5 КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ РЫНКА ВНУТРИГОРОДСКИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

5.1 Отраслевая, социальная и общественная эффективности реализации внутригородских перемещений

Разумный компромисс интересов в обычной ситуации «купли-продажи» услуг обеспечивается механизмами рыночного равновесия. За счет свободного ценообразования устанавливается баланс между спросом и предложением, система переходит в устойчивое равновесное состояние. «Хорошее» или «плохое» это состояние для субъектов рыночного взаимодействия это частный вопрос этих субъектов. Система же в целом находится в состоянии, когда и продавец, и покупатель согласны произвести рыночный обмен, а, следовательно, условия этого обмена приемлемы для обоих. Отсюда и вытекает компромисс интересов участников рыночного обмена.

Если система чисто рыночная, то для прихода ее в компромиссное и равновесное состояние не требуется управленческих воздействий.

Вместе с тем, при рыночном взаимодействии компромисс продавца и покупателя не означает, что ситуация «идеальна». Особенно это касается рынка внутригородских перемещений. Причины, по которым равновесное состояние может противоречить совокупному оптимуму следующие.

Точка равновесия определяет средние условия сделки. Существует множество потенциальных участников рынка, для которых средний уровень не приемлем. Таким образом, часть субъектов выключается из рынка, что заставляет их либо отказаться от товара или услуги, либо переключиться на их заменитель. В большинстве случаев эта ситуация нормальна. Поведение на рынке соразмерно потребностям и возможностям – естественное условие формирования спроса и, хотя и является социально-конфликтным, в рыночной экономике неизбежно. Однако, это является справедливым только в том случае, если товар или услуга представляют собой собственно потребительскую ценность. При покупке магнитофона или при использовании услуг ресторана выбор доступного соотношения цена/качество естественен. Но услуга ГПТОП сама по себе не является потребительской ценностью. Ее ценность заключается в цели поездки, поэтому затраты времени и средств на ее осуществление должны сравниваться со значимостью этой цели, а не ценностью собственно поездки для индивидуума. В этой связи неудовлетворенная потребность в перемещениях на ГПТОП части населения не является личной проблемой этого населения. Худшие условия перемещения по городу для этой части субъектов рыночного взаимодействия отрицательно сказываются на эффективности всей городской экономики, так как ухудшение доступности это вопрос снижения качества рабочей силы и замедления оборачиваемости товаров и услуг. Здесь не идет речь о пользователях личным транспортом, они не являются клиентами ГПТОП по другой причине: условия сделки с операторами-перевозчиками их не устроили из-за недостаточного уровня качества, предоставляемого ГПТОП. Однако, с точки зрения общественной эффективности это тоже может являться причиной возникновения целого ряда ущербов, связанных с ростом транспортных потоков на улицах города. Прежде всего, это экологические проблемы и рост издержек по поддержанию, строительству и реконструкции дорожных сетей.

Нельзя не отметить социальную роль городского общественного транспорта. Даже в странах Западной Европы около 40% населения не имеют личного автомобиля [95]. В постсоветских странах эта цифра доходит до 95%. Только общественный транспорт может обеспечить гражданам без личных автомобилей возможность передвигаться по городу с необходимым качеством. Это касается студентов, граждан пожилого возраста и низкооплачиваемых категорий населения. «Любое ограничение их мобильности может иметь серьезные последствия и для них, и для благосостояния общества в целом. Меньше детей смогут посещать хорошие школы, меньше людей будут чувствовать себя здоровыми и счастливыми, не говоря уже о серьезных проблемах на рынке труда и в экономической системе государства в целом»[95 стр. 14]. Данная ситуация также говорит о том, что ограничения рынка услуг ГПТОП ведут к последствиям, которые выходят за рамки стандартной ситуации «продавец-покупатель».

Точка равновесия на рынке услуг по перемещению городского населения зависит от среды, в которой происходят эти перемещения. Институциональная среда складывается на основе технико-экономических параметров городской пассажирской системы, ее ценовых характеристик. Население города приспосабливается к этой среде, вырабатывая свои стереотипы поведения, соответствующие минимуму собственных потерь и издержек, связанных с осуществлением подвижности. Полученное в результате равновесие оптимально с точки зрения населения только в том смысле, что оно является наилучшим для данных параметров среды. Изменение этих параметров изменяет и точку равновесия. Задачей управления подвижностью городского населения является смещение равновесного состояния этого рынка в направлении, улучшающем общественную эффективность процесса реализации подвижности. Если бы эффективность внутригородских перемещений с точки зрения населения, операторов ГПТОП и общества в целом совпадали, никакого управления рынком городской подвижности не требовалось бы. Однако, это не так.

Всякое управление осмыслено только при наличии цели. Текущее и прогнозируемое состояния объекта управления сравниваются с целевыми критериями и на основе этого сравнения принимаются управленческие решения. При управлении подвижностью городского населения очень важно, какие целевые критерии положены в основу этого управления. В зависимости от этого оптимальные состояния системы поддержки перемещений городского населения могут значительно различаться. Управленческие решения и механизмы саморегуляции системы, направляющие ее к оптимальному состоянию по одному критерию, могут, напротив, ухудшать состояние, измеренное по другим критериям. Конфликты целевых критериев в социально-экономических процессах являются обычным явлением, независимо от вида экономической системы и типа экономики. Эти конфликты возникают в связи с тем, что разные субъекты, участвующие в данном процессе, имеют свои локальные критерии эффективности, которые могут находиться в противоречии друг с другом и общим, глобальным, критерием всей системы в целом (если таковой имеется). Например, доходы предприятий перевозчиков входят в состав факторов, определяющих их внутреннюю эффективность. Вместе с тем, эти доходы являются одновременно затратами населения на осуществление своей подвижности и для этого населения являются не эффектом, а ущербом. Качественные характеристики городских перевозок, напротив, увеличивают эффективность системы с точки зрения пассажиров, но ведут к дополнительным и «ненужным» затратам операторов. Вместе с тем, несмотря на наличие целевых конфликтов вида «население-перевозчик», эти два субъекта внутригородской подвижности прямо зависят друг от друга, а, следовательно, данные конфликты следует отнести к частным. Городское управление участвует в процессе обеспечения внутригородской подвижности и на стороне населения и на стороне фирм-операторов, что делает его позицию очень противоречивой. Что именно является целью управления городской подвижностью с точки зрения государственных структур, зависит от действующих в конкретном государстве и городе экономических и общественно-политических механизмов, обеспечивающих:

- ответственность государственных структур перед населением города за качество жизни этого населения;

- прозрачность формирования транспортных и внетранспортных эффектов (ущербов), позволяющую «увидеть» размеры и места их возникновения, а также способы концентрации и распределения этих эффектов в соответствии с общегородскими целями;

Отсутствие любого из этих двух компонентов приводит к не эффективному управлению городским хозяйством, как по социальным, так и экономическим результатам.

Таким образом, понятие цели, а, следовательно, и критерия эффективности организации внутригородской подвижности населения зависит от того, с точки зрения какого из участников этого процесса они рассматриваются.

С точки зрения населения система поддержки внутригородских перемещений «в идеале» должна обеспечивать мгновенное и бесплатное перемещение в любую точку города. Даже если бы это было возможно, то потребовало бы бесконечно больших издержек для своего обеспечения.

Предприятия-операторы ГПТОП видят свой оптимум в максимальной вилке «доходы-затраты», для чего желательно, чтобы эксплуатационные ресурсы были бесплатны, а население полностью удовлетворяло потребности в перемещениях за счет услуг ГПТОП.

Очевидно, с этим не согласятся производители и продавцы бензина и легковых автомобилей, для которых «желательное» состояние системы прямо противоположное.

Мнение городского управления по этому вопросу будет разным в зависимости оттого, что оно определяет более важным: удовлетворенность населения или доходную часть городского бюджета. «Важной особенностью общественного транспорта является то, что очень часто органам власти приходится добиваться равновесия между социальной необходимостью и коммерческой жизнеспособностью» [96 стр.. 17].

Вместе с тем, несмотря на то, что каждый субъект экономической системы имеет свое понимание цели и свои критерии эффективности, существует общесистемная цель, которая (с тем или иным уровнем приближения) может быть выражена общесистемным критерием (или системой критериев). Эта общесистемная цель выражает ее совокупную эффективность и практически никогда не является простой суммой эффективностей всех участников экономического процесса. В применении к внутригородским перемещениям целевая функция для всей системы в целом вводилась под терминами «народнохозяйственная эффективность», «социально-экономическая эффективность», «общественная эффективность», «социальная эффективность» и т.д. Вместе с тем, именно определение общей цели и, соответственно, критерия ее измерения является наиболее дискуссионной задачей.

Таким образом, в соответствии с наиболее важными субъектами взаимоотношений на рынке внутригородских перемещений, цели и критерии управления можно разделить на три части:

- критерии оценки системы поддержки внутригородских перемещений с точки зрения населения города (социальная эффективность);

- критерии внутренней эффективности предприятий-операторов городского общественного транспорта (отраслевая эффективность);

- общесистемные критерии, обеспечивающие оценку эффективности СПВП по совокупности результатов во всей системе городского хозяйства (общественная эффективность).

Механизмы рыночного равновесия балансируют социальную и отраслевую эффективность в соответствии с характеристиками среды осуществления внутригородских перемещений. Задачей государственного управления является воздействие на параметры этой среды, для того, чтобы этот баланс соответствовал максимальной общественной эффективности.

5.2 Критерии социальной эффективности рынка внутригородских

перемещений

Эффективность организации внутригородских перемещений с точки зрения населения определяется величиной затрачиваемого времени, издержками на их осуществление и уровнем комфорта этих перемещений. Чем меньше время и стоимость перемещений, чем выше уровень их комфорта, тем больше степень удовлетворенности населения состоянием своей внутригородской подвижности. Предельный уровень удовлетворенности соответствует нулевому времени и нулевым затратам (комфорт в этом предельном случае не важен), что в реальной практике недостижимо. Вместе с тем, степень приближения к этому, идеальному с точки зрения жителей города, состоянию оценить возможно.

Время перемещений и уровень их комфорта – связанные параметры. При высоком комфорте требования к времени перемещения уменьшаются и наоборот. При малых временах перемещения субъект перемещения может примириться с невысоким уровнем комфорта и т.д. Таким образом, население психологически оценивает не сам комфорт и не само время передвижения, а скорее их соотношение друг к другу. При этом время перемещения является измеряемой величиной в абсолютных значениях, комфорт же – является величиной относительной. Его можно сравнивать с некоторым эталоном или принятым за точку отсчета уровнем, но нельзя измерить в абсолютных единицах.

Невозможно также рассматривать в качестве критериев оценки время и стоимость перемещений раздельно, в отрыве друг от друга. Как правило, эти параметры конфликтны. Дешевые перемещения имеют низкую скорость сообщения и наоборот. Пешие перемещения имеют нулевую стоимость для субъекта перемещения, но очень высокую затратность по времени. Напротив, скоростные способы сообщения, особенно если они сопряжены с хорошим уровнем комфортности, относительно дороги. Таким образом, «идеальная» система по критерию стоимости перемещений очень плоха по критерию их времени и наоборот.

