ارائه یک روش جدید جهت برنامه‌ریزی فرآیند تعمیر و نگهداری روسازی راه‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشکده مهندسی عمران دانشگاه علم و صنعت

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شهید باهنر کرمان

3 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه علم و صنعت

چکیده

راه‌ها از گسترده‌ترین زیرساخت‌های عمرانی و جزء سرمایه‌های ملی هر کشور محسوب می‌شوند. مدیریت ترمیم و نگهداری راه‌ها از مهم‌ترین امور برای حفظ وضعیت راه‌ها در حالت مطلوب بوده و چنانچه این امر به‌طور مناسب انجام نشود، هزینه­‌های بیشتری در آینده وارد خواهد شد. دو موضوعِ تعیین نوع گزینه ترمیم و نگهداری و زمان بکارگیری آن در مبحث مدیریت تعمیر و نگهداری راه‌ها دارای اهمیت فراوان است. در این مقاله سعی شده است تا با ترکیب ابزارهای اولویت‌بندی، هوش مصنوعی و بهینه‌سازی روشی جهت انتخاب گزینه بهینه ترمیم و نگهداری در قطعات روسازی در هر بازه زمانی ارائه شود. برای این منظور ابتدا برای اولویت‌بندی شاخه‌های شبکه روسازی از تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده می‌شود. سپس با استفاده از مدل برنامه‌ریزی خطی احتمال انتخاب گزینه‌های ترمیم و نگهداری در قطعات روسازی با در نظر گرفتن محدودیت‌های مشخص بیشینه می‌شود. برای به دست آوردن احتمال انتخاب هر گزینۀ ترمیم و نگهداری در قطعات روسازی از سیستم استنتاج فازی (FIS) استفاده می‌شود. برای اجرای مدل پیشنهادی از یک شبکۀ روسازی اطراف شهر ماهان (کرمان) استفاده می‌شود. بر اساس نتایج حاصل شده می‌توان گفت که الگوریتم به کار رفته در این مقاله می‌تواند با در نظر گرفتن پارامترها و شاخص‌های مختلف مربوط به شاخه‌ها و قطعات روسازی، سناریوهای مختلفی برای انتخاب گزینه‌‌های ترمیم و نگهداری در بازه‌های زمانی یک ساله به سازمان متولی راه بدهد و این الگوریتم فرآیند انتخاب گزینه‌های ترمیم و نگهداری در قطعات مختلف را تسهیل می‌کند و یک روش علمی و مدون جهت مدیریت تعمیر و نگهداری راه­ها ارائه می‎‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Introducing a New Method for the Pavements’ Maintenance and Rehabilitation Planning

نویسندگان [English]

  • hamid behbahani 1
  • Navid Nadimi 2
  • Mostafa Khaleghi 3
1 Professor, Iran University of Science and Technology
2 Shahid Bahonar University of Kerman
3 M.Sc. Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

