Using Multi-Objective Optimization To Maximize Multiple Benefits For Sustainable Drainage Design

For many years, drainage design was mainly about providing sufficient network capacity. This traditional approach had been successful with the aid of computer software and technical guidance. However, the drainage design criteria had been evolving due to rapid population growth, urbanisation, climate change and increasing sustainability awareness. Sustainable drainage systems that bring benefits in addition to water management have been recommended as better alternatives to conventional pipes and storages. Although the concepts and good practice guidance had already been communicated to decision makers and public for years, network capacity still remains a key design focus in many circumstances while the additional benefits are generally considered secondary only. Yet, the picture is changing. The industry begins to realise that delivering multiple benefits should be given the top priority while the drainage service can be considered a secondary benefit instead. The shift in focus means the industry has to adapt to new design challenges. New guidance and computer software are needed to assist decision makers. For this purpose, we developed a new decision support system. The system consists of two main components – a multi-criteria evaluation framework for drainage systems and a multi-objective optimisation tool. Users can systematically quantify the performance, life-cycle costs and benefits of different drainage systems using the evaluation framework. The optimisation tool can assist users to determine combinations of design parameters such as the sizes, order and type of drainage components that maximise multiple benefits. In this paper, we will focus on the optimisation component of the decision support framework. The optimisation problem formation, parameters and general configuration will be discussed. We will also look at the sensitivity of individual variables and the benchmark results obtained using common multi-objective optimisation algorithms. The work described here is the output of an EngD project funded by EPSRC and XP Solutions.

Optimization Of Groundwater Remediation With New Efficient Parallel Algorithm For Global Optimization

Application of optimization algorithm to PDE modeling groundwater remediation can greatly reduce remediation cost. However, groundwater remediation analysis requires a computational expensive simulation, therefore, effective parallel optimization could potentially greatly reduce computational expense. The optimization algorithm used in this research is Parallel Stochastic radial basis function. This is designed for global optimization of computationally expensive functions with multiple local optima and it does not require derivatives. In each iteration of the algorithm, an RBF is updated based on all the evaluated points in order to approximate expensive function. Then the new RBF surface is used to generate the next set of points, which will be distributed to multiple processors for evaluation. The criteria of selection of next function evaluation points are estimated function value and distance from all the points known. Algorithms created for serial computing are not necessarily efficient in parallel so Parallel Stochastic RBF is different algorithm from its serial ancestor. The application for two Groundwater Superfund Remediation sites, Umatilla Chemical Depot, and Former Blaine Naval Ammunition Depot. In the study, the formulation adopted treats pumping rates as decision variables in order to remove plume of contaminated groundwater. Groundwater flow and contamination transport is simulated with MODFLOW-MT3DMS. For both problems, computation takes a large amount of CPU time, especially for Blaine problem, which requires nearly fifty minutes for a simulation for a single set of decision variables. Thus, efficient algorithm and powerful computing resource are essential in both cases. The results are discussed in terms of parallel computing metrics i.e. speedup and efficiency. We find that with use of up to 24 parallel processors, the results of the parallel Stochastic RBF algorithm are excellent with speed up efficiencies close to or exceeding 100%.

A Diagnostic Assessment Of Evolutionary Multiobjective Optimization For Water Resources Systems

This study contributes a rigorous diagnostic assessment of state-of-the-art multiobjective evolutionary algorithms (MOEAs) and highlights key advances that the water resources field can exploit to better discover the critical tradeoffs constraining our systems. This study provides the most comprehensive diagnostic assessment of MOEAs for water resources to date, exploiting more than 100,000 MOEA runs and trillions of design evaluations. The diagnostic assessment measures the effectiveness, efficiency, reliability, and controllability of ten benchmark MOEAs for a representative suite of water resources applications addressing rainfall-runoff calibration, long-term groundwater monitoring (LTM), and risk-based water supply portfolio planning. The suite of problems encompasses a range of challenging problem properties including (1) many-objective formulations with 4 or more objectives, (2) multi-modality (or false optima), (3) nonlinearity, (4) discreteness, (5) severe constraints, (6) stochastic objectives, and (7) non-separability (also called epistasis). The applications are representative of the dominant problem classes that have shaped the history of MOEAs in water resources and that will be dominant foci in the future. Recommendations are provided for which modern MOEAs should serve as tools and benchmarks in the future water resources literature.

