Cost estimation of large construction projects with dependent risks: a study on the Brenner Base Tunnel

Abstract

The realisation of large infrastructure projects appears as a challenging venture, not only from a technical point of view, but also in terms of methodical and effective cost evaluation. Moreover, numerous decisions throughout the phases of planning and construction, as well as during the project's service life, are firmly related to efforts to prevent, mitigate or address possible adverse events. The twofold requirement to quantify subjective perceptions of risks and to elaborate the resulting data in a mathematically consistent manner, may prove to be extremely demanding. The scope of the present study is to investigate, compare and propose methods for efficient acquisition and utilisation of information regarding risk and cost, in long-term and large-scale tunnelling projects. The developed methods should facilitate incorporating information, or lack thereof, into the risk analysis, in order to effectively treat uncertainty and to support decision-making. Also, they should be able to assist practitioners in aggregating all underlying risks and chances, so as to to solve a complex multi-dimensional problem, such as the estimation of the total cost. In particular, the present work focuses on the realistic representation of risk factors as individual cost elements and, consequently, on the formulation of a transparent computational setup, wherein these elements can be efficiently combined in order to yield reliable total cost estimates. Emphasis is drawn on quantitative decision-making under the-commonly encountered in singular undertakings-conditions of high uncertainty, complexity and partial information. The total cost is not viewed as a mere sum of fixed and independent values, but rather as the outcome of a stochastic framework, where risk fluctuations and dependencies are also considered. The conceptual model is inspired from and applied to the risk analysis of the Brenner Base Tunnel, one of the most important engineering projects being constructed nowadays in Europe.

Η υλοποίηση μεγάλων έργων υποδομής αποτελεί ένα απαιτητικό εγχείρημα, όχι μόνο από τεχνική άποψη, αλλά και ως προς τη μεθοδική και αποτελεσματική αποτίμηση του κόστους. Επιπλέον, πολλές αποφάσεις κατά τις φάσεις του σχεδιασμού και της κατασκευής, καθώς και κατά την διάρκεια ζωής του έργου, συνδέονται άρρηκτα με προσπάθειες να προληφθούν, να μετριαστούν και να αντιμετωπιστούν πιθανά δυσμενή ενδεχόμενα. Η διττή ανάγκη να ποσοτικοποιηθούν οι υποκειμενικές αντιλήψεις της επικινδυνότητας και να πραγματοποιηθεί η επεξεργασία των δεδομένων που προκύπτουν με μαθηματικά συνεπή τρόπο, μπορεί να αποβεί εξαιρετικά απαιτητική. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει, να συγκρίνει και να προτείνει μεθόδους για την αποτελεσματική απόκτηση και αξιοποίηση πληροφοριών σχετικά με την επικινδυνότητα και το κόστος, σε μακροπρόθεσμα και μεγάλης κλίμακας έργα σηράγγων. Οι μέθοδοι που αναπτύσσονται θα πρέπει να διευκολύνουν την ενσωμάτωση πληροφοριών (ή της έλλειψής τους) στην ανάλυση επικινδυνότητας, ώστε να αντιμετωπίζονται αποτελεσματικά οι αβεβαιότητες και να υποστηρίζεται η λήψη αποφάσεων. Επιπλέον, θα πρέπει να είναι σε θέση να βοηθούν τους επαγγελματίες στην άθροιση όλων των υποκείμενων κινδύνων και ευκαιριών, ώστε να επιλύεται ένα σύνθετο, πολυδιάστατο πρόβλημα, όπως είναι η εκτίμηση του συνολικού κόστους. Συγκεκριμένα, η παρούσα εργασία εστιάζει στην ρεαλιστική αναπαράσταση των παραγόντων επικινδυνότητας ως μεμονωμένα στοιχεία κόστους και, συνακόλουθα, στην διατύπωση ενός διάφανου υπολογιστικού πλαισίου όπου αυτά τα στοιχεία να μπορούν να συνδυάζονται αποτελεσματικά για να αποδίδουν αξιόπιστες εκτιμήσεις συνολικού κόστους. Έμφαση δίνεται στην ποσοτική λήψη αποφάσεων υπό συνθήκες υψηλής αβεβαιότητας, πολυπλοκότητας και ελλιπούς πληροφόρησης, που συνήθως συναντώνται σε μεμονωμένα εγχειρήματα. Το συνολικό κόστος δεν αντιμετωπίζεται ως απλό άθροισμα σταθερών και ανεξάρτητων τιμών, αλλά μάλλον ως το εξαγόμενο ενός στοχαστικού μοντέλου, όπου συνυπολογίζονται επίσης οι διακυμάνσεις και αλληλεξαρτήσεις των κινδύνων. Το εννοιολογικό μοντέλο προκύπτει ως έμπνευση αλλά και εφαρμόζεται στην ανάλυση επικινδυνότητας της Σήραγγας Βάσης του Μπρέννερ, ενός από τα σημαντικότερα έργα μηχανικής που κατασκευάζονται σήμερα στην Ευρώπη.