期分析的难点。 3.1 现有规范对设计使用寿命的规定 由于对桥梁长期性能退化规律缺乏认识，以往的设计并不注重其设计使用寿命，人们更多的是把其 等同于业主的期望，也并不认为使用过程中可能会无法达到这一要求。目前我国桥梁设计规范中关于桥 梁的设计使用寿命尚无明确的规定，仅在《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）中规定 了“城市快速路和主干道上的桥梁以及其他道路上的大型桥梁、隧道、重要的市政设施等设计使用年限 不低于 100 年，城市次干道和一般道路上的中小型桥梁，一般市政设施不低于 50 年”，这一规定过于 笼统，没有针对桥梁所处的自然环境条件和具体的功能要求进行细分，因而无法满足全寿命设计的要求。 3.2 使用寿命的分类 Somerville 从使用寿命终结准则出发，将使用寿命划分成三类：①技术性使用寿命，即结构使用到 某种技术指标进入不合格状态时的期限；②功能性使用寿命，是结构使用到不再满足功能实用要求的期 限；③经济性使用寿命，是结构物使用到继续维修保留已不如拆换更为经济，或结构运营对环境的影响 以及导致的环境成本超过容许值时的期限[9]。对桥梁的功能性使用寿命进行预测比较困难，因为通常会 涉及到社会的发展和地区的规划。金小川等人从桥梁经济、社会变迁速度、车辆通行量、建筑材料等各 方面论证了桥梁应缩短设计使用年限，但没有给出具体可行的操作方式[10]。对技术性使用寿命一般可 以通过分析桥梁所处环境来确定其性能退化模型进行预测和定义，现有的文献大多数也是针对这一方面 展开研究[11-13]。对经济性使用寿命则必须在技术性使用寿命的基础上，结合成本—效益分析方法进行 确定，相关研究较为少见。 3.3 设计使用寿命的简化确定方法 桥梁设计使用寿命的确定应该建立在充分考虑以上三种使用寿命的相互影响基础上，根据重要程度、 结构及材料本身的性能、周边的环境状况、现有的技术水平等因素，并综合考虑现有同类型桥梁整体及 构件使用寿命规律的统计分析进行确定。陈艾荣等人分析了多个国家桥梁实际使用寿命的统计数据，将 桥梁构件按其使用寿命特征划分成四类，给出了常规桥梁整体和构件的基础使用寿命建议值，在此基础 上提出了考虑修正因素的桥梁典型构件使用寿命计算公式[15]： LS =LS0 ´ C 1 ´ C 2 ´ C 3 ，式中 LS 为 桥梁结构或构件使用寿命建议值， LS0 为基础设计使用寿命建议值， C 1 为气候影响系数， C 2 为桥位 小环境系数， C 3 为养护系数。这一公式大大简化了桥梁设计使用寿命的设计过程，但对于所处环境复 杂、性能退化严重的桥梁，仍需进行特殊设计，并且由于统计数据的时限性和技术进步的可能性，其基 础使用寿命建议值应及时更新。 4 桥梁耐久性设计 随着对桥梁性能退化规律认识的不断深入，人们已逐渐开始意识到进行专门的耐久性设计的必要 性，以保证桥梁在整个寿命期内性能都能符合要求，同时这也是选用适当的维护策略以及进行成本分析 的前提。李毓龙等人分析了国内外有关混凝土桥梁的相关规范，认为各国规范都基本认同需根据特定环 境作用来进行混凝土桥梁的耐久性设计，但在使用寿命、环境作用划分思路及细致程度分类、材料要求、 防腐措施等方面的规定有较大的差别，且现有规范仍以原则规定和定性要求居多，定量计算和理论模型 偏少[16-17]，因此应考虑从耐久性设计基本方法入手，解决混凝土耐久性的问题。 现有对混凝土结构耐久性设计方法的研究主要可分成两大类， 第一类方法首先根据业主的需求确定 结构的设计使用年限，并将环境影响的划分为相应的腐蚀等级，进而建立结构抗力与环境效应的极限方 程，最后对耐久性极限状态进行验算。