再談降低地下鐵道工程造價問題

再談降低地下鐵道工程造價問題
0 引言
在1998年12月召開的第三屆城市軌道交通學術研討會上我曾對此問題提出一些看法和建議。許多有識之士在許多場合都對此問題發表了相當中肯的意見。在此次會議上，我認為有必要再次談一談這個問題。因為這個問題仍然是困擾我們大力發展城市軌道運輸的一個瓶頸問題。
擴大內需加大基礎設施的建設力度，是我國經濟發展的重大舉措。而解決城市交通瓶頸的關鍵是大力發展城市軌道交通系統。主要城市對軌道交通有較大需求，建設積極性較高。如北京提出到2008年要新建線路157km總投資達638億元，上海提出再修建193km，總投資達757億元。但土木工程，特別是以地下工程為基本框架的地下鐵道，從初期投資的造價上看，是比較昂貴的。在一定程度上，它制約了城市地下鐵道的發展。因此，如何降低地下鐵道的工程造價，如何認識地下鐵道的經濟效益就成為我們當前必須認真討論的問題。
1 經濟效益的認識
目前我們對地下鐵道的定位是“公共事業”，是以政府的公共投資修建的、服務于城市交通的基礎設施”，不是以“贏利”為目的的企業。由于其外延效益不能直接體現在自身收益中，財務效益水平普遍較差，這也是軌道交通自身的特點。因此，強調地下鐵道要“贏利”的觀點是不可取的。但也不能不考慮地下鐵道的經濟效益而盲目地發展。這里牽涉到我們對地下鐵道經濟效益的認識問題。
從交通經濟學的角度出發，地下鐵道的經濟效益可歸納為：
直接效益：
·走行費用的節省；
·輸送時間的縮短；
·交通舒適度的增加；
·交通事故的減少；
·司機疲勞度的減輕等
間接效益：
·周邊區域的資源開發
·城市人口的分散；
·市場圈范圍的擴大，特別是以地下鐵道車站為中心的市場的形成；
·交通運輸的合理化；
·交通設施建設自身誘發的就業、材料等的需求增加等。
這些效益是很難用“金錢”來衡量的。交通經濟學正在解決如何用“經濟價值”衡量這些效益的方法。我們也應該進行這方面的努力。
因此，地下鐵道的經濟效益主要是通過上述的效益來體現的。也就是說，如綜合考慮這些效益的存在和從城市的可持續發展的觀點出發，地下鐵道的經濟效益是顯著的，也是肯定的。這也是為什么在城市發展到一定水平后，紛紛修建地下鐵道的原因。
2.降低造價的政府主導作用
但不管怎么說，地下鐵道的造價是很可觀的。因此，目前許多國家都非常注意如何降低土木工程造價，當然也包括地下工程的造價問題。例如日本在比較了與美國在一些丁程領域中的工程費后，明確指出：平均來說，日本的工程費約比美國高出28％-45％。因此，日本建設省提出削減丁程費的提議，提出了“降低土木工程造價的行動計劃”，并制定了“降低土木工程造價的指導方針”，要求從沒設計階段開始就采取縮小結構物斷面、結構物形狀單純化、構什預制化、材料規格化和標準化及施工技術標準化等5大基本措施。日本許多會社和公司紛紛響應，以提高技術水平為手段，提出了許多降低工程造價的技術措施，收到良好的效果。以地下工程為例，在盾構隧道中，減薄襯砌、縮小斷面可降低工程費約30％，在山嶺隧道中，縮小斷面也取得較好的效果，例如新干線隧道，凈空內半徑從4．80m減小到4．75m，東名高速公路隧道將建筑限界的寬度縮小1．5m，使開挖斷面積從230m減小到195m’使工程費減小15％-16％。而降低工程費最顯著的是東京都的12號線的小斷面地鐵，降低丁程費達30％以上。又如在山嶺隧道中，如能控制好隧道斷面的超欠挖，就可把隧道工程費降低3％-5％等等。
這個經驗指出，降低工程造價，必須以政府為主導，充分發揮各方面的積極性，特別是施工企業自主開發技術的積極性，群策群力才能收到預期的效果。也就是說，降低造價要有政策上的支持。
3 降低地下鐵道造價的基本認識
