Βέλτιστος επιτελεστικός πυροπροστατευτικός σχεδιασμός μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς

Abstract

The present PhD dissertation investigates and confronts one of the primary and major hazards for the built environment, fire. This hazard is even more exacerbated when the built environment includes historic buildings or cultural heritage items in general, as a result of the restrictions imposed and the special needs of them. To overcome this predicament, a methodology is developed in order to manage each case individually, in a way to simplify the problem, dividing it in its components. Fire is doubtless a complex and multifactorial phenomenon, which converts into a multi-criteria problem, when considered as a threat to the human structures. The complete clarification and analysis of all components is in most cases very difficult. The development of a model for this phenomenon, however, demands the best possible approach, in order to mathematically express the problem, given the fact that the inherent uncertainties of the components, lead to models whose results have to be carefully read. Expressing the problem in mathematical terms, make its further managing and finally solution, possible. Furthermore, the incorporation of innovative techniques from the field of applied mathematics assists the proposed model to acquire great potential and flexibility. The base of the proposed methodology is Analytical Hierarchy Process (AHP), through which the fire protection problem is transformed into a problem of Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA), quantifying both fire safety level and authenticity deterioration resulting from the implementation of various fire protection measures. The criteria taken into consideration include the demands, the special characteristics and specific features of historic buildings, the prioritization of the designer, owner and/or manager of the building(s), while the decisions refer to the implementation of the aforementioned measures. AHP is assisted by optimization algorithms, which ensure an optimized solution for each problem. In this context three basic optimization problems are being formulated, corresponding to many real situations, followed by the development of the solution-optimization models. Each model is applied in real case studies, the results of which are being presented and discussed.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή γίνεται προσπάθεια να διερευνηθεί και να αντιμετωπιστεί ένας από τους πρωταρχικούς και βασικούς κινδύνους του δομημένου περιβάλλοντος, η πυρκαγιά. Ο κίνδυνος δε αυτός, όταν το δομημένο περιβάλλον αφορά σε ιστορικά κτίρια ή γενικά σε αντικείμενα πολιτιστικής κληρονομιάς επιτείνεται, λόγω των περιορισμών και των εν γένει ειδικών απαιτήσεων αυτών. Τούτη ακριβώς η δυσκολία επιχειρείται να υπερκεραστεί μέσα από την ανάπτυξη μίας μεθοδολογίας που προσεγγίζει την κάθε περίπτωση ξεχωριστά, με έναν συγκεκριμένο και συντεταγμένο τρόπο, έτσι ώστε το πρόβλημα να απλοποιείται, διαιρούμενο στις επιμέρους συνιστώσες του. Η φωτιά είναι ένα πολυπαραγοντικό και πολύπλευρο φαινόμενο, το οποίο αντιμετωπιζόμενο ως κίνδυνος για τις ανθρώπινες κατασκευές συνιστά ένα πολυπαραμετρικό πρόβλημα. Ο πλήρης καθορισμός και ανάλυση όλων των επιμέρους παραμέτρων στις περισσότερες περιπτώσεις είναι εξαιρετικά δυσχερής. Η μοντελοποίηση ωστόσο του φαινομένου απαιτεί την καλύτερη δυνατή -έστω και απλοποιημένη- προσέγγιση ώστε να επιτευχθεί η μαθηματική διατύπωση του προβλήματος με δεδομένο ότι η ενυπάρχουσα αβεβαιότητα των συνιστωσών οδηγεί σε μοντέλα τα οποία επίσης ενέχουν γενικώς ένα βαθμό αβεβαιότητας. Έχοντας διατυπώσει το πρόβλημα με μαθηματικούς όρους, η περαιτέρω διαχείριση και τελικά επίλυσή του καθίσταται δυνατή. Χρησιμοποιώντας μάλιστα τα σύγχρονα εργαλεία που η επιστήμη των εφαρμοσμένων μαθηματικών παρέχει, το προτεινόμενο μοντέλο αποκτά μεγάλες δυνατότητες και ευελιξία. Η βάση της προτεινόμενης μεθοδολογίας είναι η Αναλυτική Ιεραρχική Μέθοδος (Analytical Hierarchy Process – AHP), η οποία επιστρατεύεται με σκοπό να εκφράσει το πρόβλημα της πυροπροστασίας ως ένα πρόβλημα πολυκριτηριακής ανάλυσης αποφάσεων (Multi-Criteria Decision Analysis, MCDA), ποσοτικοποιώντας τόσο το επίπεδο πυρασφάλειας όσο και την αλλοίωση της αυθεντικότητας που προκαλείται από την εφαρμογή των πυροπροστατευτικών μέτρων. Τα δε κριτήρια που υπεισέρχονται στο πρόβλημα περιλαμβάνουν τις απαιτήσεις, τα ειδικά χαρακτηριστικά και τις εν γένει ιδιαιτερότητες των ιστορικών κτιρίων, καθώς και τις προτεραιότητες που ο μελετητής, ο ιδιοκτήτης ή ο διαχειριστής του/των κτιρίου/ων θέτει, ενώ οι αποφάσεις αφορούν στα προτεινόμενα μέτρα πυροπροστασίας. Η AHP διανθίζεται και ολοκληρώνεται με αλγορίθμους βελτιστοποίησης, οι οποίοι εξασφαλίζουν ότι σε κάθε πρόβλημα θα δοθεί βελτιστοποιημένη λύση. Σε αυτό το πλαίσιο διατυπώνονται τρία βασικά προβλήματα βελτιστοποίησης, που αντιστοιχούν σε πολλές συναντώμενες στην πράξη περιπτώσεις, και αναπτύσσονται τα αντίστοιχα μοντέλα επίλυσης-βελτιστοποίησης, ενώ για κάθε μοντέλο παρουσιάζεται και η αντίστοιχη μελέτη περίπτωσης, τα αποτελέσματα των οποίων παρουσιάζονται και αναλύονται.