Contribuição à implementação da coordenação modular da construção no Brasil

A Coordenação Modular pode ser entendida como a ordenação dos espaços na construção civil. Surgiu entre a Primeira (1914-1918) e a Segunda (1939-1945) Guerras Mundiais e contribuiu de forma fundamental na reconstrução de edificações residenciais nos países destruídos pela guerra, principalmente na Alemanha, em função da rapidez e da redução de custos proporcionadas pela sua utilização. A partir de então, muitos estudos surgiram, aprofundando o assunto e mostrando os imensos benefícios que a Coordenação Modular trouxe para a racionalização e a industrialização na construção civil em um grande número de países, sendo amplamente difundida e, hoje se sabe, utilizada. O Brasil foi um dos pioneiros, em nível mundial, a aprovar uma norma de Coordenação Modular, a NB-25R, em 1950, tendo os anos 70 e início dos 80 tomados por seus conceitos e estudos a respeito. Apesar disso, poucos objetivos foram alcançados mesmo com toda a promoção para a racionalização da construção. As atuais preocupações com as questões ambientais, de produtividade e de redução de custos no setor são aliados para uma retomada dos estudos de Coordenação Modular, que se mostra como um fator fundamental para que se traga à construção civil os benefícios que a industrialização trouxe a outros setores industriais. Foi realizado um levantamento histórico, em que são abordadas as questões relativas ao uso do módulo na arquitetura e sua evolução até a Coordenação Modular, os princípios e conceitos mais importantes de sua teoria e as ações realizadas em favor de sua implantação no Brasil As últimas ações identificadas foram as normas publicadas em 1982, pouco antes do fechamento do Banco Nacional da Habitação, até então o principal incentivador da Coordenação Modular. Em seguida a esse hiato de duas décadas em que ficou praticamente esquecida, estudou-se a situação atual da indústria da construção civil sob alguns aspectos e partiu-se em busca do que pode ser feito para a implementação da Coordenação Modular no país. Chegou-se à conclusão de que, apesar dos entraves existentes, o Programa Brasileiro de Produtividade e Qualidade no Habitat (PBQP-H) mostra-se como um instrumento propício para essa implementação, pois, além de contar com o suporte estatal, tem influência sobre todos os intervenientes da cadeia produtiva.

Planejamento estratégico da cadeia de suprimentos: uma contribuição aos modelos de decisões comprar/fazer através da aplicação de uma estrutura de análise de decisão no caso do Consórcio Modular em Resende

Trata das diferentes formas que uma empresa pode executar suas atividades na sua cadeia produtiva, quer seja pela integração vertical, pela terceirização, ou por uma estrutura intermediária denominada Supply Chain Manegement. Aborda os diferentes modelos de análise de terceirização das atividades a fim de atuar no planejamento da Cadeia de Suprimentos, para, em seguida, propor uma estrutura de análise na tomada de decisão comprar ou fazer. A estrutura proposta é aplicada no Consórcio Modular em Resende.

Sistema modular de gestão de águas residuárias domiciliares : uma opção mais sustentável para a gestão de resíduos líquidos

Sistemas convencionais de coleta e tratamento de esgotos domiciliares apresentam níveis de eficiência técnica e econômica nem sempre compatíveis com a realidade de alguns assentamentos humanos. A observação da história e da atualidade dos sistemas de tratamento e disposição dos esgotos, mostra uma permanente deficiência do tratamento dos resíduos líquidos. O estudo do uso da água e do ciclo hidrológico, ressalta a importância de que a intervenção humana neste ciclo se dê de forma sustentável. Um sistema que trate as águas servidas no local, e permita o aproveitamento dos poluentes destas águas na forma de insumos para a produção vegetal, devolvendo-as, purificadas para o ciclo hidrológico, pela evapotranspiração e infiltração no solo, certamente é mais sustentável que a maioria das soluções hoje adotadas. Neste trabalho, a partir de uma revisão bibliográfica sobre alternativas tecnológicas, é apresentado um estudo comparativo de diferentes sistemas de coleta e tratamento de esgotos tendo como variáveis de análise os custos de construção, operação e manutenção, a área necessária para a implantação do sistema, os volumes dos lodos e dos gases produzidos, e a qualidade do efluente do tratamento. O tratamento, em separado, das águas residuárias residenciais, apoia-se em vários estudos realizados nos últimos anos, em especial da microbiologia dos esgotos. Destacam-se os que apontam a eficiência do tratamento diretamente relacionada à concentração dos esgotos e justificam a separação das águas negras (descargas hídricas dos vasos sanitários), das cinzas (demais águas servidas) Os estudos para o tratamento das águas cinzas, especificamente, onde se demonstra que estas últimas não têm os elevados índices de poluição das águas negras, permitem tratamentos mais simplificados e econômicos. Estes fundamentos estão aplicados em um sistema modular com separação das águas (SMSA), proposto neste trabalho, um sistema de construção simples, que utiliza materiais comuns, que requer pouca manutenção e não necessita de energia externa para o seu funcionamento. Este sistema proporciona um tratamento final seguro, pela disposição dos efluentes previamente tratados, no leito de evapotranspiração e infiltração que, bem operado, pode oferecer um tratamento a nível terciário. Palavras-chave: saneamento; tratamentos

