港口工程結(jié)構(gòu)的全壽命設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)工程論文全壽命理論〔LifetimeEngineering〕源于工業(yè)生產(chǎn)與加工領(lǐng)域，起初針對(duì)工業(yè)元件，其基本思想是將產(chǎn)品元件的原材料、生產(chǎn)、維護(hù)和廢棄處理等環(huán)節(jié)計(jì)入總成本，用總成本最小化的方式方法來(lái)確定元件的原材料與生產(chǎn)工藝。因而，全壽命理論從成本的觀點(diǎn)又被稱為全壽命成本分析法〔LifeCycleCostAnalysis,LCCA〕。近年來(lái)，土木基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域中由于環(huán)境作用導(dǎo)致的構(gòu)造過(guò)早劣化、使用功能失效普遍成為重要問(wèn)題，在發(fā)達(dá)國(guó)家由此引發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)費(fèi)用已經(jīng)具體表現(xiàn)出在的百分位上[1-2].國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)方式方法重視荷載作用，忽視環(huán)境作用，重視強(qiáng)度設(shè)計(jì)，忽視使用性能的設(shè)計(jì)，重視建設(shè)階段的設(shè)計(jì)，忽視使用期間的維護(hù)。探尋荷載與環(huán)境并重，同時(shí)兼顧施工和使用階段需求的設(shè)計(jì)方式方法是土木工程各領(lǐng)域共同關(guān)注的問(wèn)題和總體趨勢(shì)[3].正是在這種技術(shù)需求的總體趨勢(shì)下，全壽命理論被引入了土木工程領(lǐng)域，并已經(jīng)獲得了初步研究成果[4-5],部分研究成果見(jiàn)表1所示。全壽命的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)符合當(dāng)前我們國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)約型和循環(huán)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向，以合理的方式引入港口工程構(gòu)造的已有設(shè)計(jì)理論與方式方法體系中，將有助于整體提高港口工程的服役質(zhì)量，降低工程壽命周期內(nèi)的投資總成本，并解決相關(guān)的環(huán)境污染與資源的再利用問(wèn)題。1港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)基本理念港口工程構(gòu)造全壽命周期可分為4個(gè)階段，即：規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)階段和退役階段[7].全壽命設(shè)計(jì)的基本思想是：在工程構(gòu)造的整個(gè)服役周期內(nèi)，將外界對(duì)構(gòu)造所作出的各種犧牲均以成本的形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出工程構(gòu)造整個(gè)壽命周期內(nèi)備選方案的總成本，進(jìn)而為工程構(gòu)造的方案決策提供參考。港口工程構(gòu)造長(zhǎng)期遭受海洋的嚴(yán)酷環(huán)境作用。假如在設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段、退役階段等某些環(huán)節(jié)缺乏合理的施行方案，就可能會(huì)加劇構(gòu)造的性能退化，影響用戶的使用功能需求，增加額外的維護(hù)費(fèi)用，并對(duì)環(huán)境造成更大污染。港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)方式方法從全壽命周期角度，在工程構(gòu)造的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就統(tǒng)籌考慮建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)階段和退役階段的建設(shè)和管理活動(dòng)，并通過(guò)全壽命成本優(yōu)化設(shè)計(jì)方式方法，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)工程構(gòu)造功能、環(huán)境、成本的多目的需求。從整個(gè)港口工程的設(shè)計(jì)方式方法來(lái)看，全壽命設(shè)計(jì)方式方法是繼安全系數(shù)法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法〔承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)〕后的又一次設(shè)計(jì)觀念的重大改變。它將傳統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)拓展到整個(gè)壽命周期，主要意義在于：1〕通過(guò)考慮構(gòu)造性能退化規(guī)律，把握港口工程構(gòu)造從投入使用到退出全經(jīng)過(guò)中的性能變化，知足構(gòu)造的可靠性要求。2〕通過(guò)構(gòu)造設(shè)計(jì)與維護(hù)設(shè)計(jì)的合理匹配和科學(xué)決策，降低工程構(gòu)造的全壽命周期成本；3〕通過(guò)合理維護(hù)設(shè)計(jì)，將當(dāng)前工程構(gòu)造的被動(dòng)維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)維護(hù),進(jìn)而延長(zhǎng)構(gòu)造使用壽命，提升構(gòu)造使用性能。2港口工程全壽命成本計(jì)算模型2.1港口工程LCC構(gòu)成港口工程LCC分析牽涉眾多成本因素和經(jīng)濟(jì)參數(shù)。港口工程的整個(gè)壽命周期劃分為3個(gè)可產(chǎn)生成本的壽命階段：建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期和退役期。華而不實(shí)，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的成本統(tǒng)計(jì)在建設(shè)期成本中。由此，港口工程全壽命周期總成本共有3部分構(gòu)成，如公式〔1〕所示。【1】2.2主要經(jīng)濟(jì)參數(shù)港口工程從開(kāi)場(chǎng)投資到最后退役所經(jīng)歷的時(shí)間跨度大，資金流動(dòng)頻繁，在計(jì)算港口工程全壽命周期成本時(shí)需要明確統(tǒng)一的經(jīng)濟(jì)參數(shù)。所牽涉的主要的經(jīng)濟(jì)參數(shù)是折現(xiàn)率、設(shè)計(jì)使用年限和成本分析基年。