Aplicación de la toma de decisión multicriterio al diseño sostenible de puentes de hormigón

Abstract

There is now a clear trend towards sustainability in the structural projects, for which it is necessary to balance the main pillars that support this sustainability: the economy, the environment and society. These basic pillars present different objectives and usually faced each other. This reality leads to the need to adopt decision-making processes to obtain solutions capable of satisfying, in the best possible way, the aforementioned principles of sustainability. Of all the structures, the bridges are one of the most outstanding constructions being part of the basic communication infrastructures between different territories. Therefore, it is a crucial need to ensure the sustainability of this types of structures throughout their life-cycle.

Decision making is a process that allows us the obtaining of solutions that satisfy different goals. This process can be carried out in multiple ways. Hwang and Yoon [1], classified multi-criteria decision-making processes in Multiple Attribute Decision-Making (MADM) and Multiple Objective Decision-Making (MODM). MADMs are used to decide on a discrete number of solutions. In this case, the decision makers act at the beginning of the process, either taking into account the importance of different existing criteria for the assessment of each of the solutions, or evaluating these solutions according to subjective criteria. Finally, a prioritization of the studied alternatives is obtained. On the other hand, the MODM allows the obtaining of a continuous set of solutions, with respect to two or more criteria, denominated Pareto frontier. This frontier is constituted by the set of non-dominated solutions. In this sense, one solution is said to dominate over the other if and only if it is at least as good as the other solutions in all its objectives and is the best of all in at least one objective. In this case, the decision makers act at the end of the process, choosing a solution among the existing ones within the Pareto border.

This work will focus on the multi-attribute decision methods, since it is the most common decision-making process, and therefore, the one that has the greatest potential to be used for the assessment of sustainability in real projectors. The first chapter will focus on the sustainability concept and its applicability in the construction sector. The second chapter focuses on the decision-making process. To do this, a description of decision making will first be made and a classification and subsequent explanation of the most common multi-attribute decision-making methods will be carried out. The third chapter will focus on the application of these methods for assessing the sustainability of bridges at all stages of their life cycle. For this purpose, a bibliographic review is done to study the most used methods used for the assessment of sustainability and the criteria considered. In this way, we can see the gaps of existing knowledge, as well as the most common criteria for evaluating the different pillars of sustainability in bridges. In the fourth chapter, a case of study will be carried out, in which, after defining the criteria and weights to be considered, most common multi-attribute decision-making methods will be applied to obtain the most sustainable bridge between three different alternatives. Finally, in the fifth chapter, the conclusions will be discussed.

Actualmente existe una tendencia clara hacia la sostenibilidad en los proyectos de estructuras, para lo cual es necesario equilibrar los pilares principales que apoyan esta sostenibilidad: la economía, el medio ambiente y la sociedad. Estos pilares básicos presentan objetivos diferentes y habitualmente enfrentados entre sí. Esta realidad conduce hacia la necesidad de adoptar procesos de toma de decisiones que permitan obtener soluciones capaces de satisfacer, de la mejor manera posible, los principios de sostenibilidad antes citados. De todas las estructuras, los puentes son una de las construcciones más destacadas, formando parte de las infraestructuras básicas de comunicación entre los distintos territorios. Por lo tanto, constituye una necesidad ineludible garantizar la sostenibilidad de este tipo de estructuras a lo largo de su ciclo de vida.

La toma de decisiones es un proceso que permite obtener soluciones que satisfagan diferentes objetivos. Este proceso puede llevarse a cabo de múltiples formas. Hwang y Yoon [1], clasificaron los procesos de toma de decisiones multi-criterio en toma de decisiones multi-atributo (Multiple Attribute Decision-Making, MADM), y toma de decisiones multi-objetivo (Multiple Objective Decision-Making, MODM). Los MADM se usan para decidir sobre un número discreto de soluciones. En este caso, los decisores actúan al inicio del proceso, o bien dando pesos a los diferentes criterios existentes para la evaluación de cada una de las soluciones, o bien evaluando dichas soluciones atendiendo a criterios subjetivos. Finalmente, se obtiene una priorización de las alternativas estudiadas. Por su parte, los MODM permiten obtener un conjunto continuo de soluciones, respecto a dos o más criterios, denominado frontera de Pareto. Esta frontera está constituida por el conjunto de soluciones no dominadas. En este sentido, una solución se dice que domina a otra sí y sólo sí es al menos tan buena como las otras soluciones en todos sus objetivos y es la mejor de todas en al menos un objetivo. En este caso, los decisores actúan al final del proceso, escogiendo una solución entre las existentes dentro de la frontera de Pareto.

