橋樑上部結構工法經濟效益分析(一)

☆陳恩生

摘要
         國內橋樑工程技術快速成長,不論規模與困難度均非傳統橋樑工程可比擬,多項先進上部結構施工法因而逐漸被採用,以達縮短工期、降低勞力、節省成本等目的。對橋樑工程而言,除考慮結構安全、工期外,經濟因素也應納入決策之另一考量。本研究乃針對橋樑上部結構工法所面臨有關成本分析、方案選擇、經濟效益分析等問題進行探討。首先將橋樑上部結構工法之成本結構(Cost Breakdown Structure, CBS)予以分解,建立其成本分析模式;後依據工程經濟學理論建構橋樑上部結構工法經濟效益分析模式,並進行風險分析決定風險因子及透過敏感度分析(Sensitivity Analysis)篩選出成本關鍵影響因子,作為日後工程管理控制之參考。

一、前言

         公路交通工程包含橋樑工程、路工工程及隧道工程等三大類。而因台灣本島多山之地形特色,各類交通工程興建皆須藉助橋樑工程,以達跨越之功能。然近年來因橋址條件越趨複雜、環境衝擊、交通阻塞等因素,致使路線多循丘陵區,且經都市計畫區部份,亦採高架橋方式,故橋樑工程佔交通工程之比例遽增,如表一所示。此外,隨著設計之橋高、跨徑、美觀與連續度突增,及營建市場勞工短缺和工資昂貴問題日益嚴重,致使橋樑工程施工條件更為艱鉅,已非傳統工法所能應付,須採高效率、自動化、機械化及不受地形限制之新式橋樑工法進行施工方可達成目標。
         而各類橋樑施工法因有其不同之施工特性、適用環境、施工成本及時間,故如何評選出可行且成本、工期最佳與風險最低之橋樑工法進行施工,已是目前國內工程界關注的焦點。橋樑工程中,因上部結構工法種類多,且各類施工法的施工成本及所需的施工時間差異頗大,故本研究乃針對國內橋樑工程上部結構之施工法進行研究,首先收集彙整各類橋樑工程施工法與風險管理技術之相關文獻資料,並透過橋樑專家訪談與工地現場調查,建立各類橋樑工程施工法之特性及適用性,以作為工法可行性分析之參考。且根據公共建設工程經費估算編列手冊、工程經濟學之基本理論與國內橋樑工程常用之單價分析法,建立橋樑上部結構工法成本結構 (Cost Breakdown Structure, CBS) 並分析之。後建構橋樑工程工法經濟效益分析模式,進而應用此模式擇國內已完工橋樑工程進行演練,並針對最佳工法予以風險分析,篩選出成本關鍵影響因子,作為日後工程管理控制之參考。
表一 國道高速公路橋樑所佔比例的比較表

二、橋樑上部結構工法經濟效益分析之探討

(一)橋樑上部結構常用工法簡介
         國內橋樑工程上部結構工法隨著施工材料、機械、技術之提昇與行政院推動營建施工自動化,相關施工技術已臻成熟階段。目前國內常用之工法為(1)場鑄就地支撐工法、(2) 節塊推進工法、(3)支撐先進工法、(4) 場鑄平衡懸臂工法、(5) 全跨預鑄吊裝工法、(6) 預鑄樑吊裝工法、(7) 預鑄鋼樑吊裝工法及(8) 預鑄鈄撐版工法等八種,其適用性如表二、表三所示。
(二)現行國內橋樑上部結構工法分析模式
         國內目前從事橋樑上部結構工法評選之單位以顧問公司為主,其評選模式約可分為兩階段。第一階段為根據該個案的現場條件,並配合各種橋樑上部結構施工法之特性及適用性,找出個案各段可行之施工法,即是該個案可行施工法之組合。第二階段則分別就分析出來之可行施工法組合進行細部規劃設計,求得可行施工法組合之工程數量,後進行合乎工期要求之施工成本估價計算,以找出合乎工期要求且施工成本較低之施工法組合,提供業主單位進行發包及施工,其工法評選流程如圖一所示。惟此評選模式之問題乃在於顧問公司在初步設計完成後,並不會對所有可行工法進行細部設計,並計算所需之施工成本、工期及數量,因為如此將耗費大量的人力、時間與成本,故業主本身也必須具有相當之橋樑工程經驗才可勝任此項工作。
表二 橋樑上部結構工法適用性


表三 橋樑上部結構工法適用性(續)
(三)橋樑上部結構工法成本與效益之定義
1.橋樑上部結構工法成本之定義
         依「公共建設工程經費估算編列手冊」第三篇-橋樑工程之規定,分析橋樑上部結構工程之總計劃成本,其應包含(1)規劃階段作業費用、(2)建造成本;(3)利息與(4)營運及維修成本四大項目費用,而整體成本架構如圖二所示,表四為橋樑上部結構工程總計畫成本架構表。
         而在橋樑上部結構工程之成本方面,因間接成本涉及到工程行政管理費、工程監造費、階段性專案管理及顧問費、環境監測費、空氣污染防制費等,對總成本影響不大,故本研究將成本定義為對工程影響最大的直接成本(又稱主要成本,如建造、管理維護、換新等成本)。
        

