3 otázky: Maximalizace využití omezených dat pro zlepšení výkonu vozovek

Vozovky tvoří páteř našeho zastavěného prostředí. Ve Spojených státech je zpevněno téměř 2,8 milionu jízdních pruhů, což představuje zhruba 4,6 milionu jízdních pruhů v kilometrech. Denně slouží k dopravě do práce či školy, k přepravě zboží a mnoha dalším účelům.

Pro zajištění udržitelnější budoucnosti musíme pečlivě zvážit dlouhodobý výkon a environmentální dopady našich vozovek. Haoran Li, postdoktorand na MIT Concrete Sustainability Hub a na Katedře stavebního a environmentálního inženýrství, se intenzivně zabývá studiem toho, jak poskytnout zúčastněným stranám informace a nástroje, které potřebují k informovanému rozhodování o vozovek s ohledem na budoucnost. Zde hovoří o posouzení životního cyklu vozovek a o výzkumu MIT v oblasti udržitelnosti vozovek.

Otázka: Co je to posouzení životního cyklu a proč je důležité pro vozovky?

Odpověď: Posouzení životního cyklu (LCA) je metoda, která nám pomáhá komplexně posoudit environmentální dopady produktů a systémů během celého jejich životního cyklu – od dopadů surovin, přes výstavbu, užívání, údržbu a opravy až po konečnou demontáž. U vozovek až 78 % dopadu na životní cyklus pochází z fáze užívání, přičemž většina z nich pramení z používání paliva motorových vozidel ovlivněného vlastnostmi vozovky, jako je tuhost a hladkost. Tato fáze zahrnuje také sluneční světlo odrážející se od vozovek: světlejší, více odrazivá vozovka odráží teplo zpět do atmosféry místo jeho absorpce, což může pomoci udržovat blízké budovy a ulice chladnější. Současně existují pozitivní dopady fáze užívání, jako je příjem uhlíku – přirozený proces, při kterém cementové výrobky, jako jsou betonové silnice a infrastruktura, váží CO₂ (oxid uhličitý) z atmosféry. Vzhledem k rozsáhlé ploše našich vozovek nabízejí velký potenciál pro řešení v oblasti udržitelnosti. Na rozdíl od mnoha řešení dekarbonizace jsou vozovky spravovány vládními agenturami a ovlivňují emise z vozidel a okolních budov, což umožňuje koordinovaný tlak na udržitelnost prostřednictvím lepších materiálů, konstrukcí a údržby.

Otázka: Jaké jsou mezery v současných metodách a nástrojích pro posouzení životního cyklu vozovek a co MIT Concrete Sustainability Hub dosud udělal pro jejich řešení?

Odpověď: Klíčovou mezerou je složitost provádění LCA vozovek. Pracovníci by měli posoudit jak dlouhodobý konstrukční výkon, tak i environmentální dopady dlažebních materiálů, přičemž by měli zohlednit interakce vozovek se zastavěným prostředím. Další klíčovou mezerou je velká nejistota spojená s LCA vozovek. Vzhledem k tomu, že vozovky jsou navrženy tak, aby vydržely desítky let, je nutné řešit inherentní nejistotu prostřednictvím dlouhodobých hodnocení jejich výkonnosti.

Aby se vypořádal s těmito výzvami, MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) vyvinul inovativní metodu a praktické nástroje, které řeší intenzitu dat a nejistotu, a zároveň nabízejí kontextově specifické a pravděpodobnostní strategie LCA. Například jsme prokázali, že je možné dosáhnout smysluplných výsledků ohledně ekologicky preferovaných alternativ vozovek, a to při snížení úsilí o sběr dat zaměřením se na nejvlivnější a nejméně proměnlivé parametry. Zaměřením se na klíčové proměnné, které významně ovlivňují životní cyklus vozovky, můžeme zjednodušit proces a přesto získat robustní závěry. Celkově se snaha CSHub zaměřuje na zlepšení přesnosti a efektivity LCA vozovek, aby lépe odpovídaly skutečným podmínkám a byly zvládnutelnější z hlediska požadavků na data.

Otázka: Jak nová zjednodušená metoda posouzení životního cyklu vozovek od MIT Concrete Sustainability Hub zlepšuje předchozí návrhy?

Odpověď: CSHub nedávno vyvinul nový rámec pro zjednodušení jak pravděpodobnostních, tak komparativních LCA pro vozovky. Pravděpodobnostní LCA zohledňuje náhodnost a variabilitu dat, zatímco komparativní LCA umožňuje simultánní analýzu různých možností za účelem určení nejúspěšnější volby.

Jednou z klíčových inovací je použití strukturovaného přístupu k nedostatku dat, který upřednostňuje úsilí o sběr dat. V LCA vozovek může nedostatky v datech snížit celkovou zátěž sběru dat až o 85 %, což umožňuje spolehlivý rozhodovací proces s minimálními daty. Zaměřením se na nejdůležitější prvky můžeme stále dosáhnout robustních závěrů bez nutnosti rozsáhlého sběru dat.

Aby se tento rámec stal praktickým a přístupným, je integrován do online softwarového nástroje LCA. Tento nástroj usnadňuje používání praktikům, jako jsou oddělení dopravy a metropolitní plánovací organizace. Pomáhá jim identifikovat volby, které vedou k nejvýkonnějším, nejdéle trvajícím a nejekologičtějším vozokám. Některá z těchto řešení by mohla zahrnovat začlenění nízkouhlíkových betonových směsí, upřednostňování dlouhodobých údržbářských opatření a optimalizaci konstrukce geometrie vozovky za účelem snížení emisí skleníkových plynů v životním cyklu.

Celkově nová zjednodušená metoda LCA vozovek od CSHub významně zlepšuje efektivitu a přístupnost provádění LCA vozovek, což usnadňuje zúčastněným stranám informované rozhodování, které zlepšuje výkonnost a udržitelnost vozovek.