折現(xiàn)率是度量資金時(shí)間價(jià)值的尺度，反映了對(duì)將來(lái)貨幣價(jià)值所作的衡量。它是將將來(lái)資金折成現(xiàn)值的比率，反映了資產(chǎn)與其將來(lái)運(yùn)營(yíng)收益現(xiàn)值之間的比例關(guān)系。在港口工程全壽命成本分析中，折現(xiàn)率是最為敏感的經(jīng)濟(jì)參數(shù)。在實(shí)際工程中，折現(xiàn)率的影響因素復(fù)雜，根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量研究，可通過(guò)社會(huì)折現(xiàn)率和物價(jià)波動(dòng)水平〔PPI年變化率〕來(lái)表征和計(jì)算。根據(jù)PhilipCady提出的模型，三者之間的關(guān)系可表示為：1+ici=〔1+fi〕〔1+Ii〕〔5〕式中：Ii為折現(xiàn)率；ici為社會(huì)折現(xiàn)率；fi為PPI年變化率。于是，【2】實(shí)踐表示清楚，隨著時(shí)間的遞增工程構(gòu)造的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)因素也呈現(xiàn)一種遞增趨勢(shì)。因而，在港口工程壽命周期內(nèi)，成本折現(xiàn)率也呈遞增規(guī)律。在工程構(gòu)造全壽命成本分析中，折現(xiàn)率可分階段取值，通常取30a為一個(gè)階段。港口工程設(shè)計(jì)使用年限是統(tǒng)計(jì)全壽命周期成本的時(shí)間長(zhǎng)度。不同的設(shè)計(jì)使用年限可能采用不同的計(jì)算公式和折現(xiàn)率。成本分析基年是貨幣時(shí)間價(jià)值的折算基點(diǎn)。發(fā)生在壽命周期內(nèi)不同時(shí)間上的各種費(fèi)用都要折算到這一基點(diǎn)上。一般以工程構(gòu)造的完工年為計(jì)算基年。2.3港口工程LCC的計(jì)算方式方法計(jì)算全壽命成本需要考慮資金的時(shí)間價(jià)值，計(jì)算公式為：【3】式中：PV為成本現(xiàn)值，即計(jì)算基年的LCC值；FVk為第k年的現(xiàn)金流出，即成本構(gòu)成中各成本折算到計(jì)算基年的現(xiàn)值；k為成本產(chǎn)生的年份；N為構(gòu)造的設(shè)計(jì)使用年限；Ik為成本產(chǎn)生年份的年折現(xiàn)率。3港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)3.1港口工程構(gòu)造功能分析港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)根據(jù)功能需求-設(shè)計(jì)要求-設(shè)計(jì)指標(biāo)三級(jí)關(guān)系進(jìn)行。港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)首先從工程構(gòu)造的功能分析開(kāi)場(chǎng)。功能分析〔FA,FunctionAnalysis〕是價(jià)值工程〔VE,ValueEngineering〕的核心內(nèi)容，也被稱為價(jià)值方式方法[8].它是對(duì)某產(chǎn)品或服務(wù)的各功能和相關(guān)成本進(jìn)行辨別，對(duì)功能的必要性進(jìn)行評(píng)估的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)。功能分析首先從業(yè)主角度把港口工程的功能進(jìn)行分組，每一組又由若干詳細(xì)功能構(gòu)成。根據(jù)港口工程特點(diǎn)，將港口工程的功能根據(jù)對(duì)象的不同，分為使用〔Utility〕、環(huán)境條件〔Environment〕、建設(shè)管理〔ConstructionandManagement〕和可持續(xù)發(fā)展〔Sustainability〕4組，每一組中又包括若干功能單元〔Elemen〕t.3.2港口工程全壽命設(shè)計(jì)基本流程全壽命理論為我們國(guó)家現(xiàn)行港口工程設(shè)計(jì)增添了很多新的元素。這些新的元素在初步設(shè)計(jì)階段主要包括：1〕設(shè)計(jì)使用年限；2〕維修周期、維修方案及維修成本；3〕環(huán)境影響成本；4〕退役期成本；5〕LCC的計(jì)算；6〕設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)使用年限對(duì)LCC影響的量化分析；7〕維護(hù)設(shè)計(jì)；8〕建設(shè)期成本與運(yùn)營(yíng)期維護(hù)成本的關(guān)系等。根據(jù)設(shè)計(jì)階段的不同，LCC成本計(jì)算的粗略程度也不同。對(duì)于設(shè)計(jì)階段難以量化的成本，如用戶成本和環(huán)境影響成本等，可參照已有工程的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況，以建設(shè)期成本為基數(shù)，乘以相應(yīng)系數(shù)得到估計(jì)值。港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮了港口工程的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)〔管理〕以及退役4個(gè)階段的各項(xiàng)活動(dòng)。并以LCC方式方法作為方案決策的指導(dǎo)方式方法〔但不唯成本而定〕，通過(guò)該方式方法分析設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)建設(shè)期成本、維護(hù)成本以及全壽命成本的影響?？紤]到港口工程構(gòu)造的形式多樣、使用性質(zhì)不同、環(huán)境條件不同、覆蓋內(nèi)容復(fù)雜、時(shí)間跨度大、施工管理技術(shù)不斷更新等各種因素，在港口工程全壽命設(shè)計(jì)流程中主要明確基本的設(shè)計(jì)步驟以及需要考慮的問(wèn)題，當(dāng)前尚不牽涉詳細(xì)的技術(shù)細(xì)節(jié)。港口工程全壽命設(shè)計(jì)基本流程可概括如此圖1所示?！?】4結(jié)束語(yǔ)1〕闡述了港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)的基本理念，分析了港口工程領(lǐng)域引入全壽命設(shè)計(jì)的意義和必要性。2〕分析了港口工程構(gòu)造全壽命成本構(gòu)成，明確了主要經(jīng)濟(jì)參數(shù)，建立了港口工程構(gòu)造全壽命成本計(jì)算模型。3〕提出港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)根據(jù)功能需求-設(shè)計(jì)要求-設(shè)計(jì)指標(biāo)三級(jí)關(guān)系進(jìn)行，建立了港口工程構(gòu)造全壽命設(shè)計(jì)基本流程以及