本文摘要：這篇水利工程師職稱論文發表了一個壽命周期中成本管理的概念和優勢，論文探討了水工隧洞工程的控制管理方法，拓展了全壽命周期管理在水工隧道建設中的應用，全面提升管理的水平，論文探討了水工隧洞全壽命周期成本管理的思路，為實現項目成本的持續、高效、準
這篇水利工程師職稱論文發表了一個壽命周期中成本管理的概念和優勢，論文探討了水工隧洞工程的控制管理方法，拓展了全壽命周期管理在水工隧道建設中的應用，全面提升管理的水平，論文探討了水工隧洞全壽命周期成本管理的思路，為實現項目成本的持續、高效、準確管理奠定基礎。
關鍵詞：水利工程師職稱論文,全壽命周期,水工隧洞,模型
引言
近三十年來，隨著我國社會經濟和人民生活水平的不斷提高，國內水利水電工程建設規模迅速擴大。在引水式開發水電站和長距離引調水項目中，水工隧洞作為其最為重要的建筑物之一，其數量和規模更是史無前例，典型的有魯布革水電站9.4km長引水隧洞、天生橋二級水電站3條9.8km長引水隧洞、錦屏二級水電站4條16.7km長的世界最大規模水工隧洞群、杭州千島湖配水工程110km輸水隧洞工程和鄂北地區水資源配置工程269km輸水隧洞工程等。水工隧洞施工條件復雜、建設周期長、投資規模大、營運時間較長，目前項目業主管理方主要還是關注工程決策階段和實施階段的項目管理，特別是這期間的設計優化和成本控制工作，而普遍不夠重視工程投產后的運營期管理。隨著國內大量水工隧洞工程相繼交付使用，一些工程在運營若干年后即發現缺陷而影響正常使用，并為此加固處理的案例也屢見不鮮。因此，針對水工隧洞工程進行較為全面的經濟性分析，并據此重新審視規劃階段和工程建設期間確定的設計方案開始受到各方的關注。
1全壽命周期成本管理
1.1全壽命周期成本管理的概念和優勢
1960年代以來，美國軍方率先在軍用設備采購領域提出了全壽命成本控制費用(LifeCycleCost，簡稱LCC)及全壽命經濟性的概念。LCC是從工程項目的整個壽命周期出發，進行全過程的造價和成本控制。因此，LCC是全壽命周期管理(LifecycleManagement，簡稱LCM)的目標任務之一。LCC通過投資費用的控制、項目效益的分析和評價、運用工程經濟學、數理統計學的方法，從工程項目的可行性研究階段、建設決策階段、設計階段、采購及施工階段直至竣工使用階段，對費用進行全程計劃和控制。
這種方法的優勢體現在如下幾方面：
(1)從投資決策科學性角度來看，全壽命周期工程成本控制中的成本分析，指導人們自覺地、全面地從工程項目全壽命周期出發，綜合考慮項目的建造成本和運營與維護成本或使用成本，從多個可行性方案中，按照全壽命周期成本最小化的原則，選擇最佳的投資方案，從而實現更為科學合理的投資決策。
(2)從設計方案合理性角度來看，工程項目全壽命周期成本控制可以指導設計者自覺地、全面地從項目全壽命周期出發，綜合考慮工程項目的建造成本和運營與維護成本或使用成本，從而實現更為科學的建筑設計和更加合理的建筑材料選擇，以便在確保設計質量的前提下，實現降低項目全壽命周期成本的目標。
(3)從工程項目實施的角度來看，工程項目全壽命周期成本控制可以在綜合考慮全壽命周期成本的前提下，使施工組織設計方案的評價、工程合同的總體策劃和工程施工方案的確定等更加科學合理。這種融合了全壽命周期理論和成本控制理論的成本控制方法已不再單純是項目經濟財務方面的工作，也不再單純是項目運作方面的工作，而是包含了經濟、組織、管理、技術等多方面的綜合科學。
1.2水工隧洞全壽命周期成本管理的思路
