Pavement preventive maintenance treatment selection with multi-criteria decision making methods
Karayolu üstyapısı koruyucu bakım tipinin çok kriterli karar verme metotları ile seçimi
- Tez No: 878647
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH HİLMİ LAV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Karayolu ulaşım ağı, trafik birimlerinin çıkış ve varış noktaları arasında rahat ve nispeten ucuz bir ulaşım sağlaması bakımından ülkelerin ekonomik büyümelerinde ve bunun neticesi olarak gelişmelerinde önemli bir rol oynamaktadır. Karayolu üstyapısı karayolunun önemli bir bileşeni olup tekrarlanan trafik yüklerine ve çevresel etkilere doğrudan maruz kalmakta ve ne kadar iyi tasarlanıp inşa edilmiş olursa olsun zamanla bozulmaktadır. Bunun bir sonucu olarak bakım ve rehabilitasyon çalışmaları kaçınılmaz olmaktadır. Karayolu üstyapısı bakım ve rehabilitasyon çalışmaları çeşitli alternatiflerin değerlendirilmesi ve ilgili faaliyetlere etkin ve uygun maliyetli yaklaşımların sunulduğu kendi içerisinde ağ ve proje düzeyine ayrılan karayolu üstyapısı yönetimi kapsamında ele alınmaktadır. Karayolu ağı düzeyinde üstyapı yönetimi; ilgili bakım ve rehabilitasyon çalışmalarının önceliklendirilmesi, ihtiyaçların belirlenmesi ve bu çalışmalar için kaynak tahsis edilmesine yönelik çalışmaları kapsamakta iken proje düzeyinde karayolu üstyapı yönetimi bütçe ve diğer kısıtları göze almak kaydıyla karayolu ağı içerisinde yer alan bir kesim için maliyet etkin ve uygulanabilir alternatiflerin belirlenmesi ve analiz edilmesi süreçlerini içermektedir. Geleneksel karayolu üstyapı bakım ve rehabilitasyon çalışmalarında mevcut altyapıda meydana gelen bozulmaları takiben müdahale söz konusudur. Yapılan araştırma çalışmaları mevcut karayolu üstyapısının bozulmalardan önce koruyucu bakım alternatifleri ile kaplanmasının toplam maliyeti önemli ölçüde düşürmede ve yolun hizmet ömrünü uzatmada etkin olduğunu göstermektedir. Bu yaklaşım halihazırda sınırlı bütçelerle karayolu ağlarından sorumlu organizasyonlar için hem iş yükü hem de ekonomik olarak avantajlar sunmaktadır. Bu çalışma bir kısmı yeni inşa edilmiş ve bir kısmı yeni rehabilite edilmiş olan toplam 5 kilometre uzunluğunda ve 15 metre genişliğinde 2x2 bir karayolu kesiminin karayolu üstyapısı koruyucu bakım kaplaması ile kaplanmasında kullanılacak alternatifin belirlenmesinde çok kriterli karar verme metotları ile seçim yapılmasını ve kullanılan yöntemlerin kendi içerisinde karşılaştırılmalı analizini içermektedir. Söz konusu karayolu kesiminin kendine has gereksinimleri göz önünde bulundurularak on sekiz kriter belirlenmiş ve bu kriterler beş ana kriter altında toplanarak karar verme süreci tamamlanmıştır. Kullanılabilecek koruyucu kaplama alternatifleri ön seçim yapılarak asfalt karartma tabakası, bulamaç tipi kaplama, mikro yüzey kaplama, sathi kaplama ve ince bitümlü sıcak karışım kaplama olmak üzere beş adete indirilmiştir. Karar verme sürecine söz konusu yol kesiminden sorumlu kurumlarda çalışan uzmanlardan oluşan beş takım karar verici olarak dahil edilmiş ve kriterlerin ağırlıkları grup karar