In due nuovi documenti, gli ingegneri civili esplorano come prendere decisioni utilizzando dati sociali quantificabili, linee guida economiche e ambientali.

Si chiama algoritmo ottimizzato basato sulla sostenibilità. È progettato per aiutare i gestori del territorio, urbanisti, ingegneri e politici prendono decisioni sui progetti di ingegneria civile. Nuovo ponte? Vecchio ponte che necessita di nuove riparazioni? Che ne dici del tetto della scuola o dello sviluppo del lungomare? Ogni progetto ha costi economici, fattori ambientali e sociali da considerare.

"È un processo decisionale basato sui dati:ci aiuta a mettere un numero su diversi aspetti di un progetto in modo da poter prendere collettivamente decisioni più informate, " ha detto Brian Barkdoll, professore di ingegneria civile e ambientale alla Michigan Technological University. "Possiamo discutere su come assegnare un numero, ma ci sono modi, e una volta che c'è un numero, può essere paragonato. Si tratta di trasparenza nelle decisioni".

Barkdoll ha lavorato con Hossein Tavakoli, dottorato di ricerca candidato in ingegneria civile e ambientale presso Michigan Tech, per definire un algoritmo di ottimizzazione basato sulla sostenibilità. L'algoritmo e un caso di studio sui biocarburanti a base di alghe sono al centro del loro articolo pubblicato su Rivista internazionale di scienze e tecnologie ambientali .

"Si tratta di ciò che dobbiamo preoccuparci, "Barkdoll ha detto, aggiungendo che in un secondo documento, pubblicato su River Research and Applications, il suo team si è immerso in un esempio particolare in cui il processo decisionale è difficile:l'innalzamento del livello del mare. "Sappiamo che le città costiere sono in pericolo di inondazioni, ed è anche sorprendente come influisca su fiumi e ponti a monte".

Dall'energia all'acqua al cibo, i progetti di ingegneria civile hanno un grande impatto sulle risorse naturali. Barkdoll spera che gli ingegneri possano affrontare la sfida per aiutare a prendere decisioni più chiare, se non più facile:"Ingegneri e ricercatori ottengono informazioni e danno suggerimenti. Non prendiamo le decisioni ma se possiamo presentare idee che aiutano i decisori a prendere decisioni migliori, allora dovremmo farlo".

Sostenibilità algoritmica

A Barkdoll, la parte più difficile non sono i numeri, anche se dice che ci sono molte sfumature e margini di miglioramento. Anziché, la sfida è un cambiamento fondamentale nel modo in cui gli ingegneri considerano i progetti.

Tipicamente, sicurezza e costi sono le massime priorità per i progetti di ingegneria civile. Ciò che Barkdoll intreccia nell'algoritmo di ottimizzazione basato sulla sostenibilità è considerare i costi di un progetto nel corso della vita.

"Come ingegneri, forniamo una serie di opzioni e siamo ancora in grado di fornire ciò che le persone pensano di volere, l'opzione più economica e sicura, e presentiamo alternative che considerano non solo il costo iniziale, ma anche il costo di un progetto nel corso della sua vita e i costi esternalizzati, " ha detto Barkdoll.

Un esempio comune a cui fa riferimento sono i parcheggi:sembra facile coprire uno spazio e lasciarlo stare, ma dopo aver contabilizzato i costi di manutenzione, rischio di deflusso e alluvione, emissioni di carbonio, quindi le grondaie e l'asfalto standard sembrano meno attraenti dai numeri rispetto a mettere in un giardino della pioggia, trincee di infiltrazione e bacini di bioritenzione.

L'idea è convincente e come ingegnere Barkdoll voleva assicurarsi che l'algoritmo funzionasse davvero. Quindi lui e Tavakoli hanno esaminato attentamente i biocarburanti ottenuti dalle alghe.

Caso di studio:biocarburanti algali

Utilizzando un algoritmo di ottimizzazione basato sulla sostenibilità, la chiave è guardare l'intero ciclo di vita di un progetto o processo in termini tecnici, fattori ambientali e sociali.

"I risultati di questo algoritmo mostrano come considerare tutti gli aspetti della sostenibilità insieme potrebbe non essere necessariamente lo stesso di una decisione presa sulla base di uno qualsiasi di questi tre criteri individualmente, " Ha detto Tavakoli. "Ad esempio, se lo studio si trova in una regione con scarsità d'acqua, il tasso di consumo di acqua potrebbe essere considerato il fattore più importante. O, se lo studio si trova in una regione ad alto inquinamento atmosferico, le emissioni di inquinanti atmosferici potrebbero essere considerate più importanti".

Nel caso dei biocarburanti algali, la risposta migliore varia in base alla posizione, fonte delle alghe, economici e molti altri fattori ponderati. Prendere una decisione usando l'algoritmo è l'equivalente di ingegneria civile della medicina personalizzata, proprio come la genetica di una persona, abitudini e farmaci fanno la differenza, così fanno le sfumature di un progetto energetico.

Caso di studio:ponti e innalzamento del livello del mare

Scalabilità da un singolo progetto, gli algoritmi di ottimizzazione basati sulla sostenibilità possono aiutare i decisori ad abbattere la complessità di problemi malvagi come il cambiamento climatico.

Nel loro articolo River Research and Applications, Il team di Barkdoll si concentra sul lato tecnico dell'innalzamento del livello del mare. Oltre agli impatti costieri, fiumi e torrenti fluirebbero anche con l'innalzamento dei mari. In particolare, come ha scoperto la squadra, questo influenza la quantità di sedimenti trasportati dai fiumi, che colpisce la pesca, controllo delle inondazioni, erosione degli argini e dilavamento dei ponti. Gli oceani si alzano, i fiumi si riempiono, e la corsa in discesa diminuisce, quindi meno sedimenti possono spostarsi a valle.

Sebbene ciò possa essere utile in alcuni casi, come affrontare meno sedimenti che si accumulano contro le dighe, le modifiche potrebbero anche rendere imprevedibili alcuni processi. La perlustrazione dei ponti è importante e fiumi più pieni dall'innalzamento dei mari potrebbero raschiare le basi di infrastrutture già indebolite.

"Qui è dove il processo decisionale conta, " Barkdoll ha detto. "Questi due documenti possono aiutare a utilizzare un processo decisionale più ampio per prendere decisioni sui bacini idrografici, fiumi, cosa costruiamo su di loro e cosa no, se abbiamo bisogno o meno di argini più alti."

È un processo che può essere applicato in modo ancora più ampio. Gli studi futuri di Barkdoll esaminano l'analisi di altre sfide di ingegneria civile e ambientali come il trattamento delle acque, distribuzione e stoccaggio dell'acqua utilizzando algoritmi di ottimizzazione basati sulla sostenibilità. Alla fine del giorno, i dati sono grandi, l'impatto è grande, le decisioni sono monumentali e Barkdoll vuole l'aiuto degli ingegneri.