我國自20世紀90年代開始引入LCM和LCC的概念以來，開展了很多理論研究和實踐應用工作。但在具體的項目管理中，相關概念仍不夠成熟，特別是水工隧洞的全壽命周期管理和基于此的全過程經濟分析工作仍處于起步階段，鮮有成熟的研究成果。深入開展基于全壽命周期管理的水工隧洞經濟性分析研究工作，不僅有助于LCC理論研究在我國項目管理實踐中的應用，也具有顯著的社會、經濟效益，具有較為廣泛的實用價值，意義重大。水工隧洞工程全壽命周期包括項目開始階段(包括可行性研究)、設計階段、招標采購階段、施工階段、使用階段(主要是運行和維護)以及拆除更新階段等。其全壽命周期費用分析采用工程經濟學中的“總現值法”，即一次性投資費用和后續經常發生的費用都要按規定的建筑物壽命年限、利息等折算為現值，并據此選擇總費用最小者為經濟方案。
2水工隧洞建設與運營特點
水工隧洞穿山越嶺，通過支護和襯砌與周邊圍巖聯合承擔山巖壓力、內水壓力等荷載，并源源不斷地調運水流，產生了巨大的社會與經濟效益。但同時，水工隧洞的建設與運營也是一項施工條件艱巨且復雜的工程任務。
2.1水工隧洞規劃設計及建造中的特點
2.1.1用途廣泛水工隧洞用途廣泛，可引水發電，可輸水灌溉，還可以泄洪排沙等，市場需求極為廣泛，工程要求也各不相同。
2.1.2技術難度較大水工隧洞位于巖層(土層)中，隧洞支護或襯砌結構與圍巖(土體)聯合承載，承擔巖體(土層)開挖后引起的二次應力及水壓力，特別是在巖層中開挖的隧洞，周邊圍巖由于開挖導致應力重新分布，巖體產生變形，需要隧洞襯砌結構體系予以抵抗并維持洞室穩定。有壓隧洞需同時抵御最高逾千米的內水壓力，泄洪隧洞還要承擔高速水流的沖刷，對相應的巖(土)體穩定分析、滲流分析、襯砌結構計算、水頭損失計算、水力過渡過程仿真、抗沖耐磨、消能防沖設計等綜合技術要求較高。
2.1.3施工工藝復雜、建設工期較長水工隧洞施工作業斷面較小，施工場地狹窄，洞線較長，施工作業工序多，干擾大，施工組織較為復雜，相關安全風險也較大。同時，水工隧洞建造工期一般較長，尤其是兼有導流任務的隧洞，其施工進度往往控制著整個工程的工期。因此，在保證質量的前提下加快施工進度是隧洞工程建設中需要引起足夠重視的問題。
2.1.4工程使用壽命較長根據《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》等的相關規定，水工隧洞設計使用年限一般按30~100年考慮，在這樣漫長的運營期間，工程的維護管理工作不容忽視。
2.1.5后期改造難度較大水工隧洞在地下一次開挖成型，圍巖在開挖后通過及時的噴錨支護、襯砌灌漿等形成應力二次平衡，后期一旦需要擴大輸水容量，幾乎不可能在原工程基礎上進行擴建，而在原工程附近新建水工隧洞也將受到原工程布置的制約。因此，在工程立項、確定規模時需要有一定的前瞻性。
2.1.6投資規模較大業內素有“金橋銀路白金洞”一說，客觀上說明隧洞工程造價較高——水工隧洞單位公里洞長的造價少則數千萬，多則數十億。類似巨型水電站長引水隧洞群工程、跨流域長距離大流量引調水隧洞工程，其投資數額之高，甚至需要動用國內外科研、技術、施工力量方能實現建設目標。因此，這類項目的立項決策、建設和運營等各方面均備受關注。
2.2水工隧洞運營維護中的特點
2.2.1巡查及維護時機難得水工隧洞日常巡查或維護時，需要暫停隧洞功能、放空隧洞。這恰恰是絕大部分水工隧洞與交通隧道、地下廠房等其他地下工程最主要的區別。一般情況下，雖然運營管理單位制定了日常放空隧洞檢查的時間間隔要求，但實際執行過程中卻相當不容易，需要統籌考慮經濟影響和社會影響。
2.2.2出入不便、通行不易水工隧洞建成后，可供人員進入的通道十分有限，較為常見的通道有進口閘門后通氣孔、施工支洞改建后的進人門(管)等。隧洞平洞段檢修尚有條件，對于豎井、斜井和倒虹吸管等特殊洞段，目前尚無成熟的檢修條件。同時，水工隧洞進人通道較為狹小，大型設備進入困難，限制了檢修能力和效率的提升。
2.2.3缺乏照明和通風條件水工隧洞投入運行后，其沿線基本不會配置永久照明和通風設備，維護檢查作業前雖放空隧洞內水流，但通常無法有效排空，且常因積水、滲漏等因素導致隧洞內非常潮濕，出現水氣妨礙視線。
