生命周期分析 铝合金VS不锈钢翻译.docx
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生命周期分析铝合金VS不锈钢翻译
生命周期分析铝合金VS不锈钢
从成本，工程的生命周期考虑，对于建筑工程而言，铝是耐用性好，免维修的材料选择。
本篇旨在提供关于铝和钢之间总拥有成本的定量分析。
本篇在MAADI小组和加拿大铝业协会的帮助下，由德勤事务所提供。
所有本篇中涵盖的信息由MAADI小组或第三方机构提供。
所有金融模型由德勤基于所提供的数据完成。
项目生产周期：
审核总拥有成本
昂贵的项目决策往往倾向于现有的做法，而不是开发新的机会来节约长期成本。
当新的工艺，原材或效益可以在市场上找到时，投资决策过程往往是不被更新地，循旧的。
评定标准通常不会考虑能真正反映项目生命周期的时间表，这会妨碍使用替代工艺和/或原材选择，这些往往能够在一个项目生命周期中起到节省长期成本的作用。
当涉及到选择合适的桥梁材料时，这些因素是显而易见的。
在未考虑替代原材或工艺对一座桥总成本和生命周期所产生的影响时，钢曾经是首选。
在项目生产周期上，决策者应当考虑总拥有成本框架来比较铝和钢材料的选择。
每个项目都会是独一无二的挑战。
对于大型的土木工程项目，方法思路和项目选择将会证明拥有整体长期成本观念的重要性。
这种综合方案证明在项目生产周期上，相对于钢而言，铝是一种有效的成本效益替代材料。
评估实际项目成本
TheGartner小组协助推广总拥有成本（TCO）思路。
在遇到评估多个在效益和成本结构上有很大差异的解决方案时，TCO思路很快被计算机硬件，软件和运输行业所采用。
重要的是，TCO思路通过考虑项目生产周期总成本来提供可持续评估。
比如说，我们买辆新车，通常会倾向于购置成本低的，尽管可能会碰到稳定性差和昂贵的修理费等后续问题。
只有在考虑车辆整个生命周期成本时，才有可能评估所有备选方案。
这种思路可以应用于大型的土木工程项目。
图1这种生锈的钢铁桥横梁比耐蚀的铝桥需要更多的维修成本。
土木工程项目经营成本
当评估一个土木工程项目时，必须考虑四个成本种类：
购置费，安装费，维修费&操作费，配置费。
购置费
通常是项目前期最大的成本，购置费包括材料，部件，土地等费用。
安装
一般包含购置费，代表所有的费用（包含运输）使资产实现功能化。
安装成本差异很大，受其位置，管理，项目时间表，气候和其它项目具体细节限制
维修和操作
维修成本是每年必须的支出用来在所期望的生命周期中维护资产安全，使其功能化。
配置
往往被忽略，配置成本是关于解构去除，废弃物/回收和场地整治的所有成本和收入
表1.土木工程项目的成本目录
与其它行业相比，很多土木工程项目都是相对很高的购置费。
尽管如此，当投资任何一个土木工程项目时，必须考虑维修和操作费用。
总拥有成本思路提供了一种方法来评估备选方案，考虑项目生命周期中所有产生的费用。
这通常是公共设施机构用于评估备选方案的首选方法。
铝的优势
很多土木工程项目，通常选择钢和混凝土，然而在一些项目中，原材比如说铝，必须考虑其优势所带来的效益。
当替换钢时，铝能在总拥有成本比较低的情形下，提供同样的效益。
图2，铝桥在极度寒冷的气候下，仍能保持结构强度和耐腐蚀性。
铝的优势包括：
1，分量轻---铝的重量比大多数金属轻，只有钢，铁，铜，黄铜的三分之一重。
铝的重量轻减少了运输费用和操作费用，并且通过替换钢，延长了生命和最大限度地提高桥梁的承载能力。
2，强度高----铝型材的结构强度能满足大部分应用所需。
特别是在气候寒冷的情况下，铝的表现更好，因为随着气温的下降，铝的强度会变得更强。
3，无腐蚀性—铝自然产生一种保护性氧化物涂层，具有高抗腐蚀性，大大降低维护成本，无锈外观保持其美观。
4，导热和电—基于重量和整体成本，铝导热、冷性能优于其它普通金属，其导电是铜的两倍
5，弹性—铝结合了强度性和灵活性，能在负载下弯曲或受到冲击弹回。
6，可回收—铝具有较高的报废率，可以回收和重复使用，不失去任何优越特性，其配置会产生收益可能性。