verme yöntemleri ve ilgili metotlar ile belirlenmiştir. Kriter ağırlıklarının belirlenmesinde Analitik Hiyerarşi Süreci (Analytical Hierarchy Process, AHP), Bayesyen En İyi – En Kötü Metodu (Bayesian Best-Worst Method, B-BWM) ve Bulanık Analitik Hiyerarşi Süreci (Fuzzy Analytical Hierarchy Process, F-AHP); alternatiflerin sıralandırılmasında ise İdeal Çözüme Benzerliğe Göre Tercih Sırası Tekniği (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS) ve Karmaşık Orantısal Değerlendirme (Complex Proportional Assessment) yöntemleri kullanılmıştır. Geleneksel AHP, Thomas L. Saaty tarafından 1980'de ortaya atılmış olup metot deterministik ortamda çalışmaktadır. Karar vericilerin Saaty tarafından 1-9 arasında sayılardan oluşan bir ölçekle önceden belirlenmiş kriterlerin kendi aralarında karşılaştırılmasına ve ağırlıklandırılmasına olanak sağlamaktadır. Belirsiz şartlar altında insanın karar verme yaklaşımını modelleyebilmek amacıyla çok kriterli karar verme yöntemleri bulanık mantıkla birleştirilmektedir. F-AHP için çeşitli varyasyonlar bulunmakla birlikte bu çalışmada Chang'ın ortaya attığı F-AHP metodu kullanılmıştır. Yöntem üçgensel bulanık sayıları kullanmakta ve böylece kriterlerin net bir sayı ile önem derecelerinin belirlenmesi yerine ilgili önem kümesine aidiyet derecelerini belirleyerek karşılaştırma yapmaya olanak tanımakta ve nihai kriter ağırlıklarını bu yaklaşımla belirlemektedir. BWM nispeten yeni bir çok kriterli karar verme metodu olup 2015 yılında Rezaei tarafından ortaya atılmıştır. BWM'de karar vericiler önce en iyi ve en kötü ya da en önemli ve en önemsiz kriterleri belirleyerek diğer kriterleri bu en iyi ve en kötü kritere göre karşılaştırmaktadır. Bu bakımdan BWM AHP'ye göre daha az karşılaştırma gerektirerek kolaylık sağlamaktadır. En iyi ve en kötü kriterler karar vericilere göre değişiklik gösterebileceğinden grup karar verme yöntemlerinde geleneksel BWM yönetimi Bayes teorisi ile entegre edilerek stokastik bir ortamda çalıştırılmakta ve kriterlerin nihai ağırlıkları istatistiksel olarak modellenmek kaydıyla bulunmaktadır. TOPSIS ağırlıklandırılmış kriterlere göre alternatiflerin pozitif ve negatif ideal çözüme uzaklıklarını geometrik olarak belirlemektedir. Metoda göre en iyi alternatif negatif ideal çözüme en uzak ve pozitif ideal çözüme en yakın Öklid mesafesine sahip alternatif olmaktadır. Yöntem Hwang ve Yoon tarafından 1981 yılında geliştirilmiş olup birçok çalışmada sıklıkla kullanılmaktadır. COPRAS, alternatifler arasında doğrudan ve orantısal bir bağımlılık olduğunu varsayarak ağırlıklandırılmış kriterlere göre sıralama yapmaktadır. Yöntem 1994 yılında Zavadskas tarafından geliştirilmiştir. İlgili metotlar kullanılarak belirlenen beş ana kriter (ekonomi, çevre, performans, güvenlik ve mevcut koşullar) ve bu kriterlerin altında bulunan toplam on sekiz alt kriter sırasıyla AHP, F-AHP ve B-BWM tarafından ağırlıklandırılmış ve ana kriterlerin önem sıraları hesaplanan ağırlıklarında farklılıklar olmak üzere her üç metot için de aynı bulunmuştur. Aynı şekilde en önemli alt kriterler ait oldukları ana kriter altında her üç