Стоимость перемещения не является абсолютным измерителем. Если проезд из пункта А в пункт В стоит 1 доллар, то это ровным счетом ничего не говорит о степени приемлемости данного перемещения для его субъекта. Цена приобретает смысл только при сопоставлении ее с уровнем доходов субъектов перемещения. Очевидно, что это перемещение будет в разной степени приемлемо для субъектов с различным уровнем доходов.

Таким образом, возникает необходимость в интегральном критерии, объединяющем в себе время, относительную стоимость и уровень комфорта перемещений на городской пассажирской системе.

В качестве такого универсального измерителя можно предложить величины суммарных и удельных трансакционных затрат времени, измеряемых в виде введенного выше критерия выбора населением способа перемещения:

(5.1)

где Т – суммарное приведенное время, затрачиваемое населением в перемещениях, час/год;

С – суммарные приведенные затраты населения на осуществление внутригородской подвижности, ден. ед./год;

Ддуш – среднечасовой душевой доход городского населения, ден. ед./час.

В свою очередь, приведенное время перемещений равно:

(5.2)

где Тi – затраты времени в перемещениях i-го вида;

Кi – коэффициент психологического предпочтения i-го вида перемещений;

Q – общий объем внутригородских перемещений;

Рi – вероятность выбора i-го способа перемещения;

t_i – среднее время перемещения в i-ом виде сообщения.

Коэффициенты психологического предпочтения по видам сообщения представляют собой величины, связанные с переводом затрат времени в психофизиологические затраты энергии субъектов перемещения. Их величина обратно пропорциональна уровню комфорта перемещения. В литературе (например, [37]) имеются значения коэффициентов психологической оценки затрат времени. В частности, для пешего перемещения данный коэффициент принимается в размере 1,5, для времени ожидания – 2,0. В соответствии с определением эти значения даны относительно времени нахождения в транспортном средстве общественного транспорта, которое, таким образом, получает оценку равную единице. По данным расчета в различных городах оценку времени нахождения в личном автомобиле в среднем можно принять около 0,5. Более точно коэффициенты психологических предпочтений определяются при калибровке модели.

Необходимо иметь в виду, что коэффициенты психологических оценок структурных составляющих времени не совпадают со значениями коэффициентов психологического предпочтения видов сообщения. Это связано с тем, что некоторые способы перемещения являются комбинированными. Пешее перемещение является простым способом, при движении на личном автомобиле также, как правило, можно пренебречь временем движения к месту парковки. Для ГПТОП перемещение состоит из трех, принципиально разных, структурных составляющих времени: времени пешего движения, времени ожидания и времени нахождения в транспортном средстве. Все они имеют разное значение коэффициентов психологического предпочтения. Средневзвешенное их соотношение дает величину коэффициента предпочтения в целом по этому виду сообщения:

(5.3)

где Тпеш – время пешего движения к остановке и от нее;

Тож – время ожидания транспортного средства;

Тпер – время перемещения в транспортном средстве;

Кпеш, Кож – коэффициенты психологической оценки времен пешего движения и ожидания соответственно.

Величина Кгптоп зависит от плотности транспортной сети ГПТОП, интервалов его движения, скорости сообщения на сети и т.д. Однако, структура времени перемещения на ГПТОП, а, следовательно, и средневзвешенный коэффициент предпочтения, наиболее сильно связана с расстоянием поездки пассажира. В среднем Кгптоп может быть принят в диапазоне 1,3-1,4.

Приведенные издержки населения на осуществление внутригородских перемещений определяются следующим образом:

(5.4)

где Qгптоп – количество перемещений на ГПТОП, ед./год;

t - тариф за проезд в ГПТОП, с учетом льгот и других потерь, ден. ед;

Qлич – число перемещений на личном транспорте, ед./год;

Lлич – среднее расстояние перемещений на личном автомобиле, км;

S1км – расходная ставка на 1 км пробега личного автомобиля, ден. ед./км;

Кна – коэффициент психологической оценки не адресных затрат;

Сфик – затраты в поездке на личном автомобиле, не зависящие от ее расстояния, ден. ед.;

Спост – затраты на личный транспорт, не связанные с его эксплуатацией, ден. ед./год;

Квм – коэффициент психологической оценки вмененных затрат;

Ргптоп – вероятность выбора ГПТОП;

Рлич – вероятность выбора личного автомобиля.

Коэффициент психологической оценки неадресных затрат Кна по оценкам модели может быть принят в диапазоне 0,3-0,5, а коэффициент психологической оценки вмененных затрат 0,15-0,25. Уточнение данных параметров следует проводить при калибровке модели.

Величина вмененных затрат (не связанных с эксплуатацией личного транспорта) Спост зависит от уровня обеспеченности населения города личным транспортом:

(5.5)

где Nлич – количество личных автомобилей в городе, ед;

Слич – средняя стоимость личного автомобиля, ден. ед.;

Тсл – средний срок службы личного автомобиля, лет;

Спл – величина дополнительных годовых платежей (налог, страховка и т.д.), ден. ед./авт.;

Nг – численность населения города, чел.;

Ол – обеспеченность личным транспортом, авт/1000 жит.

Следует отметить, что независимость выражения (5.5) от величины и структуры внутригородской подвижности только кажущаяся. Обеспеченность личным транспортом Ол прямо связана с потребностями населения по структуре внутригородских перемещений. Другими словами, субъект перемещения пользуется личным автомобилем не потому, что он его имеет, а в связи с объективной предпочтительностью для него этого способа перемещения. Решение о приобретении автомобиля принимается исходя из этой предпочтительности. Поэтому в городах с высокими душевыми доходами населения велика обеспеченность личным транспортом, так как в этом случае велики требования к скорости и комфортности перемещения.

Суммарная величина трансакционного времени (5.1) учитывает затраты времени, уровень комфорта и стоимость внутригородской подвижности для населения. Таким образом, данный параметр является универсальным измерителем эффективности работы системы поддержки внутригородских перемещений населения с точки зрения самого населения. Чем меньше значение Ттр в городе, тем лучше воспринимается населением уровень организации внутригородской подвижности. Вместе с тем, критерий (5.1) зависит от крупности города, что делает невозможным сравнительный анализ. Более точно оценивает социальную эффективность внутригородских перемещений удельная величина трансакционных издержек на одно перемещение:

(5.6)

где Q – общий объем перемещений в городе, ед./год.

С учетом выражения (5.5) и поскольку

(5.7)

где Ргод – удельная годовая подвижность населения на одного жителя, ед/чел/год,

(5.8)

Выражение (5.8) имеет размерность времени, не зависит от вида денежной единицы и может быть использовано как универсальный измеритель приемлемости организации внутригородской подвижности с точки зрения населения города. Чем выше величина tтр, тем хуже для населения осуществляется внутригородская подвижность.

5.3 Состав критерия общественной эффективности для рынка

внутригородских перемещений населения

Общесистемный критерий формулируют в виде:

(5.9)

где Сэ – затраты на эксплуатацию городской пассажирской системы;

Пвн – внетранспортные потери.

Если величина Сэ имеет достаточно ясный экономический смысл, то в состав внетранспортных потерь может вкладываться различное содержание.

Под категорией внетранспортных потерь понимаются потери и издержки в сфере городского хозяйства, зависящие от работы городского пассажирского транспорта, но формирующиеся вне его.

Наиболее часто ([35],[37], [39], [40],[46],[50],[97],[98],[99] и др) в состав внетранспортных потерь включают стоимостную оценку времени, затраченного населением в перемещениях. Это время рассматривается как потерянное, и ущерб, им вызываемый, связан с уменьшением суточного бюджета времени и транспортной усталостью. Местом возникновения данного вида ущерба являются места приложения труда населения.

Однако, ущерб, вызываемый сокращением воспроизводственного времени за счет перемещений, не является единственным внетранспортным ущербом, связанным с осуществлением внутригородских перемещений. В последние годы высокую озабоченность мировой общественности вызывают две проблемы [100 - 115]. Первая из них связана с резким ухудшением состояния воздушного бассейна городов, обусловленным ростом транспортных потоков на улицах. В городах с высоким уровнем автомобилизации основная доля перемещений выполняется на личных автомобилях и, несмотря на прогресс конструкций автотранспортных средств и устройств нейтрализации выхлопных газов, уровни выбросов недопустимо высоки. Вторая проблема связана с недостатком пропускной способности городских улиц, не справляющихся с возросшим потоком личного автомобильного транспорта. Это ведет либо к задержкам в потоках, снижающим среднюю скорость (ухудшение параметров внутригородской подвижности), либо к чрезвычайно высоким издержкам, связанным с необходимостью реконструкций дорожных сетей.

Актуальны ли эти проблемы для стран с относительно невысокими уровнями автомобилизации, например, для стран бывшего Советского Союза? Безусловно, актуальны, и это связано со следующими обстоятельствами.

- темпы роста уровня автомобилизации в последние годы значительно увеличились, число личных легковых автомобилей растет геометрическими темпами;

- распределение числа легковых автомобилей по стране весьма неоднородно и их количество в крупных и крупнейших городах ненамного уступает европейскому уровню;

- дорожные сети городов Казахстана проектировались в эпоху массового пользования общественным транспортом, поэтому исчерпание их пропускной способности произойдет (и уже происходит) при существенно меньших транспортных потоках, по сравнению со странами, пережившими бум автомобилизации;

- большая часть эксплуатируемых автомобилей по своим конструктивным параметрам и техническому состоянию не соответствуют международному уровню, поэтому объемы выбросов на единицу пробега у них существенно выше;

- несмотря на значительные потери последнего десятилетия, Казахстан располагает мощной системой общественного транспорта, сохранить которую проще и дешевле, чем бороться с последствиями неконтролируемой автомобилизации.

Таким образом, в состав критериев оценки общественной эффективности следует включить, наряду с ущербом от потерь времени населения, экологическую и дорожную составляющие.

В общем случае, критерий общественной эффективности осуществления населением внутригородских перемещений приобретает вид:

(5.10)

где Пт – потери, связанные с затратами времени в перемещениях;

Пэк – экологический ущерб, связанный с выбросами вредных веществ автомобильным транспортом;

Пдор – дорожная составляющая внетранспортных потерь, определяемая износом уличной сети транспортными потоками.

Чем ниже величина Побщ, тем выше эффективность осуществления внутригородской подвижности с точки зрения всего городского хозяйства в целом.

Данный критерий должен являться целевым для органов городского и государственного управления. Только в этом случае управленческие решения в области организации, технологии и экономики внутригородских перемещений будут соответствовать общественному благу. В настоящее время ситуация прямо противоположная: решения, затрагивающие интересы всего населения и всей городской экономики, принимаются на основе внутриотраслевых критериев предприятий-операторов общественного транспорта.

При использовании критерия (5.10) главной проблемой является формализация составляющих внетранспортных потерь.

