Τα συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων χρησιμοποιούνται ευρύτατα από τους φορείς οδοποιίας και συνεχώς βελτιώνονται επειδή μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντική εξοικονόμηση κεφαλαίου και σε υψηλά επίπεδα εξυπηρέτησης του οδικού δικτύου. Στόχος τους είναι η αξιολόγηση των αποφάσεων συντήρησης και διαχείρισης των οδοστρωμάτων για την αποτελεσματική κατανομή των περιορισμένων διαθέσιμων πόρων. Τα σύγχρονα συστήματα που έχουν αναπτυχθεί χρησιμοποιούν μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης για την επίλυση του προβλήματος αφού αποτελούν ισχυρά εργαλεία βελτιστοποίησης με μεγάλες υπολογιστικές ικανότητες. Η πλειοψηφία των συστημάτων που έχουν δημιουργηθεί εντοπίζει τη βέλτιστη λύση που ελαχιστοποιεί το κόστος συντήρησης χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το αντίκτυπο της επιδείνωσης της κατάστασης του οδοστρώματος στο χρήστη και στο περιβάλλον. Ωστόσο, τα σύγχρονα οδικά έργα είναι αναγκαίο να χαρακτηρίζονται από βιωσιμότητα που απαιτεί την ελαχιστοποίηση των αρνητικών επιπτώσεων που οφείλονται στην κατάσταση του οδοστρώματος. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων το οποίο αποσκοπεί στην παροχή υποστήριξης αποφάσεων για τις κατάλληλες στρατηγικές συντήρησης ώστε να εξασφαλιστούν αποδεκτά επίπεδα ασφάλειας και λειτουργικότητας του δικτύου των αυτοκινητοδρόμων στη διάρκεια του χρόνου καθώς και μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Το μοντέλο που παρουσιάζεται δεν περιορίζεται μόνο στο κόστος συντήρησης, όπως οι περισσότερες μελέτες, αλλά επικεντρώνεται στο γενικευμένο κόστος που περιλαμβάνει το κόστος συντήρησης, το κόστος χρήστη και το περιβαλλοντικό κόστος. Το κόστος χρήστη αποτελείται από το κόστος λειτουργίας οχήματος, το κόστος μετακίνησης και το κόστος ατυχημάτων. Το κόστος του περιβάλλοντος συνίσταται από το κόστος εκπομπής των αέριων ρύπων, το κόστος θορύβου και το κόστος στην οικονομική, κοινωνική και πολιτική ζωή. Τα δεδομένα του προβλήματος σχετίζονται με την αρχική κατάσταση των οδοστρωμάτων που πρόκειται να συντηρηθούν, το είδος και τα χαρακτηριστικά της οδού, το είδος και τα χαρακτηριστικά των οχημάτων, τα διαθέσιμα είδη συντήρησης και το ύψος της χρηματοδότησης. Εξαιτίας του μεγέθους και της πολυπλοκότητας του προβλήματος, η βελτιστοποίηση πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή ενός γενετικού αλγορίθμου που έχει τη δυνατότητα να εξετάσει πλήθος οδικών τμημάτων αναζητώντας ένα ευρύ φάσμα πιθανών λύσεων μέσα σε ένα εύλογο χρονικό διάστημα υπολογισμού. Ο αλγόριθμος καταφέρνει να εντοπίζει τον κατάλληλο συνδυασμό συντηρήσεων ώστε το γενικευμένο κόστος να ελαχιστοποιείται ενώ ταυτόχρονα το οδόστρωμα να διατηρείται σε καλή κατάσταση. Για την αξιολόγηση του μοντέλου ερευνήθηκαν πολλές διαφορετικές περιπτώσεις ενώ στο τέλος σχεδιάστηκε η καμπύλη Pareto. Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να βοηθήσει αποτελεσματικά στη διατήρηση των οδοστρωμάτων σε ικανοποιητικά επίπεδα λειτουργικότητας και κόστους μέσω των αποφάσεων συντήρησης που προτείνει. / Pavement management systems are widely used by road agencies and are improved continuously as they can lead to money savings and high levels of road services. The aim is to provide assistance to decision makers for selecting optimum strategies in the design, evaluation, and maintenance of pavements in order to maintain them in serviceable condition over a given period of time for the least cost. Nowadays, the developed systems use artificial intelligent methods to solve the problem which are powerful optimization tools with large computational abilities. The majority of pavement management systems detect the optimal solution that minimizes the maintenance cost without considering the impact of pavement deterioration in the user and the environment. However, they should be characterized by sustainability that requires an efficient use of resources and sensitivity to environmental and social constraints. In this paper, an optimisation model is developed that aims to provide decision support to engineers in developing appropriate pavement maintenance strategies to ensure acceptable levels of safety and functionalism of the highway network in time as well as reduction of environmental impacts. The model supersedes previous ones in considering the generalised cost, which includes the agency cost, the user cost, and the environmental impacts, as the main decision parameter. The user cost consists of three main components, the vehicle operation cost, the travel cost and the accident cost. The environmental cost consists of the air pollution cost and the noise cost. The input data are related to the initial pavement condition, the type and characteristics of the road, the type and characteristics of vehicles, the maintenance types and the budget limit. Due to the problem size and complexity, the optimisation is done with the employment of a genetic algorithm which can handle a large number of road sections, search a wide range of possible solutions, and reach a solution within reasonable computation time. The genetic algorithm can find the appropriate maintenance types in order to minimize the generalized cost while the pavement is kept in good condition. The model has been evaluated with several test cases and Pareto curves have been developed. The results indicate that the proposed model can effectively assist pavement preservation and management decisions in highway networks.

