in 2017, de infrastructuurrapportkaart van de American Society of Civil Engineer gaf de Amerikaanse infrastructuur een algemeen cijfer van een D +. Aangezien uit het rapport bleek dat de VS slechts de helft van hun infrastructuurbehoeften had betaald, het lage cijfer was helaas niet verrassend.

Om de crisis op te lossen, onderzoekers Fengdi Guo, Jeremy Gregory, en Randolph Kirchain van de MIT Concrete Sustainability Hub hebben een nieuwe benadering voorgesteld voor het behoud van infrastructuur op de lange termijn. De aanpak, beschreven in het Journal of the Transportation Research Board, wordt simulatie-optimalisatie levenscycluskostenanalyse (LCCA) genoemd.

Net als andere strategieën voor het behoud van bestrating op lange termijn, deze nieuwe MIT-methode gaat uit van een levenscycluskostenanalyse, waarbij rekening wordt gehouden met de kosten van toekomstig onderhoud tot de totale kosten van een project, naast de initiële bouwkosten.

Maar wat MIT's simulatie-optimalisatie LCCA onderscheidt van de andere benaderingen, is de omarming van verschillende onzekerheden, met name gerelateerd aan de timing en behandelingsmethoden die worden gebruikt om trottoirs te repareren en te rehabiliteren - bekend als het behandelschema.

Momenteel, traditionele langetermijnstrategieën hanteren een strak schema voor toekomstige wegbehandelingen, legt Guo uit. "Een nadeel van een strak schema, " hij zegt, "is dat het de totale levenscycluskosten kan overschatten."

Dergelijke strategieën gaan er ook van uit dat vooraf bepaalde investeringen of beslissingen zullen resulteren in een voorspelbaar resultaat, bijvoorbeeld dat een geplande investering in een snelweg een overeenkomstige toekomstige verbetering van de prestaties en kwaliteit zal opleveren.

De MIT-aanpak, echter, erkent dat dit vaak niet het geval is.

Voorwaarden zoals bouwkosten, onderhoudskosten, en achteruitgangsprocessen kunnen onvoorspelbaar veranderen in de loop van de levensduur van een project. Dit betekent dat een vaste investering mogelijk geen vast resultaat oplevert, en - als trottoirs sneller verslechteren dan verwacht - kan dit leiden tot niet-gebudgetteerde reparaties of zelfs onveilige omstandigheden.

Om deze onzekerheden te beheersen, MIT-onderzoekers stellen prijzen samen, verslechtering, en mogelijke informatie over het behandelschema om hun voorspellingen te informeren. Vervolgens voorspellen ze de vele mogelijke toekomstige prijzen van asfalt en beton - twee belangrijke bestratingsmaterialen.

Het volgende deel van het proces is wat simulatie-optimalisatie zijn naam geeft:een algoritme simuleert van jaar tot jaar tal van potentiële scenario's in prijsstelling en verslechtering.

"We hebben ongeveer 1 gesimuleerd 000 scenario's en, voor elk scenario, de toekomstige kosten en verslechtering zijn vast, ' zegt Guo.

Na het voltooien van de simulaties, optimalisatie komt dan om de hoek kijken. "Voor elk gesimuleerd scenario kunnen we een optimaal behandelschema vinden, " zegt Guo, "en op basis van dit schema kunnen we vervolgens de levenscycluskosten berekenen."

Al deze gesimuleerde en vervolgens geoptimaliseerde resultaten worden vervolgens gecompileerd om de levenscycluskostenverdeling van verschillende alternatieven voor wegdekontwerp te tonen. Op basis van deze uitkeringen het beste ontwerp wordt gekozen.

Eigenlijk, deze nieuwe methode houdt rekening met de onzekerheid van zowel de timing van de behandeling als de behandelingsacties om de levenscycluskosten van een project te verlagen. Dit resulteert in verschillende, voordeligere bestratingsontwerpen.

En vergeleken met de kosten van conventionele methoden, de voordelen van simulatie-optimalisatie worden duidelijk.

In één case study van een mijl lange weg over een periode van 35 jaar, het simulatie-optimalisatiemodel kost $ 150, 000 minder per mijl dan conventionele methoden als we kijken naar de levenscycluskosten.

Hetzelfde geldt voor een weg van vergelijkbare lengte, maar met nog meer doorstroming. Toen de weg bijna zes keer zoveel vrachtverkeer zag, het simulatie-optimalisatiemodel kost $ 100, 000 minder per mijl gedurende zijn levenscyclus.

In een tijd waarin financiering voor infrastructuur schaars is, deze casestudy's tonen aan dat een simulatie-optimalisatiemodel instanties in staat zal stellen beter geïnformeerde bestratingsbeslissingen te nemen die kosteneffectiever zullen blijken te zijn gedurende de levenscyclus van een bestrating.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.