Содержание к диссертации
Введение
1. Транспортные модели досетевого и сетевого уровней в контексте стадийности транспортно градостроительного проектирования 12
1.1. Иерархическая структура и типология градостроительной документации и документации транспортного планирования 12
1.2. Обзор математических моделей досетевого и сетевого уровней в транспортно-градостроительном проектировании 16
1.3. Анализ методов досетевого моделирования, применяемых при разработке транспортно-градостроительной документации, и пути их совершенствования 32
1.4. Выводы по главе 1 42
2. Исследование математических моделей досетевого уровня 43
2.1. Общие положения 43
2.2. Построение транспортной модели досетевого уровня 44
2.3. Исследование зависимости затрат времени на передвижения на ГОТ от «воздушных» расстояний 58
2.4. Анализ закономерностей влияния различных факторов на показатели зависимости затрат времени на передвижения от «воздушных» расстояний 70
2.5. Определение графиков зависимости затрат времени на передвижения от «воздушных» расстояний для построения досетевых матриц корреспонденции 81
2.6. Выводы по главе 2 85
3. Применение методов досетевого моделирования для решения транспортно-градостроительных задач (на примере Санкт-Петербурга) 87
3.1. Усовершенствование схемы применения методов транспортно градостроительного моделирования с использованием моделей досетевого уровня
3.2. Задача диагностики системы ГОТ 91
3.2.1. Постановка задачи 91
3.2.2. Апробирование функционирования расчетного модуля 94
3.3. Задача распределения корреспонденции по видам транспорта (синтез укрупненных показателей системы ГОТ) 97
3.3.1. Постановка задачи 97
3.3.2. Методика моделирования распределения корреспонденции между видами общественного транспорта. Распределение суммарной пассажирской работы по видам ГОТ 103
3.3.3. Переход от объемов пассажирской работы к длинам сети 114
3.3.4. Апробирование функционирования расчетного модуля 119
3.4. Оценка социально-экономической эффективности от реализации мероприятий по развитию системы ГОТ в долгосрочной перспективе... 126
3.4.1. Методика определения социально-экономической эффективности 126
3.4.2. Расчет показателей эффективности на примере Санкт-Петербурга 129
3.5. Выводы по главе 3 134
Заключение 136
Список литературы
- Обзор математических моделей досетевого и сетевого уровней в транспортно-градостроительном проектировании
- Анализ методов досетевого моделирования, применяемых при разработке транспортно-градостроительной документации, и пути их совершенствования
- Исследование зависимости затрат времени на передвижения на ГОТ от «воздушных» расстояний
- Задача распределения корреспонденции по видам транспорта (синтез укрупненных показателей системы ГОТ)
Введение к работе
Актуальность исследования
Опыт многих европейских городов, столкнувшихся с серьезными проблемами организации передвижений в условиях высокого уровня автомобилизации, показывает, что оптимальной стратегией планирования в сфере транспорта является комплексный подход к развитию городских транспортных систем, при этом приоритетным во многих случаях становится развитие общественного транспорта. Современная ситуация в части развития транспортных систем городов России также характеризуется возрастанием роли общественного транспорта. Несмотря на бурный рост автомобилизации, значительная доля внутригородских передвижений в крупных и крупнейших городах России приходится на общественный транспорт.
В этом контексте совершенствование методов математического моделирования как инструмента принятия решений по развитию транспортных систем городов и, в частности, городского общественного транспорта (ГОТ), приобретает особую актуальность. Так, в классической (сетевой) схеме расчета межрайонных передвижений, используемой в моделях, подразумевается выбор корреспондентами районов прибытия исходя из возможностей сети. Но такой подход приемлем не во всех случаях, так как не всегда при определении спроса на передвижения можно ориентироваться на конфигурацию сети - ее построение является одной из основных целей разработки транспортно-градостроительных проектов. Таким образом, возникает потребность в использовании моделей, построенных на основе досетевого расчета матриц межрайонных передвижений (моделей досетевого уровня, досетевых моделей). В таких моделях в качестве исходной информации не используется геометрия сети и, соответственно, не учитывается влияние сетевых ограничений.
