In twee nieuwe kranten civiel ingenieurs onderzoeken hoe ze beslissingen kunnen nemen met behulp van kwantificeerbare sociale, economische en milieurichtlijnen.

Het wordt een op duurzaamheid gebaseerd geoptimaliseerd algoritme genoemd. Het is ontworpen om landbeheerders te helpen, stadsplanners, ingenieurs en beleidsmakers nemen beslissingen over civieltechnische projecten. Nieuwe brug? Oude brug die nieuwe reparaties nodig heeft? Hoe zit het met het schooldak of de ontwikkeling aan het water? Elk project heeft economische, omgevings- en sociale factoren om rekening mee te houden.

"Het is datagestuurde besluitvorming - het helpt ons een cijfer te geven aan verschillende aspecten van een project, zodat we gezamenlijk beter geïnformeerde beslissingen kunnen nemen, " zei Brian Barkdoll, hoogleraar civiele en milieutechniek aan de Michigan Technological University. "We kunnen discussiëren over hoe we er een getal aan kunnen geven, maar er zijn manieren, en als er eenmaal een nummer is, het kan worden vergeleken. Het gaat om transparantie in beslissingen."

Barkdoll werkte samen met Hossein Tavakoli, doctoraat kandidaat in civiele en milieutechniek bij Michigan Tech, om een ​​op duurzaamheid gebaseerd optimalisatie-algoritme op te stellen. Het algoritme en een op algen gebaseerde case study over biobrandstoffen staan ​​centraal in hun paper gepubliceerd in de International Journal of Environmental Science and Technology .

"Het komt erop neer dat we moeten zorgen, "Barkdoll zei, eraan toevoegend dat zijn team in een tweede paper - gepubliceerd in River Research and Applications - diep in een bepaald voorbeeld is gedoken waar besluitvorming moeilijk is:zeespiegelstijging. "We weten dat kuststeden gevaar lopen te overstromen, en het is ook verrassend hoe het rivieren en bruggen stroomopwaarts beïnvloedt."

Van energie tot water tot voedsel, civieltechnische projecten hebben een grote impact op natuurlijke hulpbronnen. Barkdoll hoopt dat ingenieurs de uitdaging kunnen aangaan om beslissingen duidelijker te maken, zo niet eenvoudiger:"Ingenieurs en onderzoekers krijgen informatie en doen suggesties. We nemen niet de beslissingen, maar als we ideeën kunnen presenteren die besluitvormers helpen betere beslissingen te nemen, dan moeten we dat doen."

Algoritmische duurzaamheid

naar Barkdoll, het moeilijkste zijn niet de cijfers, al zegt hij dat er genoeg nuance en ruimte voor verbetering is. In plaats daarvan, de uitdaging is een fundamentele verschuiving in de manier waarop ingenieurs projecten beschouwen.

Typisch, veiligheid en kosten zijn de hoogste prioriteiten voor civieltechnische projecten. Wat Barkdoll weeft in het op duurzaamheid gebaseerde optimalisatie-algoritme, is rekening houden met de kosten van een project gedurende het hele leven.

"Als ingenieurs, we bieden een aantal opties en we kunnen nog steeds bieden wat mensen denken dat ze willen - de goedkoopste en veiligste optie - en alternatieven presenteren die niet alleen kijken naar de initiële kosten, maar ook naar de kosten van een project gedurende de levensduur en de kosten die worden geëxternaliseerd, ' zei Barkdoll.

Een veelvoorkomend voorbeeld waar hij naar verwijst, zijn parkeerplaatsen:het lijkt gemakkelijk om een ​​ruimte te bedekken en te laten staan, maar na rekening te hebben gehouden met onderhoudskosten, afvloeiing en overstromingsrisico, koolstof uitstoot, dan zien de standaard goten en asfalt er in aantallen minder aantrekkelijk uit dan het aanleggen van een regentuin, infiltratiegeulen en bioretentievijvers.

Het idee is overtuigend en als ingenieur wilde Barkdoll ervoor zorgen dat het algoritme echt werkte. Dus keken hij en Tavakoli goed naar biobrandstoffen gemaakt van algen.

Casestudy:Biobrandstoffen uit algen

Door gebruik te maken van een op duurzaamheid gebaseerd optimalisatie-algoritme, de sleutel is om te kijken naar de hele levenscyclus van een project of proces in termen van technische, omgevings- en sociale factoren.

"De resultaten van dit algoritme laten zien dat het samen overwegen van alle aspecten van duurzaamheid niet noodzakelijkerwijs hetzelfde hoeft te zijn als een beslissing die wordt genomen op basis van een van die drie criteria afzonderlijk, " zei Tavakoli. "Bijvoorbeeld, als de studie zich in een regio met waterschaarste bevindt, het waterverbruik kan als de belangrijkste factor worden beschouwd. Of, als de studie zich in een regio met hoge luchtvervuiling bevindt, de uitstoot van luchtverontreinigende stoffen kan als belangrijker worden beschouwd."

In het geval van biobrandstoffen uit algen, het beste antwoord verschilt per locatie, bron van de algen, economie en vele andere gewogen factoren. Een beslissing nemen met behulp van het algoritme is het civieltechnische equivalent van gepersonaliseerde geneeskunde - net als de genetica van een persoon, gewoonten en medicijnen maken een verschil, dat geldt ook voor de nuances van een energieproject.

Casestudy:Bruggen en zeespiegelstijging

Opschalen vanuit één project, op duurzaamheid gebaseerde optimalisatie-algoritmen kunnen besluitvormers helpen de complexiteit van wicked problems zoals klimaatverandering te doorbreken.

In hun artikel over River Research and Applications, Het team van Barkdoll richt zich op de technische kant van zeespiegelstijging. Naast kusteffecten, rivieren en beken zouden ook stromen met stijgende zeeën. Opmerkelijk, zoals het team vond, dit beïnvloedt hoeveel sediment rivieren vervoeren, wat van invloed is op de visserij, overstromingsbeheer, oevererosie en brugschuur. Oceanen stijgen, rivieren vullen zich, en de bergafwaartse rush neemt af, zodat er minder sediment stroomafwaarts kan bewegen.

Hoewel dit in sommige gevallen nuttig kan zijn, zoals het omgaan met minder sedimentophoping tegen dammen, de veranderingen kunnen sommige processen ook onvoorspelbaar maken. Het schuren van bruggen is een belangrijke en vollere rivieren van stijgende zeeën kunnen de basis van reeds verzwakte infrastructuur wegschrapen.

"Hier is besluitvorming belangrijk, Barkdoll zei. "Deze twee documenten kunnen helpen bij het gebruik van een breder besluitvormingsproces om beslissingen te nemen over stroomgebieden, rivieren, wat we erop bouwen en wat niet, of we wel of niet hogere dijken nodig hebben."

Het is een proces dat nog breder kan worden toegepast. Barkdolls toekomstige studies kijken naar het analyseren van andere uitdagingen op het gebied van civiele techniek en milieu, zoals waterbehandeling, waterdistributie en waterberging met behulp van op duurzaamheid gebaseerde optimalisatie-algoritmen. Aan het einde van de dag, de gegevens zijn groot, de impact is groot, de beslissingen zijn monumentaal - en Barkdoll wil dat ingenieurs helpen.