Modelagem e avaliação de um sistema modular para gerenciamento de informação na WEB

A Internet tem expandido a área de atuação das empresas aproximando mercados, empresas, pessoas e gerando mudanças significativas no paradigma das relações de trabalho. Juntamente, a chamada “revolução da informação” e a expansão da competitividade entre as empresas no mercado global ocasionaram um movimento de reformulação nas próprias estruturas administrativas das organizações de forma que a informação e o conhecimento passaram a ser vistos como recursos organizacionais tão importantes quanto a mão-de-obra ou a matéria-prima. Estas mudanças revolucionaram os mais diversos processos organizacionais, sobretudo aqueles relacionados com a gestão do conhecimento e da informação. Neste contexto, a problemática do gerenciamento de informação pode ser identificada como desafio crucial, o qual tem sido abordado tanto no cenário acadêmico quanto no cenário empresarial. Assim, o desenvolvimento de meios e métodos para operacionalização do gerenciamento de conteúdos é tema desta dissertação, que objetiva, através da aplicação da metodologia de pesquisa-ação, apresentar a descrição funcional um sistema modular para gerenciamento de conteúdo em ambiente web. Também são discutidos aspectos relacionados com a aplicação prática do sistema em diferentes websites, e realizada uma avaliação onde se constatou que os gestores estão satisfeitos, não apresentando dificuldade de uso, e ainda obtiveram resultados positivos com o uso da ferramenta.

A Modular and digitally programmable interface based on band-pass sigma-delta modulator for mixed-signal systems-on-chip

The focus of this thesis is to discuss the development and modeling of an interface architecture to be employed for interfacing analog signals in mixed-signal SOC. We claim that the approach that is going to be presented is able to achieve wide frequency range, and covers a large range of applications with constant performance, allied to digital configuration compatibility. Our primary assumptions are to use a fixed analog block and to promote application configurability in the digital domain, which leads to a mixed-signal interface. The use of a fixed analog block avoids the performance loss common to configurable analog blocks. The usage of configurability on the digital domain makes possible the use of all existing tools for high level design, simulation and synthesis to implement the target application, with very good performance prediction. The proposed approach utilizes the concept of frequency translation (mixing) of the input signal followed by its conversion to the ΣΔ domain, which makes possible the use of a fairly constant analog block, and also, a uniform treatment of input signal from DC to high frequencies. The programmability is performed in the ΣΔ digital domain where performance can be closely achieved according to application specification. The interface performance theoretical and simulation model are developed for design space exploration and for physical design support. Two prototypes are built and characterized to validate the proposed model and to implement some application examples. The usage of this interface as a multi-band parametric ADC and as a two channels analog multiplier and adder are shown. The multi-channel analog interface architecture is also presented. The characterization measurements support the main advantages of the approach proposed.

Estudo para a padronização das dimensões de unidades de alvenaria estrutural no Brasil através do uso da coordenação modular

Este estudo apresenta uma proposta para a padronização das dimensões de unidades de alvenaria estrutural no Brasil. Para isso, primeiramente são discutidos os benefícios da aplicação da teoria da coordenação modular na alvenaria estrutural, através da relação da coordenação modular com a arquitetura e da síntese dos seus princípios fundamentais. Tendo sempre o foco na padronização do componente modular e no seu uso em projetos coordenados modularmente. Em seguida, é apresentada a situação da alvenaria estrutural no Brasil e na Alemanha, observando principalmente o uso da coordenação modular, as características das unidades, do projeto e da execução nesse processo construtivo. Destacamse os problemas enfrentados no Brasil, onde adaptações do projeto arquitetônico de edifícios em concreto armado para projetos em alvenaria estrutural aumentam os custos e problemas no processo construtivo. A principal razão para isto é que as unidades de alvenaria não são coordenadas modularmente e necessitam rigorosa padronização. Assim, finalmente, a partir dos aspectos condicionantes para as dimensões das unidades de alvenaria estrutural é possível alcançar o objetivo central deste trabalho que é a sugestão à indústria brasileira de uma série de medidas preferidas para a padronização das dimensões de unidades de alvenaria estrutural no Brasil, apresentando os possíveis arranjos de paredes e elaborando um projeto piloto coordenado modularmente, sem que haja a restrição da liberdade criativa dos arquitetos.