Цель диссертационного исследования - совершенствование математических моделей транспортных систем городов на основе досетевого расчета матриц межрайонных передвижений и разработка методического обеспечения, позволяющего совместно с моделями сетевого уровня осуществлять расчет параметров функционирования
систем ГОТ на предварительных этапах разработки градостроительной документации и документации транспортного планирования.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:
анализ области применения методов моделирования на основе досетевого расчета матриц в транспортно-градостроительном проектировании;
совершенствование методики моделирования в градостроительстве и транспортном планировании с использованием досетевого подхода;
построение математических моделей на основе досетевого расчета матриц для синтеза укрупненных параметров функционирования сети ГОТ при заданных параметрах размещения основных функциональных зон и диагностики системы ГОТ;
разработка методики оценки внесетевых сценариев развития городов.
Объект исследования
Объектом исследования являются транспортные системы крупных и крупнейших городов.
Предмет исследования
Предметом исследования являются математические модели транспортных систем городов.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что:
разработана методика совместного использования моделей сетевого и досетевого уровней, позволяющая осуществлять расчет параметров функционирования систем ГОТ при решении задач по развитию систем ГОТ в долгосрочной перспективе;
разработана методика оценки внесетевых сценариев развития городов с использованием досетевого моделирования;
получены теоретические зависимости затрат времени передвижения на ГОТ от «воздушных» расстояний.
Практическая значимость работы
Разработанные математические модели могут применяться для
решения следующих задач транспортно-градостроительного
проектирования в отношении систем городского общественного транспорта: задача диагностики системы ГОТ, задача распределения объемов работы и параметров сети между видами ГОТ (задача синтеза укрупненных параметров функционирования сети ГОТ).
Методы исследования
Для решения задач применены следующие методы исследования: методы статистической обработки результатов исследования, методы математического моделирования, методы натурных измерений, методы геоинформационного анализа.
Научные положения, выносимые на защиту:
обоснование области применения методов моделирования транспортных систем городов на основе досетевого расчета матриц в транспортно-градостроительном проектировании;
определение расчетных зависимостей затрат времени передвижения на ГОТ от «воздушных» расстояний;
методика совместного использования моделей сетевого и досетевого уровней в транспортно-градостроительном проектировании;
методы построения математической модели диагностики системы ГОТ;
методы построения математической модели синтеза укрупненных параметров функционирования сети ГОТ;
методика оценки внесетевых сценариев развития городов, таких как варианты направлений пространственного развития, функционального зонирования, а также варианты назначения скоростных параметров системы ГОТ в целом.
Публикации и апробация результатов работы
По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, среди которых 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Основные положения,
изложенные в диссертации, представлены на следующих научных конференциях:
-
Всероссийская конференция «Моделирование в задачах городской и региональной экономики». СПб, 2011.
-
18-я международная научно-практическая конференция «Социально-экономические проблемы развития и функционирования транспортных систем городов и зон их влияния». Екатеринбург, 2012.
-
20-я международная научно-практическая конференция «Социально-экономические проблемы развития и функционирования транспортных систем городов и зон их влияния». Екатеринбург, 2014.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, перечня использованной литературы, содержащего 159 наименований, а также двух приложений. Общий объем работы составляет 173 страницы, в т.ч. 137 страниц основного текста, 16 рисунков (включая схемы, графики, картограммы), 29 таблиц.
Обзор математических моделей досетевого и сетевого уровней в транспортно-градостроительном проектировании
При разработке градостроительной документации уровня генерального плана города, комплексных и отраслевых транспортных схем, так же как и при исследовании процессов функционально-пространственного развития крупных городов, применяются транспортно-градостроительные модели. Можно выделить два основных фактора, определяющих значимость математического моделирования при разработке транспортно-градостроительных проектов: 1) крупные градостроительные решения уникальны и необратимы по своей сути, поэтому принятие решений в этой области требует тщательной предварительной проработки; 2) транспортно-градостроительное проектирование осуществляется на перспективу, что невозможно без расчета прогнозных показателей. Важность таких исследований в масштабе города в целом определяется тем, что решения по трассировке линий общественного транспорта (в первую очередь, скоростного рельсового транспорта), а также по размещению обслуживающих предприятий, закрепленные в градостроительной документации, становятся основанием для выделения земельных участков и установления планировочных ограничений на весь срок действия документации. В связи с этим, транспортно-градостроительные модели являются не только инструментом совершенствования транспортной системы, но и одним из основных звеньев в решении целого спектра проблем, лежащих в сфере экономики недвижимости и связанных с эффективным развитием городских территорий. Например, методы моделирования находят свое применение при проведении массовой оценки городской территории и объектов недвижимости, а также при разработке генеральных и комплексных схем размещения объектов различных городских систем [71, 123].