2.2.4襯砌表面結垢或滲出物結晶，遮蔽襯砌表面污水隧道襯砌壁面常有泥質結垢、污物粘黏，一般水工隧洞表面也可能附著微生物，滲漏處若地下水含鈣離子濃度較高，或襯砌混凝土中溶出氫氧化鈣，也可與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣，從而在襯砌表面形成鈣化。這些情況都會遮蔽襯砌表面，對維護檢查時相關問題的發現十分不利。
2.2.5維修工藝復雜且修補位置再次破壞的可能性大水工隧洞投運后，常見的病害有坍塌、涌水、滲漏、圍巖和襯砌變形、襯砌裂縫、錯動、剝離、變形等。在洞內相對密閉、潮濕的條件下，開展維修工作是十分困難的，效率也較低。同時實踐證明，在這樣的環境下，修補位置再次破壞的可能性較大。
2.2.6監測設備長期成活率低水工隧洞運行條件相對嚴酷，且相對于施工期，隧洞投運后環境條件變化較大。因此施工期埋設的監測儀器在長期運行條件下普遍存在成活率低、可能存在無法繼續表征隧洞運行狀態的問題。
3水工隧洞全壽命周期管理體系
結合我國水利水電工程基建工作流程，并為方便水工隧洞全壽命周期費用分析工作的開展，水工隧洞全壽命周期范圍內一般可包括項目立項階段(項目建議書)、可行性研究階段、初步設計階段、前期工程準備階段、主體工程建造施工階段、工程運營階段以及拆除更新階段等。在項目立項和可行性研究階段，主要任務是論證項目建設的必要性、可行性，并初步擬定項目建設規模。
在初步設計階段，主要任務是確定項目建設規模，并在此基礎上深入分析、確定水工隧洞的線路、長度、斷面尺寸、開挖及結構設計方案、施工方案、工程建設對周邊影響及相關處理等。在前期工程準備和主體工程建造施工階段，主要任務是根據設計圖紙，一次性完成水工隧洞及其他附屬建筑物的建造。工程運營階段的主要任務則是根據檢修周期和實際情況，進行水工隧洞的維護檢修、更新評估直至報廢拆除。另外，由于水工隧洞全壽命周期管理工作龐雜，數據繁多，且時間跨度較大，試圖用傳統的管理方法實現全壽命周期成本控制是難以想象的，因此，在工程開工建設前即應在全壽命周期管理的思路指導下成立專業的組織結構，并搭建統一的信息化管理平臺，這對于預期成果的質量保證至關重要，也為實現項目成本的持續、高效、準確管理奠定基礎。
4水工隧洞全壽命周期費用控制模型
為突出主要問題，簡化分析工作，水工隧洞工程全壽命周期費用可概化分解為以下10個部分：前期工程咨詢費T1、前期及施工輔助工程準備費T2、工程勘測設計費T3、工程咨詢審查費T4、建設期工程費T5、運營期貸款利息T6、運營期檢查維護費T7、運營期可能災害損失費用T8、工程報廢拆除費T9、項目全壽命周期管理費T10。
4.1前期工程咨詢費
在項目立項前，業主管理方需委托有資質的咨詢單位對項目建設的必要性和可行性進行論證，主要成果有項目建議書、可行性研究報告及相關附件等。本階段還需結合進洞條件、成洞條件、水文地質條件等現場布置初步的地質勘察工作，必要時還要開展現場材料試驗工作，進行關鍵技術問題的專題研究。
4.2前期及施工輔助工程準備費
前期及施工輔助工程費主要指建設及施工場地征用費、三通一平等前期施工準備費，是工程準備開工建設前需要花費的必要費用。水工隧洞為地下工程，建設及施工場地征用費一般較少，但其洞線長，工程區一般距離城市較遠，交通、電力、供水和場地平整等前期施工準備費較高，是一項占比很大的費用支出。
4.3工程勘測設計費
當項目的必要性和可行性均得到上級主管部門批復認可后，原則上就已立項并具備正式開工建設條件。此時，業主管理方就需要委托有經驗的勘測設計單位開展實質性詳細的技術研究和圖紙設計工作，為工程全面建設奠定基礎。水工隧洞位于地下深處，對工程區地形地質研究成果的準確性要求較高，一般通過在進出洞口、埋深較淺處和特殊地質洞段布置鉆孔、坑探，甚至布置探洞方能達到工作深度要求。水工隧洞工程設計工作需在深入比較的基礎上，研究洞線、斷面尺寸、支護和襯砌方案、水力學條件等多類技術問題，綜合性要求較高、技術難度較大。因此，水工隧洞工程勘測設計工作一般時間較長，短則數年，長則十余年，是勘測設計工作者辛勤工作的結晶。
