Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur

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1 Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur Bochum Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Sissis Kamarianakis

2 - Welches Verfahren? Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur

3 Zielsetzungen Beschreibung und kritische Analyse des Planungsprozesses von Großvorhaben, Beschreibung der entscheidungstheoretischen th ti h Grundlagen, Beschreibung der unscharfen und unsicheren Informationen bei Entscheidungen, Erarbeitung eines s unter Berücksichtigung ganzheitlicher Kriterien, Analyse eines konkreten Entscheidungsprozesses unter Berücksichtigung des ganzheitlichen Entscheidermodells. Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 3

4 Analytic Hierarchy Process - AHP Entwicklung in den 70er Jahren durch Thomas L. Saaty analytisch arbeiten (mathematische Modelle) Aufbau einer Hierarchie Ebenenbildung (Ziel, Kriterien, n) Entscheidung als Prozess (Strukturierung und Analyse der Entscheidungen) Charakteristikum: qualitativ und quantitativ einsetzbar 9-Punkte Bewertungsskala Oberziel Entscheidungsproblem Hauptkriterien. Ebene Kriterium Kriterium Kriterium n Subkriterien. Ebene Subkriterien n-teebene Kriterium. n n Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 4

5 Analytic Hierarchy Process - AHP Vergleich der Kriterien (untereinander) Definition Interpretation Gleiche Bedeutung Beide verglichenen Elemente haben die gleiche Bedeutung für das nächsthöhere Element Etwas größere Bedeutung Erheblich größere Bedeutung Sehr viel größere Bedeutung Erfahrung und Einschätzung sprechen für eine etwas größere Bedeutung eines Elements im Vergleich zu einem anderen. Erfahrung und Einschätzung sprechen für eine erheblich größere Bedeutung eines Elements im Vergleich zu einem anderen. Die sehr viel größere Bedeutung eines Elements hat sich in der Vergangenheit klar gezeigt. 9 Stark dominierend Es handelt sich um den größtmöglichen Bedeutungsunterschied zwischen zwei Elementen., 4, 6, Zwischenwerte 8 Entscheidungsproblem Kriterium Kriterium Kriterium n Kriterium. n Vergleich der n quantitativ 9-Punkte Skala qualitativ Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 5

6 Analytic Hierarchy Process - AHP Berechnung der Kriteriengewichte Kriterium Entscheidungsproblem Kriterium Kriterium n Kriterium. n Konsistenzprüfung Aufgrund Wertevergabe kann es zu Inkonsistenz kommen z.b. A 3x wichtiger als B, B x wichtiger als C und A 3x wichtiger als C (wobei es eigentlich 6x sein müsste) CI = (λ max n) / (n ) CR = CI / RI Anzahl der Kriterien e RI-Wert 0,00 0,58 0,90,,4,3,4,45,49 Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 6

7 Analytic Hierarchy Process - AHP Bewertung der n Kriterium Entscheidungsproblem Kriterium Kriterium n w rel i w n w n Jeder Gewichtungsvektor wird für jede Kriterium. n ebenenübergreifend miteinander multipliziert, so dass eine normierte Gesamtgewichtung berechnet wird (00%). Sensitivitätsanalyse Veränderung einzelner Kriterien Konkretes Beispiel folgt Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 7

8 Grundlagen Unschärfe Unscharfe Zahlen, μa x, 0, Verknüpfung AHP mit Fuzzy A (x) α-schnitt 0 l m r 3 Nutzung eines Alpha-Cut α und eines Optimismus-Index λ l α r α Theorie e von Cheng et al. Ergebnisse können in Abhängigkeit des Optimismus-Index und Alpha-Cuts dargestellt werden Die Theorie stellt für einen Entscheider leicht zu verstehende Bandbreiten zur Verfügung Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 8

9 Risikobewertung/Monte Carlo Simulation Identifizierung von risikobehafteter Komponenten Schätzung der Verteilungen Zufallszahlen werden generiert bzw. gezogen Integration von Expertenbefragungen Darstellung von Eintrittswahrscheinlichkeiten Darstellung von Auswirkungen bestimmter Größen re Daten Unsiche Modellierung der risikobasierten Daten Output in Form von Dichtefunktionen und kumulativen Kurven Risikobeh handlung Decision Model Anpassung der Daten Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 9