Roads are considered as one of the most extensive civil infrastructures and national capitals of each country. Pavement maintenance and rehabilitation (M&R) management is one of the most important problems, which can help to reduce further costs. Two issues are important in the field of road maintenance and rehabilitation management; the first type of M&R option and then time its application. In this paper, it was attempted to combine prioritization, artificial intelligence, and optimization methods to select the optimal option for the maintenance and rehabilitation of pavement sections at any time interval. For this purpose, the analytical hierarchy process was used to prioritize the branches in the pavement network. In the next step, using a linear programming model, the probability of selecting maintenance and rehabilitation options for pavement sections was maximized considering several specific constraints. A fuzzy inference system was used to determine the probability of selecting each maintenance and rehabilitation option in pavement sections. A case study in Mahan (Kerman) was used to run the proposed model. Based on the results, it can be concluded that the proposed algorithm can consider different parameters and indices for pavement branches and sections. In addition, it offers different scenarios for the selection of M&R options in a year. The model helps to compare various scenarios based on different budgets for each year. In all, the proposed algorithm facilitates the process of selecting M&R options in the different sections of a road network and provides a scientific approach to manage maintenance roads.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pavement Management
  • Fuzzy
  • optimization
  • Maintenance and rehabilitation
 [1] K.A. Abaza, Deterministic performance prediction model for rehabilitation and management of flexible pavement, International Journal of Pavement Engineering, 5(2) (2004) 111-121.
[2] m. fakhri, m. aalaleh, a. edrisi, introducing the optimal model of pavement maintenance and rehabilitation considering the cost of users for Iran, journal of transportation engineering, 7(3) (2016) 523-540.
[3] M.Y. Shahin, Pavement management for airports, roads, and parking lots, 2005.
[4] F. Javed, Integrated prioritization and optimization approach for pavement management, 2010.
[5] W.T. Chan, T. Fwa, K.Z. Hoque, Constraint handling methods in pavement maintenance programming, Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 9(3) (2001) 175-190.
[6] K.A. Abaza, Expected performance of pavement repair works in a global network optimization model, Journal of infrastructure systems, 13(2) (2007) 124-134.
[7] D.G. Peshkin, T.E. Hoerner, K.A. Zimmerman, Optimal timing of pavement preventive maintenance treatment applications, Transportation Research Board, 2004.
[8] AASHTO, Pavement Management Guide, AASHTO, 2012.
[9] G. Huntington, A. Pearce, N. Stroud, J. Jones, K. Ksaibati, Mitigating impacts of oil and gas traffic on southeastern Wyoming county roads, Cheyenne: Wyoming Department of Transportation,  (2013).
[10] K. Helali, T. Kazmierowski, A. Bradbury, M. Karan, Application of network-level pavement management system technology to a unique pavement deterioration problem, Transportation research record, 1524(1) (1996) 67-75.
[11] D. Moazami, H. Behbahani, R. Muniandy, Pavement rehabilitation and maintenance prioritization of urban roads using fuzzy logic, Expert Systems with Applications, 38(10) (2011) 12869-12879.
[12] M. Babaei, A. Naderan, Simultaneous Modeling for Pavement Performance Prediction and Optimal Resource Allocation: Goal Programming Approach with an Embedded Markov Decision Process, in:  Transportation Research Board 91st Annual Meeting, Washington DC, United States, 2012.
[13] M. De La Garza, S. Akyildiz, D.R. Bish, D.A. Krueger, Network-level optimization of pavement maintenance renewal strategies, Advanced Engineering Informatics, 25(4) (2011) 699-712.
[14] Z. Wu, G.W. Flintsch, Optimal Selection of Pavement Maintenance & Rehabilitation Projects, in:  7th International Conference on Managing Pavement Assets. TRB, Calgary Alberta, Canada, 2008.
[15] S.V. Bohdanovich, Fuzzy Logic in the Development of a Pavement Management System, in:  7th International Conference “Environmental Engineering.” Vilnius Gediminas Technical University Publishing House “Technika,” Vilnius, Lithuania, Citeseer, 2008, pp. 1114-1118.
[16] A.A. Elhadidy, E.E. Elbeltagi, M.A. Ammar, Optimum analysis of pavement maintenance using multi-objective genetic algorithms, HBRC Journal, 11(1) (2015) 107-113.
[17] K.A. Abaza, S.A. Ashur, Optimum microscopic pavement management model using constrained integer linear programming, International Journal of Pavement Engineering, 10(3) (2009) 149-160.
[18] W. Gu, Y. Ouyang, S. Madanat, Joint optimization of pavement maintenance and resurfacing planning, Transportation Research Part B: Methodological, 46(4) (2012) 511-519.
[19] Medury, S. Madanat, Incorporating network considerations into pavement management systems: A case for approximate dynamic programming, Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 33 (2013) 134-150.
[20] B. Yu, X. Gu, F. Ni, R. Guo, Multi-objective optimization for asphalt pavement maintenance plans at project level: Integrating performance, cost and environment, Transportation Research Part D: Transport and Environment, 41 (2015) 64-74.
[21] K. Ahmed, B. Al-Khateeb, M. Mahmood, Application of chaos discrete particle swarm optimization algorithm on pavement maintenance scheduling problem, Cluster Computing, 22(2) (2019) 4647-4657.
[22] M.U. Khan, M. Mesbah, L. Ferreira, D.J. Williams, Development of optimum pavement maintenance strategies for a road network, Australian Journal of Civil Engineering, 14(2) (2016) 85-96.
[23] A. Khavandi Khiavi, H. Mohammadi, Multiobjective optimization in pavement management system using NSGA-II method, Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements, 144(2) (2018) 04018016.
[24] C. Torres-Machi, A. Osorio-Lird, A. Chamorro, C. Videla, S.L. Tighe, C. Mourgues, Impact of environmental assessment and budgetary restrictions in pavement maintenance decisions: Application to an urban network, Transportation Research Part D: Transport and Environment, 59 (2018) 192-204.
[25] L.A. Zadeh, Fuzzy sets, Information and control, 8(3) (1965) 338-353.
[26] F.-T.M. Sandoz, A method to build membership functions application to numerical/symbolic interface building bobrowicz O.-choulet C.-haurat a, (1991).