بخشی از مقاله
خلاصه
تعیین شاخصهای عملکردی زیرساختها و بهتبع آن ارزیابی تابآوری آنها یک موضوع چالشبرانگیز برای دولتهاست. این پژوهش یک چارچوب مفهومی جهت ارزیابی تابآوری زیرساختها با در نظر گرفتن وابستگی میان آنها و همچنین خطرات و پیامدهای چندگانه ارائه میدهد. این چارچوب برای ایجاد یک ابزار کاربردی بهمنظور سنجش میزان تأثیر و نرخ پذیرش سیاستهای افزایش تابآوری به کار میآید. چارچوب ارائهشده در ادامه برای یک سیستم فرضی از زیرساختها بهمنظور ارزیابی سیاستهای افزایش تابآوری به کار گرفتهشده است. علاوه بر آن راهکار بهینهسازی سیاستها با هدف رسیدن به حداکثر تابآوری نیز بیانشده است.
1. مقدمه
روندهای اخیر در مبحث زیرساختهای عمرانی بیانگر این حقیقت است که موضوع تابآوری و پایداری1 به موضوعات اصلی در کارهای تحقیقاتی و صنعتی تبدیلشدهاند .[1] مباحث متعددی به موضوع تابآوری مربوط هستند. برای مثال، تحقیقات متعددی بر روی کمی سازی تابآوری تمرکز کردهاند [4-2]، درحالیکه بعضی دیگر مدلسازی ابعاد و جنبههای مختلف تابآوری نظیر وابستگی میان زیرساختها2 را مورد بررسی قرار دادهاند 6]،.[5 علاوه بر آن، تحقیقات متعددی بر روی ارائه شاخصهای عملکردی بهمنظور ارزیابی تابآوری زیرساختها و جامعه انجامشده است 8]،.[7
تعاریف متعددی برای مفهوم تابآوری در شاخههای مختلف علوم اعم از محیطزیست، مهندسی مواد، روانشناسی، جامعهشناسی، و اقتصاد وجود دارد .[2] در میان تمامی این تعاریف، دو مفهوم کلی و مشترک برای تابآوری وجود دارد: مقاومت و انعطافپذیری. برونو3 و همکاران [2] یک توصیف جامع از تابآوری ارائه دادند که تعریف تابآوری را به 11 بعد گسترش داد. رنستچلر4 و همکاران [9] یک چارچوب به منظور تعریف و اندازهگیری تابآوری در مقیاس جامعه تحت عنوان چارچوب PEOPLES ارائه دادند.
این چارچوب هفت بعد مختلف به جامعه را شامل میشود که عبارتند از: جمعیت، محیطزیست، خدمات سازمانیافتهی دولتی، زیرساختها، سبک زندگی مردم، توسعه اقتصادی، و سرمایه اجتماعی-اقتصادی. چالش بعدی درزمینهی تابآوری وابستگی میان زیرساختهاست. بر اساس رینالدی5 و همکاران [10]، وابستگی، رابطهی میان دو زیرساخت است که در طی آن وضعیت یک زیرساخت وابسته به وضعیت دیگری است. این پدیده، یک شاخصه مهم برای هر زیرساخت است، چراکه خرابی یک زیرساخت میتواند بهطور سلسهوار در سیستم گسترش یاید و منجر به خرابی و یا عدم خدمتدهی زیرساختهای دیگر شد.
بر همین اساس، لازم است تا وابستگی زیرساختها در تحلیل تابآوری لحاظ شود. تحقیقات متعددی در ادبیات فنی بر روی مدلسازی وابستگی و خرابیهای سلسلهوار6 تمرکز کردهاند 6]،.[5 چالش بعدی وقوع همزمان چندین خطر و پیامدهای پیرو آن است. درواقع، وقوع یک خطر میتواند منجر به کاهش و یا افزایش پیامدهای خطر دیگر شود. برای مثال، وقوع یک زلزله پس از یک بارش برف سنگین باعث افزایش اثر زلزله و در پی آن پیامدهای جدیتر خواهد شد. این امر به دلیل آن است که برف انباشتهشده بر روی سازهها منجر به افزایش وزن میگردد که این امر اثر P- را تشدید میکند. اویانگ و همکاران[11] 7 یک راهکار جهت مدلسازی وقوع خطرات همزمان ارائه دادهاند. این راهکار وقوع همزمان دو، سه، و بهطورکلی k خطر را در نظر گرفته و سپس پیامدها و احتمالات متناظر هر یک را محاسبه مینماید.