5.4 Ущерб, связанный с затратами времени населения на перемещения

Нормативный метод оценки потерь, связанных с затратами времени населения предполагает следующий способ их расчета ([35], [37], [39], [40], [46], [50], [97], [98], [99] и др):

(5.11)

где Т – суммарные потери времени населения в перемещениях;

Спч – стоимость пассажиро-часа, затраченного в перемещениях.

В зависимости от трактовки параметра Спч, выражение (5.11) имеет разный экономический смысл.

Если понимать этот параметр как цену времени пассажира, то величина Пт представляет собой стоимостную оценку потерянного населением времени в перемещениях. Данное понятие связано с сокращением суточного баланса активного времени на время перемещения. В этом случае Спч определяется структурой рабочего и воспроизводственного времени, занятостью населения, величиной производительности труда жителей города и уровнем его оплаты.

В соответствии с [97] величину Спч рекомендуется принимать в размере:

(5.12)

где Зп – среднемесячная заработная плата населения, ден.ед / мес;

ФКВ – месячный фонд календарного времени, час / мес;

ФРВ – месячный фонд рабочего времени, час / мес;

ФСВ – месячный фонд свободного времени, час / мес.

Выражение (5.12) дает оценку Спч в размере 0,7 среднечасовой заработной платы населения города. В литературе дальнего зарубежья эта оценка находится в диапазоне 0,4-0,5 среднечасовой заработной платы [116].

Выражение (5.12) было получено в 80-е годы, при полной занятости трудоспособного населения. Анализ показывает его недостаточную обоснованность:

- стоимость пассажиро-часа, определенная по (5.12), зависит от структуры внерабочего времени, что, очевидно, неверно;

- оценка (5.12) искусственно завышает стоимость пассажиро-часа, так как соотносит величину заработной платы с небольшой частью времени жизнедеятельности индивидуума. При этом выбор этой части никак не обосновывается;

- выражение (5.12) не учитывает структуру населения города, уровень его занятости;

- соотношение рабочего и воспроизводственного времени индивидуума структурировано не только в месячном разрезе, что выражение (5.12) игнорирует.

В общем случае, трактовка параметра Спч, как стоимости времени пассажира, превращает выражение (5.11) в способ увязать цели населения (экономия времени) и издержки на эксплуатацию городских транспортных систем. Такая связь, во-первых, искусственна, во-вторых, неполна.

Другим пониманием параметра Спч является представление его, как коэффициента пропорциональности между затратами времени населения и экономическим ущербом в отраслях городской экономики, связанным с этими затратами.

Данный ущерб обуславливается следующими процессами:

- сокращением воспроизводственного времени населения на величину времени перемещений, что ухудшает качество рабочей силы;

- снижением производительности труда, ростом производственного травматизма и заболеваемости в местах работы населения за счет фактора транспортной усталости;

- уменьшением величины подвижности городского населения при росте ее трудности, что уменьшает скорость оборачиваемости товаров и услуг в городской экономике и ведет к снижению уровня деловой активности.

В [50] подходы к оценке стоимостной составляющей затрат времени по влиянию на величину производительности труда классифицируются следующим образом:

- оценка стоимости мероприятий, необходимых для снижения фактических затрат времени до заданных;

- стоимостная оценка времени населения через экономический эффект использования свободного времени;

- стоимостная оценка затрат времени на передвижение самим населением;

- оценка затрат времени на поездки, как продолжение рабочего дня с введением понижающего коэффициента;

- оценка влияния затрат времени на трудовые передвижения через влияние транспортной усталости на производительность труда.

Там же отмечается, что общепринятого подхода в настоящее время не существует.

Изменение производительности труда работающих в зависимости от затраченного на трудовые перемещения времени надежно зафиксированы исследованиями. По данным Белорусского института инженеров железнодорожного транспорта [37] повышение времени трудовых поездок на 10 минут сверх лимита (40 мин для крупных и крупнейших городов, 30 мин для остальных) приводит к снижению производительности труда на 3-4%. Тот же источник приводит данные для завода «Саксенринг» (ГДР). У проживающих в радиусе 5 км от завода уровень производительности труда на 12% ниже, по сравнению с проживающими в зоне пешеходной доступности. Автор [117] приводит статистику по городам Англии начала ХХ века. Число заболеваний и несчастных случаев у шахтеров нелинейно возрастает по мере увеличения расстояния от места работы. Работы по анализу связи производительности труда и трудности сообщения на городской транспортной сети выполнялись также в [50], [118], [119], [120], [121], [122].

По данным [50] для 3-х предприятий зависимость производительности труда от затрат времени на трудовые передвижения следующая.

Таблица 47

Влияние затрат времени на трудовые передвижения на производительность труда работников (%)

Предприятие	Затраты времени, мин
Предприятие	до15	15-30	30-45	более 45
СИЗ (инструм. завод)	107,6	107,4	106,9	104,3
Фабрика «Спортобувь»	105,7	103,6	96,6	91,1
Фабрика канцтоваров	101,6	99,9	99,8	98,4

Снижение производительности труда в зависимости от увеличения времени трудовых поездок фиксируется надежно, но вместе с тем, нельзя подобрать единого вида зависимости для всех трех предприятий. Этот вывод следует распространить на все рассмотренные выше исследования. Таким образом, имеющиеся обследования по ряду предприятий можно рассматривать, как доказательство факта существования такой связи, а не как инструмент количественной оценки стоимости пассажиро-часа. Каждое предприятие индивидуально по среднему возрасту и квалификации работающих, уровню и способу оплаты труда, технологии и организации производства и т.д. Поэтому, выборочные исследования не могут в принципе дать единого выражения для связи производительности труда и транспортной усталости. Полный охват всех предприятий города также невозможен по техническим причинам. Таким образом, параметр стоимости пассажиро-часа следует оценивать из общеэкономических соображений.

При нулевой трудности трудовых перемещений величина внетранспортных потерь также равняется нулю. При бесконечно большом времени трудового перемещения происходит полный коллапс городской экономики и величина внетранспортных потерь будет равна всему потенциальному валовому внутреннему продукту (ВВПпот) города при нулевой величине времени перемещения. Следовательно, поведение внетранспортных потерь от величины среднего времени трудового перемещения имеет асимптотический вид, с верхним пределом, равным ВВПпот. Такое поведение характерно для функции вида:

(5.13)

где А и В – постоянные коэффициенты;

tтр – среднее время трудового перемещения, час;

Кпот – коэффициент внетранспортных потерь .

Для равенства размерностей левой и правой частей коэффициент А должен иметь размерность денежных. единиц, а В – часов. Поскольку асимптотой для (5.13) является величина А, то А=ВВПпот.

Коэффициент В может быть определен из следующих соображений.

Пусть второй сомножитель (5.13) равен коэффициенту потерь валового внутреннего продукта за счет затрат времени в перемещениях:

(5.14)

Время субъекта, связанное с производством товаров и услуг, включает в себя собственно рабочее время и время, необходимое для перемещения к месту работы и обратно. Тогда коэффициент снижения производительности из-за потерь времени в перемещениях будет равен отношению собственно рабочего времени к полному времени, связанному с производственным процессом:

(5.15)

где tраб – рабочее время, час;

Ртр_рд – суточная трудовая подвижность одного работающего в рабочий день.

Суточная трудовая подвижность в рабочий день на одного трудящегося представляет собой количество трудовых перемещений, которые совершает работающий индивидуум в рабочие сутки. При простейшем цикле «дом- работа- дом» эта подвижность равна двум перемещениям. Если перед работой или по ее окончанию перемещение трудящегося не связано с работой (например, поездка в магазин), то цепочечность перемещений увеличивается. Это приводит к уменьшению средней величины Ртр_рд. Данный параметр тесно связан с коэффициентом возвратности перемещений. Коэффициент возвратности представляет собой отношение общего числа трудовых перемещений к прямым трудовым перемещениям (дом-работа). При цикле «дом- работа- дом» коэффициент возвратности также равен двум.

Тогда коэффициент потерь, связанных со временем перемещения, будет равен:

(5.16)

Сравнивая выражения (5.14) и (5.16), можно отметить, что параметр В в выражении (5.14) равен среднесуточной величине рабочего времени, деленному на суточную трудовую подвижность в рабочий день.

С ростом tтр коэффициент Кпот изменяется в диапазоне от 0 до 1, причем второе значение достигается при бесконечно большой величине времени трудового передвижения. Общая посылка для выражения (5.16) состоит в том, что продукт создается в рабочее время, а требует для создания большее, включая время перемещения к рабочему месту и обратно.

Таким образом, коэффициент снижения объемов производства в городе, как функция среднего времени трудового перемещения вида (5.16), обосновывается одновременно по требованию асимптотичности поведения при бесконечном росте этого времени и соотношению производительного (рабочего) времени к общему времени, связанному с трудовым процессом.

Рисунок 26

Коэффициент потерь (5.16) не содержит стоимостных составляющих, рабочее время в суточном балансе времени близко в различных городах, поэтому его определение должно быть достаточно универсальным. На рис. 26 представлена теоретическая зависимость Кпот от среднего времени трудового перемещения. Продолжительность рабочего дня принята в размере 8 часов, а коэффициент возвратности – 1,7. На этом же графике представлены эмпирические зависимости, полученные различными авторами. Использовались данные Белорусского института инженеров железнодорожного транспорта [37], обследования автозавода «Саксенринг» [37] и данные по Екатеринбургской фабрике «Спортобувь» [50]. Для сопоставимости данных коэффициенты снижения производительности приводились к уровню производительности при нулевом времени трудового перемещения, который, в свою очередь, определялся как свободный член регрессионного уравнения, полученного на основе таблично заданных зависимостей.

Согласие теоретической кривой с эмпирическими данными хорошее. Вместе с тем, следует отметить, что по отдельно взятым предприятиям могут наблюдаться существенные отклонения от теоретической кривой, связанные с отличиями в структуре суточного баланса времени. Так, например, данные по инструментальному заводу СИЗ и фабрике канцелярских товаров (табл. 47) дают меньшее значение коэффициента потерь, что вызвано существенными отличиями в соотношении рабочего и транспортного времени. Выражение (5.14) следует рассматривать как усредненную оценку.

Таким образом, величина внетранспортных потерь, связанная с затратами времени на перемещение, будет равна:

(5.17)

Величина потенциального валового продукта соответствует величине этого продукта при нулевой трудности перемещения и может быть определена из следующих соображений. Пусть в базовом году, для которого определяется оценка, валовой продукт составляет ВВПбаз и коэффициент потерь . Тогда, из равенства

потенциальный валовой продукт определится:

(5.18)

Подставив (5.16) и (5.18) в (5.17) получим выражение для внетранспортных потерь, связанных с затратами времени в трудовых перемещениях:

(5.19)

Выражение (5.19) дает функцию влияния среднего времени трудового перемещения на величину внетранспортных потерь, определяемых сокращением производительности труда в местах работы населения. Эту величину следует рассматривать лишь оценочно, так как оно учитывает только соотношение производительного и непроизводительного времени внутри периода, связанного с выполнением производственных функций работающего населения.

В диапазоне вариации tтр от 0 до бесконечности, Пвн изменяются от 0 до ВВПпот.

