Εφαρμογή μεθόδων επιχειρησιακής έρευνας για τη βέλτιστη σχεδίαση και λειτουργία δικτύων επαναχρησιμοποίησης και ανακύκλωσης δομικών υλ...

Abstract

As the growing amount of waste created by the construction industry poses severe environmental challenges, environmentally conscious construction processes have emerged as an issue of increasing importance for both the industry and society at large. The proper management of the construction and demolition (C&D) waste, which constitutes the major solid waste stream in the European Union (apart from mining and farm waste) appears to be of great merit. Aim of this thesis is the examination of different aspects regarding C&D waste management, by the development of innovative qualitative and quantitative methodologies. The thesis consists of two parts. In the first part, a holistic methodological framework is presented in order to manage effectively the generated waste flows from the construction and demolition activities. The decisions of the proposed framework examine different issues on C&D waste management during the entire lifecycle of construction projects and are classified in three levels: strategic, tactical and operational level. In the second part, the development of five novel integrated models for optimizing the reverse logistics processes of end-of-life (EOL) buildings/construction sites is presented. The critical decisions of the proposed models include among others: (i) the determination of the optimal deconstruction depth for each EOL construction site before the demolition process, and (ii) the design of an effective transportation and recovery network for shipping deconstruction products and waste from deconstruction/demolition sites to potential recyclers/customers and waste disposal sites. Finally, the development of a multiple objective mathematical programming model is presented. The purpose of this decision-support optimization methodology is the maximization of the total profit and the minimization of the required time, taking into account financial, environmental, regulatory and technological constraints. The applicability of the proposed models is illustrated on specific case studies and interesting managerial insights regarding the behavior of the optimal solutions are presented. Finally, the main conclusions and useful directions for future research are provided.

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η προσέγγιση του προβλήματος της διαχείρισης των παραγόμενων δομικών αποβλήτων μέσω της ανάπτυξης καινοτόμων και άμεσα εφαρμόσιμων ποιοτικών και ποσοτικών μεθοδολογιών, με γνώμονα την εφαρμογή, από πλευράς των επιχειρήσεων που δραστηριοποιούνται στον κατασκευαστικό τομέα, πολιτικών διαχείρισης των δομικών αποβλήτων, φιλικών προς το περιβάλλον και το ευρύτερο κοινωνικό σύνολο. Σε πρώτη φάση, αναπτύχθηκε ένα ολοκληρωμένο μεθοδολογικό πλαίσιο λήψης αποφάσεων για τη διαχείριση των παραγόμενων δομικών αποβλήτων από κατασκευαστικές εργασίες. Παράλληλα, για την καλύτερη αξιολόγηση των αποφάσεων, πραγματοποιήθηκε ταξινόμησή τους σε τρία ιεραρχικά επίπεδα: στρατηγικό, τακτικό και επιχειρησιακό επίπεδο. Σε δεύτερη φάση, αναπτύχθηκαν ποσοτικά πρότυπα βελτιστοποίησης για την υποστήριξη διαδικασιών λήψης αποφάσεων στο εξεταζόμενο ερευνητικό πεδίο. Ο στόχος της δεύτερης φάσης ήταν η βελτιστοποίηση της σχεδίασης και ανάπτυξης δικτύων αντίστροφων εφοδιαστικών αλυσίδων δομικών υλικών που παράγονται στη φάση της κατεδάφισης κατασκευών που βρίσκονται στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους, μέσω της εφαρμογής κατάλληλων μεθόδων επιχειρησιακής έρευνας. Τα πρότυπα που αναπτύχθηκαν επιδιώκουν τη μεγιστοποίηση του συνολικού κέρδους εξετάζοντας: (α) τη διαχείριση των εργασιών κατεδάφισης και τον καθορισμό των σταδίων εκτέλεσης των εργασιών επιλεκτικής αποδόμησης, με γνώμονα τη μέγιστη δυνατή ανάκτηση δομικών υλικών, (β) την ανάκτηση συγκεκριμένων δομικών υλικών κατά την εκτέλεση εργασιών αποσυναρμολόγησης κτιρίων, (γ) τη διαχείριση των παραγόμενων δομικών υλικών (διαχείριση εντός ή εκτός εργοταξίου) και (δ) την επιλογή των τελικών παραληπτών για τα παραγόμενα δομικά υλικά. Για το σύνολο των αποφάσεων λήφθηκαν υπόψη οικονομικά, τεχνολογικά περιβαλλοντικά και νομοθετικά κριτήρια. Τέλος, παρουσιάζεται η ανάπτυξη ενός προτύπου πολυκριτηριακού μαθηματικού προγραμματισμού (Multiple Objective Mathematical Programming), που είναι ειδική περίπτωση προβλημάτων προγραμματισμού στόχων (Goal Programming) με στόχο τη ταυτόχρονη και σταθμισμένη μεγιστοποίηση του συνολικού κέρδους του συστήματος και την ελαχιστοποίηση του απαιτούμενου χρόνου εκτέλεσης εργασιών για την ανάκτηση και διαχείριση των δομικών υλικών. Τα κυριότερα συμπεράσματα της διατριβής προέκυψαν από την ανάπτυξη των ποιοτικών και ποσοτικών μεθοδολογιών λήψης αποφάσεων σχετικά με τη διαχείριση των παραγόμενων δομικών υλικών και παρουσιάζονται στο τελευταίο κεφάλαιο τη διατριβής.