Multi-year maintenance optimisation for paved public roads - segment based modelling and price-directive decomposition

Abstract: I avhandlingen studeras hur kostnadseffektiva underhålls- (uh-)planer för belagd väg kan genereras, på basis av information om aktuellt vägytetillstånd och funktionella modeller för kostnads- och tillståndsförändringar, delvis utvecklade i samarbete med svenska Vägverket (VV). Tilltänkt användning är på strategisk och programnivå, innan mer detaljerad objektinformation finns att tillgå. Till skillnad från hittills använda modeller, så genereras individuella uh-planer för varje vägsegment (en homogen vägsträcka vad gäller aktuellt beläggningstillstånd och beläggningshistorik), i kontinuerliga tillstånds- och åtgärdsrum. Genom användning av Lagrangerelaxerande optimeringsteknik, så kan de speciella nytto/kostnads-kvot-villkor som VV ålägger varje uh-objekt naturligen hanteras med dualpriser för budgetvillkoren. Antalet vägsegment som konkurrerar om budgetmedlen är vanligtvis stort. Data från VV:s Vägdatabank för Värmland har använts, omfattande ca 9000 vägsegment. Genom den stora datamängden har datorprogrammen implementerats för parallellbearbetning. Under avhandlingsarbetet har projektet beviljats tillgång till Monolith PCklustret vid NSC. För att kunna reducera optimeringskörtiderna har modell- och metodutveckling varit nödvändig. Genom att aggregera vägsegmenten till vägklasser har goda startvärden på dualpriserna erhållits. Genom utvecklingen av en speciell restvärdesrutin har den explicit behandlade tidsperioden kunnat reduceras. Vid lösandet av det duala subproblemet har speciell uppmärksamhet ägnats åt de diskretiseringseffekter som uppstår i metoden dynamisk programmering. En typ av tillämpning avser ett delvägnät, exempelvis en väg. Valideringsstudier har genomförts på väg 63 i Värmland – med lovande men inte tillfredsställande resultat (se nedan). En speciell modell för samordnat uh beaktar stordriftsfördelarna vid samtidig åtgärd på en hel vägsträcka. Den andra huvudtypen av studier gäller ett helt nätverk. Flera metodtyper har tillämpats, både för att lösa de relaxerade optimeringsproblemen och för att generera uhplaner som uppfyller budgetvillkoren. För en anständig diskretisering är körtiderna för hela Värmland mindre än 80 CPU-timmar. Genom en a posteriori primal heuristik reduceras kraven på parallellbearbetning till ett litet PC-kluster. Avhandlingen studerar vidare effekterna av omfördelade budgetmedel samt en övergång till en transparent, stokastisk modell – vilka båda visar små avvikelser från basmodellen.Optimeringsresultaten för Värmland indikerar att budgetnivåer på ca 40% av Värmlands verkliga uh-budget är tillräckliga. Dock saknas viktiga kostnadsdrivande faktorer i denna första modellomgång, exempelvis vissa funktionella prestanda (säkerhet), all miljöpåverkande prestanda (buller etc.) och strukturell prestanda (ex.vis bärighet, som enbart modelleras via ett åldersmått). För ökad tilltro till PMS i allmänhet och optimering i synnerhet, bör avvikelserna analyseras ytterligare och leda till förbättringar vad gäller tillståndsmätning, tillståndseffekt- & kostnadsmodellering samt matematisk modellering & implementering.