Multi-criteria decision tool for bridge monitoring

A complex discussion over the last few years has revealed the need to increase budgets to close the gap in maintaining bridge networks. Parallelly, the dichotomy between safety and economic gain has sparked a debate on bridge monitoring decision-making. To approach the complexity of this process, in the 88th Italian Superior Council of Public Works, the Minister of Sustainable Infrastructures and Mobility has developed guidelines. As a matter of fact, though, the guideline defined by the minister is strongly pushed towards a safety-based approach. In this regard, this thesis work aims at determining the most critical factors causing divergence between the two main stakeholders, the authority and the managing companies, and developing a methodology able to meet neglected managing drivers for both counterparties. First, the context will be introduced explaining the SHM characteristics. Then, the six levels defined by MIT will be deepened to question the basic narratives of the process and pave the way for possible developments. The literature stresses the urgency to promote further research in the field of network performance under uncertainty and to fill the gap between theory and practice by incorporating technical and economic indicators in life-cycle concepts. Indeed, the guideline neglects the pivotal role of technical, micro and macroeconomic outputs in the decision-making process leading to unprofitable long-term results. This crack in the framework highlights the need for a comprehensive evaluation tool to support the decision-making at Level 4 of the guidelines. So, to overcome these problems, this study presents an innovative Multi-Criteria Decision Tool to compare monitoring projects and correctly allocate budgets. The analysis will be developed as an intuitive indicator-based control following a multicriteria framework. This flexible tool is combined with the actual level-based approach to ensure the most efficient and strategic management of bridge networks throughout their design life. In conclusion, a fictitious case study is developed to apply the techniques in the context of a proof-of-concept. Tests are carried out in order to examine the framework’s performance in different situations so that criteria and relative weights could be set properly. The results will demonstrate the methodology to be intuitive, flexible, reliable and able to guide properly the decision-making process, optimizing monitoring activities for bridge networks, thus leading to cost savings and more efficient sustainability of the transportation infrastructure.

Un’accesa discussione negli ultimi anni ha rivelato la necessità di aumentare i budget per colmare il divario nella manutenzione delle reti di ponti. Parallelamente, la dicotomia tra sicurezza e guadagno economico ha scatenato un dibattito sul processo decisionale per l’adozione di sistemi di monitoraggio. Per affrontare la complessità di questo processo, nell'88° Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, il Ministero delle Infrastrutture e della Mobilità Sostenibili ha elaborato delle Linee Guida. Di fatto, però, la linea guida definita dal ministro è fortemente spinta verso un approccio in favore di sicurezza. A questo proposito, questo lavoro di tesi mira a determinare i fattori più critici che causano divergenze tra l'autorità e i gestori, e a sviluppare una metodologia in grado di incorporare i driver di gestione trascurati all’interno del processo di decision-making. Innanzitutto, verranno definite le caratteristiche del monitoraggio strutturale. Successivamente, verranno approfonditi i sei livelli definiti dal MIT al fine di mettere in discussione le fondamenta del processo e favorire possibili sviluppi. La letteratura sottolinea l'urgenza di promuovere la ricerca nel campo della resilienza della rete e di colmare il divario tra teoria e pratica incorporando indicatori tecnici ed economici nelle tematiche relative al ciclo di vita. In effetti, la linea guida trascura il ruolo centrale dei risultati tecnici, micro e macroeconomici nel processo decisionale. Questo porta a risultati non efficienti nel lungo periodo. Quindi, per ovviare a questi problemi, questo studio presenta un innovativo strumento decisionale multicriterio per confrontare i progetti di monitoraggio e allocare correttamente i budget sull’intera rete. L'analisi sarà sviluppata come uno strumento intuitivo basato su indicatori inseriti all’interno di un quadro multicriterio. Questo strumento flessibile è combinato con l'attuale approccio multi-livello ed aggiunge indicatori tecnici e socio-economici per garantire una gestione più strategica delle reti di ponti durante tutta la loro vita utile. In conclusione, viene sviluppato un caso di studio fittizio per applicare il metodo implementato. Successivamente, dei test vengono effettuati al fine di validare le prestazioni dello strumento in diverse situazioni, ed impostare correttamente i criteri e i relativi pesi. I risultati dimostreranno che la metodologia è intuitiva, flessibile, affidabile e in grado di guidare correttamente il processo decisionale, ottimizzando le attività di monitoraggio delle reti di ponti, portando così a un risparmio sui costi e a una più efficiente sostenibilità dell'infrastruttura di trasporto.