Наиболее эффективно моделирование может использоваться при разработке генеральных планов и КТС крупных и крупнейших городов, особенно имеющих сложную планировочную структуру. Для больших, средних и малых городов необходимость в использовании численных методов должна определяться в каждом конкретном случае, исходя из особенностей планировочной структуры, положения города в системе расселения и в системе транспортных связей. Методики транспортных расчетов, выполняемых для генеральных планов и КТС, как правило, отличаются по своей детализации, несмотря на распространенную практику однотипного подхода к моделированию в рамках этих двух видов документации [102].
На уровне генерального плана зачастую достаточно ограничиться анализом укрупненной матрицы межрайонных корреспонденции. Как указывали известные специалисты в области урбанистики А.Э.Гутнов и В.Л.Глазычев, «использование очень сложных математических моделей неэффективно - слишком велики при этом затраты времени и средств на подготовительные работы, так что традиционное проектирование при всех своих слабостях оказывалось в выигрышном положении. Напротив, относительно простые имитационные или оценочные модели, и, прежде всего транспортной доступности территорий, интенсивности их использования в жизни города, стали реальным и весьма эффективным, но вспомогательным средством при сопоставлении вариантов, формируемых более или менее традиционно» [32].
В отраслевых схемах развития транспортной инфраструктуры (комплексная транспортная схема, схема развития транспортно-логистического комплекса, схемы развития метрополитена, наземного общественного транспорта, воздушного транспорта, железнодорожного транспорта и т.д.), комплексных схемах организации движения, схемах транспортного обслуживания в рамках планировочных районов и отдельных объектов особую актуальность приобретает применение моделирования прежде всего для поиска решений по преодолению перегруженности улично-дорожной сети [10]. При этом отдельный блок моделей предназначен для имитации дорожного движения на УДС городов и в ее узлах [11], что напрямую не связано с градостроительным проектированием, но может использоваться при уточнении градостроительных решений.
Практически все используемые сегодня модели предназначены для анализа вариантов развития транспортной сети; проблема синтеза транспортных сетей в них затрагивается очень редко. Это связано с тем, что городская транспортная система при всей ее относительной автономности, является очень сложным объектом, развитие которого определяется множеством критериев и ограничений самого разнообразного и зачастую плохо формализуемого характера. Поэтому путем решения проблемы синтеза на практике является организация процесса целенаправленного выбора рационального варианта транспортной системы с использованием опыта эксперта-градостроителя, формирующего эти варианты для отбора [134].
Рассмотрим перечень задач и методов их решения, которые свойственны каждой стадии градостроительного и территориально-транспортного проектирования. Отметим при этом, что использование моделей обеспечивает научное обоснование предлагаемым проектным решениям, а необходимость в нем определяется сложившейся культурой проектирования. Хотя в последние годы наблюдаются попытки закрепления в нормативной и методической документации необходимости проведения модельных расчетов.
В ходе разработки генеральных планов городов для решения задач развития внешних связей требуется применение моделей, в которых используются закономерности формирования межселенных и межрегиональных транспортных потоков, а также моделей формирования агломерационных потоков. Существенное значение имеют модели, позволяющие оценить распределение объемов перевозок между видами транспорта - индивидуальным, общественным наземным и внеуличным. Для поиска решений по подключению внутригородской сети к сети внешних магистралей могут использоваться динамические модели, имитирующие движение в отдельных узлах, однако успешное моделирование потоков в узлах на стадии разработки генерального плана можно осуществить, как правило, только при наличии общегородской (агломерационной) транспортной модели [74, 75].