Как видно из рис. 26, при имеющих смысл значениях времени трудовых перемещений зависимость для внетранспортных потерь близка к линейной. Это позволяет использовать в оценках постоянную величину стоимости пассажиро-часа. В мировой практике чаще всего эту стоимость нормируют к величине среднечасовой заработной платы жителей города. Основываясь на выражении (5.19) можно получить выражение для оценки стоимости пассажиро-часа, как функцию среднечасовой заработной платы работающего населения.

Средняя стоимость пассажиро-часа равна:

(5.20)

где Тпер – суммарное время перемещений населения, час.

(5.21)

где Рсут – суточная подвижность населения, перемещений/сутки/чел;

Дкал – число календарных дней в году, сутки;

Nгор – численность населения города, чел;

tср – среднее время одного перемещения, час.

В базисном году (том же, для которого принималась величина ВВПбаз) величина внетранспортных потерь, в соответствии с выражением (5.19) будет равна:

(5.22)

В соответствии с выражением (5.20) разделим (5.22) на (5.21):

(5.23)

Поскольку

(5.24)

где ЗПчас – среднечасовая заработная плата, тенге/час;

ФРВ – общий фонд рабочего времени населения, час;

Dот – доля оплаты труда в валовом внутреннем продукте;

Dзан – доля занятого в экономике населения;

Драб – среднее число рабочих дней в году, сутки;

tраб – средняя продолжительность рабочего дня, час/сутки/чел.

то, подставив в (5.23) выражение для коэффициента потерь (5.16) и для валового продукта (5.24) и приняв приблизительное равенство среднего времени перемещения и среднего времени трудового перемещения tтр » tср, после преобразований получим:

(5.25)

где - средняя доля рабочих дней в году.

Выражение (5.25) позволяет связать стоимость единицы потерянного в перемещениях времени и величину среднечасовой оплаты труда.

Принимая Ртр_рд=2 и Рсут = 3 (среднестатистические значения) можно оценить стоимость времени перемещений в различных странах мира. Результаты расчета представлены в табл. 48.

Таблица 48

Стоимости затраченного в перемещениях времени по некоторым странам

Страны	ВВП, млрд. $US	Население, млн. чел	Доля зан. в эконом.	ВВП на душу насел. $US	Доля оплаты в ВВП	Час. оплата труда, $US	Доля Спч в ЗПчас	Спч, $US
Россия	82,2	147	0,46	561	0,49	0,32	0,44	0,14
Китай	959,0	1239	0,60	774	0,46	0,31	0,61	0,19
Казахстан	12,8	15	0,41	854	0,41	0,45	0,47	0,21
Боливия	8,6	8	0,38	1073	0,46	0,69	0,38	0,27
Бразилия	778,2	166	0,46	4688	0,48	2,60	0,45	1,16
Чили	78,7	15	0,40	5249	0,49	3,35	0,39	1,30
Ю. Корея	320,7	46	0,50	6973	0,50	3,64	0,47	1,72
Аргентина	298,1	36	0,39	8281	0,50	5,64	0,36	2,05
Испания	553,2	39	0,44	14185	0,54	9,23	0,38	3,50
Австралия	361,7	19	0,53	19038	0,57	10,81	0,44	4,70
Канада	580,6	30	0,53	19354	0,57	10,88	0,44	4,78
Италия	1172	58	0,43	20205	0,57	14,18	0,35	4,99
Англия	1357	59	0,48	22926	0,64	15,93	0,36	5,66
Гонконг	166,4	7	0,43	23777	0,60	17,41	0,34	5,87
Франция	1427	59	0,44	24186	0,60	17,33	0,34	5,98
Германия	2134	82	0,50	26027	0,58	15,89	0,40	6,43
Япония	3729	126	0,54	29595	0,60	17,32	0,42	7,31
США	8230	270	0,51	30483	0,60	18,83	0,40	7,53

Таблица 48 построена по данным 1998 года. В этой связи, цифры по Российской Федерации следует интерпретировать с учетом дефолта 1998 года.

Стоимость часа времени, затраченного в передвижениях, тесно связана с величиной общественной производительности труда: связь валового внутреннего продукта на душу населения с этой стоимостью практически функциональна.

Коэффициент пропорциональности между среднечасовой заработной платой и стоимостью пассажиро-часа имеет небольшую вариацию по странам. Это связано с тем, что его значение определяется структурой рабочего времени и уровнем занятости населения. Эти параметры относительно постоянны. В среднем его величина составляет 0,41.

Необходимо иметь в виду, что в табл. 48 представлены средние по стране стоимости пассажиро-часа. Эта величина может иметь существенные колебания по различным городам, в зависимости от их производственной ориентации. Кроме того, для отдельных городов соотношения трудовой подвижности и общей могут существенно отличаться, что также вносит дифференциацию в стоимость пассажиро-часа. Например, для условий г. Усть-Каменогорска в 1998 году стоимость затрат времени в перемещениях составляла 0,36 $US, что существенно отличается от средней по Республике в тот же период. Обычно, стандартная официальная статистическая информация по городу содержит необходимые данные для расчета стоимости пассажиро-часа в данном городе. Исключение составляют величины трудовой и общей подвижности населения. Они могут быть определены только обследованиями.

5.5 Влияние структуры внутригородских перемещений на экологию воздушного бассейна города

В 1995 г. в мире насчитывалось 0,6 млрд. автомобилей, в 2000 – 1 млрд., при численности населения 7,6 млрд. чел. [123]. Таким образом, на каждую тысячу жителей планеты приходится более 130 автомобилей. Это количество распределено весьма неравномерно: от 0,6 (Китай) до 700 (США) автомобилей на 1000 жителей [124]. В местах концентрации автомобилей (а город, безусловно, относится к таким местам) воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду весьма существенно и в развитых странах давно превратилось в острую проблему.

Каждый автомобиль в среднем за год потребляет 1,2 т топлива и 4,3 т кислорода, выбрасывая в атмосферу 3,2 т углекислого газа, 0,5 т оксида углерода, 100 кг углеводородов, 30 кг оксидов азота. Однако, использование сжигаемого органического топлива, хотя и является главным, но не единственным источником воздействия автомобиля на окружающую среду. Автор [124] выделяет следующие направления загрязнения окружающей среды, связанные с деятельностью автомобильного транспорта:

- индигриентное загрязнение:

- минеральное;

- органическое;

- параметрическое:

- шумовое;

- световое и т.д.

- биоценотическое:

- нарушение популяций и биоценозов флоры и фауны.

- деструктивное:

- вырубка лесов;

- регулирование водотоков;

- дорожное строительство и т.д

Для городского автомобильного транспорта, действующего на урбанизированной территории, главными являются индигриентное и параметрическое загрязнение.

В [125] дается следующая классификация воздействия транспорта на городскую среду:

- физические факторы прямого действия:

- активное пылеобразование и выделение твердых частиц;

- избыточное шумовое воздействие;

- вибрация;

- электромагнитные излучения;

- радиация;

- тепловые излучения;

- сверхнормативные ускорения при движении.

- физико-химические факторы прямого действия:

- загрязнения воздушного бассейна;

- загрязнения прилегающих территорий;

- промышленные и ливневые стоки.

- косвенные факторы:

- возможная активизация неблагоприятных природных процессов;

- возникновение блуждающих токов;

- интенсивное потребление природных ресурсов.

- экономические и социально-экономические факторы:

- отчуждение территорий;

- отходы и бытовой мусор;

- угроза безопасности.

Существует достаточно много классификаций вредных воздействий автомобильного транспорта на окружающую среду. Во всех случаях отмечается, что для городских условий «вклад» автомобильного транспорта в уровень загрязнения весьма значителен. В среднем [125] 34% загрязнений воздушного бассейна формируется за счет автомобильного транспорта. В зависимости от уровня развития и типа промышленности в городе, компактности городской застройки этот процент подвержен существенным колебаниям. В Москве он составляет 88%, Санкт-Петербурге – 71% [126]. Альбукерке (США) почти не имеет «грязных» промышленных предприятий, поэтому уровень выбросов автомобильного транспорта здесь составляет до 90% их общего количества. В Усть-Каменогорске, где основной загрязнитель воздуха – металлургия, доля автомобильного транспорта составляет 25%. На одного жителя г. Усть-Каменогорска в 2000 г. пришлось около 110 кг вредных веществ, таких как оксид углерода, углеводороды, диоксид азота и других[127].

Шумовое загрязнение от автомобильного транспорта составляет до 80%

Особенности эксплуатации автомобилей в городах увеличивают степень их воздействия на окружающую среду. Это связано, прежде всего, с необходимость частых остановок и последующих разгонов («городской цикл»). Это ведет к повышенному расходу топлива и, соответственно, к увеличению выбросов вредных веществ. Кроме того, большую часть времени двигатели автомобилей работают на «холостом ходу», что, в связи с особенностями сгорания топлива в этом режиме, тоже приводит к росту выбросов.

Авторы [128] дают следующую структуру цикла работы двигателей городских автомобилей (табл. 49).

Таблица 49

Структура режимов по времени в некоторых городах

	Доля времени в %
	холостой ход	разгон	установ. движение	замедление
Сидней	15	18	54	13
Тегеран	38	22	26	14
Города США	15	37	16	32
Токио	44	24	15	17
Западная Европа	35	22	29	14

Структура «городского цикла» существенно зависит от градостроительных факторов, интенсивности транспортных потоков, принятых систем светофорного и иного регулирования движения и т.д. В среднем [129] принимается следующая структура (Табл. 50).

Таблица 50

Структура «городского цикла» движения автомобилей

Режим	Доля режимов
	по времени	по объему отр. газов	по выбросам
	по времени	по объему отр. газов	СО	СН	NO
Холостой ход	20	10	13-15	15-18	0
Разгон	35	45	29-32	27-30	75-86
Установ. режим	25	40	32-43	19-35	13-23
Замедление	20	5	10-13	23-32	0-1,5

Как следует из табл. 50 наибольшая доля выбросов соответствует режиму разгона.

Различные виды транспортных средств имеют разные степени воздействия на окружающую среду. Это связано с различием в удельных расходах топлива, видов используемого топлива, конструктивных особенностей двигателей и т.д. В укрупненных расчетах авторы [128] рекомендуют принимать величины удельных выбросов по типам подвижного состава в соответствии с табл. 51.

Таблица 51

Удельные выбросы вредных веществ автомобильным транспортом

Вид транспортного средства	Удельный выброс, г/км
Вид транспортного средства	СО	СН	NO
Мотоциклы	8,2	6,7	0,1
Легковые а/м	23-26	1,6-2,0	1-1,4
Грузовые а/м	56	4,2	1,8
Автобусы (Икарус)	2,4	0,38	2,9

Таким образом, располагая значениями годовых пробегов по видам подвижного состава и используя данные табл. 51, можно оценить объем выбросов вредных веществ в атмосферу.

В [130] предлагается оценивать объем выбросов вредных веществ через общий объем израсходованного топлива. Этот подход представляется наиболее обоснованным, так как именно сгоревшее топливо и является источником возникновения вредных выбросов.

