Оптимизация конструктивных решений дорожной одежды и искусственных сооружений на основе многокритериального анализа стоимости жизненного цикла долговечности ремонтопригодности и углеродного следа

Аннотация

Статья посвящена оптимизации конструктивных решений дорожной одежды и искусственных сооружений на основе многокритериального анализа стоимости жизненного цикла, долговечности, ремонтопригодности и углеродного следа в условиях перехода отрасли к контрактам жизненного цикла и климатическим ограничениям. Цель исследования заключается в разработке методологического и математического аппарата, позволяющего выбирать конструкции дорожных одежд и пролетных строений не по минимальной начальной сметной стоимости, а по интегральному критерию эффективности, агрегирующему экономические, технические и экологические показатели. Эмпирическую основу составили данные по 1240 участкам автомобильных дорог и 315 мостовым сооружениям в трех дорожно-климатических зонах за период 2010–2022 годов, включая результаты работы систем PMS, лабораторных испытаний материалов, сметную и эксплуатационную отчетность. Методология опирается на совмещение анализа стоимости жизненного цикла по схеме NPV при ставке дисконтирования 3-8% с оценкой углеродного следа по стандартам ISO 14040 «от колыбели до могилы», численным моделированием напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов и многокритериальной оптимизацией с использованием метода анализа иерархий и генетических алгоритмов. Показано, что традиционные асфальтобетонные, модифицированные и цементобетонные дорожные одежды формируют принципиально различные профили капитальных и эксплуатационных затрат, межремонтных сроков и выбросов CO2-эквивалента, при этом жесткие конструкции характеризуются более высоким первоначальным углеродным следом, но меньшим градиентом накопленных затрат. Для мостовых сооружений выявлено фундаментальное противоречие между снижением массы пролетного строения и ростом энергоемкости и углеродоемкости производства при переходе к высокопрочным сталям и композитам, частично компенсируемое высоким потенциалом рециклинга. Установлено, что увеличение начальных инвестиций на 15-20% при использовании оптимизированных конструкций и современных материалов способно снизить дисконтированную стоимость жизненного цикла на 30-40% и углеродный след до 25% за счет пролонгации межремонтных интервалов и уменьшения трудоемкости ремонтных операций. Формирование множества Парето-эффективных решений и расчет безразмерного интегрального индекса эффективности демонстрируют, что экологические показатели при учете полного жизненного цикла не вступают в противоречие с экономической рациональностью, а служат драйвером внедрения инновационных технологий. Сделан вывод о целесообразности интеграции разработанных алгоритмов в BIM-среды, цифровые двойники и системы управления активами для перехода от статического нормирования к динамическому управлению транспортной инфраструктурой на основе риск-ориентированных и климатически устойчивых стратегий.