Анализ методов досетевого моделирования, применяемых при разработке транспортно-градостроительной документации, и пути их совершенствования
Для задания числа прибытий и отправлений на городском общественном транспорте необходимо построить систему транспортного районирования территории. Согласно [2], под районированием понимается процесс таксонирования, при котором идентифицируемые таксоны должны отвечать по меньшей мере двум критериям: критерию специфики данного таксона и критерию единства, целостности районируемых (идентифицируемых) элементов. Еще в 1973 году были сформулированы важнейшие принципы транспортного районирования, закрепившиеся на тот период в отечественной и зарубежной практике: автономность района, которая определяется относительной изоляцией его от прилагающих территорий (наличие соответствующих естественных и искусственных рубежей) и обеспеченностью доступности для значительной части внутрирайонных передвижений (следует стремиться к тому, чтобы все внутрирайонные передвижения были пешеходными); функциональная однородность использования территории района (преобладание жилой, общественной, либо промышленной застройки); размещение «центра тяжести» района на основных транспортных магистралях, что предопределяет их прохождение через центральную часть района, а не по его периферии [34]. Количество расчетных транспортных районов нормируется: в Руководстве по прогнозированию интенсивности движения на автомобильных дорогах [94] представлены рекомендации по назначению числа расчетных транспортных районов в городах (максимальное количество) в зависимости от уровня автомобилизации и численности населения. Оговоримся при этом, что указанный норматив относится в первую очередь к методике районирования для решения расчетных задач в сфере индивидуального транспорта, что не вполне применимо к задачам настоящей работы.
В процессе транспортного районирования желательно разбивать территории городов на районы таким образом, чтобы размеры каждого из них позволяли пренебречь объемами внутрирайонных передвижений, соблюдая при этом принцип, чтобы каждый из районов объединял территорию, тяготеющую к крупному транспортному узлу. Желательно также, чтобы система транспортного районирования поддерживала сетку административно-территориального деления: такой подход удобен для сбора статистической информации, а также для планирования и последующей территориальной «привязки» транспортно-градостроительных мероприятий по результатам моделирования. Система расчетных транспортных районов также должна быть согласована с системой планировочных образований, выделяемых в рамках градостроительного проекта, таких как планировочный район или планировочное направление [67, 70].
Не всегда очевиден вопрос, какие элементы планировочной структуры должны являться границами транспортных районов: очень часто в качестве границ выступают условные линии, проходящие между магистральными улицами, узлы которых являются характеристическими центрами транспортных районов. Расположение же самого характеристического центра (фокуса, центроида) транспортного района также не всегда подчинено сетке улично-дорожной сети; в случае, когда в качестве границ районов выступают магистральные улицы, характеристический центр может быть расположен в точке, равноудаленной от этих улиц либо смещен в центр наибольшего тяготения [19].
В качестве исходных данных, которые ставятся в соответствие каждому транспортному району, будем использовать данные по численности населения и количеству мест приложения труда. При учете численности населения нас будет интересовать прежде всего экономически активное население, участвующее в ежедневных передвижениях. К местам приложения труда кроме собственно рабочих мест необходимо отнести также и учебные места в высших и средних учебных заведениях; это связано с тем, что, в отличие от учащихся школ, для студентов этих учебных заведений, как правило, место учебы не связано с местом проживания, а это значит, что они участвуют в ежедневных передвижениях наряду с работающим населением.
Важным вопросом при построении транспортно-градостроительных моделей является определение ареала территории формирования модели, т.е. внешней границы системы транспортного районирования. При разработке модели досетевого уровня правильное формирование этого ареала имеет ключевое значение, так как построение матрицы, на которое не влияют сетевые параметры, возможно только в условиях замкнутой системы трудового тяготения. Система транспортного районирования обычно строится в пределах городской агломерации, под которой понимается группа близко расположенных городов, поселков и других населенных мест с тесными трудовыми, культурно-бытовыми и производственными связями, особое значение среди которых приобретают маятниковые поездки [72]. Необходимо отметить, что городская агломерация имеет поясную структуру. Например, в исследовании Петербургской агломерации выделены следующие пояса - структурные части агломерации [90]: ядро агломерации (собственно Санкт-Петербург как город в границах многоэтажной застройки); первый пояс поселений-спутников; второй пояс поселений-спутников; пояс разрежения зоны формирующего влияния агломерации; пояс периферийных городских ассоциаций зоны формирующего влияния агломерации. В соответствии с заданными границами проектирования в качестве внешних границ системы расчетных транспортных районов рассматриваемых городов в данной работе выбраны те пояса агломерации, которые позволят наиболее полно учесть все внутренние связи, влияющие на ежедневные передвижения населения, с учетом требуемой точности расчетов. Для учета внеагломерационных связей система районирования дополняется несколькими условными «внешними» районами (в терминологии [41] - «кордонами»), имитирующими связи с территорией, расположенной за пределами внешней границы системы расчетных транспортных районов. Таким образом, система становится полностью замкнутой, и обеспечивается баланс между численностью работающих и количеством мест приложения труда.