Величина удельных выбросов на 1 литр израсходованного топлива приведена в табл. 52.

Таблица 52

Удельные выбросы вредных веществ на 1 литр топлива.

Вид транспортного средства	Удельный выброс, г/литр
Вид транспортного средства	СО	СН	NO
Мотоциклы	205	168	3
Легковые а/м	250	18	12
Грузовые а/м	140	12	5
Автобусы	112	8	6

Таким образом, общий объем выбросов по видам можно определить следующим образом:

(5.26)

где U_i– объем выброса вредных веществ i-го вида;

Н_i – удельный выброс вещества i-го вида на 1 литр израсходованного топлива;

O_ТОПi – объем израсходованного топлива i-м видом транспорта.

В свою очередь объем израсходованного топлива по каждому виду транспорта может быть определен следующим образом.

Объем потребления топлива общественным пассажирским транспортом равен:

(5.27)

где - количество эксплуатационных единиц ГПТОП, ед;

- суточный пробег одной эксплуатационной единицы, км;

- дни работы в году, дн;

- удельный расход топлива единицей ГПТОП на 100 км пробега, л/100 км.

Потребление топлива личным автомобильным транспортом непосредственно зависит от количества перемещающихся на нем пассажиров и может быть оценено следующим образом:

(5.28)

где Qлич – количество перемещений населения на личных автомобилях в год, ед/год;

Кср – среднее число пассажиров в личном автомобиле (включая водителя), ед;

Lср – среднее расстояние поездки на личном автомобиле, км;

Нлич – удельный расход топлива, л/100 км.

Количество поездок в год на личных автомобилях зависит от структуры перемещений и определяется как:

(5.29)

где Qо – общее количество перемещений в городе, ед;

Рлич – вероятность выбора личного автомобиля.

Общее количество перемещений на городской пассажирской системе (включая пешие) связано с общей подвижностью населения:

(5.30)

где Nг – численность населения города, чел;

Рсут – удельная суточная подвижность на 1-го жителя в сутки, ед/чел/сут;

Дк – число дней в году, дн.

При известных количествах выброса по каждому виду вредных веществ приведенный суммарный выброс рассчитывается следующим образом:

(5.31)

где Q_i – объем выброса вредных веществ i-го вида;

K_i – коэффициент агрессивности вещества i-го вида.

В соответствии с [132] коэффициенты агрессивности различных видов токсических веществ могут быть приняты по таблице 53.

Таблица 53

Коэффициенты агрессивности автомобильных выбросов

Вид выбрасываемого вещества	Показатель относительной агрессивности
СО	1
СН	1,5
NOx	42.1

Таким образом, выражения (5.28 – 5.31) позволяют связать структуру перемещений городского населения и суммарный приведенный выброс вредных веществ в атмосферу города.

Приведенный суммарный выброс может быть пересчитан в стоимостной вид [132]:

*К_рас (5.32)

где Кст – коэффициент приведения.

Крас – коэффициент учитывающий условия рассеяния воздушного загрязнения.

Суммарный выброс в стоимостном виде, расчетный по выражению (5.32), представляет собой величину ущерба, вызываемого вредным воздействием транспорта на окружающую среду.

Подходы к оценке величины удельного стоимостного ущерба от выброса вредных веществ в атмосферу города могут быть различными. Вопросы стоимостной оценки состояния экологии воздуха изучались во многих работах (например, [133],[134],[135],[136],[137],[138],[139],[140] и т.д.). В [141] величина экологического ущерба определяется как изменение полезности окружающей среды вследствие ее загрязнения. Непосредственно полезность окружающей среды до и после ее загрязнения может быть измерена только в очень редких случаях. Кроме того, понятие «полезность» может трактоваться достаточно произвольно: от величины продуктивности земель до валового продукта будущих поколений. Более распространенное определение приведено в [142]. В соответствии с этим определением, общий экономический ущерб от загрязнения окружающей природной среды является интегральной обобщающей оценкой отрицательных последствий осуществления хозяйственной деятельности. Количественно он определяется как денежное (стоимостное) выражение всех видов негативных последствий загрязнения окружающей природной среды, обусловленных определенным видом деятельности.

С точки зрения загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами автомобилей стоимостная величина ущерба формируется за счет издержек, связанных со следующими структурными составляющими:

- дополнительные затраты общества в связи с изменением в окружающей среде;

- затраты по предотвращению загрязнения окружающей среды;

- затраты по возвращению окружающей среды в прежнее состояние.

Ухудшение состояния воздушного бассейна ведет к следующим дополнительным общественным потерям:

- затраты на медицинское обслуживание населения в связи с ухудшением состояния здоровья.

- оплата лечебных отпусков;

- компенсация невыходов на работу;

- страхование жизни людей;

- потери в производстве за счет снижения уровня здоровья и сокращения срока жизни.

Затраты по предотвращению загрязнения окружающей среды:

- рост стоимости автомобилей при совершенствовании их конструкций;

- стоимость установленных нейтрализаторов и дожигателей выхлопных газов автомобилей;

- создание санитарно-защитных зон, шумовых экранов и т.д.;

- вложения в улучшение городской застройки и дорожной сети;

- затраты по привлечению пассажиров общественного транспорта, включая совершенствование его технико-экономических характеристик и оптимизацию управления движением;

- издержки на развитие транспорта, альтернативного автомобильному.

Затраты по восстановлению состояния воздушного бассейна:

- расходы по созданию и содержанию зеленых насаждений;

- градостроительные решения по изменению режимов вентиляции.

Необходимо отметить, что данные структурные составляющие зависимы. Увеличение затрат в природоохранную деятельность снижает издержки, связанные с изменением в окружающей среде и уменьшает потребность в издержках для восстановления параметров окружающей среды. И наоборот, «экономия» на профилактических мероприятиях оборачивается ростом экономических потерь, определяемых ухудшением экологии воздушного бассейна. Эти потери могут значительно превышать затраты по защите окружающей среды. В принципе, экологическим ущербом необходимо считать только первую составляющую – дополнительные затраты общества, связанные с ухудшением состояния воздушной среды. Профилактические и восстановительные затраты являются способами борьбы с экологическим загрязнением, и следовательно, сами этим ущербом не являются.

При методе прямого счета изучаемый район (город) сравнивается с эталонным (условно-чистым), отличающимся по уровню загрязнения атмосферного воздуха. Для сравниваемых районов определяются издержки, связанные с экологическим состоянием воздушного бассейна и тогда удельная величина экологического ущерба может быть определена:

(5.33)

где Уи, Уэт – экологические ущербы в исследуемом и эталонном районах соответственно;

Qи, Qэт – приведенные объемы выбросов в атмосферу в сравниваемых районах.

Метод прямого счета применим для текущих оценок и имеет плохую пригодность для прогнозных расчетов. Кроме того, при выборе эталонного района трудно добиться элиминации влияния крупности и тождественности по не экологическим параметрам.

Моделирующие методы основаны на изучении связей (чаще всего корреляционно-регрессионными методами) между величиной экологического ущерба и факторами интенсивности воздействия на окружающую природную среду (загрязнений) (например,[143], [144]). Исследований такого рода много. В [130] показаны очень надежные корреляционные связи между размером парка автомобилей г. Москвы и уровнем заболеваний населения бронхиальной астмой, ишемической болезнью сердца и т.д. Вместе с тем, при исследованиях такого рода возникают трудности связанные со следующими обстоятельствами:

- общая корреляция через третьи факторы, не имеющие отношения к загрязнению воздушного бассейна;

- необходимость иметь длинные динамические ряды, что не всегда возможно.

Эволюция методов оценки экологического ущерба от загрязнения воздушного бассейна связана с развитием теории рисков ([146],[147],[148],[149] и др.). По методике оценки риска, экономический ущерб оценивается с точки зрения соответствующих последствий на организм человека, вызванных воздействиями вредных веществ. При этом уровень загрязнения, выраженный в концентрациях загрязняющего вещества, связывается со степенью вероятности заболевания или смерти (функция “доза-отклик”). Такая зависимость определяется физиологическими свойствами человеческого организма, а, следовательно, является универсальной. Данный подход позволяет увязать вероятность заболевания, среднюю продолжительность жизни, число дней нетрудоспособности и т.д. с концентрациями вредных веществ в воздухе. Рост концентраций увеличивает соответствующие риски, которые достаточно несложно выразить в стоимостном виде. Использование теории рисков подразумевает связь по цепочке «загрязнение – здоровье населения – ущерб», что является неполным представлением экологического ущерба. Необходимо отметить также, что определение связей величины рисков и количества загрязнений имеет ограниченный уровень точности. Вместе с тем, данный подход является базовым в целом ряде стран, например, в США [146].

Многообразие подходов к оценке стоимости ущерба от загрязнения воздушного бассейна города приводит к чрезвычайно различным (на порядок) этим оценкам. Это позволяет утверждать, что в настоящее время нет общепризнанной методики, позволяющей увязать факторы загрязнения воздушного бассейна с размерами экономических потерь.

В качестве одного из подходов для оценки удельного стоимостного ущерба от выбросов в атмосферу выхлопных газов автомобилей можно предложить следующий.

Случайный процесс возникновения заболеваний, связанных с качеством воздуха, соответствует схеме испытаний Бернулли [64], что позволяет предположить пуассоновский закон их появления:

(5.34)

где Р(k,T) – вероятность появления k заболеваний за период времени Т;

l - параметр закона.

Величина l представляет собой величину риска заболевания и может быть определена статистическими обследованиями:

(5.35)

где Nзаб – число наблюдаемых заболеваний в городе с населением Nгор за период времени Т.

В соответствии с (5.34) вероятность отсутствия заболевания у среднестатистического жителя города (к=0) равна:

(5.36)

а вероятность, по крайней мере, одного заболевания:

(5.37)

В зависимости от величины риска l вероятность появления заболевания, как функция времени пребывания в загрязненной воздушной среде ведет себя по-разному. Чем выше уровень риска, тем быстрее увеличивается вероятность развития заболевания.

Зависимость вероятности заболевания от времени при различных величинах рисков приведена на рис. 27.

Связь вероятности заболевания и уровня загрязнения воздушного бассейна города проявляется через увеличение риска заболевания. Чем сильнее загрязнен воздух, тем выше риск заболевания, тем быстрее увеличивается вероятность его появления по мере роста времени пребывания человека в загрязненной атмосфере.

Рисунок 27

Вероятность заболевания можно трактовать также, как долю заболевших в изначально здоровой совокупности.

Средний период воздействия на организм загрязненного воздуха равен:

(5.38)

где f(Т) – плотность распределения населения по периоду проживания в городе;

Предполагая, что время проживания в городе распределено симметрично, без большой потери точности можно принять среднее время проживания в городе равным половине средней продолжительности жизни. Это упрощение не учитывает миграции населения, однако его точность достаточна для оценочных расчетов.