10 DEMUS Decision Analysis Modell für unterirdische Infrastruktur (DEMUS) Phase : Projektanalyse Phase : Fuzzy- und risikobasierte Datenstrukturanalyse Phase 3: DEMUS² - Software-Analyse Gesamtbewertung der nwahl Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 0

11 Phase 3: DEMUS² - Software-Analyse Eingabe scharf Eingabe der Daten AHP-Skala Paarvergleiche Normiertes Ergebnis Normiertes Ergebnis Zu bewertende Kriterien Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur

12 Projekt Lotter Straße Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur

13 Projekthierarchie Lebenszykluskosten Initialkosten Folgekosten Erneu uerung eines Mischwasserk kanals Ökonomische Kriterien Ökologische Kriterien Indirekte Kosten Soziale Kosten Mehrkosten Risiko Emissionen Wasser Reststoffmengen Ressourcenverbrauch Boden Natur Bauzeit Verkehrsumleitung Beeinflussung Einzelhandel Substanzverlust Straße Beschädigung Bewuchs Arbeitssicherheit Menschliche Faktoren Erschütterungen Lärm Luftverunreinigungen Grundwasserabsenkung Grundwasserbelastung Oberflächenwasser Sonderabfälle Deponieraum Bodenaushub Energieverbauch Ausbruchmaterial Flächeninanspruchnahme Verbrauch min./nat. Rohstoffe Geländeverformung Veränderung Bodenmatrix Sto ollenbauweis se Offene Bauw weise 57,3 % 4,7 % Technische Kriterien Baulogistik Baugrund Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 3

14 Sensitivitätsanalyse Rangwechsel bei ca. 68% Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 4

15 Ergebnisse mit Fuzzy und Risikoanalyse Nacheinander werden die einzelnen Aspekte hinzugefügt. Risikobasierte Initialkosten und Mehrkosten. Folgekosten (Präferenz OB) + Bauzeit 3. Zusätzlich qualitative unscharfe Kriterienvergleiche der.,. und 3. Ebene (mit LZK),0 Geschlossene Bauweise 0,9 Offene Bauweise Alpha Cut 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0 0, 0, 0,0 0,47 0,48 0,49 0,50 0,5 0,5 0,53 Gewichtung der n Szenario OB 0%/GB 90% Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 5

16 und Berücksichtigung von führt zu differenzierten Ergebnissen Qualität der Informationen lässt sich festlegen Erhöhung der Transparenz und der Akzeptanz Perspektiven der Entscheider darstellbar Nutzung des Modells in der Planungsphase befindlicher Projekte Aufbau von Datenbanken, Kriterienkataloge Erweiterung der Fragestellung z.b. um den Aspekt Lebenszykluskosten (Integration der Ergebnisse von Vogt) Erweiterung des risikoanalytischen Ansatzes (Integration von Nutzer- und Bauwerksrisiken) Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 6

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 7

18 nbewertung nvergleiche Kriterien Bewertung mit AHP- Skala bzw. Daten * Offene Bauweise [in %] Stollenbauweise [in %] Mehrkosten Risiko Dateneingabe 6,70 83,30 Natur 3 5,00 75,00 Bauzeit Dateneingabe 55,60 44,40 Baulogistik Baugrund Initialkosten Folgekosten Verkehrsumleitung Dateneingabe Dateneingabe 50,0 0,00 Beeinflussung Einzelhandel 0,0000 Beschädigung Bewuchs Arbeitssicherheit Menschliche Faktoren Erschütterungen 33,33 49,99 90,00 80,0000 Substanzwertverlust Straße Lärm Luftverunreinigungen Grundwasserabsenkung Grundwasserbelastung Oberflächenwasser 0,00 5,00 Sonderabfälle 33,33 Deponieraum 33,33 Bodenaushub Energieverbrauch Ausbruchmaterial 33,33 35,80 33,33 Flächeninanspruchnahme 33,33 Verbrauch min./nat. Rohstoffe Geländeverformung 66,67 Veränderung Bodenmatrix 33,33 Gesamtbewertung nach DEMUS² Gesamtbewertung nach DEMUS² * Grüner Wert = Präferenz Stollenbauweise Roter Wert = Präferenz Offene Bauweise Wert = Keine Präferenz 66,67 80,00 75,00 66,67 66,67 66,67 64,0 66,67 66, ,33 66,67 4,9 57,8 Ein multikriterielles, fuzzy- und risikobasiertes Decision Analysis Modell am Beispiel der Planung unterirdischer Infrastruktur 8