總的來說，地下鐵道的造價主要決定于地下鐵道的規模和水準。例如莫斯科地下鐵道，特別是車站，要求符合“宮殿式”的建筑。這必然大大提高修建的成本。而歐洲一些國家，則根據地質情況，因地制宜，甚至可以修成圍巖裸露的車站，其成本必然很低。許多國家強調地卜鐵道應該以“交通服務為本”，因此，地下鐵道的效益也就體現在服務的質量上。在經濟條件可能的前提下追求安全、快速、準時、舒適。可是在很長一段時間，我們的“攀比”風是相當嚴重的。你的車輛寬度是2.8m，我就要3.0m，你是3.0m，我就采用3.1m。你是5輛編組，我就要6輛甚至8輛編組，使地下鐵道車站的站臺長度愈來愈長。這都是“ 攀比”風所造成的。在政府的干預下目前這種風氣有所收斂，因此降低造價首先要從地下鐵道的規模和技術水準上著手。這一點大家都有共識。
其次，我們也要認識到：“獨木不成林”，地下鐵道不成網，就不可能充分發揮地下鐵道的功能，就不可能更好的體現地下鐵道的效益。目前許多城市者6認識到這一點，紛紛加速“成網”路線的建設，這是非常正確的決策。因此，在規劃地下鐵道時，要從“成網”的觀點來規劃第l條地下鐵道的建設。從客流預測、規模等加以規劃。不宜把第1條線的規模搞得標準太高。
第三點要指出的是，地下鐵道基本上是以地下工程為主體的結構物，是屬于“維修難”一類的結構物。建成后投入的維修管理費用，將逐年增加。在地下鐵道的運營成本中，其比重也將逐年增加最近日本一些有識之士提出2920年的警鐘。即“日本將從土建大國變成修繕大國”。2020年的結構物維修費用和改建費用，僅建設省就超過2兆億(日元)，是現在的3倍，維修費用將成為國家財政的巨大負擔。因此，結構物不管是新建的還是既有的，都要建立“少維修”的設計理念，這對降低運營成本是有直接影響的。
第四點就是設計要創造降低造價的條件和空間。意思是設計要為采用新技術留有余地。大家知道，施工前的設計始終是一個具有預設計性質的設計。應該容許施工單位在確保工程質量的前提下采用新技術，充分發揮施工企業采用技術方法降低工程造價的積極性。這一點我們做得非常差，這當然與設計施工體制有關。最后，我們要搞清楚，地下鐵道的建設費的構成。一般說地下鐵道的建設費主要由3部分構成。即：
·作為基礎設施的土建工程的建設費，如線路、各種建筑物及其附屬設施等；
·車輛等可移動設備以及運行系統的引導、控制、管理等設備和設施的購置費；
·因建設造成的損失補償費，如搬遷補償、對既有結構物的損傷補償等。
因此，降低建設費也必須從這3方面著手。
從地下鐵道的造價構成看，降造首先要從降低購置費，即設備費著手。其次是運營管理費這兩項都是規劃設計的問題。我這里主要談如何降低作為基礎設施的土建工程的費用問題。降低土建工程費用既要解決認識上的問題，也要解決技術上的問題。前者是基礎，后者是手段。
在認識上，首先應該認識到，土建工程的造價是有潛力可挖的。其次是“降造”要形成“雙贏”的局面。最后要認識到，只有提高技術水平才能真正地把土建工程的造價降下來。
·降低造價是有潛力可挖的
目前許多城市都加速了地下鐵道的建設。北京、上海、廣州等城市的軌道交通的里程有明顯大幅度延伸的趨勢，成網速度加快。一些城市的第1條地下鐵道也開始修建或正在規劃之中。在這種情況下，應該從一開始就關注如何降低地下鐵道的造價這個永恒的課題。
我們目前的工程造價水平，不好與國外比較。但就我們目前采取的人為的“降造措施來看，是完全有潛力可挖的。因為業主要求承包商，在承包額的甚礎上“降造”5％-2毗，有的甚至“降造”30％以上。這只能說明造價是可以降低的。但這種“人為”的、“強行”的降造方法，實際上是以降低工程質量為代價的，是不可取的。
“降造”要形成“雙贏”的局面
