Nel 2017, l'Infrastructure Report Card dell'American Society of Civil Engineer ha assegnato all'infrastruttura americana un voto complessivo di D+. Dato che il rapporto ha scoperto che gli Stati Uniti stavano pagando solo la metà del loro fabbisogno di infrastrutture, il voto basso purtroppo non era sorprendente.

Per risolvere la crisi, ricercatori Fengdi Guo, Jeremy Gregory, e Randolph Kirchain al MIT Concrete Sustainability Hub hanno proposto un nuovo approccio alla conservazione delle infrastrutture a lungo termine. L'approccio, delineato nel Journal of the Transportation Research Board, si chiama analisi dei costi del ciclo di vita dell'ottimizzazione della simulazione (LCCA).

Come altre strategie di conservazione della pavimentazione a lungo termine, questo nuovo metodo MIT prende una prospettiva di analisi dei costi del ciclo di vita, comportando l'inclusione dei costi di manutenzione futura nel costo totale di un progetto oltre ai costi iniziali di costruzione.

Ma ciò che distingue l'LCCA di ottimizzazione della simulazione del MIT dagli altri approcci è il suo abbracciare varie incertezze, particolarmente legato ai tempi e ai metodi di trattamento utilizzati per riparare e riabilitare le pavimentazioni, noto come programma di trattamento.

Attualmente, le strategie tradizionali a lungo termine impiegano un programma rigido per i futuri trattamenti stradali, spiega Guo. "Uno svantaggio di un programma rigido, " lui dice, "è che potrebbe sovrastimare il costo totale del ciclo di vita".

Tali strategie presuppongono anche che investimenti o decisioni predeterminate si tradurranno in un risultato prevedibile, ad esempio, che un investimento pianificato in un'autostrada produrrà un corrispondente miglioramento futuro nelle sue prestazioni e qualità.

L'approccio del MIT però, riconosce che spesso non è così.

Condizioni come i costi di costruzione, costi di manutenzione, e i processi di deterioramento possono cambiare in modo imprevedibile nel corso della vita di un progetto. Ciò significa che un investimento prestabilito potrebbe non produrre un risultato prestabilito, e, se i marciapiedi si deteriorano più velocemente del previsto, possono portare a riparazioni non pianificate o addirittura a condizioni non sicure.

Per gestire queste incertezze, I ricercatori del MIT assemblano i prezzi, deterioramento, e potenziali informazioni sul programma di trattamento per informare le loro previsioni. Quindi prevedono i molti possibili prezzi futuri di asfalto e cemento, due materiali chiave per pavimentazione.

La parte successiva del processo è ciò che dà il nome all'ottimizzazione della simulazione:un algoritmo simula numerosi potenziali scenari di prezzo e deterioramento di anno in anno.

"Abbiamo simulato circa 1, 000 scenari e, per ogni scenario, il costo futuro e il tasso di deterioramento sono fissi, " dice Guo.

Dopo aver completato le simulazioni, poi entra in gioco l'ottimizzazione. "Per ogni scenario simulato possiamo trovare un programma di trattamento ottimale, "dice Guo, "e in base a questo programma possiamo quindi calcolare i costi del ciclo di vita".

Tutti questi risultati simulati e quindi ottimizzati vengono quindi compilati per mostrare la distribuzione dei costi del ciclo di vita di diverse alternative di progettazione della pavimentazione. Sulla base di queste distribuzioni, viene selezionato il miglior design.

Essenzialmente, questo nuovo metodo considera l'incertezza sia dei tempi di trattamento che delle azioni di trattamento per ridurre il costo del ciclo di vita di un progetto. Ciò si traduce in diversi, progetti di pavimentazione più vantaggiosi.

E rispetto ai costi dei metodi convenzionali, i vantaggi dell'ottimizzazione della simulazione diventano evidenti.

In un caso di studio di una strada lunga un miglio in un periodo di 35 anni, il modello di ottimizzazione della simulazione costa $ 150, 000 in meno per miglio rispetto ai metodi convenzionali se si considera il costo del ciclo di vita.

Lo stesso vale per una strada di lunghezza simile ma con un flusso di traffico ancora maggiore. Quando la strada ha visto quasi sei volte il traffico di camion, il modello di ottimizzazione della simulazione costa $ 100, 000 in meno per miglio durante il suo ciclo di vita.

In un momento in cui i fondi per le infrastrutture sono scarsi, questi casi di studio dimostrano che un modello di ottimizzazione della simulazione consentirà alle agenzie di prendere decisioni di pavimentazione più informate che si dimostreranno più convenienti durante il ciclo di vita di una pavimentazione.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.