В целом же, как отмечают С.А.Ваксман, Ф.Г.Глик, В.Л.Швец [19], принципами транспортного районирования являются: универсальность с точки зрения решения разнохарактерных задач, перспективность (учет территориального развития), информативность (возможность использования отчетно-статистических данных, использования в организации и обработке результатов транспортных обследований), оптимальность для получения достоверных исходных данных при минимизации трудозатрат, увязка с административной и планировочной структурой города.
Исследование зависимости затрат времени на передвижения на ГОТ от «воздушных» расстояний
Для построения теоретической кривой с использованием степенной функции необходимо иметь две калибровочных точки, первая из которых соответствует дальности 1 км. Примем, что в любом городе передвижения на расстояние 1 км и меньше осуществляются пешком; также будем считать, что длительность корреспонденции в 1 км равна 20 мин (при скорости пешеходного движения 3 км/час; в условиях городской застройки с учетом возможных пересечений с улично-дорожной сетью). Отсюда, Т] = а 1 = а = 20 мин Вторая калибровочная точка определяется уравнением dT/dL (L=LmaJ = 60/Vmax, где Lmax - максимальная длина устойчиво наблюдаемых корреспонденции (например, половина Dmax - расстояние между максимально удаленными фокусами агломерации), км; Утах - скорость сообщения вида транспорта, максимальная из числа имеющихся видов ГОТ (примем, что корреспонденции длиной Lmax и выше будут реализовываться с использованием вида транспорта, имеющего максимальную скорость Vmax), км/ч. Продифференцировав, получим: Vmax = 60/ab Lmax ы (2.13) Далее решая трансцендентное уравнение (2.13) методом Ньютона, определяем параметр Ь, в результате чего можно найти: - max J- 1 J- max V A v Применение приведенных выше формул для нахождения зависимостей между затратами времени на передвижения по сети и расстоянием «по воздуху» для разных городов диктует необходимость использования следующих исходных данных: Vmax - скорость сообщения вида транспорта, максимальная из числа имеющихся видов ГОТ, км/ч; Dmax - расстояние между максимально удаленными фокусами (большее из двух измерений городской агломерации), км. Определив значение Ттах, можно вычислить значение параметра тяготения у: У = -ІП (Rmax) / Ттах, (2.15) где Rmax - доля корреспондентов, совершающих корреспонденции длиной Lmax и выше (для Петербурга приблизительно равна 0,001).
Строго говоря, параметр Rmax зависит от структуры города: для плотно застроенного города с небольшой пригородной зоной значение этого параметра больше, для города с ярко выраженным плотным ядром - меньше.
Необходимо особо отметить, что подбор параметров, базирующихся на размерах территории агломерации Dmax, условен, так как внешние границы агломерации во многом являются экспертными.
Результаты расчетов параметров а и Ъ для транспортных систем исследуемых городов приведены в таблице 2.7; в таблице 2.8 - то же, в сравнении с эмпирическими значениями (см. таблицу 2.5).
Петрозаводск 20 0,4662 17,6869 0,4950 Сравнение теоретических и эмпирических параметров аппроксимационных функций показывает, что при применении теоретического метода расчета сохраняется влияние планировочных и скоростных характеристик на значения параметров а и Ь, что может свидетельствовать о возможности применения теоретических зависимостей затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов при досетевом моделировании.