4.4工程咨詢審查費
依據國家基本建設管理流程，且考慮水工隧洞的技術復雜性，項目前期研究和技術設計階段的各類研究成果，均需委托有經驗的專家隊伍對成果進行認真全面的咨詢和審查，借此優化設計、促進施工、控制投資，提高工程的性價比，并避免勘測設計工作偏差。因此應按一定比例考慮工程咨詢審查費的支出。
4.5建設期工程費
工程開工后，即進入主體工程施工階段，本階段項目從藍圖變為現實，投資集中，是全壽命周期費用中最為突出的部分。結合近年國內水利水電工程可研概算編制實際要求，水工隧洞工程建設期工程費由建筑安裝工程費、設備及工器具購置費、環境保護工程費、建設征地和移民安置費、獨立費用(包括項目建設管理費、生產準備費、勘察設計費、其他稅費)、預備費和建設貸款利息等七大項組成。其中獨立費用項目中，除勘測設計費已單獨計列，其他都納入到后面的全壽命周期管理費用中。
4.6運營期的貸款利息
工程竣工后的最初幾年，由于建設期累計的大量借款，會產生較大的利息支出，這就形成了運營期的貸款利息。其作為工程成本費用之一，占有相當比重。
4.7運營期間的檢查維護費
運營期間的檢查維護費是指水工隧洞建成后，在正常使用期間所發生的必要費用以及為保證工程正常運行所產生的必要的修復費用，一般包括安全定檢費、每年例行維護維修費用和大修(包括綜合性大修或改造性大修)費用等。
(1)安全定檢費：對已建工程開展定檢工作，可以系統全面評估工程運行狀態，為開展必要的工程加固、維修提供依據。目前，對于水利水電大壩工程，國家相關部委制定了定檢管理辦法，水工隧洞工程可予以參考。
(2)檢修放空期間的直接費用：水工隧洞工作環境惡劣，工作狀態多樣，運行壽命較長，在實際運行過程中均會發生不同程度的病害現象，如滲漏水、圍巖變形、掉塊、混凝土襯砌開裂、排水孔堵塞、止水帶斷裂、防腐層脫落、供水水質污染等。因此從這個角度說，為了確保水工隧洞能在設計基準壽命內正常發揮功能要求，利用隧洞檢修放空期間開展一定的補強加固是必要的。
(3)檢修放空期間的間接費用：水工隧洞的檢修放空就意味著停水停電，可能帶來一定的經濟效益影響或社會效益影響。因此，除意外事故外，隧洞放空檢修時機一般都選在用水低谷時段，必要時還要啟用備用水源、電源，由此帶來的間接費用也需要考慮。
4.8運營期可能遭遇災害損失費
就水工隧洞而言，危害較大的災害類型有地震、泥石流、進水口邊坡塌滑等地質災害和超標洪水，可以應用地質學原理，結合水工隧洞的自身特點，估算地質災害給工程造成的可能災害損失費用。
4.9報廢拆除費
報廢拆除費是指工程使用期滿后，報廢拆除恢復原始狀態的費用。
4.10項目全壽命周期管理費
基于全壽命周期管理的工程，應計入專項管理費，該費用可依據傳統管理模式中工程建設期間的管理費，向前向后延伸考慮。具體的可分為決策階段管理費、實施階段管理費、運營階段管理費等。
5結語
以工程經濟學理論為基礎，從工程項目的全壽命周期理論入手，探討了水工隧洞工程全過程費用控制管理方法，構建了水利水電工程全壽命周期成本控制模型，拓展了全壽命周期管理在水工隧洞建設和管理領域的應用，有助于全壽命周期費用控制相關理論的完善和提升，有助于業主管理方準確決策，最終幫助社會大眾和工程潛在投資方全面認識水工隧洞建設和運營特點，有助于加速該類項目的規劃、立項和投資建設。
作者：潘益斌 俞洪良 單位：中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 浙江大學建筑工程學院
推薦閱讀：《云南科技管理》(雙月刊)創刊于1988年，是由云南省科學技術廳主管、云南省科學技術廳科技宣傳教育中心主辦的綜合類自然科學期刊，面向國內外公開發行。
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