ارزیابی و اولویت‌بندی گره‌های حیاتی در شبکه‌های زیرساخت شهری باهدف افزایش تاب‌آوری در برابر بحران

Abstract

زمینه و هدف: زیرساخت‌های حیاتی همچون آب، برق و فاضلاب، به‌عنوان شریان‌های حیاتی جوامع مدرن، به‌شدت به هم وابسته‌اند. اختلال دریکی از این زیرساخت‌ها می‌تواند به‌صورت آبشاری بر سایر زیرساخت‌ها تأثیر گذاشته و کل سیستم را مختل می‌کند. ما در این پژوهش باهدف افزایش تاب‌آوری این شبکه‌های پیچیده در برابر بحران، به مدل‌سازی وابستگی‌های متقابل بین آن‌ها و اولویت‌بندی گره‌های حیاتی می‌پردازیم. روش: ما بر اساس داده‌های به دست آمده از یک مطالعه موردی در تحقیقات گذشته و با در نظر گرفتن ماهیت شبکه‌ای این زیرساخت‌ها با استفاده از روش‌های دیمتل [1]و روش ارزیابی ریشه[2]، نقاط حیاتی‌تر این شبکه‌ها را در جهت تقویت آنها شناسایی می‌کنیم. در این شبکه، 21 گره، گزینه‌های ما هستند و پنج معیار اصلی ظرفیت گره، گره تأمین، گره انتقال، ارتباط با سایر شبکه‌ها مثل ارتباطات و هزینه تعمیر و سه زیرمعیار از نوع زیرساخت برق، آب و فاضلاب موجود است که i شماره معیار اصلی است که زیرمعیارها به آن تعلق دارند. جهت استفاده از روش ارزیابی ریشه‌ها به‌منظور اولویت‌بندی گره‌ها، وزن معیارها را با استفاده از روش دیمتل به دست می‌آوریم. سپس با استفاده از روش ارزیابی ریشه به اولویت‌بندی گره‌های حیاتی در جهت تقویت شبکه‌های زیرساختی وابسته به یکدیگر در فاز قبل از بحران می‌پردازیم. یافته‌ها: نتایج استفاده از روش دیمتل در تعیین وزن نسبی هر معیار نشان می‌دهد که معیار ظرفیت گره بیشترین اهمیت را در تصمیم‌گیری دارد و درنتیجه، افزایش ظرفیت گره‌ها، تأثیر بسزایی در بهبود عملکرد سیستم خواهد داشت. همچنین، زیرمعیار برق در اغلب موارد، بیشترین وزن محلی را در بین زیرمعیارهای هر معیار اصلی دارد که اهمیت زیرساخت برق را در این مسئله تأیید می‌کند. با استفاده از این نتایج، می‌توان اولویت‌بندی پروژه‌های توسعه شبکه را انجام داده و منابع را به‌صورت بهینه تخصیص داد. رتبه‌بندی گره‌های حیاتی نشان می‌دهد که گره‌های حیاتی شناسایی‌شده در رتبه‌بندی، معمولاً گره‌هایی هستند که در چندین زیرساخت نقش کلیدی دارند یا وابستگی‌های زیادی به سایر گره‌ها دارند. این نشان می‌دهد که تقویت این گره‌ها می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی به بهبود عملکرد کل شبکه کمک کند. علاوه بر این، وابستگی‌های پیچیده بین زیرساخت‌های مختلف نشان می‌دهد که اختلال در یک زیرساخت می‌تواند تأثیر گسترده‌ای بر عملکرد زیرساخت‌های دیگر داشته باشد. بنابراین، رویکردی جامع برای تقویت زیرساخت‌ها ضروری است که در آن تمام وابستگی‌ها و تعاملات بین زیرساخت‌ها در نظر گرفته شود. پارامترهایی مانند ظرفیت، زمان تعمیر و هزینه تقویت نیز نقش مهمی در تعیین اهمیت گره‌ها دارند. گره‌هایی با ظرفیت بالا و زمان تعمیر کوتاه، اهمیت کمتری دارند، زیرا اختلال در آن‌ها به‌سرعت قابل جبران است. نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان می‌دهد که معیار ظرفیت گره، به‌عنوان تأثیرگذارترین عامل، نقش کلیدی در مدیریت و بهبود شبکه‌های زیرساختی داشت. نتایج حاصل از استفاده از روش ارزیابی ریشه نشان داد که گره‌هایی با ظرفیت بالا و تأثیر زیاد بر شبکه، ازجمله گره‌های شماره 5، 6، 13، و 15 به‌عنوان نقاط بحرانی شناخته شدند که نیازمند توجه و تقویت بیشتری هستند. این گره‌ها در صورت بروز خرابی، می‌توانند تأثیرات گسترده‌ای بر کل شبکه داشته باشند و بنابراین، اولویت‌بندی دقیق آن‌ها برای تخصیص منابع و اجرای برنامه‌های بهبوددهنده ضروری است. تقویت گره‌های شناسایی‌شده و بهینه‌سازی زیرساخت‌ها می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی تاب‌آوری و پایداری شبکه‌های زیرساختی بحرانی را افزایش دهد. چراکه شناخت و تحلیل وابستگی‌های متقابل بین گره‌های شبکه‌های زیرساختی آب، فاضلاب و برق برای بهبود پایداری و تاب‌آوری این شبکه‌ها ضروری است. با شناسایی گره‌های بحرانی و تقویت آن‌ها، می‌توان از وقوع اختلالات گسترده جلوگیری کرد و عملکرد پایدار شبکه را تضمین نمود. نتایج حاصل از این مطالعه به تصمیم‌گیرندگان کمک می‌کند تا با تخصیص بهینه منابع، تاب‌آوری زیرساخت‌های حیاتی را افزایش داده و جامعه را در برابر بحران‌ها مقاوم‌تر کنند. درنتیجه، برای افزایش تاب‌آوری شبکه زیرساخت، پیشنهاد می‌شود که منابع محدود برای تقویت زیرساخت‌ها بر روی گره‌های حیاتی شناسایی‌شده متمرکز شود. این گره‌ها معمولاً گره‌های انتقال یا تأسیسات اصلی هستند که اختلال در آن‌ها می‌تواند تأثیر گسترده‌ای بر کل شبکه داشته باشد. همچنین، باید به وابستگی‌های بین زیرساخت‌ها توجه ویژه شود و اقدامات لازم برای کاهش این وابستگی‌ها انجام شود.