20277

۲۰۲۷۷

بهينه سازي استوار در برنامه ريزي نگهداري و ترميم روسازي شبكه راه ها

دكتري

راه و ترابري

1387

۱۳۹۷/۱۲/۰۴

محمود عامري

عمران

در اين رساله، برنامه ريزي تعمير و نگهداري روسازي از چند جنبه مورد توجه قرار گرفته است؛ ابتدا با توليد يك مدل قطعي برنامه ريزي تعمير و نگهداري چندين ساله روسازي بصورت تمام پارامتري، اين امكان فراهم شده است كه نوع عمليات تعمير و نگهداري روسازي نيز در سطح شبكه تعيين شود. سپس مشخصه تصادفي بودجه آينده در توسعه مدل مذكور مد نظر قرار گرفته است. بدين منظور، مدل در قالب مدل احتمالي دو مرحله¬اي به گونه اي توسعه داده شده است كه ضمن درنظر گرفتن اثرات احتمالي بودجه آتي در نتايج برنامه، در صورتيكه بودجه پيش بيني شده محقق نشود و كسر آيد، برنامه نياز به بازنگري مجدد نداشته باشد. در انتها، مدل دو مرحله اي بصورت مدل بهينه سازي پايدار توسعه داده شده است. بدين ترتيب، امكان تامين بودجه اضافي از محل وام با بهره نيز در فرآيند برنامه ريزي مهيا شده است. در روش بهينه سازي پايدار نيز مدل به گونه اي توسعه داده شده كه در صورت نياز به تامين بودجه اضافي، برنامه نياز به بازنگري مجدد نداشته باشد. انتخاب تابع هدف مناسب نيز يكي از موضوعات مورد بحث در اين رساله بوده كه در زمان توليد مدل قطعي مورد توجه قرار گرفته است. بدين منظور، سه تابع هدف مختلف تعريف شده و بر اساس نتايج بدست آمده از حل مدل براي يك مطالعه موردي، تابع هدف مناسب انتخاب شده است. هر سه تابع هدف، بر حسب هزينه و بصورت توابع كمينه كننده تعريف شده اند و بطور خلاصه، سه رويكرد را دنبال نموده اند؛ در تابع هدف اول، رويكرد بودجه ريزي سازماني مد نظر قرار گرفته است بدين معني كه هدف، كاهش اختلاف هزينه متولي راه (هزينه انجام عمليات تعمير و نگهداري) با بودجه در اختيار در نظر گرفته شده و در عين حال بهبود وضعيت شبكه نيز براي هر سال از دوره تحليل دنبال شده است. تابع هدف دوم با رويكرد فراسازماني بوده و به دنبال كاهش هزينه هاي كل شبكه شامل هزينه متولي راه (هزينه انجام عمليات تعمير و نگهداري)، هزينه عملكرد وسيله نقليه و هزينه تاخير كاربر ناشي از انجام عمليات بوده است. در تابع هدف سوم رويكرد فراسازماني بصورت يك رويكرد جامع در آمده است كه علاوه بر كاهش هزينه هاي رويكرد فراسازماني، بهبود وضعيت شبكه در انتهاي دوره تحليل را نيز دنبال نموده است. در ادامه با استفاده از داده هاي يك مطالعه موردي، ابتدا مناسبترين تابع هدف بر اساس كمترين هزينه بدست آمده، انتخاب شده كه همان تابع هدف سوم بوده است. سپس ثابت شده است كه درنظر گرفتن جزئيات بيشتر در سطح شبكه، مي تواند به افزايش سرعت حل مدل در نرم افزار GAMS كمك نمايد و علاوه بر تعيين سياست تعمير و نگهداري، به تعيين نوع عمليات تعمير و نگهداري نيز منجر شود. افزايش سرعت حل مدل، در تدوين برنامه تعمير و نگهداري روسازي براي شبكه هاي با تعداد قطعات زياد و نيز دوره هاي تحليل ميان مدت و بلند مدت، از اهميت برخوردار مي گردد. سپس مشخص شده است كه شرايط احتمالي بودجه¬ريزي مي تواند در ابتداي برنامه مد نظر قرار گيرد به گونه اي كه نياز به بازنگري برنامه در طي دوره تحليل نباشد. بطور خلاصه نتايج حاصل از توليد و حل مدلهاي قطعي، احتمالي دو مرحله اي و پايدار براي داده هاي مطالعه موردي، بصورت موارد ذيل بوده است: • با توليد مدل قطعي برنامه¬ريزي تعمير و نگهداري بصورت تمام پارامتري، امكان تخصيص عمليات تعمير و نگهداري روسازي در سطح شبكه، علاوه بر تعيين سياست تعمير و نگهداري، ميسر شده است. •با توليد مدل احتمالي برنامه¬ريزي تعمير و نگهداري روسازي براي شرايط عدم قطعيت بودجه، ثابت شده است كه درصورت كسري بودجه، برنامه تعمير و نگهداري روسازي نياز به بازنگري مجدد در طي دوره تحليل ندارد. •با توليد مدل پايدار برنامه¬ريزي تعمير و نگهداري روسازي، امكان دستيابي به يك برنامه پايدار، فارغ از اينكه در معرض كسري بودجه و يا تامين مالي اضافي باشد، ميسر شده است.