این پژوهش یک چارچوب مفهومی بهمنظور ارزیابی تابآوری زیرساختها ارائه میدهد. این چارچوب موضوعات مهم مربوط به تابآوری را پوشش میدهد که عبارتند از: وابستگی میان زیرساختها، وقوع همزمان خطرات چندگانه و پیامدهای متناظر آنان. در این چارچوب، تابآوری، توانایی زیرساخت برای حفظ سطح مطلوب عملکرد و نیز بازگشت بهنگام به خدمتدهی در رویارویی با خطرات احتمالی است که در چرخه عمر آن رخ میدهد. زیرساخت تابآور، دارای قابلیت جذب اختلال است بهگونهای که همچنان عملکرد اصلی و ظرفیت سازهای خود را حفظ کند.
در این پژوهش با در نظرگیری یک دوره زمانی مشخص، سناریوهای مختلف خطر به صورت تصادفی تولید میگردند. پسازآن لازم است تا پاسخ زیرساختها تحت این خطرات محاسبه و پیامدهای ناشی از هر خطر کمیسازی شوند. این پیامدها شامل خسارات وارد آمده به خود زیرساخت و خسارات ناشی از خرابی و بهتبع آن عدم سرویسدهی اجزای خدمتگیرنده از آن زیرساخت میباشد. این خسارتها شامل هزینههای مستقیم اقتصادی نظیر خرابی و تلفات جانی و همچنین هزینههای غیرمستقیم اقتصادی نظیر عدم سرویسدهی و اختلال در فرایندهای کسبوکار1 را شامل میشود. علاوه بر آن لازم است تا نحوه بازیابی زیرساختها به وضعیت مطلوب نیز مدلسازی شود، بدین معنا که زیرساختها پس از وقوع خطر با چه الگو و سرعتی برای رسیدن به وضعیت عادی حرکت میکنند.
در این تحلیل، برای تصمیمات مؤثر بر تابآوری، متغیرهای تصمیمگیری در نظر گرفتهشده و اثر آنها بر تابآوری ارزیابی میگردد. ازجمله این تصمیمات، مقاومسازی اجزای زیرساخت، توسعه زیرساختهای موجود و یا ساخت زیرساختهای جدید هستند. در مورد آخر، مکان و زمان ساخت و ظرفیت زیرساخت جدید نمونههایی از متغیرهای تصمیمگیری را تشکیل میدهند. سپس، این متغیرها در یک تحلیل بهینهسازی وارد میشوند تا با در نظرگیری محدودیتهای مالی، تابآوری زیرساختها را بیشینه نمایند. بنابراین، چارچوب ارائهشده در این پژوهش یک سیستم پشتیبانی تصمیم را فراهم میکند که میتواند سیاستهای مختلف را ارزیابی و بهینه نماید. در انتهای پژوهش، چارچوب پیشنهادی برای یک سیستم فرضی از زیرساختها پیادهسازی میشود.
.2 مرور ادبیات فنی
در این بخش بهطور خلاصه به سه موضوع مهم در بحث تابآوری تحت عناوین تعریف تابآوری، کمی سازی تابآوری، و شاخصهای تابآوری پرداخته خواهد شد.
2؟1؟ تعریف تابآوری
اولین تعریف از تابآوری در سال 1973 مطرح شد. هولینگ [12] تابآوری را بهعنوان شاخصی از توان سیستم برای جذب و مقاومت در برابر آشفتگی تعریف کرد. این تعریف تنها بر یک جنبه تابآوری، یعنی مقاومت تأکید دارد. تعریف بعدی که ساختار ادبیات فنی تابآوری را ایجاد کرد در سال 1981 مطرح شد. تیمرمن[13] 2 تابآوری را بهعنوان توانایی سیستم در جذب و بازیابی از یک رویداد خطر تعریف کرد. این تعریف علاوه بر بعد مقاومت، بر توانایی جامعه در بازیابی سریع و مؤثر در برابر خطرات نیز تأکید دارد. تعاریفی که پس از آن مطرح شدندعموماً تحت تأثیر تعریف ارائهشده توسط تیمرمن [13] بودهاند. همهی تعاریف بر دو جنبه اصلی تابآوری تأکید دارند: توانایی سیستم برای مقاومت در برابر خطرات، استواری، و بازیابی سریع و مؤثر، بازیابی.