(5.39)

где Тж – средняя продолжительность жизни, лет;

Тогда, для стационарных условий и в соответствии с (5.37), доля болеющего населения будет равна:

(5.40)

Затраты, связанные с лечением и поддерживающей терапией, определятся следующим образом:

(5.41)

где Nгор – численность населения города, чел;

Згод – годовая сумма издержек на медицинские услуги, приходящаяся на 1 случай рассматриваемых болезней, ден. ед./чел/год;

Таблица 54

Данные для расчета связи риска заболевания с удельным выбросом вредных веществ автомобильным транспортом.

Показатель	Период
Показатель	1992	1993	1994	1995	1996	1997
Данные по заболеваемости, на 100 тыс. жителей
Ишемическая болезнь сердца	223	233	258	269	328	335
Хронический бронхит	64	62	69	75	73	85
Бронхиальная астма	12,5	14,0	14,2	16,2	17,9	19,7
Злокачественные новообразования	3,3	3,3	3,3	3,2	3,2	3,4
Данные по автотранспорту
Грузовой парк, ед	151975	137768	160804	180327	196062	202457
Автобусы, ед	25587	31470	36120	39303	42271	43838
Легковые а/м, ед	778442	918029	1104213	1329553	1491086	1642137
Расход топлива, млн. литров
Грузовой парк	8,55	7,75	9,06	10,14	11,03	11,39
Автобусы	2,07	2,55	2,93	3,18	3,42	3,55
Легковые а/м	622,7	734,4	883,4	1063,6	1192,9	1313,7

Выражения (5.40) и (5.41) позволяют связать уровень риска l и расходы здравоохранения на поддержание здоровья населения.

Если увязать уровень риска и размер выбросов вредных веществ, то можно получить влияние выбросов на медицинские затраты.

В [130] приводится статистика заболеваний и потребления автомобильного топлива в г. Москве в динамике. На ее основе можно рассчитать влияние выбросов на величину риска заболевания. Исходные данные для расчетов представлены в табл. 54.

Риски заболеваний Ri = Зi/10⁵, где Зi – заболеваемость на 100 тыс. жителей.

В соответствии с табл. 52, исходя из потребления автомобильного топлива определялись выбросы по видам вредных веществ. Приведенный выброс рассчитывался на основе коэффициентов табл. 53.

Результаты расчетов сведены в табл. 55.

Таблица 55

Расчет рисков и удельного выброса на душу населения

Показатель	Период
Показатель	1992	1993	1994	1995	1996	1997
Расчет выбросов
СО, тонн	157117	184976	222437	267687	300145	330419
СН, тонн	11329	13333	16033	19293	21631	23812
NO, тонн	7528	8867	10663	12833	14390	15843
Прив. выброс, тонн	491049	578282	695407	836918	938415	1033117
Удельно, кг/чел	61	72	87	105	117	129
Расчет рисков
Ишемическая болезнь	0,00223	0,00233	0,00258	0,00269	0,00328	0,00335
Хронический бронхит	0,00064	0,00062	0,00069	0,00075	0,00073	0,00085
Бронхиальная астма	0,00125	0,0014	0,00142	0,00162	0,00179	0,00197
Злокач. новообраз.	3,29E-05	3,33E-05	3,25E-05	3,16E-05	3,21E-05	3,25E-05
суммарно	0,004153	0,004383	0,004723	0,005092	0,005832	0,006203

Корреляция между удельным приведенным выбросом и суммарным риском для рассматриваемой группы заболеваний составляет 0,98, что дает возможность получить надежное уравнение связи между ними:

(5.42)

где R – суммарный риск заболевания;

Ув – удельный выброс вредных веществ в атмосферу на одного жителя города, кг/чел.

Таким образом, например, для условий г. Усть-Каменогорска, где приведенный удельный выброс на душу населения составляет 110 кг, риск заболевания составит 0,0055.

Уравнение (5.42) в сочетании с выражениями (5.40) и (5.41) позволяют оценить стоимостную величину экологического ущерба (в части затрат по поддержанию и восстановлению здоровья населения) в зависимости от величины выбросов вредных веществ автомобильным транспортом.

Удельную величину (норматив) экологического ущерба на единицу выброса вредных веществ можно оценить как коэффициент эластичности между величиной экологического ущерба и величиной этого выброса:

(5.43)

где У1 – ущерб от выбросов при существующем уровне риска;

У2 – ущерб от выбросов при приросте объема выбросов на 1%;

Qв1 – существующий объем выбросов;

Qв2 – увеличенный на 1% объем выбросов.

Расчет (5.43) производится в следующей последовательности:

- определяется оценка У1 при существующем объеме выбросов и уровне риска;

- существующая величина выбросов увеличивается на 1%;

- определяется новое значение риска (5.42) для новой величины выбросов;

- рассчитывается новое значение ущерба У2 для изменившегося риска;

- определяется норматив экологического ущерба на единицу выброса (5.43).

Оценка по данному алгоритму для условий г. Усть-Каменогорска дает цифру 7,7 тыс. тенге на одну тонну приведенного выброса автомобильным транспортом. Следует отметить, что простое деление величины ущерба на объем выбросов дает неверную цифру норматива ущерба на единицу выбросов. Это связано с нелинейностью изменения ущерба по мере увеличения объема вредных веществ. Результат получается завышен (для условий г. Усть-Каменогорска в два раза). Коэффициент эластичности (5.43) учитывает точку текущего состояния атмосферы, что дает более точные значения норматива.

5.6 Оценка влияния структуры перемещений населения на затраты по ремонту и содержанию дорожной сети города

Выбор населением того или иного способа перемещения определяет структуру перемещений на городской транспортной сети. В свою очередь эта структура существенно влияет на величину и структуру транспортного потока на улицах города. От нее (при прочих равных условиях) зависит межремонтный срок службы покрытий дорог и, следовательно, величина затрат на ремонт и содержание дорожной сети.

5.6.1 Формирование затрат на содержание дорожной сети

Основная доля затрат на содержание городской уличной сети связана с необходимостью периодических текущих и капитальных ремонтов дорожного полотна. Доля этих издержек составляет до 80% в общих затратах. В условиях недостаточного финансирования своевременный ремонт дорожной сети не проводится. В этом случае происходит накопление разрушения дорог. Потребность в ремонте становится отложенной, что ведет к отсрочке затрат по содержанию дорог, но не уменьшению таковых. Более того, в силу нелинейности накопления разрушений будущие затраты на ремонт дорог существенно превысят уровень, необходимый при своевременном проведении ремонтных воздействий. Плохое состояние дорожных покрытий существенно сказывается на уровне эксплуатационных затрат общественного и личного городского транспорта, резко снижает пропускную способность дорог, ведет к увеличению трудности сообщения на городской транспортной сети.

В соответствии с [150] видами разрушений дорожного полотна являются:

1. Износ (истирание) – уменьшение толщины покрытия за счет потерь материала в процессе эксплуатации под действием колес и погодных факторов.

2. Шелушение – обнажение поверхности покрытия за счет отделения поверхностных легких пленок и чешуек материала покрытия, разрушенного воздействием воды, воздуха, а также при нарушении микроструктуры.

3. Выкрашивание – разрушение покрытия за счет потери им отдельных зерен гравийного и щебеночного материала в результате потери связи между зернами заполнителя и слабой микроструктурой.

4. Обламывание кромок – разрушение покрытий в местах сопряжения их с обочинами при переезде тяжелых автомобилей.

5. Волны – деформации асфальтобетонных покрытий, обладающих пластичностью. Плохая связь с основанием при переезде тяжелыми автомобилями.

6. Гребенка – разрушения гравийных и щебеночных покрытий под действием тяжелых грузовых автомобилей.

7. Сдвиги – деформации, которые происходят при действии касательных сил от колеса автомобиля. Сдвиги связаны с отсутствием связи верхнего слоя покрытия с нижним.

8. Вмятины – углубления в пластичных покрытиях. Появляются при прохождении по ним гусеничных машин или автомобилей в жаркую погоду.

9. Трещины – деформации, вызванные резкими температурными изменениями. Сетка трещин появляется на покрытии, как результат недостаточной прочности основания или покрытия.

10. Колеи – образуются в результате выдавливания колесами автомобиля из-за недостаточной сдвигоустойчивости асфальтобетонов на разуплотненном основании.

11. Выбоины – углубления с крутыми краями, образующиеся в результате местного разрушения материала покрытия.

12. Повреждения кромок, швов в виде сколов и выкрашивания бетона в зоне до 15-20 см от шва.

При прогибе в дорожной одежде развиваются растягивающие и скалывающие напряжения, которые при достижении прогибом некоторого критического значения вызывают пролом одежды с выкалыванием ее части, находящейся под колесом в виде расширяющегося к низу усеченного конуса. Разрушения происходят при достижении прогибом критического значения в пределах 0.035 – 0.065 от диаметра круга равновеликого площади, через которую передается на покрытие нагрузка. В основаниях из несвязанных или малосвязанных материалов (гравия, песка, щебня) и в подстилающем грунте при превышении касательными напряжениями сцепления могут возникать явления пластического течения – выжимания материалов в бок из-под загруженной площадки. Чем тоньше дорожная одежда и чем меньше она отличается от жесткости от подстилающая грунта, тем чаще происходит разрушение от выкалывания. Если нагрузка невелика, а слои дорожной одежды и земляного полотна хорошо уплотнены, то дорожная одежда не разрушается и происходят только упругие деформации, то есть дорожная одежда под действием нагрузки прогибается и после проезда автомобиля возвращается в прежнее положение. При возрастании нагрузки или при временном снижении прочности грунтов весной или осенью возникают постепенно накапливающиеся малые пластические деформации. Если их суммарное значение за период ослабленного состояния дорожной одежды превысит предельное значение, – дорожная одежда разрушается. Прочность дорожной одежды зависит от предельно-допустимого прогиба и от количества приложений нагрузки за период ослабления дорожной одежды. При очень больших нагрузках или при значительном ослаблении прочности грунта основания в полотне накапливаются деформации, которые в дальнейшем быстро возрастают. В результате этого происходит полное разрушение дорожной одежды. При превышении предельной прочности материалов верхних или нижних слоев дорожной одежды образуются трещины. По периметру зоны контакта шины колеса с покрытием действуют срезающие напряжения, которые приводят при слабом основании и тонкой дорожной одежде к ее пролому или выкалыванию ее отдельных частей. В нижних слоях дорожных одежд из малосвязных и несвязных материалов и грунтовых основаниях могут возникать необратимые деформации (пластические течения), развитие которых приводит к накоплению деформации дорожной одежды и ее разрушению.

Каковы бы не были разрушения дорожного полотна, причины их возникновения можно классифицировать по трем группам факторов:

- некачественное строительство и предшествующие ремонты дороги;

- природно-климатические факторы;

- воздействие транспортного потока.

Для данных географических условий и на сложившейся сети дорог первые две группы факторов являются внешними по отношению к системе управления подвижностью городского населения. Величина же транспортного потока существенно зависит от структуры перемещений городского населения. Таким образом, формирование затрат, связанных с ремонтом городской дорожной сети можно представить следующим образом (рис. 28).

Структура перемещений городского населения в данной схеме влияет только на величину приведенного транспортного потока, остальные факторы являются внешними по отношению к системе управления подвижностью.