1398/01/18

Robust Optimization of Pavement Maintenance and Rehabilitation Planning in Roads Network

2/23/2019 12:00:00 AM

In this thesis, the pavement Maintenance and Rehabilitation (M&R) planning has been considered in several respects; initially, by producing a parametric deterministic model of multi-year pavement M&R planning, it was possible to determine the type of pavement M&R treatments at the network level. Then, the stochastic characteristics of the future budget were considered in the development of the model. To this end, the model has been developed in the form of a two-stage stochastic model that, while considering the possible effects of future budgets on results, if the projected budget is not realized and deducted, the plan does not need to be revised. In the end, a two-stage stochastic model was developed as a robust optimization model. In this way, the possibility of additional financing through interest-bearing loans is also provided in the planning process. In the robust optimization method, the model was developed in such a way that, if additional funding is required, the program does not need to be re-evaluated. Choosing the appropriate objective function is also one of the topics discussed in this thesis, which has been considered in the production of the deterministic model. To this end, three different objective functions have been defined and based on the results of the model solving for a case study, the appropriate target function has been selected. All three objective functions are defined in terms of cost and as a minimization function and, in brief, follow three approaches; In the first objective function, the organizational budgeting approach has been considered, meaning that the goal was to reduce the cost difference between the admintration cost (the cost of performing M&R operations) and the budget, and at the same time, the improvement of the network condition has been followed every year since the analysis period. The second objective function was meta-organizational approach and sought to reduce the total network costs, including the admintration cost (the cost of M&R operations), the operation vehicle cost and the user's delay cost resulting from the M&R operation. In the third objective function, the meta-organization approach was canverted to a comprehensive approach which, in addition to reducing all the cost of the meta-organization approach, has also followed the improvement of the network condition at the end of the analysis period. In the following, using the data from a case study, the most appropriate objective function was first selected based on the lowest cost, which was the same as the third objective function. It has then been proved that considering the details on the network level, it can help increase the speed of the model solving in the GAMS software, and, in addition to determining the M&R policy, will also determine the type of M&R treatment. Increasing the speed of the model solving is important in establishing a pavement M&R plan for networks with a large number of segments, as well as for mid-term and long-term analysis periods. Then it was determined that the probable conditions of budgeting can be considered at the beginning of the planning, so that there is no need to review the plan during the analysis period. In summary, the results of producing and solving deterministic, two-stage stochastic and robust models for case study data are as follows: • With the production of the parametric deterministic model of M&R planning, it is possible to allocate pavement M&R treatments in addition to determining the M&R policy. •By developing the two-stage stochastic model of pavement M&R planning under uncertain budget, it has been proven that in the case of a budget deficit, the pavement M&R plan does not need to be revised during the analysis period. •By developing the robust model of pavement M&R planning, it is possible to achieve a sustainable plan, regardless of whether it is subject to a deficit budgeting or additional financing.