再谈降低地下铁道工程造价问题

再谈降低地下铁道工程造价问题
0 引言
在1998年12月召开的第三届城市轨道交通学术研讨会上我曾对此问题提出一些看法和建议。许多有识之士在许多场合都对此问题发表了相当中肯的意见。在此次会议上，我认为有必要再次谈一谈这个问题。因为这个问题仍然是困扰我们大力发展城市轨道运输的一个瓶颈问题。
扩大内需加大基础设施的建设力度，是我国经济发展的重大举措。而解决城市交通瓶颈的关键是大力发展城市轨道交通系统。主要城市对轨道交通有较大需求，建设积极性较高。如北京提出到2008年要新建线路157km总投资达638亿元，上海提出再修建193km，总投资达757亿元。但土木工程，特别是以地下工程为基本框架的地下铁道，从初期投资的造价上看，是比较昂贵的。在一定程度上，它制约了城市地下铁道的发展。因此，如何降低地下铁道的工程造价，如何认识地下铁道的经济效益就成为我们当前必须认真讨论的问题。
1 经济效益的认识
目前我们对地下铁道的定位是“公共事业”，是以政府的公共投资修建的、服务于城市交通的基础设施”，不是以“赢利”为目的的企业。由于其外延效益不能直接体现在自身收益中，财务效益水平普遍较差，这也是轨道交通自身的特点。因此，强调地下铁道要“赢利”的观点是不可取的。但也不能不考虑地下铁道的经济效益而盲目地发展。这里牵涉到我们对地下铁道经济效益的认识问题。
从交通经济学的角度出发，地下铁道的经济效益可归纳为：
直接效益：
·走行费用的节省；
·输送时间的缩短；
·交通舒适度的增加；
·交通事故的减少；
·司机疲劳度的减轻等
间接效益：
·周边区域的资源开发
·城市人口的分散；
·市场圈范围的扩大，特别是以地下铁道车站为中心的市场的形成；
·交通运输的合理化；
·交通设施建设自身诱发的就业、材料等的需求增加等。
这些效益是很难用“金钱”来衡量的。交通经济学正在解决如何用“经济价值”衡量这些效益的方法。我们也应该进行这方面的努力。
因此，地下铁道的经济效益主要是通过上述的效益来体现的。也就是说，如综合考虑这些效益的存在和从城市的可持续发展的观点出发，地下铁道的经济效益是显著的，也是肯定的。这也是为什么在城市发展到一定水平后，纷纷修建地下铁道的原因。
2.降低造价的政府主导作用
但不管怎么说，地下铁道的造价是很可观的。因此，目前许多国家都非常注意如何降低土木工程造价，当然也包括地下工程的造价问题。例如日本在比较了与美国在一些丁程领域中的工程费后，明确指出：平均来说，日本的工程费约比美国高出28％-45％。因此，日本建设省提出削减丁程费的提议，提出了“降低土木工程造价的行动计划”，并制定了“降低土木工程造价的指导方针”，要求从没设计阶段开始就采取缩小结构物断面、结构物形状单纯化、构什预制化、材料规格化和标准化及施工技术标准化等5大基本措施。日本许多会社和公司纷纷响应，以提高技术水平为手段，提出了许多降低工程造价的技术措施，收到良好的效果。以地下工程为例，在盾构隧道中，减薄衬砌、缩小断面可降低工程费约30％，在山岭隧道中，缩小断面也取得较好的效果，例如新干线隧道，净空内半径从4．80m减小到4．75m，东名高速公路隧道将建筑限界的宽度缩小1．5m，使开挖断面积从230m减小到195m’使工程费减小15％-16％。而降低工程费最显著的是东京都的12号线的小断面地铁，降低丁程费达30％以上。又如在山岭隧道中，如能控制好隧道断面的超欠挖，就可把隧道工程费降低3％-5％等等。
这个经验指出，降低工程造价，必须以政府为主导，充分发挥各方面的积极性，特别是施工企业自主开发技术的积极性，群策群力才能收到预期的效果。也就是说，降低造价要有政策上的支持。
3 降低地下铁道造价的基本认识