yöntem için de aynı sonucu vermiştir. Her bir yöntemin çalışmakta olduğu ortamın farklı ve kendine has prensipleri olması sebebiyle hesaplanan kriter ağırlıklarının da bu prensiplere göre değişmesi olağandır. Alt kriterlerin nihai ağırlıkları kendi ağırlıkları ve ait oldukları ana kriterlerin ağırlıklarının çarpımı ile elde edildiğinden alt kriterlerin önem sıralamaları kabul edilebilir düzeyde farklılıklar göstermiştir. Üç farklı çok kriterli karar verme metoduyla elde edilen kriter ağrılıkları alternatiflerin sıralanması maksadıyla TOPSIS ve COPRAS yöntemleri ile entegre edilerek toplamda altı farklı sıralama sonucu elde edilmiştir. Sıralama sonuçları yüksek düzeyde benzerlik göstermekte olup AHP-TOPSIS, F-AHP TOPSIS, B-BWM-TOPSIS kombinasyonları için en iyi alternatif sathi kaplama olarak seçilmiş, bunu ince bitümlü sıcak karışım kaplama, mikro yüzey kaplama, bulamaç tipi kaplama ve asfalt karartma tabakası takip etmiştir. AHP-COPRAS, F-AHP-COPRAS ve B-BWM-COPRAS kombinasyonlarında en iyi alternatif ince bitümlü sıcak karışım kaplama olarak seçilmiş ve bunu sathi kaplama, mikro yüzey kaplama, bulamaç tipi kaplama ve asfalt karartma tabakası takip etmiştir. Anlaşılacağı üzere sıralamalardaki farklılıklar kriterlerin ağırlıklandırılma yöntemlerinden ziyade kullanılan çok kriterli karar verme metotları TOPSIS ve COPRAS'ın karar verme problemlerine yaklaşımlarının farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Proje gereksinimlerine göre önceden belirlenen kriterlerin birbirleri ile karşılaştırılmasının mümkün olabilmesi için her çok kriterli karar verme metodu bir normalizasyon tekniği kullanmaktadır. TOPSIS normalizasyon sürecinde vektörel normalizasyon kullanırken, COPRAS doğrusal normalizasyonu benimsemektedir. Bununla birlikte alternatiflerin belirlenen kriterlere göre önem sıralaması TOPSIS için geometrik uzaklıklar gözetilerek yapılmakta, COPRAS'ta ise orantısal yaklaşımlar kullanılmaktadır. Bu farklılıklar sebebiyle sıralamalardaki değişkenlik kabul edilebilir düzeydedir. Karayolu bakım ve rehabilitasyon çalışmaları genellikle ekonomik gerekçeler öncelenerek değerlendirilmekte ve uygulanacak alternatifler yine bu gerekçelere göre seçilmektedir. Bununla birlikte bir proje için benimsenen bakım ve onarım tekniği farklı gereksinimleri ve kısıtları olan bir başka proje için aynı performansı göstermemektedir. Bu durum ise maliyet etkin olmaktan çıkan ve kaynak israfıyla sonuçlanan durumları doğurmaktadır. Bu bağlamda çok kriterli karar verme metotlarının sundukları kapsamlı ve sistematik değerlendirme yaklaşımı, proje düzeyinde karayolu üstyapısı yönetimi çerçevesinde bakım ve rehabilitasyon alternatifi seçiminde etkin bir araç olarak ortaya çıkmaktadır. Elde edilen sonuçların yüksek düzeyde benzerlik göstermiş olması bunu destekler niteliktedir. Bununla birlikte çok kriterli karar verme metotları her bir karar verme problemi için mutlak doğru sonucu verir ifadesi gerçekçi olmamakta ve karar verme problemlerinde seçilecek en uygun çok kriterli karar verme metodunun da esasında bir başka karar verme problemi olduğu unutulmamalıdır.