Формирование затрат на ремонт дорожной сети.

ПРИЧИНЫ Некачественное

РАЗРУШЕНИЙ строительство и ремонт

Грузовые а/м Природно-климатические

условия

Легковые а/м

Воздействие транспортного

Автобусы потока

ПРИВЕДЕННЫЙ Межремонтные

ПОТОК А/М сроки

Уд. стоимость Затраты на ремонт

ремонта дорог

Рисунок 28

Если единичный автомобиль деформирует дорожное полотно на величину e₁, а предельно-допустимая деформация составляет e_пр,то допустимое количество проходов автомобиля в межремонтный срок составит:

(5.44)

Величина предельной деформации e_прможет быть принята в размере 0.035 – 0.065 от диаметра круга равновеликого площади, через которую передается на покрытие нагрузка [151]. В среднем:

(5.45)

где Sк – площадь контактного пятна колес автомобиля;

p =3,14.

Величина площади контакта колеса с дорогой [152] равна:

(5.46)

где l – длина контактного пятна;

b – ширина протектора (ов);

r_г – геометрический радиус колеса;

Ксм – коэффициент смятия колеса (0,1 –0,15).

Под воздействием потока автомобилей (при элиминировании влияния остальных факторов) межремонтный срок службы дороги составит:

(5.47)

где Iсут – суточная интенсивность потока автомобилей;

Дг – число дней в году;

Дз – число дней в году, когда дорога покрыта снегом.

Пусть под воздействием природно-климатических факторов (в отсутствие транспортного потока) предельный межремонтный срок составит Тпр. Эта величина зависит от качества строительства дороги, качества предшествующих ремонтов, климата местности и агрессивных факторов внешней среды.

Доля амортизации дороги за счет транспортного потока:

(5.48)

Доля амортизации дороги за счет внешних факторов:

(5.49)

Тогда общий межремонтный срок работы дороги, учитывающий воздействие транспортного потока и внешних факторов:

(5.50)

Среднегодовые затраты на ремонт дорог составят:

(5.51)

где Lдор – суммарная длина городских улиц, используемых для движения транспорта;

З_уд– удельные затраты на ремонт 1 км дороги.

Удельные затраты на 1 км дороги зависят от структуры дорожной сети города:

(5.52)

где - затраты на 1 км для дорог i-го вида;

- суммарная длина дорог i-го вида.

Таким образом, при прочих постоянных условиях, затраты на ремонт дорог зависят от интенсивности транспортного потока, предельного срока службы дороги по внешним факторам, предельного количества проходов автомобиля и стоимости ремонта 1 км дороги.

Для оценки предельного количества проходов автомобиля Nпр необходимо рассмотреть взаимодействие автомобиля и дороги.

5.6.2 Взаимодействие автомобиля с дорожным полотном

Нагрузка на дорожное полотно от одиночного движущегося по неровной дороге автомобиля включает в себя статическую и динамическую составляющие. Динамическая составляющая нагрузки определяется не только массой, но и скоростью движения транспортного средства, неровностью дорожного полотна и упруго-демпфирующими свойствами подвески. Автомобиль, его подвеска и дорога представляют собой упругую колебательную систему с демпфирующими свойствами, для которой неровности дорожного покрытия являются источником вынужденных колебаний.

Дорожное полотно рассматривается как аморфное упруго-вязко-пластичное вещество на недеформируемом основании, которое под воздействием сил от движущегося автомобиля подвержено двум видам деформации:

- продавливание аморфного покрытия под воздействием вертикально направленных нагрузок;

- сдвиг верхних слоев покрытия относительно нижних под воздействием горизонтальных сил.

Вопросы взаимодействия автомобиля и дороги рассматривались исследователями. Этой проблеме уделяли внимание, как ученые-дорожники, так и исследователи в области автомобильного транспорта. К наиболее фундаментальным разработкам в этой области можно отнести труды Бабкова В.Ф., Литвинова А.С., Говорущенко Н.Я., Телтаева Б.Б. и других исследователей. Полученные ими теоретические и экспериментальные результаты во многом использованы в рассматриваемой ниже методике оценки воздействия одиночного автомобиля на дорожное полотно. Оценка деформаций дорожного полотна под воздействием одиночного автомобиля позволяет построить методику определения влияния величины и структуры транспортных потоков на состояние дорожного покрытия и затраты на его восстановление. Следует отметить, что данная методика является оценочной, так как кроме транспортных потоков на состояние дорог влияют качество их строительства и предшествующих ремонтов, а также природно-климатические условия. Вместе с тем, теоретическая модель взаимодействия автомобиля и дороги позволяет элиминировать влияние загрузки дорог, а также определить состав управляющих факторов и степень зависимости от них уровня дорожно-ремонтных издержек.

Для оценки воздействия автомобиля на дорожное полотно рассмотрим следующую расчетную схему (Рис. 29).

Расчетная схема оценки динамической нагрузки на дорожное полотно

Рисунок 29

Схема профиля дороги

Рисунок 30

Пусть колесо массой М1 катится по дороге Д, имеющей профиль (рис. 30):

где Xo – координата верхней границы дорожного полотна;

w –частота встречи неровностей;

Аo – амплитуда колебаний (величина неровностей дорожного полотна);

l – путь;

V – скорость движения автомобиля;

t – время.

Частота колебаний в свою очередь равна:

где s – расстояние между неровностями.

Таким образом, координата колебаний колеса (при отсутствии его отрывов от дороги) будет равна:

(5.53)

где W=V/s

Вертикальная скорость и ускорение колеса равны соответствующим производным от (5.53):

(5.54)

(5.54а)

Колесо закреплено к автомобилю массой М2 (приходящейся на 1 колесо) через рессору Р с упругими свойствами К и амортизатор А с демпфирующими свойствами m. Автомобиль двигается по дороге со скоростью V.

Уравнение сил, действующих на массу М2, следующее:

(5.55)

где - соответственно, вертикальная координата массы М2, ее скорость и ускорение.

После подстановки в (5.55) координаты (5.53), скорости (5.54) и преобразований уравнение примет вид:

(5.56)

Уравнение (5.56) представляет собой дифференциальное уравнение 2-го порядка с постоянными коэффициентами со специальной правой частью. Его решение складывается из общего решения однородного уравнения и частного решения. Так как однородное уравнение описывает затухающие свободные колебания системы, то в установившемся движении этим решением можно пренебречь. Частное решение ищется в виде:

(5.57)

где А и В – постоянные коэффициенты.

После решения (5.56) коэффициенты А и В равны:

(5.58)

(5.59)

Вертикальное ускорение массы М2 равно второй производной решения (5.57):

(5.60)

Вертикальная составляющая сил, сжимающих дорожное полотно равна

(5.61)

где - статическая нагрузка на дорогу от колеса;

- статическая нагрузка на дорогу от транспортного средства;

- динамическая нагрузка от колеса;

- динамическая нагрузка от транспортного средства;

Статические нагрузки определяются весом колеса и транспортного средства, а динамические соответствующими массами и вертикальными ускорениями элементов системы. Вертикальные ускорения колеса и транспортного средства определяются выражениями (5.54а) и (5.60). Таким образом, уравнение для вертикальной составляющей реакции дорожного полотна будет иметь вид:

(5.62)

где g – ускорение свободного падения.

После приведения подобных членов:

(5.63)

Формирование сил, приложенных к дорожному полотну.

Fин Rгор

Rверт R

Рисунок 31

Горизонтальная (сдвигающая) составляющая сил, приложенных к дороге, состоит из горизонтальной составляющей реакции дорожного полотна и сил инерции при разгоне или замедлении автомобиля (при отсутствии проскальзывания):

(5.64)

где а – ускорение разгона (замедления) автомобиля;

В установившемся режиме второе слагаемое равно 0 и сдвигающая сила равна горизонтальной проекции силы реакции. В наихудшем режиме нагружения дорожного полотна ускорение а равно предельному ускорению, исходя из силы трения между колесом и дорогой:

(5.65)

где f – коэффициент трения между колесом и дорогой.

Горизонтальная составляющая реакции дороги (рис. 31) равна:

(5.66)

где a - угол касательной профиля дороги к горизонту;

P – функция вертикальной координаты профиля дороги от времени.

Таким образом, после подстановки (5.65) и (5.66) в (5.64), полная величина сдвигающей силы будет равна:

(5.67)

где Rверт определяется по выражению (3.20).

Полная реакция дороги, нормальная к ее профилю, равна:

(5.68)

где a = arctg(Ao*W*cos(Wt)

Деформация дорожного полотна происходит как под действием реакции Rп (продавливание полотна), так и под действием сдвигающей силы Fсд (сминание полотна).

Продавливание дорожного полотна

Напряжения, возникающие в дорожном покрытии под воздействием нормально направленной силы Rп, равны:

(5.69)

где Sк – площадь контакта колеса с дорогой.

Величина площади контакта колеса с дорогой определяется по выражению (5.46).

В соответствии с [153] оценка деформации ползучести дорожной одежды описывается интегральным уравнением Вольтера II рода для условия подобия изохронных кривых ползучести:

(5.70)

где e(t) – закон изменения деформаций от времени;

Eo – мгновенный модуль упругости;

d(t) – закон изменения напряжения (3.26);

K(t-t) – ядро интегрального уравнения, имеющее вид:

(5.71)

где a, b – параметры, зависящие от напряжения.

Автор [153] по данным полевых измерений рекомендует следующие зависимости для данных параметров:

a = 0.46 exp(-3.63*d)

b = 0.41 + 1.67*d (5.72)

Решение уравнения (5.70) дает возможность получить зависимость изменения деформации от времени. Время приложения силы Rп, а следовательно, и вертикальных напряжений прямо пропорционально длине контактного пятна и обратно пропорционально скорости автомобиля:

(5.73)

Тогда максимальная деформация дорожного полотна от вертикальной нагрузки будет равна:

(5.74)

Сминание дорожного полотна

Кроме вертикальных (раздавливающих) нагрузок на дорожное полотно действует горизонтально направленная (сдвигающая) сила Fсд. Это приводит к возникновению напряжений сдвига, также ведущих к необратимым вязко-упругим деформациям.

Сдвигающая сила Fсд (5.67) приводит к возникновению в покрытии касательных напряжений:

(5.75)

где b – ширина протектора (ов) колеса;

h – толщина дорожного покрытия.

Связь между величиной относительного сдвига (угла сдвига) q и величиной касательных напряжений описывается уравнением Максвелла [154]. Данное уравнение учитывает как упругие свойства аморфных веществ (через модуль сдвига), так и вязкие (через коэффициент динамической вязкости):

(5.76)

где G – модуль сдвига;

h - коэффициент динамической вязкости.

Решение уравнения (5.76) относительно q:

(5.77)

За время действия сдвигающей силы максимальная деформация сдвига будет равна:

(5.78)

Линейная деформация дорожного полотна при малых углах q:

(5.79)

Общая величина деформации дорожного полотна равна:

(5.80)

На рис. 32 приведено соотношение статической и динамической составляющих вертикальной реакции дороги в зависимости от скорости движения автомобиля. Величина динамической составляющей существует только на не гладких дорогах. Ее величина с ростом скорости возрастает нелинейно и при скоростях 50-60 км/час может 2-3 раза превышать статический вес автомобиля (в зависимости от размера неровностей дороги).