Для того, чтобы удостовериться в этом, вычислим коэффициенты корреляции между значениями объемов межрайонных корреспонденции, полученных с помощью сетевой и досетевой моделей (параметры а и b приняты на основании теоретических расчетов), а также между аналогичными значениями затрат времени на осуществление межрайонных корреспонденции на ГОТ. Коэффициенты корреляции вычислены по формуле (2.9). В результате имеем (таблица 2.9):
Как видно из приведенной таблицы, значения коэффициентов корреляции, определенные для затрат времени, ниже, чем для объемов межрайонных корреспонденции, что естественно, так как при формировании объемов корреспонденции определяющую роль играют жесткие ограничения на объемы отправлений и прибытий по транспортным районам, не допускающий значительный разброс значений. При расчете же матрицы затрат времени, напротив, возможен больший разброс значений для сетевой и досетевой матриц, который во многом определяется диапазоном допустимых скоростей передвижения по дугам. «Аномальное» же значение коэффициента корреляции, полученное для Сочи, может быть объяснено особенностью организации системы ГОТ в рамках линейной планировочной структуры, характеризующейся, в том числе, наличием сквозной железнодорожной линии со скоростями сообщения, заметно превышающими средние по городу. Тем не менее, полученные значения позволяют сделать вывод о возможности применения предлагаемого подхода к определению параметров аи Ь.
1. Предложенная методика расчета матриц межрайонных корреспонденции, затрат времени на осуществление межрайонных передвижений демонстрирует достаточно высокую степень достоверности полученных результатов при задании в качестве исходных данных только пространственного распределения объемов мест расселения и мест приложения труда.
2. В результате изучения зависимостей затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов выявлено, что параметры кривой, аппроксимирующей эти зависимости, могут быть поставлены в соответствие параметрам территории города (агломерации), плотности сети ГОТ, средней скорости сообщения по сети. 3. Результаты натурного обследования передвижений в Санкт-Петербурге показывают высокий уровень корреляции с расчетными значениями зависимостей затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов.
4. Сравнение теоретических и эмпирических параметров аппроксимационных функций, а также анализ коэффициентов корреляции, показывают возможность применения теоретических зависимостей затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов при досетевом моделировании.
5. Предлагаемый метод применения досетевых моделей совместно с использованием аппроксимационных функций зависимости затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов позволяет производить расчеты с достаточно высокой точностью и может применяться в рамках разработки проектов развития систем ГОТ в городах на долгосрочную перспективу.
6. Применение «досетевой» матрицы возможно, в том числе и для проведения сетевых расчетов, т.е. расчетная схема досетевого моделирования может быть элементом полного цикла, при котором матрица корреспонденции определяется досетевым способом. В то же время, модель досетевого уровня может выступать и самодостаточным инструментом градостроительного проектирования, например, для укрупненной оценки корреспонденции между планировочными районами в рамках разработки градостроительной документации.
Задача распределения корреспонденции по видам транспорта (синтез укрупненных показателей системы ГОТ)
Результатами досетевых расчетов являются укрупненные показатели функционирования системы ГОТ. Эти показатели включают в себя значения требуемых длин сети по видам ГОТ, которые определяются на основе заданных параметров аппроксимационных функций зависимости затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов. Параметры аппроксимационных функций, в свою очередь, предопределяют скоростные характеристики системы ГОТ в целом.
Поскольку на входе досетевой модели отсутствует сеть ГОТ, логичным представляется рассмотреть набор скоростных параметров системы ГОТ в качестве вариантов развития системы в целом. Выбор предпочтительного варианта в этом случае может быть основан на сравнении социально-экономических показателей. Значения показателей социально-экономической эффективности показывают, насколько затраты на развитие сети различных видов ГОТ компенсируются выгодами, получаемыми населением и хозяйственным комплексом города. В данной работе оценка социально-экономического эффекта, то есть выгоды от реализации мероприятий по развитию ГОТ в долгосрочной перспективе, базируется на расчете изменения средних затрат времени на передвижение пассажиров при осуществлении ежедневных поездок. При этом экономия времени пассажиров привязана к показателю средней почасовой оплаты труда.
Представленный подход к оценке эффективности используется достаточно давно, а попытки его совершенствования в последние годы обусловлены социально-экономическими изменениями конца XX - начала XIX века. Впервые вопрос о переводе в экономические категории основных параметров работы ГОТ, а именно затрат времени на передвижения и удобства пассажиров, был поставлен в 1932 году А.Х.Зильберталем в его работе «Трамвайное хозяйство» [38]. Признавая затраты времени на передвижение пассажиров в качестве основного фактора оценки социально-экономической эффективности, разные авторы предлагают различные подходы к нормированию этих затрат: в терминах заработной платы, национального дохода или капитальных вложений на замещение рабочего времени дополнительным вводом основных производственных фондов [7]. В то же время, математическая оценка экономической эффективности достаточно условна: А.Х.Зильберталь связал понятие эффективности с тем, «насколько высоко общество оценивает свое время и свои удобства» [38].