此时耐久性设计主要控制混凝土强度等级、水胶比、胶凝材料用 量、原材料选择、矿物掺和料、外加剂和保护层厚度等指标，同时，还要求按照标准试验方法确定抗冻 等级、扩散系数等耐久性指标。但该方法侧重于从构造要求、施工技术要求和材料层面来保证结构的耐 久性，无法直接利用近年来结构性能退化预测模型的研究成果，且其计算方法与现行规范采用的以近似 概率为基础的设计方法不一致。 另 一 类 方 法 基 于 随 机 动 态 可 靠 度 [18-19] ， 该 方 法 将 结 构 耐 久 性 失 效 的 功 能 函 数 表 示 为 Z(t) =R(t) - S(t) ，利用结构性能退化模型直接计算不同时刻 t 的抗力效应 R(t) 与荷载效应 S(t) 的两 个随机变量，用蒙特卡罗法求解对应时刻功能函数 Z(t) 的可靠度。这种方法形式简单，意义明确，且 与我国现行桥梁设计规范中所采用的极限状态法保持一致，易为技术人员所接受与掌握，也是当今耐久 性设计方法发展的趋势，但该方法的实现还有待于完善结构性能退化模型和耐久性评价体系两个方面的 研究。 4.1 结构性能退化模型 由于经济造价和技术等多方面的原因，我国当前桥梁建设以混凝土桥梁为主，其在公路桥梁中占到 了 90%以上的绝对多数，因此这里主要阐述混凝土桥梁性能退化模型。现阶段混凝土桥梁性能退化研 究取得的成果主要可分为材料和构件两个层次。材料层次的研究主要是考虑环境作用引起的混凝土性能 退化，集中于混凝土碳化、氯离子侵蚀、冻融、钢筋锈蚀等几个方面[20-25]，构件层次的研究主要是应 用材料层次研究的结果，分析构件在荷载作用和环境的共同影响下结构抗力的时变性，包括由于截面面 积损失、钢筋锈蚀、钢筋与混凝土黏结性能降低等因素而导致的构件受力性能变化（如耐久性、抗力或 剩余承载力）的研究[26-31]。 总的来说，材料层次的研究目前已经取得了较为丰富的结果，但仍然以单一环境作用下的为主，多 机理共同作用下的混凝土劣化性能，如沿海地区氯离子侵蚀和碳化的同时作用、北方海港的盐冻破坏等， 其劣变过程比单一机理作用时更为复杂，相关研究仍不成熟，并且大多数文献只是给出定性的结论，而 缺乏可供实际分析的定量模型[32-34]。构件层次的研究主要集中于钢筋混凝土构件，而对于桥梁结构中 常用的预应力混凝土构件的相关报道较少，而且现有的研究大多限于其中的某一阶段，还需建立起“外 部环境作用分析-混凝土性能退化/钢筋锈蚀-混凝土发生开裂-钢筋锈蚀急剧发展-混凝土裂缝宽度变大构件承载能力降低”全过程分析的概念。 4.2 耐久性评价体系 耐久性评价体系的建立又包含两个层次，一是采用哪些指标来反映结构的耐久性，即耐久性评价指 标的问题，二是如何判断结构已达到耐久性极限状态，即耐久性评估方法的问题。 4.2.1 耐久性评价指标 采用哪些指标来衡量结构的耐久性，目前尚无统一的标准。我国现有规范中仅仅是将使用环境进行 粗略的分级后，以混凝土保护层厚度、水灰比、水泥用量、含气量和水泥种类等几个指标来作为评定的 依据，认为满足了这些指标的规定后即能保证耐久性能符合要求。但实际上，这些指标并不能完全表征 结构耐久性的状况，也无法反映耐久性能的动态变化特征，并且不同的学者在研究过程往往也是从各自 需要的角度出发，采用不同的指标如钢筋锈蚀量、裂缝宽度、使用寿命等来表示结构的耐久性能[25] [29] [35]。 评价指标体系的缺失使得人们缺乏统一的标准来衡量结构的耐久性能，一些学者就这一问题从不同 的角度进行了探讨。王玉倩等人通过对国内外混凝土桥梁耐久性规范的调研，对耐久性指标进行了分类， 并比较了各规范中所采用指标的区别，提出了涵盖环境、材料、构件和结构 4 个层次，考虑设计、施 工和检测三个阶段的混凝土桥梁耐久性指标体系，但没有给出各指标的限值[36]。