بخشی از مقاله
خلاصه
در زمانهای دور که هنوز حجم فعالیت ها زیاد نشده بود و محدودیت بسیاری از منابع بیمعنی بود، بشر دنبال یافتن راه های بهینه برای انجام فعالیتهای خود بوده است. امروزه با گسترش فعالیتها از یک سو و محدودیت منابع و زمان برای انجام فعالیتها و همچنین هزینه بر بودن آنها از سوی دیگر انجام بهینه فعالیتها با درنظرگرفتن محدودیتها و عواملی که باید در انجام آن فعالیت مد نظر قرار گیرد اهمیت بیشتری پیدا کرده است. با در نظر گرفتن کلیه ملاکهای آییننامه ای به عنوان محدودیت های فنی و محدودیت های بودجه ای، مصالح و زمان، بهینهسازی در طراحی و اجرای سازهها برای یافتن هندسه مناسب سازهها - توپولوژی - یا اجزای آنها، شکل مناسب برای سازهها و یا ابعاد مناسب به عنوان هدف انجام می شود.
با توجه به پیچیدگیهای طراحی و اجرای سازهها بهینهسازی در این حوزه با مشکلات زیادی روبرو بود تا اینکه روشهای مدرن بهینه سازی تحت عنوان روشهای فراابتکاری معرفی و بکاربرده شد. روشهای فرابتکاری بهینه مطلق را ارائه نمیکنند، لیکن جواب نزدیک به بهینه با زمان کم و هزینه منطقی را معرفی میکنند. به همین دلیل استفاده از این روشها در انواع مختلف مسایل از جمله سازههای بتنی که قبل از آن بهینهسازی آنها بسیار مشکل و بعضا ناممکن بود رواج پیدا کرد. امروزه بهینهسازی در سازههای بتنی علاوه بر قابهای ساختمانی و اجزای سازههای بتن مسلح نظیر تیر، دال ، ستون، دیواربرشی و فونداسیون، انواع سازههای بتنی از سازههای مدفون تا سازههای صنعتی، سدها، پلها، دیوارهای نگهبان و مخازن نگهداری مایعات را شامل می شود.
با تحلیل به روز از وضعیت همه کارهای انجام شده برای بهینه سازی سازهها که مشتمل بر بیش از هفتصد مقاله می باشد، در این تحقیق اهداف مورد نظر برای بهینهسازی ساختمانهای های بتنی و روش های مناسب بهینهسازی سازههای بتنی که کاربران غیر آکادمیک و مهندسین اجرایی می توانند به سهولت برای مقاصد کاربردی استفاده کنند و نسبت به نتایج حاصله اطمینان داشته باشند، معرفی شده اند.علاوه بر این خلا های مطالعاتی در زمینه بهینه سازی سازه های بتنی برای تحقیقات علمی در این زمینه ارائه شده است.
.1 مقدمه
طراحی و مهندسی پروژهها عبارت ازپیدا کردن راه حل مناسب برای مسایل دنیای واقعی با استفاده از دانشهایی مانند علوم، ریاضیات،منطق، اقتصاد، مهندسی سیستم و .. و بهرهگیری مناسب از تجربههای قبلی میباشد. این تعریف میتواند به راحتی با کلمهای مناسب مانند اقتصادی ترین، پایدارترین، موثرترین، قابل نگهداری، امکان پذیر وبعبارت دیگر بهینه تحت شرایط داده شده، جایگزین شود. طراحی مهندسی با بهینهسازی بطور گسترده و قوی رابطه دارد بگونهای که میتوان گفت هر آنالیز و طرح مهندسی در حقیقت یک مسئله بهینهسازی است.
روشهای مدرن بهینهسازی اواخر قرن بیستم شیوع پیدا کردند و قابلیت خود را برای حل مسایل بهینهسازی اثبات کرده اند .[1] امروزه در تمامی علوم و رشتهها روشهای مدرن بهینهسازی که به نامهای مختلفی همچون روشهای فرا کاوشی ، روشهای فرا ابتکاری،روشهای فرا اکتشافی وروشهای متاهیوریستیک1 نامیده شدهاند، بکار برده میشوند.رشته های مهندسی عمران نیز از این قاعده مستثنی نیستند و از این روشها برای بهینهسازی سود جستهاند.
موفقیت روشهای مدرن بهینهسازی از این حقیقت ناشی میشود که آنها تقریبا برای همه انواع مسایل بهینه سازی قابل اعم از توپولوژی، شکل و ابعاد کاربرد هستند، شکل .1این موضوع برای سایر روشهای بهینهسازی صادق نیست. بعنوان مثال روش برنامهریزی خطی که برای مسایل با متغیرهای پیوسته و توابع هدف و قیود خطی بکار میرود ، در مسایل غیرخطی نمیتواند بکار گرفته شود. همچنین سایر روشها همواره در یک دسته خاصی از مسایل قابل بکارگیری هستند و به همین دلیل بزرگترین فایده روشهای مدرن بهینه سازی قابلیت کاربرد آنها در همه مسایل میباشد. علاوه بر این روشهای مدرن بسیار سریعتر از سایر روشها به جواب میرسد و زمان رسیدن به جواب بسیار کوتاهتر است . [2] روشهای مختلف بهینه سازی با تمرکز بر روشهای فرا ابتکاری در شکل 2 نمایش داده شده اند.
روشهای مختلف بهینهسازی با تمرکز بر روشهای بهینهسازی فرا ابتکاری
مهندسی عمران یکی از شاخههای مهم مهندسی است که همواره دنبال حل بهینه مسایل واقعی بوده است. پیگیری برای یافتن بهترین سازه برای ساخت، اقتصادیترین سازه ، پایدارترین ، بادوام ترین ، سریع ترین و ایمنترین سازه از جمله مواردی است که مهندسی عمران با آن درگیر میباشد. بنابراین با پیدایش روشهای مدرن بهینهسازی راهی برای حل این مسایل واقعی در مهندسی عمران گشوده شده است.
برخی از مهمترین این روشها عبارت از الگوریتم ژنتیک - GA - [Holland ,1983]، تبرید شبیه سازی شده [Kirkpatrik,1983] - SA - ، بهینهسازی ازدحام ذرات - PSO - [Parsopoulos& Vranatis,2002] ، بهینهسازی کلونیمورچگان - ACO - [Dorigo&Mria,1997] ، ... می باشند .[3] تمامی این الگوریتمها و ترکیبات آنها که توسط برخی از دانشمندان ارائه شده است، توسط محققین و دانش پژوهان حوزههای کاربردی در بیش از ده هزار مقاله تا سال 2010 میلادی در پایگاه اسنادی ساینس دایرکت2 برای مسایل عملی قابل دسترس میباشد .[4]
.2 کاربردهای روشهای مدرن بهینه سازی در مهندسی عمران
نمونههایی از کاربردهای روشهای مدرن بهینه سازی در زمینه های مختلف مهندسی عمران به شرح زیر میباشند .[2]
أ. هیدرولیک
بهینهسازی مسایل هیدرولیک در زمینههای مختلفی همچون شبکههای آبرسانی، شبکههای فاضلاب، مدیریت منابع آب، هزینهها و بهره وری سیستمهای انتقال آب [5]، مدل مدیریت منابع آبهای زیرزمینی و .. نمود پیدا میکنند.