کمیسازی تابآوری
در سال 2003 برونو و همکاران [2] یک چارچوب توصیفی جامع برای تابآوری ارائه نمودند که همچنان در بین جامعه مهندسی محبوبترین تعریف است .[1] طبق برونو و همکاران [2]، تابآوری دارای چهار شاخصه است: - 1 - استواری، توانایی مقابله در برابر خطرات، - 2 - سرعت، توانایی بازیابی سریع به عملکرد مطلوب، - 3 - افزونگی، بدین معنا که تا چه میزان المانهای سیستم قابل تعویض با یکدیگر هستند، و - 4 - کاردانی، توانایی سیستم در تشخیص خرابیها، گرفتن تصمیمات صحیح و سریع، و تخصیص بهینه منابع. علاوه بر آن تابآوری چهار بعد مختلف به هم مرتبط را شامل میشود: - 1 - فنی، توانایی زیرساخت در عملکرد مطلوب در برابر خطرات، - 2 - سازمانی، ظرفیت و توان مدیریتی سیستم جهت اخذ تصمیمات مناسب بهمنظور رسیدن به چهار شاخصه تابآوری، - 3 - اجتماعی، بیانگر اثرات خطر بر جامعه به دلیل قطع خدمتدهی خدمات حیاتی، و - 4 - اقتصادی، ظرفیت سیستم در کاهش کلیه هزینههای مستقیم و غیرمستقیم.
درنتیجه، یک سیستم تاب آور دارای سه ویژگی کلی است: احتمال خرابی کمتر، مدتزمان بازیابی کمتر، و پیامدهای کمتر. بر اساس چارچوب ارائهشده توسط برونو و همکاران [2]، چنگ1 و شینوزوکا[14] 2 یک چارچوب کمیسازی تابآوری ارائه نمودند که قابلیت بهکارگیری برای انواع زیرساختها را دارد. در چارچوب آنان، کارکرد سیستم، Q، بر مبنای خسارتها و مدتزمان بازیابی ارزیابی میشود. سیملارو3 و همکاران [15] تابآوری را به صورت مساحت نرمال شده زیر منحنی عملکرد تعریف نمودند. همانطور که در شکل 1 نشان دادهشده است، عملکرد سیستم تا لحظه وقوع خطر در t0 بدون تغییر باقی میماند و پسازآن بهطور ناگهانی افت میکند.
سپس فرایند بازیابی شروعشده و پس از یک دوره زمانی TRE عملکرد سیستم به وضعیت مطلوب بازمیگردد. زمان کنترلی، TLC، مدتزمانی است که تحلیل برای آن انجام میشود کهمعمولاً یک سال در نظر گرفته میشود. بر اساس پژوهش سیملارو و همکاران [15]، تابآوری از طریق معادله زیر محاسبه میشود که بیانگر مساحت هاشور خورده در شکل 1 است. در سال 2012، اویانگ و همکاران [11]، یک چارچوب سه مرحلهای تحلیل تابآوری ارائه دادند. این سه مرحله عبارتاند از ظرفیت مقاومت، ظرفیت جذب، و ظرفیت بازیابی. در این پژوهش شاخص میانگی شبکه[5] 4 بهعنوان شاخص عملکرد سیستم تعریف میشود.
در این پژوهش با شبیهسازی خطرات در یک بازه زمانی و انتگرالگیری از شاخص عملکرد معیاری از تابآوری به دست میآید. این پژوهش قادر به آن است تا وقوع چندین خطر را در نظر گرفته و اثرات متقابل آنها را محاسبه نماید. این پژوهش تنها بعد فنی تابآوری را موردبررسی قرار میدهد و سایر ابعاد اجتماعی و سازمانی را در نظر نمیگیرد. علاوه بر آن، در این پژوهش وابستگی میان زیرساختها نیز در نظر گرفته نمیشود. روشهای دیگری نیز برای کمیسازی تابآوری به کار گرفتهشده است ازجمله: تئوری گراف، منطق فازی، روشهای احتمالاتی، و تئوری آنتروپی .[16]
شاخصهای تابآوری
با توجه به ماهیت چندبعدی تابآوری که شامل ابعاد مختلف فنی، سازمانی، اجتماعی، و اقتصادی میشود، شاخصهای متعددی برای سنجش هریک مطرح شدهاند .[17] برای زیرساختها برحسب نوع زیرساخت و عملکرد آن معیارهای متعددی بیانشدهاند. برای مثال، میلر-هوکس5 و همکاران [18] تابآوری شبکه حملونقل را بر اساس بیشترین جریان مورد انتظار درون شبکه کمیسازی کردهاند. شینوزوکا و همکاران [6] میزان تولید برق را بهعنوان معیار تابآوری سیستم برق در نظر گرفتند. برای جنبه اجتماعی تابآوری نیز شاخصهای متعددی تعریفشدهاند.