铝的重熔只需要很少的能量，在回收过程中，只需要5%的能量即可生产出原生金属。
7，可抛光—铝可以通过使用各种常见的技术来抛光，包括原漆，粉末漆，阳极氧化，电镀。
8，无缝—形状复杂的型钢可以用一片挤压法生产出来，无需机械连接法。
这样做出来的部件强度高，不太可能泄露或松动，可以增加结构的生命周期并降低安装成本。
铝VS钢
基本特征和成本比较
很多土木工程项目，铝和钢是实用性的材料选择。
这份研究把铝和三种钢防护饰面做了比较。
下表提供了铝和钢种类的概述用来比较
原料
基本特征
钢-2层涂层
CSAG40.21等级350W（ASTM
50W）,标准商用喷砂SSPC-SP-6,2层125微米厚浆环氧树脂
钢-3层涂层
CSAG40.21等级350W（ASTM50W）白级喷砂SSPC-SP-10
1层65微米富锌环氧树脂
1层100微米厚浆环氧树脂
1层50微米聚氨酯
钢-热镀锌
CSAG40.21等级350W（ASTM50W）,StandardsCSAG-164andASTM-123，87微米厚度
铝-自然表面层色
铝自然层色，6xxx和/或5xxx合金
表2.铝和钢涂层基本特征
为了准确的比较，我们选择了一个步行桥项目。
此项目有以下特征：
型号
PonyTrussWarren
总长度（单跨桥）
21.3米—70英尺
净宽
1.8米—6英尺
重量
铝：
3112公斤（6846磅）
钢：
5000公斤（11000磅）
重量比铝/钢
62%
桥面
黄松38米
适用规范
S6-06（第二补充）
表3.行人桥描述
图3.这个铝桥描绘了在城市里一个典型的行人桥。
此项分析在城市和海洋环境中进行。
城市环境代表了此项目最普通的环境，海洋环境则清楚地证明了铝耐腐蚀性的优势。
项目相关费用如下：
钢-2涂层
钢-3涂层
钢-热镀锌
铝-自然表面色
安装
由于地理位置，气候，供应商距离远近，设计理念的不同，此处不具体考虑安装成本。
不管怎样，安装中铝重量轻，在运输和操作中比钢节省了很多成本。
如下例所示
同左
同左
同左
购置
26875美元
29690美元
26938美元
30979美元
维修
参看城市和海洋环境维修计划附录
同左
同左
无
基于2%通货膨胀，50年的配置价值
997美元
997美元
997美元
15793美元
安装
如上所说，由于地理位置，气候，供应商距离远近，设计理念的不同，此处不具体考虑安装成本。
不管怎样，安装中铝重量轻，在运输和操作中比钢节省了很多成本。
当桥的尺寸和重量增加时，铝的重量优势会越来越重要。
最近一个项目考虑了两个相同大小的桥梁则突出证明了这个动态。
案例中钢结构比铝重60%，增加的重量需要更大的吊车，增加的操作成本超过了200%。
方法思路
贴现现金流用来评估TCO，它有很多优势，包含：
--最健全的估价方法
--前瞻性，评估项目生命周期所有成本
--用金钱的时间价值来评估购置，维修，还有救助成本
--向内寻找，依靠基础业务或资产，受外部不稳定因素较少
--依靠现金流，较少受会计实务与假设的影响
--允许不同组件的业务或协同效应（成本）单独估价
某些情况下，税收，补贴和会计惯例可能会受益于购置成本，维修费用，考虑到1）很多土木工程项目有政府机构发起；2）税收和补贴在时间和地理位置上可能有很大的不同。
这就是为什么现金流或现金支付仍然是评估项目的最佳方法。
关于贴现现金流，以下假设被使用：
通货膨胀率2%
通货膨胀率基于中央银行通胀目标。
基于发展中国家的需求和增长的配置挑战，铝和钢未来的价格差异可能会很大，但令人怀疑的是物价平均涨幅会不会更低。
贴现率3%
6%
两种贴现率将被评估。
3%贴现率代表了大多数由政府机构资助的土木工程项目的借贷利率。
6%贴现率代表了借贷利率和额外费用，额外费用代表了机会成本和3%的与完成此项目相关的风险。
钢和铝的净现值须相等，这就要求计算贴现率。
生命周期50年
土木工程项目可以超过50年，鉴于金钱的时间价值，任何总额超过50年对于决策而言几乎都是微不足道的。