Özet (Çeviri)
Highway transportation is one of the major transportation modes that plays a vital role in the development and economic growth of countries by providing convenient and relatively cheap transport between the origin and destination points. However, the construction of highway infrastructures consumes a huge amount of resources and requires significant investments. Regardless of how well designed and constructed, highways subjected to traffic loading and environmental effects deteriorate over time. Therefore, maintenance and rehabilitation operations are indispensable to overcome such issues and keep the highways in good condition within the pavement management framework yet traditional maintenance and rehabilitation activities necessitate the highway agencies to allocate a large portion of the budget. It is well-known that due to the growing highway network and aging of existing pavements, maintenance and rehabilitation costs become an economic burden on highway agencies with insufficient allocated budgets. Due to this reason, agencies are forced to do more with less money. Several studies have demonstrated that, instead of the“do nothing until the failure occurs”approach, proactive operations are better at reducing overall costs. In this regard, pavement preservation can be considered a promising approach. However, the selection of the most appropriate pavement preventive maintenance treatment according to the project-related conflicting criteria is another issue to cope with. Project-level treatment selection decisions are usually made by considering economic aspects and rely on the experiences of the highway agency staff. Yet, each project comes with its specific conditions and should be considered thoroughly to avoid additional costs and waste of resources as a consequence of unsuccessful treatment selection. In this study, multi-criteria decision making methods (MCDM) have been employed to select the most appropriate pavement preventive maintenance treatment for a dual highway section located in Istanbul, Türkiye to prolong its service life. The relevant section of the highway consists of newly constructed and rehabilitated subsections, it is 5 km in length, 15 m in width, and it was constructed with flexible pavement. In the decision making process, five teams consisting of senior-level experts working at related highway agencies have been involved as decision makers (DMs) and five well-known pavement preventive maintenance treatments have been preselected with the assistance of both a literature review and the DMs' experiences, namely: fog seal, slurry seal, microsurfacing, chip seal, and thin hot mix asphalt overlay. Based on the project requirements, eighteen criteria have been determined and these criteria have been cumulated under the five main criteria as follows: economy, environment, performance, safety, and existing conditions. Since there is not a single proper MCDM method for a particular decision making problem and each MCDM method comes with some deficiencies, hybrid MCDM methods have been adopted to overcome these issues. To weight the criteria, three MCDM methods have been employed: Analytical Hierarchy Process (AHP), Bayesian Best – Worst Method (B-BWM), and Fuzzy Analytical Hierarchy Process (F-AHP) operating in deterministic, stochastic, and fuzzified environments, respectively. Obtained weights have been integrated with the two different MCDM methods, Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) and Complex Proportional Assessment (COPRAS), to rank the preselected alternatives. The ranking results have demonstrated a high level of similarity. For the combination of AHP-TOPSIS, F-AHP-TOPSIS, and B-BWM-TOPSIS methods, alternatives have been ranked as chip seal, thin hot-mix asphalt (HMA), microsurfacing, slurry seal, and fog seal, respectively. For the combination of AHP-COPRAS, F-AHP-COPRAS, and B-BWM-COPRAS methods, thin HMA has been selected as the most appropriate alternative followed by chip seal, microsurfacing, slurry seal, and fog seal.
Benzer Tezler
- Avrupa İnsan Hakları Mahkemesi kararlarının uygulanması: Türkiye örneği
Implementation of judgments of the European Court of Human Rights: The Turkish example
MUAMMER ÖZ
- Esnek üstyapılı karayollarında koruyucu bakım yöntemlerinin incelenmesi
Examining preventative maintenance treatments of flexible asphalt pavement
AHMET TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. MURAT ERGÜN
- Use of soft computing and numerical analysis in design, analysis and management of pavement systems
Başlık çevirisi yok
ORHAN KAYA
- Türkiye otoyollarındaki trafik kazalarının karşılaştırmalı incelenmesi
Comparative analysing of traffic accident on Turkish motorways
EROL KARANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUlaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER GÜÇMEN