圖一 國內現行之橋樑上部結構工法分析流程

圖二 橋樑上部結構工程成本組成架構圖
表四 橋樑上部結構工程總計畫成本架構表
2.橋樑上部結構工法效益之定義
         因橋樑上部結構工程屬公共財之一,故其所產生之效益屬公共財之效益,可從興建期及營運期二階段來談。在興建期之效益,如:擴大內需、繁榮景氣、創造就業機會、提高相關產業產值、促進產業昇級等。而營運期之效益,如:紓緩交通擁擠、促進經濟繁榮、均衡區域發展、提高整體運輸效率、降低行車成本及節省行車時間等。故可將效益定義為方案投入建造及管理維護等直接成本所產生社會經濟面之價值增加,或因直接成本的投入,使得災害減少及其損失的價值等。
(四)橋樑上部結構工法之成本結構分析
         實務上於橋樑上部結構工法之評選,主要在可行性及經濟性分析二方面,其評選項目如表五所示。決策者在對橋樑設計之跨徑長、橋高、路線線形,橋樑下空間的限制、施工現場的限制等關鍵項目進行可行性分析後,找出可行之工法組合後,對於工法選擇之主要考量因素乃在於選擇最符合經濟效益之方案。因此,最具經濟效益之方案往往成為經過可行性分析後之重要決策依據。
1.橋樑上部結構工法之成本分析
         本研究將橋樑上部結構工法成本予以完整分解(Cost Breakdown Structure , CBS),將直接參與上部結構工程之每單位橋面積的施工成本分為每單位橋面積上部結構各作業中固定成本(F)的分攤及其所需之變動成本(V)兩大部分。而為便於計算與說明,參考常英國土木工程師學會之土木工程標準計量方法(CESMM)及美國營建工程學會(CII)之編碼系統規範,將橋樑上部結構施工成本(Cost of a , Ca)分割為五大項,如圖二所示。而有關橋樑上部結構成本分析基本模式如表六所示。
表五 橋樑上部結構施工法評選項目。


圖二 橋樑上部結構工程成本結構圖
表六 橋樑上部結構成本分析基本模式
2.橋樑上部結構工法效益分析
         因橋樑上部結構工程屬公共工程之一,故其效益為公共財之效益。公共財之效益,可分為經濟、社會、環境三大構面;各構面中又可分為一般人、特定人及政府效益三部份。而依涉及層面範圍大小來訂定評估指標。指標架構如表七所示之效益指標,包括公共財之效益構面、受益/損課題及效益內容。對橋樑上部結構工法而言,各不同種類工法所產生之效益,以公共財觀點視之,應為相同,此乃因橋樑工程一般是採分段分標之方式辦理所致。大體而言,工法之擇定只要經過可行性分析及合乎工期、成本、品質等目標即可採用,惟因需等到各區段之工程完成並相互接續後,此路線之橋樑才算正式通車營運,故對總工程而言所產生之效益應為相同。

四、建構橋樑上部結構工法經濟效益分析模式

         根據前述之成本結構與分析及效益分析,參酌國內在進行經濟分析常採用之單價分析法,建構橋樑上部結構工法經濟效益分析模式,如圖三所示。
         本研究建構之分析模式可分為三階段,第一階段為依據個案現場條件,且配合各種橋樑上部結構施工法的特性及適用性,以找出該個案各段可行之施工法,即是個案可行工法之組合。第二階段則分別就分析出來之可行工法組合,以本研究建立的經濟效益分析模式進行估算,進而找出合乎工期與施工成本要求之最佳施工法組合。第三階段則針對分析出來之最佳工法,透過風險分析建立風險分析模組,提供管理及決策者分析風險可能造成之影響程度,以集中處理風險影響較大者,使未來相關工程管理控制更佳。
表七 公共財之效益指標

資料來源:工程會91年度委託研究報告

圖三 橋樑上部結構經濟效益分析模式圖
         於建構經濟效益分析模式,本研究乃參酌國內常採用之單價分析法將鋼筋工程、混凝土工程、預力工程及鋼構工程四項工程之材料費用、直接人工費用及機具使用費用合併計算,且將模板工程之模板購置成本及模板工作車購置成本合併計算,而將模板工程之直接人工費單獨計算。故本研究在進行橋樑上部結構成本分析時,將直接參與橋樑上部結構施工之每單位橋面積的施工成本(C)分為模板及工作車成本之分攤(F1)、模板工程之直接人工費用(V1)、鋼筋工程之費用(V2)、混凝土工程之費用(V3)、預力工程之費用(V4)及鋼構工程之費用(V5)等六大項來分析,如表八所示。
表八 國內橋樑上部結構工法經濟分析常用之單價分析

《未完待續》