表5.折现现金流假设
结论（美元）
下表表示每项成本的现值（PV）和每个选项的总拥有成本（TCO）
原材
钢-2层涂层
钢-3层涂层
钢-热镀锌
钢-热镀锌
铝自然层色
环境
城市&海洋
城市&海洋
城市
海洋
城市&海洋
现值:
购置
26875
29690
26938
26938
30979
现值：
维修
46040
18875
8209
16747
0
现值：
配置
残余价值
-234
-234
-234
-234
-3711
总成本
72681
48331
34913
43451
27268
*由于所有的计算都是基于成本，配置值被认为是一个负值。
表6.现值和总拥有成本在城市和海洋环境中，使用3%的贴现率
图1.超过50年，现值和总拥有成本在城市和海洋环境中，使用3%的贴现率
图2.使用3%的贴现率，超过50年生命周期，铝和钢维修成本对比
使用这3%的贴现率，在城市环境下，铝比其它钢选项总拥有成本超出7000美元，海洋环境下超出16000美元。
从图2我们可以清楚地看到，在城市环境下33年后，铝的总拥有成本与镀锌钢相同，在海洋环境下则是21年后。
原材
钢-2层涂层
钢-3层涂层
钢-热镀锌
钢-热镀锌
铝自然层色
环境
城市&海洋
城市&海洋
城市
海洋
城市&海洋
现值:
购置
26875
29690
26938
26938
30979
现值：
维修
25435
8894
3276
7514
0
现值：
配置
残余价值
-57
-57
-57
-57
-909
总成本
72681
48331
34913
43451
30070
*由于所有的计算都是基于成本，配置值被认为是一个负值。
表7.现值和总拥有成本在城市和海洋环境中，使用6%的贴现率
图3.超过50年，现值和总拥有成本在城市和海洋环境中，使用6%的贴现率
图4.使用6%的贴现率，超过50年生命周期，铝和钢维修成本对比
当采用6%的贴现率时，在城市和海洋环境中，铝的总拥有成本比其它任何钢选项超出4000美元，除了热度锌在城市环境下。
这种情况下（热镀锌城市环境），铝和钢50年后在总拥有成本上接近相等。
从图4我们可以清楚的看到，在城市环境下，铝的总拥有成本50年后与镀锌钢相等，在海洋环境下则是21年。
表8包含了一份钢结构与铝结构保本时间的总结。
原材
钢-2层涂层
钢-3层涂层
钢-镀锌钢
钢-镀锌钢
环境
城市&海洋
城市&海洋
城市
海洋
保本（年限）
贴现率3%
5年
15年
33年
21年
贴现率6%
5年
15年
50年
21年
表8.保本时间点，当总拥有成本等同于铝
原材
钢-2层涂层
钢-3层涂层
钢-镀锌钢
钢-镀锌钢
环境
城市&海洋
城市&海洋
城市
海洋
贴现率
24.3%
15.9%
6.1%
8.8%
表9.铝总拥有成本等同于钢所需要的贴现率
任何贴现率低于6%使铝在任何环境下相对于钢而言是比较好的选择。
公共土木工程如桥梁等更有可能得到比较低的折扣。
使用6%的贴现率是保守的，这种性质的投资经常有需求，而且政府机构不会产生收入或盈利。
最近一篇论文证实了我们的结论，并且突出了一个铝结构（似乎是一座桥在魁北克阿维德）拥有的成本和技术优势。
在降低长期成本的情况下，铝结构使桥梁增加了其负载能力。
此外，这篇文章突出了加拿大标准协会对于铝合金高速桥梁结构的计算做了相应改变，这促使建筑师和工程师尊重协会的严格规范，开发设计铝合金材料。
结论
决策者应该不再认为投资土木工程建筑时，钢永远是最好最经济的选择。
本篇，用一个步行桥为例，证明了在考虑总拥有成本时，铝可以和钢一较高下。
当项目处在高腐蚀性的环境下，铝的优势更加显而易见。
因此，每个项目都是独一无二的，铝在投标过程中应该有其一席之地，而且应该被认为是土木工程项目一个比较经济的方案。
可以证明铝结构在其整个生命周期中，在安装，维修，操作和配置成本方面是最好的选择
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