這里所謂的“雙贏”，就是“降造”對業主有利，對承包商也有利。否則，“降造”就是一句空活。
例如，日本規定在承包價確定以后，承包商采取技術措施而降低造價的部分，歸承包商所有。這樣就鼓勵了承包商采用技術手段降低工程造價的積極性。這也是為什么日本的地下和隧道技術不斷發展的一個重要原因。目前設計施工兩張皮的體制，制約了新技術、新方法、新工藝、新材料的發展和應用。也制約了施工企業自主開發的積極性。應該改革。目前是承包商一旦獲得承包工程后，千方百計地變更沒計，力求把降造的損失補回來，這是可以理解的。作為業主應該把施工企業的降造積極性引到提高技術水平方向上來。日本最近實施的在投標中要有降造措施。例如降造5％，必須指明采用什么技術降造。這個做法可以借鑒。要實現這一點，就必須徹底地改變我們的投標的體制和方法。
·只有提高技術水平才能真正地把造價降下來。這也是本文的重點。
4.降低建設費的技術措施
從目前的技術發展趨勢看，降低工程建設費的基本途徑有：
4．1 縮小結構物斷而尺
以山嶺隧道，盾構隧道為例，在確保必要的功能前提下盡量減小結構物的斷面尺寸。例如，日本在盾構隧道中，為減小一次襯砌的厚度，采用了高強的薄管片。在瓦斯管道中，過去的管片厚度為175~200mm，改為150mm。這樣使隧道外徑變為3 950 mm。此外，為減小二次襯砌厚度，采用噴2、3mm樹脂的方法，使外徑從3．8m，變為3．4m，減小0．4m。這樣，開挖土方量減少25％，工期縮短40％。在某一共同溝工程中，將二次襯砌省去節省造價9．9％。當然省略二次襯砌是有條件的。
在山嶺隧道中日本鐵道公團，在北陸新干線的隧道工程中，將拱部內半徑從4．8m改為4．75m，減小5cm。在舞子隧道的通風橫洞(斷而積80m)中，在一次襯砌的(15cm)上，增噴5cm的高強噴混凝土，而取消了厚35cm的二次襯砌。由此可見，縮小斷面尺寸、主要與采用新技術，新工藝有關。如采用高強的噴混凝土和混凝土，噴射樹脂等，其次在滿足凈空的條件下，盡可能地縮小隧道內輪廓尺寸，最終減薄二次襯砌或取消二次襯砌。
例如，在增加列車運行密度的前提下，減少列車編組長度，就可以縮短車站和站臺的長度。采用寬度小的車輛，也可以減少凈空尺寸，從而減少坑道的開挖量。目前，我國采用的盾構管片的厚度是35cm，如果證明采用30cm是可行的，也可以降低工程的造價等等措施都是行之有效的。
4．2 結構物形狀的單純化
從實際出發，除地下鐵道車站外，隧道的斷面形狀是比較單純的。形狀單純化，可使鋼筋和模板的架設簡單，與之配套的資材也可以標準化和規格化。如采用鋼筋骨架和定尺鋼筋等。隧道的拱部最好采用單心圓，在公路隧道中，整個上部也最好采用單心圓等。對鋼筋混凝土襯砌的鋼筋，采用預制的鋼筋骨架方式，也取得了良好的效果。例如，4車道的公路隧道，是采用4車道的大斷面隧道，或是采用聯拱型4車道斷面，就需要進一步研究，從形狀單純化角度看，顯然采用形狀單純的4車道斷面是合理的，同時也簡化了施工程序。實踐已指出，目前采用的聯拱隧道的成本是比較高的。
地下鐵道車站形式的標準化，也是各國追求的目標。在滿足功能要求的前提下盡量縮小車站的規模也是車站設計的主流趨勢。應該盡量減少用礦山法修筑地下鐵道車站。在必須用暗挖法修筑地下鐵道的場合，最好采用盾構法。因為盾構法車站易于標準化。這也是“降造”所要求的。
4．3構件預制化
結構形狀單純化與構件預制化是有聯系的。構件預制化，使制造簡單，質量可靠，安裝方便，且便于采用新材料。盾構法是實現構件預制化的典型，技術是十分成熟的。
在已經實現預制化的構件，盡可能地向大型、長尺寸方向發展。如日本的瓦斯管道的管片寬度從0．2m改為1．2m，使架設時間大為縮短。