Ο χρονικός προγραμματισμός αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο του συστήματος διαχείρισης των έργων και, λόγω της σημασίας του, τα τελευταία χρόνια αποτελεί πεδίο εντατικής έρευνας τόσο σε επίπεδο ακαδημαϊκών εργασιών όσο και στην επιχειρηματική κοινότητα. Το χρονοπρόγραμμα συνδέεται με δύο θεμελιώδη χαρακτηριστικά των έργων: την διάρκεια ολοκλήρωσης των εργασιών (άρα και τον χρόνο διάθεσης του έργου προς χρήση) και το κόστος κατασκευής. Η σημασία του χρονικού προγραμματισμού αποκτά πρόσθετο ειδικό βάρος αν αναλογιστεί κανείς τις μεγάλες απαιτήσεις, την πολυπλοκότητα, το μέγεθος, την διαφοροποίηση, τις κατασκευαστικές λεπτομέρειες, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά απόδοσης (προδιαγραφές ποιότητας, ασφάλειας, αντοχής, περιβαλλοντικής μέριμνας, κ.λπ.) αλλά και τις ανάγκες των χρηστών των τεχνικών έργων. Η διαθεσιμότητα και η κατανομή των ανθρώπων, των μηχανημάτων, των υλικών και του εξοπλισμού που απαιτούνται για την εκτέλεση ενός έργου, όπως εύλογα προκύπτει, επηρεάζουν καταλυτικά τον χρονικό προγραμματισμό. Όλα τα παραπάνω συνθέτουν τους απαιτούμενους πόρους ή, διαφορετικά, τα μέσα παραγωγής για την εκτέλεση του έργου. Οι διαφορετικές επιλογές κατανομής των πόρων, ενδέχεται να οδηγήσουν σε σημαντική αύξηση ή μείωση του κόστους υλοποίησης, στην καθυστέρηση ή γενικά στην χρονική μετακίνηση εργασιών, στην επιλογή εναλλακτικών πόρων ή τρόπων εκτέλεσης, στην κατάτμηση των δραστηριοτήτων (εφόσον υπάρχει η δυνατότητα) ή ακόμα και στον συνολικό αναπρογραμματισμό του έργου. Για την επίλυση των προβλημάτων κατανομής των πόρων, έχουν αναπτυχθεί πολλές μεθοδολογίες που βασίζονται σε μαθηματικές ή ευρετικές και μετα-ευρετικές προσεγγίσεις. Κάθε κατηγορία επίλυσης περιλαμβάνει διακριτές υποκατηγορίες και έχει συγκεκριμένες απαιτήσεις (προϋποθέσεις), οι οποίες προφανώς επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα του μηχανισμού επίλυσης και φυσικά το αποτέλεσμα. Κοινό στοιχείο σε όλες αυτές τις περιπτώσεις είναι η πολυπλοκότητα του προβλήματος που αντιμετωπίζεται και το πλήθος των παραμέτρων και των περιορισμών, συνήθως συγκρουσιακών, που επηρεάζουν τις τελικές λύσεις. Στην παρούσα Διατριβή αναλύεται ακριβώς αυτή η προβληματική της κατανομής των πόρων στα τεχνικά έργα και οι πιο διαδεδομένες μεθοδολογικές και τεχνικές προσεγγίσεις. Η έρευνα εστιάζει στην βελτιστοποίηση προβλημάτων πολλαπλών στόχων που προσομοιάζουν στα πραγματικά δεδομένα. Τα εν λόγω προβλήματα χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη περιορισμών στην διαθεσιμότητα των πόρων, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου, την απαίτηση πολλαπλών πόρων (διαφορετικές κατηγορίες μέσων παραγωγής) για την υλοποίηση του έργου, την ύπαρξη γενικευμένων σχέσεων διαδοχής ανάμεσα στις δραστηριότητες που συνθέτουν το έργο και την δυνατότητα εναλλακτικών τρόπων εκτέλεσης των δραστηριοτήτων. Λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω παραμέτρους, σχεδιάζεται ένα μοντέλο βελτιστοποίησης στην βάση των επιμέρους όρων κόστους των έργων και αναπτύσσεται μία εφαρμογή Τεχνητής Νοημοσύνης με χρήση Γενετικού Αλγορίθμου σε γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic for Applications στο φιλικό περιβάλλον του Microsoft Excel. Οι επιδόσεις του αλγορίθμου σε ικανό πλήθος προβλημάτων για τα οποία γνωρίζουμε εκ των προτέρων την βέλτιστη λύση (ή μία πολύ καλή λύση κοντά στην βέλτιστη) είναι ιδιαίτερα ικανοποιητικές. Τα συμπεράσματα αξιολόγησης της προτεινόμενης μεθοδολογίας βελτιστοποίησης είναι θετικά, με αποτέλεσμα η γενίκευση του μοντέλου σε μεγαλύτερα ή και πιο σύνθετα προβλήματα να παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον. / --