钟小平、金伟良等采 用基于性能的设计理论，将结构的耐久性按其重要性划分为不发生锈蚀、不出现裂缝和允许出现裂缝三 个等级，并建议以目标可靠性指标、有害介质扩散深度、钢筋锈蚀率及锈胀裂缝宽度来作为耐久性能的 控制指标，但仅给出了可靠性指标的建议取值，对其他几种指标没有深入研究[37]。高宇、吴海军等以 适修性或耐久性能转折点为界，提出了以钢筋锈蚀、裂缝宽度、混凝土表面损伤等要素作为耐久性评价 指标，综合考虑了各项耐久性影响因素，并结合检测数据与经验，建立了梁桥与拱桥在碳化、冻融、氯 离子侵蚀三种环境下的耐久性指标体系[38]。 4.2.2 耐久性评估方法 目前相关研究以及各国规范中大多是以单一某项耐久性指标是否达到或超过其限值来评估结构的 耐久性极限状态，如碳化寿命准则中，通常认为碳化腐蚀深度到达结构钢筋表面时候其耐久性失效，而 锈胀开裂寿命准则认为当钢筋锈蚀而导致混凝土出现顺筋锈胀裂缝时结构的耐久性失效，但实际上这并 不能完全真实地反映结构的耐久性能，典型的例子比如钢筋混凝土梁发生性能退化时，其各项耐久性指 标可能并没有达到或超过其限值，但由于材料截面面积削弱、强度指标降低以及构件的刚度下降等综合 因素的影响，导致其承载能力小于外部荷载而发生失效。因此，除了单一指标限值外，还应该发展多指 标综合评定的耐久性评估方法。《日本混凝土耐久性设计指南与算例》中提出了一种综合考虑各耐久性 指标的评估方法，基本思路是对构件的各项耐久性指标进行评定，乘以各指标对应的权重，从而得到各 个构件的耐久性评定值，但该方法中耐久性指标权重的确定依赖于工程经验，人为性较大。高宇、吴海 军等通过研究钢筋锈蚀、混凝土开裂、剥落等耐久性指标与构件承载力之间的关系，提出了一种以承载 力下降相对量值为指标的综合指标评定法，为该问题提供了一种解决方法[38]。 5 优化与维护设计 当桥梁寿命期内耐久性无法满足要求时，可通过优化设计或维护设计提高其初始性能或改变其性能 退化过程以保证结构符合要求。 5.1 优化设计 当桥梁的耐久性能不足时可考虑进行优化设计，即通过改变结构设计变量，以期用较小的初始建造 成本来加强结构的耐久性，从而防止桥梁在后期出现过大的养护、维护甚至是加固的费用。禹智涛等人 介绍了基于可靠度的桥梁结构优化设计方法的基本思想，讨论了其优化模型，综述了该研究方向的发展 动态[39]。彭建新采用截面高度、保护层厚度、配筋率为设计变量，以满足桥梁服务水平为前提，以总 成本最低为原则，通过计算可靠度对预应力空心板梁的优化设计做了示例[40]。 5.2 维护设计 桥梁的性能不仅与成桥时刻的初始性能有关，更多的必须依赖于后期在运营过程中的管理、养护与 维修，全寿命设计有别于传统桥梁设计的一个重要的方面即体现为把运营阶段的维护养护纳入整个设计 体系中。桥梁维护设计的一般过程为：选取作为判断桥梁性能依据的评价指标，选定适当的桥梁性能劣 化模型，选择维护方式，判断维护发生的时间，进行维护组合优化。 5.2.1 评价指标与劣化模型 由于对结构性能退化的理论研究尚不十分成熟，因此目前人们并没有直接采用耐久性设计中所建立 的桥梁性能退化模型进行维护设计，更多的是依靠大量的统计数据分析对所处环境相似的桥梁建立基于 可靠指标和状态指标的劣化模型来进行耐久性设计，其中状态指标主要对应于正常使用极限状态，描述 由腐蚀引起的开裂，实施过程中便于检查，维修优化以其为监控指标易于实行；而可靠度指标主要对应 承载能力极限状态，必须通过计算。