Metodología para el análisis y selección sostenible de alternativas en infraestructuras mediante la aplicación de métodos de decisión multicriterio con criterios en conflicto y en condiciones de incertidumbre
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Universidad de Granada
Departamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en Ingeniería CivilMateria
Infraestructuras Métodos de decisión multicriterio Sostenibilidad Infrastructures Multicriteria decision methods Sustainability
Fecha
2022Fecha lectura
2022-01-28Referencia bibliográfica
Muñoz Medina, María Belén. Metodología para el análisis y selección sostenible de alternativas en infraestructuras mediante la aplicación de métodos de decisión multicriterio con criterios en conflicto y en condiciones de incertidumbre. Granada: Universidad de Granada, 2022. [http://hdl.handle.net/10481/72876]
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Tesis Univ. Granada.Resumen
El desarrollo de los proyectos de infraestructuras requiere el análisis y selección de
varias alternativas que pueden dar solución al problema planteado. Para llevar a cabo este
proceso desde un punto de vista sostenible, en primer lugar, es necesario considerar todos los
criterios o requerimientos de sostenibilidad que pueden intervenir en el proyecto, así como
todas las alternativas que dan cumplimiento a dichos requerimientos. De igual forma, es
necesario determinar la importancia relativa de los criterios de selección y valorar dicha
importancia relativa a través de la ponderación de criterios. Por otra parte, la selección de
alternativas suele producirse en un entorno de incertidumbre, la cual aumenta la complejidad
de las decisiones a adoptar.
Los métodos de decisión multicriterio son herramientas que ayudan en el proceso de
selección de alternativas, al proporcionar un proceso sistemático en la toma de decisión, lo
cual, reduce la subjetividad del decisor y permite valorar de manera cuantitativa cada
alternativa según los criterios de selección. Pero los métodos de decisión multicriterio tienen
ciertas limitaciones e inconvenientes, entre éstas hay que destacar que la mayor parte de ellos
no consideran la correlación entre las variables que intervienen en el proceso. Por ello, en el
capítulo correspondiente se hace una revisión de los métodos de decisión multicriterio,
indicando sus ventajas, inconvenientes y principales aplicaciones.
En la presente investigación se identifican, en un primer momento los criterios de
sostenibilidad que intervienen en el proceso de selección de alternativas, y posteriormente se
profundiza en el estudio, aplicación y desarrollo de una metodología de decisión basada en la
determinación de cercanía o menor distancia a la denomina “solución ideal”, entendida ésta
como una solución ficticia que es la que mejor se comporta para cada criterio de decisión. Se
trata de determinar la alternativa cuya distancia matemática a la solución ideal sea la menor
posible, y obtener una clasificación de alternativas en función de dicha distancia, ordenadas de
la menor a mayor distancia a la solución ideal. Para considerar la correlación entre variables, se
propone una metodología de decisión basada en el concepto de distancia a la “solución ideal”
medida a través de la distancia de Mahalanobis, la cual tiene dos particularidades: considera la
correlación entre variables y es invariante a la escala. La metodología desarrollada consiste en
una modificación del método de decisión multicriterio VIKOR aplicando la distancia de
Mahalanobis para el cálculo de los valores S o R del método VIKOR tradicional.
Cualquier metodología basada en un método de decisión multicriterio debe ser
verificada mediante un análisis de robustez y un análisis de sensibilidad, siendo el primero de
ellos el que determina la validez del modelo para que la solución óptima lo sea realmente
entre un conjunto de soluciones. Mientras que el análisis de sensibilidad tiene como objetivo
estudiar y descubrir el grado de sensibilidad de la solución óptima ante cambios en los factores
o criterios esenciales. Para analizar la estabilidad de las soluciones proporcionadas por la
metodología desarrollada se realiza un análisis de sensibilidad consistente en modificar la ponderación inicial de los criterios de selección y determinar el número de cambios que se
producen en la clasificación de alternativas y, de esta forma determinar el criterio con mayor
coeficiente relativo de sensibilidad.
Por último, la metodología de selección desarrollada se aplica a la selección de
alternativas de dos tipos de infraestructuras diferentes. En primer lugar, a la selección de
alternativas de tipologías muros de contención en infraestructuras lineales, por el gran
impacto medioambiental que tienen sobre el entorno, tanto visual como de barrera. Y, en
segundo lugar, a la selección de la localización de aparcamientos disuasorios, al ser una
infraestructura determinante en los planes de movilidad urbana y en el establecimiento de
medidas de restricción del tráfico en el centro de las grandes ciudades para la reducción de
emisiones de gases contaminantes. Modern infrastructure projects require the analysis and selection of the best solution
from several alternatives which are a valid solution to the problem posed. To carry out this
process from a sustainable point of view, it is first of all essential to consider all the
sustainability requirements that may be relevant in the project, in order to develop all the
feasible alternatives that comply with these requirements. At the same time, it is crucial to
determine the relative importance of the selection criteria and to assess this relative
importance considering the weighting of criteria. On the other hand, the selection of
alternatives usually takes place in an environment of uncertainty, which increases the
complexity of the decisions to be taken.
Multicriteria decision methods are tools that help in the process of selecting
alternatives by providing a systematic decision-making process. The use of these methods
reduces the subjectivity of the decision-maker and allows each alternative to be evaluated
quantitatively, according to the set of selection criteria. However, multicriteria decision
methods have certain limitations and drawbacks, among which it should be noted that most of
them do not consider specifically the correlation between the variables considered in the
process. For this reason, all multi-criteria decision methods are studied in a specific chapter,
stating their advantages, disadvantages and main applications.
This research starts by identifying the sustainability criteria involved in the process of
selecting alternatives, and then continues with the study, application and development of a
decision methodology based on the determination of proximity (shortest distance) to the socalled
"ideal solution", understood as a fictitious solution which performs best for each
decision criterion. The aim is to determine the alternative whose mathematical distance to the
ideal solution is the smallest possible, and to obtain a ranking of alternatives according to this
distance, ordered from the shortest to the longest distance to the ideal solution. To consider
the correlation between variables- in the process, a decision methodology is proposed based
on the concept of distance to the "ideal solution", measured through the Mahalanobis
distance, which has the particularity that, in addition to considering the correlation between
variables, it is invariant to scale. Thus, the proposed methodology consists of a modification of
the VIKOR multi-criteria decision method by applying the Mahalanobis distance to calculate
the values of S or R variables of the traditional VIKOR method.
Any methodology based on a multicriteria decision method must be verified using both
a robustness and a sensitivity analysis, in which the former will determine the validity of the
model so that the optimal solution is indeed optimal among a given set of solutions. The latter
sensitivity analysis aims to study and discover the degree of sensitivity of the optimal solution
to changes in the essential factors or criteria. To analyze the stability of the solutions provided
by the methodology developed, a sensitivity analysis is carried out, consisting of modifying the initial weighting of the selection criteria and determining the number of changes that occur in
the ranking of alternatives and, in this way, determining the criterion with the highest relative
sensitivity coefficient.
Finally, the original proposed methodology is applied to the selection of alternatives
for two different infrastructure types. First, to the selection of best alternative for retaining
wall typologies in linear infrastructures, due to the considerable environmental impact they
have on the surroundings, both visually and as a barrier. Second, to the selection of the
optimal location of park and ride infrastructures, as they are a key infrastructure in urban
mobility plans and in the establishment of traffic restriction measures in city centers of large
metropolitan areas, when seeking to reduce pollutant gas emissions.