在鐵路隧道中，仰拱構件預制化是一個方向，特別是單線鐵路隧道，更有發展前景。秦嶺隧道的仰拱采用預制仰拱獲得成功。在鐵路隧道中研究二襯砌的構件預制化的問題是有重要意義的。
隧道襯砌、明洞等結構物的預制化，是提高結構物質量、降低造價的基本措施。也是許多國家正在研究的課題。下面介紹2個示例，僅是其中的一部分。
仰拱：為了降低成本和提高修筑仰拱的速度，在某—公路隧道采用預制構件修筑仰拱。首先開挖隧道底部后，灌注坍落度為0的混凝土。而后在其上鋪設預制的帶突起的混凝土板，用振搗器搗固，使與混凝土成為一體。隧道是雙車道的，施工長度約6m，一塊板的大小約寬3m，長1．5m。施工后車輛可以立即通行。可以走行滿載土砂的總質量達39t的卡車。仰拱的下沉量只有3mm。因為不需要設置和拆除模板，比現場灌注混凝土降低成本10％~15％。隧道開挖后，能夠立即施工仰拱，從而能夠控制底部的變形。
襯砌預制板：在山嶺隧道的二次襯砌中，也開發出預制板兼模板的技術。預制板是鋼筋混凝土板；鋼筋從板背后伸出，現場灌注混凝土時使之成為一體。開挖后向巖面噴射混凝土，沿內壁架設鋼架(間距1-2m)，使用專門機具把預制板用螺栓連接到鋼架上。預制板上設有直徑10cm的孔，用以灌注混凝土。此法較采用活動模板灌注混凝土的方法能夠降低成本20％~30％，并縮短了工期。
目前廣州地鐵，已經著手研究明挖區間隧道的預制技術，并已選擇試驗段進行試施工。鐵路隧道也將其作為研究課題，準備在某條新線上實施。
4．4 材料標準化和規格化
材料的規格化和標準化是與結構斷面的單純化相聯系的。將材料按照設計規格，予以標準化，而在TV或工地預制好，可大大技術減少架設的時間和材料的無理消耗。例如日本在某管路工程中，采用高流動性混凝土管片(直徑4m)，在長1km的隧道中，節省約4 000萬日元。目前許多國家在規范中都非常強調材料的規格化和工藝的標準化，這無論對工程質量和工程造價都具有重要的意義。
4．5 施工技術標準化和模式化
隧道施工方法的標準化和漠式化是提高隧道修建速度和質量，降低工程造價的關鍵。目前，在隧道工程中，采用的施工方法，越來越集中在少數幾種方法上，如超短臺階法及全斷面法，中隔壁法及眼鏡等，因此，使這幾種方法標準化和模式化是當務之急。應該指出，目前施工方法混亂、工藝不標準、施工機械不配套等，是使隧道造價增加的重要原因之一。
在城市地下鐵道中，目前主要從礦山法、盾構法和明挖法中選擇。但在不良地質條件下，不論采用何種施工方法，都必須采用各種輔助工法。這是工程中最難控制造價的部分。
在施工中，輔助施工方法常常是不可避免的，特別是礦山法。在設計中，輔助施工方法的選擇，對控制造價是極端重要的。
為了規范城市礦山法隧道的技術標準， 日本最近出版了“城市礦山法隧道技術標準”(2002年)。對礦山法中存在的問題加以規范化。其中特別對超前支護技術提出了標準化的要求并作了具體的規定。
5 加強工程程費的統計分析
加強工程費的統計分析，找出工程費與各種施工方法的內在關系是很重要的、具有基礎研究性質的工作。目前在城市地下鐵道中，基本上是采用明挖法、盾構法和礦山法三種方法。這三種方法各有利弊。可根據工程性質、規模、地質條件、環境條件等選擇。
從施工工廠化程度上看，應該說，盾構法排在首位，其次是明挖法，最后是礦山法。
從造價控制的難易程度上看，首位也是盾構法，其次是明挖法，最后是礦山法。
從造價的高低看很，很難比較。因為各種施工方法的應用條件不同。例如地下車站，多數采用明挖法，但不能采用明挖法時，就只有采用礦山法或盾構法。在區間隧道，盾構法與明挖法可以做比較，一般說，國外的場合盾構法都優于明挖法，因為國女嘟把施工對周邊環境(交通、生活、結構物危害等)的影響列入造價之中。圖1是日本兩種方法的建設費的比較。在我們的國家，可能是明挖法優于盾構法。