总的来说，地下铁道的造价主要决定于地下铁道的规模和水准。例如莫斯科地下铁道，特别是车站，要求符合“宫殿式”的建筑。这必然大大提高修建的成本。而欧洲一些国家，则根据地质情况，因地制宜，甚至可以修成围岩裸露的车站，其成本必然很低。许多国家强调地卜铁道应该以“交通服务为本”，因此，地下铁道的效益也就体现在服务的质量上。在经济条件可能的前提下追求安全、快速、准时、舒适。可是在很长一段时间，我们的“攀比”风是相当严重的。你的车辆宽度是2.8m，我就要3.0m，你是3.0m，我就采用3.1m。你是5辆编组，我就要6辆甚至8辆编组，使地下铁道车站的站台长度愈来愈长。这都是“ 攀比”风所造成的。在政府的干预下目前这种风气有所收敛，因此降低造价首先要从地下铁道的规模和技术水准上着手。这一点大家都有共识。
其次，我们也要认识到：“独木不成林”，地下铁道不成网，就不可能充分发挥地下铁道的功能，就不可能更好的体现地下铁道的效益。目前许多城市者6认识到这一点，纷纷加速“成网”路线的建设，这是非常正确的决策。因此，在规划地下铁道时，要从“成网”的观点来规划第l条地下铁道的建设。从客流预测、规模等加以规划。不宜把第1条线的规模搞得标准太高。
第三点要指出的是，地下铁道基本上是以地下工程为主体的结构物，是属于“维修难”一类的结构物。建成后投入的维修管理费用，将逐年增加。在地下铁道的运营成本中，其比重也将逐年增加最近日本一些有识之士提出2920年的警钟。即“日本将从土建大国变成修缮大国”。2020年的结构物维修费用和改建费用，仅建设省就超过2兆亿(日元)，是现在的3倍，维修费用将成为国家财政的巨大负担。因此，结构物不管是新建的还是既有的，都要建立“少维修”的设计理念，这对降低运营成本是有直接影响的。
第四点就是设计要创造降低造价的条件和空间。意思是设计要为采用新技术留有余地。大家知道，施工前的设计始终是一个具有预设计性质的设计。应该容许施工单位在确保工程质量的前提下采用新技术，充分发挥施工企业采用技术方法降低工程造价的积极性。这一点我们做得非常差，这当然与设计施工体制有关。最后，我们要搞清楚，地下铁道的建设费的构成。一般说地下铁道的建设费主要由3部分构成。即：
·作为基础设施的土建工程的建设费，如线路、各种建筑物及其附属设施等；
·车辆等可移动设备以及运行系统的引导、控制、管理等设备和设施的购置费；
·因建设造成的损失补偿费，如搬迁补偿、对既有结构物的损伤补偿等。
因此，降低建设费也必须从这3方面着手。
从地下铁道的造价构成看，降造首先要从降低购置费，即设备费着手。其次是运营管理费这两项都是规划设计的问题。我这里主要谈如何降低作为基础设施的土建工程的费用问题。降低土建工程费用既要解决认识上的问题，也要解决技术上的问题。前者是基础，后者是手段。
在认识上，首先应该认识到，土建工程的造价是有潜力可挖的。其次是“降造”要形成“双赢”的局面。最后要认识到，只有提高技术水平才能真正地把土建工程的造价降下来。
·降低造价是有潜力可挖的
目前许多城市都加速了地下铁道的建设。北京、上海、广州等城市的轨道交通的里程有明显大幅度延伸的趋势，成网速度加快。一些城市的第1条地下铁道也开始修建或正在规划之中。在这种情况下，应该从一开始就关注如何降低地下铁道的造价这个永恒的课题。
我们目前的工程造价水平，不好与国外比较。但就我们目前采取的人为的“降造措施来看，是完全有潜力可挖的。因为业主要求承包商，在承包额的甚础上“降造”5％-2毗，有的甚至“降造”30％以上。这只能说明造价是可以降低的。但这种“人为”的、“强行”的降造方法，实际上是以降低工程质量为代价的，是不可取的。
“降造”要形成“双赢”的局面