Frangopol 等利用效果叠加法将结构在维护条件下的指标模型进行 简化和线性化处理，定义了含有八个随机变量的随机模型，成为目前普遍采用的模式[41]。曹明兰在此 基础上结合我国工程实际，探讨了两段线性劣化模型的参数取值问题，并发展了多段线性劣化模型的指 标计算公式[42]。 但从长远来看，维护设计与耐久性设计中所采用的评价指标与劣化模型应该相互统一，应当将目前 对混凝土结构在材料、构件、结构方面取得的耐久性研究成果应用入维护设计，使得当前基于统计分析 的劣化模型与耐久性设计建立的性能退化模型能够相互验证，提高预测模型的精度。 5.2.2 维护方式的选择及组合 桥梁的维护方式可分为预防维修、重大维修和日常维修。预防维修是指如果不适时实施它，那么在 后续阶段为了保持构件处于可用状态就需要付出更多。重大维修是指如果不实施它结构就会处于不安全 状态。结合我国《公路桥涵养护规范》，可将小修保养工程列为日常维修，中修工程列为预防维修，加 固、大修或改造列为重大维修。 在桥梁运营过程中如何选定具体的维护方式以及确定各种维护活动发生的时间是桥梁维护设计研 究过程中的关键问题。一种方法可采用我国现行《公路桥涵养护规范》中的相关规定，根据桥梁总体或 构件的检查评定结果将其技术状况等级分为五类，对应一类桥梁采用正常保养，二类桥梁采用小修，三 类桥梁进行中修，四类桥梁进行大修或改造，五类桥梁进行改建或重建，但该方法侧重从桥梁的外观判 断其破坏状态，无法充分反映结构的性能退化规律。另一种即以结构可靠度达到其对应的临界状态为准， 也代表着今后研究的方向，但目前的成果主要是桥梁构件层次的[42-45]，而对于桥梁总体层次（即基于 系统可靠度）的研究较为少见。 维护过程中通常采用多种方式维持或改善桥梁使用过程中的性能，因此可能产生多种组合形式，应 当对其进行折优选择，即优化组合方式。优化的基本目标一般可采用以下 4 项：桥梁使用寿命、可靠度 指标、状况指标和维修成本，据此又可分为单目标优化和多目标优化。单目标优化具有概念清晰、计算 相对简便的优点，而多目标优化[46]是今后发展的趋势，一般可以采用多目标加权法、ε约束法、目标 规划法、神经网络方法、遗传算法等计算。设计时应明确主要需求来采用合适的优化目标。曹明兰详细 分析了单目标优化和多目标优化的常见类型，并采用目标规划法建立了后者的分析模型[42]。彭建新以 维护成本最小、可靠指标最大化和状态指标最大化为目标，利用粒子群算法对预应力混凝土梁进行了多 目标维护优化组合计算[40]。 6 全寿命成本分析 成本分析是进行方案比选和设计优化的有效工具。对于桥梁全寿命设计而言，要求对整个寿命周期 过程中所产生的费用进行统计、分析和比较，而区别于传统桥梁设计方法通常只注重初始建造成本。 6.1 桥梁寿命周期成本的组成 桥梁寿命周期成本可定义为在桥梁规划、设计、施工、运营、养护、维修、加固以及拆除时的过程 中承担者支付的一切费用，但其具体的组成和计算方式随着桥梁工程中承担者的类型和目标不同而有所 区别。当承担者属于国家立场时，其总体目标应当是提高人民生活水平，考虑的寿命周期是桥梁整个完 整的生命周期，当承担者属于企业立场时，其总体目标是追求企业利润最大化，因此生命周期被划分成 特许期和特许期内移交给政府管理的时期，两者主体有所区别。王玉倩、陈艾荣详细分析了基于国家立 场和基于企业立场寿命周期成本构成的不同，但没有进一步提出基于企业立场的成本组成计算公式[38]。 现有的研究主要仍然是基于国家立场，邵旭东等由此将寿命周期成本划分为管理单位成本、用户成 本和社会成本组成，其中管理单位成本包括初始造价、将来改造和维护成本、周期养护成本、日常管理 成本、设计成本以及荷载试验成本等，用户成本包括汽车运行成本、交通耽搁成本和其他，社会成本包 括事故成本、环境影响成本以及其他[3]，国内外其他学者的分类方法基本与此类似。 