Este trabajo se va a centrar en los métodos de decisión multi-atributo, ya que es el proceso de toma de decisión más común, y por lo tanto, el que más posibilidades tiene de utilizarse para la valoración de la sostenibilidad en proyectores reales. El primer capítulo se va a centrar en el concepto de sostenibilidad y su aplicabilidad en el sector de la construcción. El segundo capítulo se centra en el proceso de toma de decisiones. Para ello, primero se va a realizar una descripción de que es la toma de decisión y posteriormente se va a llevar a cabo una clasificación y posterior explicación de los métodos de toma de decisión multi-atributo más comunes. El tercer capítulo se va a centrar en la aplicación de dichos métodos para la valoración de la sostenibilidad de los puentes en todas las fases de su ciclo de vida. Para este fin, se realiza una revisión bibliográfica, tanto de los métodos utilizados para la valoración de la sostenibilidad como de los criterios considerados. De esta forma, se pueden ver los vacíos de conocimiento existente, así como los criterios más comunes para evaluación de los diferentes pilares de la sostenibilidad en los puentes. En el cuarto capítulo se va a llevar a cabo un caso de estudio, en el que tras definir los criterios y pesos a considerar, se van a aplicar los métodos de toma de decisiones multi-atributo más comunes para obtener el puente más sostenible entre tres alternativas diferentes. Finalmente, en un quinto capítulo se van a hablar de las conclusiones obtenidas.

[CA] Actualment hi ha una tendència clara cap a la sostenibilitat en els projectes d'estructures, per a la qual cosa és necessari equilibrar els principals pilars que recolzen esta sostenibilitat: l'economia, el medi ambient i la societat. Estos pilars bàsics presenten objectius diferents i habitualment enfrontats entre si. Esta realitat conduïx cap a la necessitat d'adoptar processos de presa de decisions que permeten obtindre solucions capaces de satisfer, de la millor manera possible, els principis de sostenibilitat abans citats. De totes les estructures, els ponts són una de les construccions més destacades, formant part de les infraestructures bàsiques de comunicació entre els distints territoris. Per tant, constituïx una necessitat ineludible garantir la sostenibilitat d'aquest tipus d'estructures al llarg del seu cicle de vida. La presa de decisions és un procés que permet obtindre solucions que satisfacen diferents objectius. Este procés pot dur-se a terme de múltiples formes. Hwang i Yoon [1], van classificar els processos de presa de decisions multi-criteri en presa de decisions multi-atribut (Múltiple Attribute Decision-Making, MADM) , i presa de decisions multiobjetiu (Múltiple Objective Decision-Making, MODM) . Els MADM es gasten per a decidir sobre un número discret de solucions. En este cas, els decisors actuen a l'inici del procés, o bé donant pesos als diferents criteris existents per a l'avaluació de cada una de les solucions, o bé avaluant les dites solucions atenent a criteris subjectius. Finalment, s'obté una priorització de les alternatives estudiades. Per la seua banda, els MODM permeten obtindre un conjunt continu de solucions, respecte a dos o més criteris, denominat frontera de Pareto. Esta frontera està constituïda pel conjunt de solucions no dominades. En este sentit, una solució es diu que domina a una altra, sí i només sí, és almenys tan bona com les altres solucions en tots els seus objectius i és la millor de totes en almenys un objectiu. En este cas, els decisors actuen al final del procés, triant una solució entre les existents dins de la frontera de Pareto. Este treball es va a centrar en els mètodes de decisió multi-atribut, ja que és el procés de presa de decisió més comú, i per tant, el que més possibilitats té d'utilitzar-se per a la valoració de la sostenibilitat en projectes reals. El primer capítol es va a centrar en el concepte de sostenibilitat i la seua aplicabilitat en el sector de la construcció. El segon capítol se centra en el procés de presa de decisions. En aquest, primer es va a realitzar una descripció sobre que és la presa de decisió i posteriorment es va a dur a terme una classificació i posterior explicació dels mètodes de presa de decisió multi-atribut més comuns. El tercer capítol es va a centrar en l'aplicació dels dits mètodes per a la valoració de la sostenibilitat dels ponts en totes les fases del seu cicle de vida. Per a este fi, es realitza una revisió bibliogràfica, tant dels mètodes utilitzats per a la valoració de la sostenibilitat com dels criteris considerats. D'esta manera, es poden veure els buits de coneixement existent, així com els criteris més comuns per a l’avaluació dels diferents pilars de la sostenibilitat en els ponts. En el quart capítol es va a dur a terme un cas d'estudi, en el que després de definir els criteris i pesos a considerar, es van a aplicar els mètodes de presa de decisions multi-atribut més comuns per a obtindre el pont més sostenible entre tres alternatives diferents. Finalment, en un quint capítol es van a parlar de les conclusions obtingudes.