这里所谓的“双赢”，就是“降造”对业主有利，对承包商也有利。否则，“降造”就是一句空活。
例如，日本规定在承包价确定以后，承包商采取技术措施而降低造价的部分，归承包商所有。这样就鼓励了承包商采用技术手段降低工程造价的积极性。这也是为什么日本的地下和隧道技术不断发展的一个重要原因。目前设计施工两张皮的体制，制约了新技术、新方法、新工艺、新材料的发展和应用。也制约了施工企业自主开发的积极性。应该改革。目前是承包商一旦获得承包工程后，千方百计地变更没计，力求把降造的损失补回来，这是可以理解的。作为业主应该把施工企业的降造积极性引到提高技术水平方向上来。日本最近实施的在投标中要有降造措施。例如降造5％，必须指明采用什么技术降造。这个做法可以借鉴。要实现这一点，就必须彻底地改变我们的投标的体制和方法。
·只有提高技术水平才能真正地把造价降下来。这也是本文的重点。
4.降低建设费的技术措施
从目前的技术发展趋势看，降低工程建设费的基本途径有：
4．1 缩小结构物断而尺
以山岭隧道，盾构隧道为例，在确保必要的功能前提下尽量减小结构物的断面尺寸。例如，日本在盾构隧道中，为减小一次衬砌的厚度，采用了高强的薄管片。在瓦斯管道中，过去的管片厚度为175~200mm，改为150mm。这样使隧道外径变为3 950 mm。此外，为减小二次衬砌厚度，采用喷2、3mm树脂的方法，使外径从3．8m，变为3．4m，减小0．4m。这样，开挖土方量减少25％，工期缩短40％。在某一共同沟工程中，将二次衬砌省去节省造价9．9％。当然省略二次衬砌是有条件的。
在山岭隧道中日本铁道公团，在北陆新干线的隧道工程中，将拱部内半径从4．8m改为4．75m，减小5cm。在舞子隧道的通风横洞(断而积80m)中，在一次衬砌的(15cm)上，增喷5cm的高强喷混凝土，而取消了厚35cm的二次衬砌。由此可见，缩小断面尺寸、主要与采用新技术，新工艺有关。如采用高强的喷混凝土和混凝土，喷射树脂等，其次在满足净空的条件下，尽可能地缩小隧道内轮廓尺寸，最终减薄二次衬砌或取消二次衬砌。
例如，在增加列车运行密度的前提下，减少列车编组长度，就可以缩短车站和站台的长度。采用宽度小的车辆，也可以减少净空尺寸，从而减少坑道的开挖量。目前，我国采用的盾构管片的厚度是35cm，如果证明采用30cm是可行的，也可以降低工程的造价等等措施都是行之有效的。
4．2 结构物形状的单纯化
从实际出发，除地下铁道车站外，隧道的断面形状是比较单纯的。形状单纯化，可使钢筋和模板的架设简单，与之配套的资材也可以标准化和规格化。如采用钢筋骨架和定尺钢筋等。隧道的拱部最好采用单心圆，在公路隧道中，整个上部也最好采用单心圆等。对钢筋混凝土衬砌的钢筋，采用预制的钢筋骨架方式，也取得了良好的效果。例如，4车道的公路隧道，是采用4车道的大断面隧道，或是采用联拱型4车道断面，就需要进一步研究，从形状单纯化角度看，显然采用形状单纯的4车道断面是合理的，同时也简化了施工程序。实践已指出，目前采用的联拱隧道的成本是比较高的。
地下铁道车站形式的标准化，也是各国追求的目标。在满足功能要求的前提下尽量缩小车站的规模也是车站设计的主流趋势。应该尽量减少用矿山法修筑地下铁道车站。在必须用暗挖法修筑地下铁道的场合，最好采用盾构法。因为盾构法车站易于标准化。这也是“降造”所要求的。
4．3构件预制化
结构形状单纯化与构件预制化是有联系的。构件预制化，使制造简单，质量可靠，安装方便，且便于采用新材料。盾构法是实现构件预制化的典型，技术是十分成熟的。
在已经实现预制化的构件，尽可能地向大型、长尺寸方向发展。如日本的瓦斯管道的管片宽度从0．2m改为1．2m，使架设时间大为缩短。
