紧急基础设施维修的成本效益高的解决办法

了解紧急基础设施修复

当自然灾害、事故或突然的结构崩溃时,社区依赖于快速恢复关键基础设施——道路、桥梁、水系统、电网和通信网络。核心挑战在于平衡速度、安全和质量与常常严重的预算限制。传统的修理方法虽然在正常情况下是可靠的,但在时间是关键时却可能很缓慢和昂贵。本条探讨了实用、成本效益高的方法,帮助规划者和工程师应对紧急情况,同时又不牺牲长期的复原能力或过度消耗稀缺的公共资金。

从破坏路床的山洪到破坏桥梁的地震事件,潜在紧急情况的范围是广泛的。每一种情况都需要有针对性的应对,但都适用共同的原则:尽量减少故障时间、保护人的生命和控制成本。通过了解紧急修复的性质和它们造成的经济压力,决策者可以采取能够带来快速、预算友好结果的战略。

具有成本效益的紧急修理的经济理由

紧急修复在年度预算中很少被规划,这意味着地方政府往往依赖储备资金、紧急赠款或重新分配资源。修复时间越长,成本就越高 — — 不仅直接的劳动力和材料成本,而且封闭道路的经济波及效应、公用事业中断和生产力损失。根据美国土木工程师学会2021年基础设施报告卡,许多美国基础设施系统已经资金不足,使得成本效益高的紧急修复更加重要。

此外,低效的修复会导致反复失败,从而造成支出不断上升的循环。如今投资于智能快速解决方案可以防止明天出现更大的成本。这一经济现实促使人们关注创新材料、预制造、临时修复、本地采购和技术 — — 所有这些都减少了财务负担,同时维持了安全和功能。

快速布置的混凝土、聚合物改制的沥青和快速凝固的凝固装置可以在数小时而不是数天内完成修复。这些材料在不到4小时的时间里,通常在2小时之内就达到了足够强度,使得道路能够快速重新开通,并减少了延长交通绕道或关闭车道的需要。尽管快速凝固材料的单位成本可能高于常规替代品,但劳动力、设备租赁和用户延误带来的节省往往抵消了溢价。比如,如果将间接支出计入在内,修复一个损坏的交叉路口和快速凝固混凝土可以将总体项目成本削减20-30%。

预制组件

预制造涉及制造桥梁、涵洞、挖洞圈,甚至整个行人桥。这些构件随后被运到紧急现场,并经常在几天内迅速安装。这种方法将现场劳动力减少到最低程度,减少与天气有关的延误,并确保质量一致。在2019年中西部洪灾期间,爱荷华州交通局使用预制桥构件,在短短6天时间里取代一个冲出农村的过境点 — — 这个项目本来需要6周的时间才能完成。与传统的投标建设方法相比,成本节省了40%以上。

临时修补为阶梯石

在许多紧急情况下,在最初的应急窗口内进行永久性修复既不可行,也没有必要。临时解决办法,如Bailey桥、板状钢筋架或土壤稳定垫子,在社区稳定的同时恢复基本功能。这些权宜之计为长期工程的适当规划、供资和设计赢得了时间。重要的是,可以设计临时修复,以重新使用,降低其有效成本。例如,在冲洗后临时部署的钢轨桥,可以随后搬迁到另一个需要的地方,将开支分期摊还。

利用当地资源

当地采购材料和劳动力可以降低运输成本,支持地区经济。在科罗拉多州农村的一次水主断裂期间,公共工程部门与附近的采石场签订了合同,以进行聚合,并雇用当地焊接人员进行管道改造。近距离缩短了交货时间70%,取消了长途货运费。利用当地供应商也缩短了供应链,而当进入受碎片或持续灾难限制时,供应链至关重要。

创新技术

无人驾驶飞机、遥感、LiDAR和3D打印正在改变紧急维修工作流程。无人驾驶航空车辆可以在几分钟内对损坏情况进行调查,生成高分辨率图像和3D模型,工程师用来评估结构完整性,而不将机组人员派往危险地区。国土安全部科技局[ 已经资助了使用无人驾驶飞机进行灾后桥梁检查的研究,将评估时间缩短了60%或更多。与此同时,3D的打印可以使定制配件、阀门部件甚至临时住房组件的现场生产得以实现,从而将周转时间从几周缩短到小时。

案例研究在行动

洪水-桥梁:预制部分

2021年7月,大雨在路易斯安那州南部10号州际公路上造成大桥故障,切断了一条关键的疏散通道. 路易斯安那州交通开发局利用了被储存起来的预制混凝土路段进行紧急使用,10天内,桥面重新开放,时间跨度暂时,允许限制交通,两个月后完全永久更换,使用预制构件使总修复时间缩短了约45天,与传统的铸就地方法相比节省了800多万美元,该项目还纳入了快速布置的连接沟槽,进一步加快了进度.

城市水主断层:快速固定混凝土和地方劳动力

在芝加哥的冬季冻结期间,48英寸的水主断裂、街道被淹,并切断了十几个商业街区的供水。城市供水部门部署的快速装设迫击炮可以在低温下施用,避免了等待更温暖的天气。当地管道和挖掘承包商被引进来协助,从而可以昼夜轮班。修复工作在72小时后完成 — — 这也是这一事件的典型时间的三分之一 — — 花费60万美元,而使用标准混凝土和专门的州外劳动力进行常规修复估计花费120万美元。

飓风后恢复动力:无人机辅助评估

2018年飓风迈克尔摧毁佛罗里达州潘汉德尔后,区域电力公司使用无人机对200英里偏远地形范围内受损的传输塔进行勘测,航空图像使得工程师能够优先进行维修和设计更换塔的布置,而无需将地面人员送入危险的沼泽地,电力公司报告称评估时间缩短了40%,直升机燃料成本相应下降,总的修复工作在18天内完成,大大快于基于传统技术的30天估计.

未来紧急情况的规划

早在警报响起后,就无法开始成本效益高的紧急维修。主动积极的规划 — — 包括储存快速定点材料、与预制造供应商保持合同、培训当地船员掌握先进的维修技术 — — 能够大大缩短反应时间并降低成本。许多州现在都实施了“快速维修”采购政策,允许各机构在宣布的紧急情况下绕过冗长的招标程序。 FEMA的“耐建基础设施和社区”方案提供赠款帮助社区投资于这些备灾措施。

此外,将弹性设计纳入新的建筑工程中,例如使用灵活的连接线、高架路面或多余的供水干线,可以降低发生紧急情况的可能性。这些前期投资虽然可能更高,但通过降低未来紧急修理的频率和严重程度,可以产生红利。

结论

紧急基础设施修复对城镇来说永远是现实。但是,通过采用快速配置的材料、预置、临时修复、当地资源和创新技术,社区的反应可以更快和更经济。来自路易斯安那、芝加哥和佛罗里达的案例研究表明,这些战略不是理论性的 — — 它们已经节省了数百万美元和无数小时的中断。对于城市规划者和工程师来说,前进的道路是明确的:投资于备灾、采用现代材料和方法以及利用当地的专门知识。通过这样做,它们可以把紧急修复的挑战转化为提高效率和复原力的机会。