6.2 各项成本的确定方式 结合我国实际，各类成本的确定方法有所不同。初始造价的确定较为容易，可根据桥梁的《施工图 预算》和《公路基本建设工程概算、预算编制办法》进行计算，设计成本、荷载试验成本、日常管理成 本一般可视为初始造价的百分比，周期养护成本可结合《公路桥涵养护规范》以及各地区有关部门制定 的《公路养护工程预算编制办法》进行计算。改造和维护成本中桥梁主体构件必须根据桥梁维护设计中 所确定的维护组合方式以及维护发生的时间进行计算，附属构件可通过陈艾荣等提出的桥梁典型构件使 用寿命计算公式大致确定出桥梁寿命期改造和维护发生的时间和次数，使计算过程得到一定程度的简化。 用户成本中汽车运行成本、交通耽搁成本与桥梁结构所处的路线、桥梁位置、交通状况、桥梁结构的性 能状态以及环境等因素相关，比较复杂，现有的分析过程中大多是采用交通仿真软件来确定。社会成本 中的事故成本目前仍然没有统一的考量方式，王玉倩、陈艾荣将事故成本量化为人的剩余生命价值和赔 偿金，并根据我国现有的国家标准和统计数据，得出了两者的计算方式，提供了一种较好的解决思路 [47]。社会成本中关于环境成本的计算方法亦少见报道，大多数研究是利用生命周期评价理论[48]从资源 耗竭、能源耗竭、人类健康受损和生态破坏等宏观层面来考虑其环境影响，最终量化的指标中也没有体 现桥梁的经济属性，因此在实践中仍然无法广泛运用。刘沐宇等利用生命周期评价和生命周期成本分析 理论，将环境影响分为资源消耗、水污染、大气污染、噪声污染和固体废弃物污染 5 种类型，分析了桥 梁设计、原材料生产与加工、桥梁施工、运营及废弃等 5 个阶段，并将生命周期评价中的结果转化为生 命周期成本中的环境影响成本，初步建立了桥梁生命周期的环境影响成本分析模型[49]，但其成本类型 以及寿命阶段的划分方式和现有桥梁寿命周期成本理论并不相同，如何将两者相互结合并统一尚有待进 一步研究。 6.3 折现率的选择 全寿命成本计算的准确度受多方面的影响因素制约，其中一个关键的指标是折现率。目前的研究通 常的做法是采用有关部门制定的社会折现率，但这对于永久性工程或者受益期超长的项目来说并不一定 合适，造成寿命周期过程中越晚发生的成本越低，甚至趋近于零，因而可能低估了发生在寿命周期使用 阶段的各项成本。目前较好的一种方式是采用分段折现率的方式来减小误差，如胡江碧等将定性分析与 定量计算相结合，分析了折现率与社会折现率和物价波动水平三者之间的关系，认为我国桥梁全寿命周 期内，成本应符合分阶段递减的规律，并建议前 60 年取 2%，后 60 年取 3%[50]。 7 结束语 桥梁全寿命设计方法是桥梁工程设计方法的发展趋势，其意义重大, 长远经济效益明显。目前的研 究已经在各个环节取得了较为丰富的成果，然而真正实施并非易事, 仍需要有大量的基础工作和可靠的 依据。今后的研究应着重关注以下方面： （1）加强桥梁在复杂环境下性能劣化模型的研究，建立多重机理影响下的性能退化定量公式； （2）统一构件耐久性退化模型，或建立退化模型选择的标准； （3）折现率指标的进一步研究； （4）桥梁营运期成本基本参数的统计收集和整理工作，建立并完善营运期基础资料数据库。 （5）进一步研究和评估维护措施对桥梁性能变化规律的影响。 参考文献（References）： [1] 毕鑫，刘晓宇.科学把脉桥隧“健康”[J].中国公路，2013（23）：82～89. 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