JAHRESBERICHT - Institut für Baustatik und Konstruktion - ETH Zürich

FORSCHUNG
Entscheidungsfindung in Echtzeit
angesichts aufkommender Naturgefahren
Projektleitung: Prof. Dr. M.H. Faber
Mitarbeitende: A. Anders, K. Nishijima
Projektpartner: Schweizerischer Nationalfonds,
Bern
Infrastrukturen, Industrieanlagen und Gebäude werden
oft in Gegenden gebaut, in denen Natur ge fah ren
auftreten können. Aus ökonomischen sowie technischen
Gründen werden diese Konstruktionen normalerweise
nicht dafür entwickelt, die gesamte Band brei -
te an möglichen Stärkegraden von Natur er eignissen
stand zuhalten. Stattdessen wird als po ten tielle Stra te -
gie im Risikomanagement die Mög lich keit betrachtet,
die Anlage und die Menschen angesichts einer aufkommenden
Gefahr abzuschalten bzw. zu evakuieren.
Nennenswerte Beispiele, bei denen solche Strategien
bereits angewandt werden, sind: Raffinerien und stationäre
Bohrinseln, die tropischen Wirbelstürmen und
Tsunamis ausgesetzt sind.
Die Entscheidung, eine Industrieanlage abzuschal
ten und zu evakuieren, ist an sich mit einem
ho hen Risiko und gewöhnlich auch mit hohen Kos -
ten verbunden. Folglich sind Entscheidungen über
ver lustreduzierende Notmassnahmen (z.B. Eva ku -
ier ung, Abschaltung) bei aufkommenden Gefahren
kritisch. Diese sehr wichtigen Entscheidungen werden
oft nur von wenigen Personen in einem kurzen
Zeitrahmen getroffen und unterliegen Unsicher hei -
ten sowie unvollständigen Informationen. Daher
müs sen sie gut vorbereitet sein.
Die Hauptherausforderung dieses Projektes ist
es, theoretische sowie methodische Grundlagen zur
Unterstützung solcher Entscheidungen zu erstellen
und mathematische Modelle einzuführen um Kri te -
ri en zu erhalten, welche zur Einleitung optimaler
Mass nahmen führen. Die Entscheidung über optimale
Massnahmen muss dabei in Konsistenz mit
dem verfügbaren Wissen über die Ge fah ren und
deren potentiellen Konsequenzen getroffen werden.
Im ge wählten Ansatz wird zuerst das Ent schei -
dungs pro blem mithilfe der Preposterior-Analyse
[1] der Entscheidungstheorie formuliert und an -
schliessend mit der Optionspreistheorie der Finanz -
ma the ma tik in Verbindung gebracht. Nachdem das
Ent schei dungs problem formuliert ist, wird ein
Algo rith mus auf der Grundlage von Algorithmen
zur Be rech nung von Optionspreisen entwickelt.
Real Time Decision Support in the Face of
Evolving Natural Hazards
Building structures, infrastructure systems and industrial
facilities are often built and operated on locations
where natural hazard events may take place. Due
to economic and technical reasons, these engineered
systems are normally not designed to withstand the
entire range of intensities of natural hazards. Instead,
the possible decision to shut down operation and to
evacuate people and assets in the face of an emerging
hazard is considered as an option in the overall strategy
of risk management. Important examples where
such strategies are currently utilized include refineries
and fixed offshore platforms subject to tropical
cyclones and tsunamis, but also urban habitats and
public infrastructure subject to events such as storms,
floods, tsunamis, wildfires and volcanic eruptions.
The decision to evacuate a highly populated area
or to shut down an industrial facility is in itself associated
with significant risks and usually with high
costs. Thus decisions on emergency loss reduction
activities (e.g. evacuation, shut-down) in the face of
emerging hazards are critical. The relatively few but
highly important decisions which have to be taken by
just a few persons within a small time frame subject
to the uncertain and incomplete information available
in such situations must be well prepared.
The main challenge in the present research project
is to establish the theoretical and methodological
basis for supporting such decisions and mathematical
algorithms to derive criteria for commencement of
actions in consistency with the best available know -
ledge of the hazards and potential consequences. The
approach adopted is: firstly, to formulate the decision
problem on the basis of pre-posterior decision
analysis [1], which can be related to a variant of the
option pricing problem; having formulated the decision
problem, the algorithms are then developed
based on the algorithms for option pricing, which
have been investigated extensively in the field of
financial economics.
[1] Raiffa, H. and Schlaifer, R. (1961), Applied Sta tis ti -
cal Decision Theory, Cambridge: Cambridge Uni ver si ty
Press.
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