В то же время, оценивая социально-экономическую эффективность, нужно учитывать, что ее социальная составляющая может иметь значительный вес. Система ГОТ, являясь одновременно отраслью материального производства и элементом системы обслуживания, оказывает серьезное влияние на качество жизни населения, включая воздействие на окружающую среду [100]. В рассматриваемом случае, когда определяются параметры системы ГОТ на долгосрочную перспективу, важно правильно определить степень обобщения социально-экономических показателей, соответствующих точности применяемой досетевой модели.
Современные методики определения эффективности реализации транспортно-градостроительных проектов, включая ее социальную составляющую, базируются на методиках оценки инвестиционных проектов. Как известно, эффективность определяется отношением полученного результата к затратам на его получение. Как отмечает Э.А.Сафронов [100], структура социально-экономической эффективности предполагает непосредственный и сопутствующий эффекты. Доля сопутствующего эффекта составляет от 70 до 90%. При этом экономия времени на передвижения и снижение транспортной усталости являются основными составляют около 70% от него. Данная оценка подтверждает значительную роль показателя экономии времени. Роль стоимостной оценки времени, затраченного на перемещения, при определении эффективности, отмечается и Е.Ю.Мулеевым [64] на основе анализа отечественных и зарубежных научных публикаций.
С учетом вышесказанного, социально-экономическая эффективность от реализации транспортно-градостроительных проектов на долгосрочную перспективу может в упрощенном виде определяться как разница между строительно-эксплуатационными затратами и стоимостной оценкой от снижения затрат времени на передвижения. Для оценки эффективности с учетом временного фактора можно воспользоваться расчетом чистого дисконтированного дохода и индекса рентабельности инвестиций [9, 40], в котором аналогом инвестиционных вложений выступают строительно-эксплуатационные затраты, а аналогом доходов от инвестиций - стоимостная оценка от снижения затрат времени.
Чистый дисконтированный доход (NPV) определяется как сумма дисконтированных значений потока платежей, приведенных к сегодняшнему дню и показывает оценку эффекта от инвестиций с учетом разной временной стоимости денег. Прибыльной может быть признана инвестиция при значении NPV 0, убыточной - при NPV 0: (3.14) где 4 - инвестиции в развитие транспортной инфраструктуры, млн.руб.; В - эффект от реализации транспортно-градостроительных проектов, млн.руб.; t - индекс периода планирования, t=t0,..., Т; to - начальный период планирования; Т - последний период планирования; г - ставка дисконтирования; S - остаточная стоимость проекта, млн.руб. Индекс рентабельности инвестиций (PI) характеризует уровень приведенных доходов на единицу приведенных затрат и определяется как отношение суммы дисконтированного ожидаемого эффекта к сумме дисконтированных инвестиций: (3.15) В настоящей работе используется упрощенный метод оценки (без учета фактора времени): предполагается, что капиталовложения производятся одномоментно в расчетный год (применительно к расчетам досетевой матрицы Санкт-Петербурга, приведенным в разделе 3.3.4, это расчетный срок действия Генерального плана - 2025 год). Тогда:
На первом шаге (расчет строительно-эксплуатационных затрат) рассмотрим сценарии развития системы ГОТ, соответствующие ее скоростным параметрам (варьируется максимальная скорость передвижения - скорость сообщения вида транспорта, максимальная из числа имеющихся видов ГОТ), и определим значения параметров а и b аппроксимационных функций зависимости затрат времени на осуществление корреспонденции от «воздушных» расстояний между фокусами транспортных районов по формулам, приведенным в разделе 2.5 -таблица 3.13. где 4 - приведенные строительно-эксплуатационные затраты, млн.руб.; Эр - эксплуатационные расходы за расчетный период, млн.руб.; Y - количество лет в расчетном периоде; -капиталовложения в развитие инфраструктуры, млн.руб.
Эксплуатационные расходы и капиталовложения напрямую зависят от длин сети различных видов ГОТ, определенных в таблице 3.11 (рассматривается вариант без учета скоростного трамвая).