在铁路隧道中，仰拱构件预制化是一个方向，特别是单线铁路隧道，更有发展前景。秦岭隧道的仰拱采用预制仰拱获得成功。在铁路隧道中研究二衬砌的构件预制化的问题是有重要意义的。
隧道衬砌、明洞等结构物的预制化，是提高结构物质量、降低造价的基本措施。也是许多国家正在研究的课题。下面介绍2个示例，仅是其中的一部分。
仰拱：为了降低成本和提高修筑仰拱的速度，在某—公路隧道采用预制构件修筑仰拱。首先开挖隧道底部后，灌注坍落度为0的混凝土。而后在其上铺设预制的带突起的混凝土板，用振捣器捣固，使与混凝土成为一体。隧道是双车道的，施工长度约6m，一块板的大小约宽3m，长1．5m。施工后车辆可以立即通行。可以走行满载土砂的总质量达39t的卡车。仰拱的下沉量只有3mm。因为不需要设置和拆除模板，比现场灌注混凝土降低成本10％~15％。隧道开挖后，能够立即施工仰拱，从而能够控制底部的变形。
衬砌预制板：在山岭隧道的二次衬砌中，也开发出预制板兼模板的技术。预制板是钢筋混凝土板；钢筋从板背后伸出，现场灌注混凝土时使之成为一体。开挖后向岩面喷射混凝土，沿内壁架设钢架(间距1-2m)，使用专门机具把预制板用螺栓连接到钢架上。预制板上设有直径10cm的孔，用以灌注混凝土。此法较采用活动模板灌注混凝土的方法能够降低成本20％~30％，并缩短了工期。
目前广州地铁，已经着手研究明挖区间隧道的预制技术，并已选择试验段进行试施工。铁路隧道也将其作为研究课题，准备在某条新线上实施。
4．4 材料标准化和规格化
材料的规格化和标准化是与结构断面的单纯化相联系的。将材料按照设计规格，予以标准化，而在TV或工地预制好，可大大技术减少架设的时间和材料的无理消耗。例如日本在某管路工程中，采用高流动性混凝土管片(直径4m)，在长1km的隧道中，节省约4 000万日元。目前许多国家在规范中都非常强调材料的规格化和工艺的标准化，这无论对工程质量和工程造价都具有重要的意义。
4．5 施工技术标准化和模式化
隧道施工方法的标准化和漠式化是提高隧道修建速度和质量，降低工程造价的关键。目前，在隧道工程中，采用的施工方法，越来越集中在少数几种方法上，如超短台阶法及全断面法，中隔壁法及眼镜等，因此，使这几种方法标准化和模式化是当务之急。应该指出，目前施工方法混乱、工艺不标准、施工机械不配套等，是使隧道造价增加的重要原因之一。
在城市地下铁道中，目前主要从矿山法、盾构法和明挖法中选择。但在不良地质条件下，不论采用何种施工方法，都必须采用各种辅助工法。这是工程中最难控制造价的部分。
在施工中，辅助施工方法常常是不可避免的，特别是矿山法。在设计中，辅助施工方法的选择，对控制造价是极端重要的。
为了规范城市矿山法隧道的技术标准， 日本最近出版了“城市矿山法隧道技术标准”(2002年)。对矿山法中存在的问题加以规范化。其中特别对超前支护技术提出了标准化的要求并作了具体的规定。
5 加强工程程费的统计分析
加强工程费的统计分析，找出工程费与各种施工方法的内在关系是很重要的、具有基础研究性质的工作。目前在城市地下铁道中，基本上是采用明挖法、盾构法和矿山法三种方法。这三种方法各有利弊。可根据工程性质、规模、地质条件、环境条件等选择。
从施工工厂化程度上看，应该说，盾构法排在首位，其次是明挖法，最后是矿山法。
从造价控制的难易程度上看，首位也是盾构法，其次是明挖法，最后是矿山法。
从造价的高低看很，很难比较。因为各种施工方法的应用条件不同。例如地下车站，多数采用明挖法，但不能采用明挖法时，就只有采用矿山法或盾构法。在区间隧道，盾构法与明挖法可以做比较，一般说，国外的场合盾构法都优于明挖法，因为国女嘟把施工对周边环境(交通、生活、结构物危害等)的影响列入造价之中。图1是日本两种方法的建设费的比较。在我们的国家，可能是明挖法优于盾构法。