Средняя скорость автобуса на городской сети существенно ниже средней скорости легкового автомобиля, поэтому соотношение динамической и статической составляющих у него лучше. Таким образом, степени воздействия на дорожное полотно автобуса и легкового автомобиля не пропорциональны их массам. При соотношении масс автобуса и легкового автомобиля 7:1 и скоростях движения 30 и 60 км/час вертикальные составляющие нагрузки на дорожное полотно соотносятся приблизительно как 3:1.

Соотношение статической и динамической составляющих реакции дороги

Рисунок. 32

Влияние скорости движения автомобиля на деформации дорожного полотна

Рисунок 33

Величина остаточной деформации после прохождения одиночного автомобиля существенно зависит от скорости движения этого автомобиля. Вертикальная деформация дорожного полотна с ростом скорости движения автомобиля сначала снижается (Рис. 33), затем незначительно возрастает. Это связано с действием двух противоположно направленных факторов. При росте скорости движения время прохождения автомобилем расстояния, равного длине контактного пятна уменьшается. С другой стороны, величина динамических нагрузок на дорогу возрастает. Таким образом, большая сила действует на дорогу меньшее время. В силу нелинейности роста динамической составляющей это и обуславливает некоторый рост деформаций дороги при больших скоростях. В горизонтальной составляющей (сдвигающая сила) большой вес занимают динамические удары на неровностях дорожного покрытия. Поэтому с ростом скорости деформации сдвига растут.

Влияние скорости движения автомобиля на деформации дорожного полотна при различных величинах неровности дороги.

Рисунок 34

Совокупная деформация имеет минимум, соответствующий оптимальной скорости движения автомобиля с точки зрения наименьшего разрушения дорожного полотна. При меньших скоростях дорога разрушается в основном продавливающими силами из-за увеличения длительности воздействия. С ростом скорости нелинейно увеличиваются динамические нагрузки, и деформации дороги начинают возрастать, преимущественно за счет деформаций сдвига. Для разных величин неровностей существуют разные оптимальные скорости (Рис. 34). Чем хуже состояние дорожного полотна, тем ниже рациональные скорости движения.

Зависимость оптимальной скорости от величины неровности также нелинейная (Рис. 35).

Влияние величины неровности дороги на оптимальную скорость движения автомобиля

Рисунок 35

Из рисунка видно, что при абсолютно гладких дорогах оптимальная скорость стремиться к бесконечности. Это объясняется тем, что с уменьшением величины неровностей динамическая составляющая стремится к нулю. При этом, с ростом скорости уменьшается время воздействия автомобиля на площадь его опоры.

Регрессионное уравнение связи оптимальной скорости движения и величины неровностей дорожного полотна имеет вид:

где Ао – величина неровности дороги.

В зависимости от массы автомобиля при прочих равных условиях величина деформации дороги линейно возрастает (Рис. 36)

С ростом массы автомобиля увеличиваются деформации, как вертикальные, так и деформации сдвига. Зависимость прямо пропорциональная, с коэффициентом корреляции равном единице. Однако, это справедливо только при одинаковых скоростях движения автомобилей различной массы и одинаковых упруго-демпфирующих свойствах их подвесок. В противном случае, (а именно он реализуется на дорогах с потоком различных автомобилей), соотношение масс не равно соотношению деформаций.

Влияние массы автомобиля на деформации дорожного полотна.

Рисунок 36

Коэффициент приведения автобуса к легковому автомобилю в зависимости от скорости автобуса

Рисунок 37

Рассмотренные выше зависимости справедливы для однородного потока автомобилей: имеющих одинаковые характеристики и двигающиеся с одинаковыми скоростями. Для структурированного потока необходимо привести его к какой-либо одной структурной составляющей. Поток транспортных средств на улицах города состоит из автобусов, легковых и грузовых автомобилей. (Рассматриваются только нагружающие дорожное полотно виды транспорта). Примем за базу приведения легковой автомобиль. Обычно, в качестве коэффициента приведения принимают соотношение масс единиц подвижного состава различных типов. Однако, с точки зрения воздействия на дорожное полотно, это неверно. Степень нагружения дороги зависит не только от массы автомобиля, но и от площади пятна контакта с дорогой, упруго-демпфирующих свойств подвески и скорости движения различных типов транспортных средств.

На рис. 37 представлено соотношение воздействий на дорожное покрытие автобуса и легкового автомобиля в зависимости от скорости движения автобуса.

При расчете принята скорость легкового автомобиля 17 м/сек, что приблизительно соответствует 60 км/час. Соотношение масс автобуса и легкового автомобиля 7:1.

Из рисунка следует, что коэффициент приведения по деформациям дорожного полотна во всем диапазоне скоростей автобуса значительно ниже соотношения масс. Это объясняется следующим:

· скорость движения автобуса ниже, чем скорость движения легкового автомобиля. Так как динамическая составляющая воздействия на дорогу растет нелинейно от скорости, то для легкового автомобиля ее доля выше;

· площадь контактного пятна с дорогой у автобуса выше, чем у легкового автомобиля. Поэтому его вес распределяется на большую площадь, что снижает напряжения в дорожном покрытии;

· по отношению к массе кузова автобус имеет более мягкую подвеску, что уменьшает передачу колебаний от неровностей дороги:

· при одинаковых амплитудах колебания колес из-за большего веса кузова амплитуды его колебаний ниже. Это уменьшает соотношение динамической и статической составляющих нагрузок на дорожное полотно.

На рис. 38 представлена зависимость соотношения деформаций дорожного покрытия в зависимости от соотношения масс автобуса и легкового автомобиля.

Скорость автобуса принята в размере 30 км/час, скорость легкового автомобиля 60 км/час.

Как следует из рисунка, коэффициент приведения автобуса к легковому автомобилю при соотношении масс 7:1 составляет 2,3. Причины этого изложены выше. Для расчетов, связанных с приведением потока к легковому транспорту принята именно эта цифра коэффициента приведения.

Таким образом, в зависимости от наполнения, на одного перевозимого пассажира разрушает дорогу в 8-15 раз меньше, чем легковой автомобиль.

Коэффициент приведения в зависимости от соотношения масс.

Рисунок 38

5.6.3 Влияние структуры перемещений городского населения на затраты по ремонту и содержанию дорог

На основе расчетов, проведенных по вышеизложенной методике, принимаем:

· коэффициент приведения автобуса к легковому автомобилю 2,3

· коэффициент приведения грузового автомобиля (с разрешенной для городских дорог массой) – 3,2;

· предельное количество проходов легкового автомобиля в межремонтный срок – 72*10⁵;

· предельный межремонтный срок дороги без нагрузки – 60 лет.

Приведенный поток автомобилей на городских улицах:

(5.81)

где Iприв – приведенная интенсивность потока;

Iлег, Iавт, Iгр – соответственно интенсивности потоков легковых автомобилей, автобусов и грузовых автомобилей;

- коэффициент приведения автобуса к легковому автомобилю;

- коэффициент приведения грузового автомобиля к легковому.

Расчет межремонтных сроков службы дороги ведем по выражению (5.50), а затрат – по выражению (5.51).

Зависимость межремонтного срока дороги и затрат на ремонт от интенсивности приведенного потока.

Рисунок 39

На рис. 39 приведена зависимость межремонтного срока службы дороги в зависимости от приведенной интенсивности движения автомобилей.

С ростом интенсивности потока межремонтные сроки уменьшаются, а затраты на ремонт полотна, напротив, возрастают. При этом изменяется по структуре удельный вес воздействия транспортного потока и внешних факторов воздействия. При малых интенсивностях потока разрушение дороги происходит в основном за счет природно-климатических факторов, причем тем быстрее, чем ниже качество постройки и предшествующих ремонтов. С ростом интенсивности потока его воздействие на дорожное покрытие начинает преобладать.

Следует отметить, что при несвоевременности ремонтных воздействий затраты не исчезают, а переходят в категорию отложенных.

Интенсивность приведенного потока существенно зависит от структуры перемещений городского населения. С ростом вероятности выбора личного автомобиля происходит перераспределение пассажиров между автобусным и личным транспортом. При этом, уменьшение объемов перевозок автобусным транспортом в краткосрочной перспективе не уменьшает поток автобусов, а только снижает их наполнение. Переход же пассажиров автобуса на личный транспорт резко увеличивает поток автомобилей на улице, так как концентрация пассажиров в легковом автомобиле в 40-60 раз ниже, чем в автобусе.

Интенсивность движения грузового автотранспорта примем константой, так как от системы перемещений городского населения эта величина не зависит.

Интенсивность потока легковых автомобилей (в среднем на одну полосу движения) составит:

(5.82)

где - суточное число поездок легковых автомобилей;

- среднее расстояние поездки легкового автомобиля;

- длина дорожной сети;

- среднее число полос движения на городских улицах;

- суточная подвижность городского населения (во всех видах сообщения);

- численность населения города;

- вероятность выбора личного автомобиля;

- среднее количество пассажиров в легковом автомобиле (включая водителя).

Интенсивность движения автобусов:

(5.83)

где - среднесуточное число эксплуатационных автобусов в городе;

- среднее время в наряде одного автобуса;

- эксплуатационная скорость автобуса;

- суммарная длина маршрутов автобусов.

Средняя интенсивность движения автобусов не зависит от наличия или отсутствия участков совмещения маршрутов. Это вытекает из формального определения средней интенсивности.

Таким образом, выражения (5.83), (5.82) и (5.81) позволяют увязать между собой структуру перемещений населения и величину приведенного потока транспорта на улицах города. В сочетании с расчетными выражениями (5.50) и (5.51) это дает возможность определить связь структуры перемещений и уровня издержек на ремонт дорожной сети.

На рис. 40 представлено влияние вероятности выбора личного автомобиля на интенсивность приведенного потока транспортных средств.

Рост интенсивности потока с увеличением доли перемещений, выполняемых на личных автомобилях, ведет к возрастанию износа покрытий, снижению межремонтного срока службы дороги и увеличению издержек на их содержание (Рис. 41).

Влияние вероятности выбора личного автомобиля на интенсивность потока автомобилей.

Рисунок 40

Изменение затрат на ремонт дорог от вероятности выбора личного автомобиля.

Рисунок 41

При возрастании вероятности выбора личного автомобиля доля перемещающихся жителей в этом виде сообщения увеличивается в основном за счет бывших пассажиров автобусов, имеющих расстояния поездок выше средних.

Для условий г. Усть-Каменогорска в одном автобусе перемещается около 10 человек, для которых при ухудшении доступности общественного транспорта (рост цены, увеличение потерь времени, снижение качественных характеристик и т.п.) субъективно-целесообразным является переход на личный автомобиль. Поэтому, при возрастании выбора личного автомобиля уход 1-го автобуса (по числу пассажиров) эквивалентен появлению 7-8 дополнительных легковых автомобилей. С учетом коэффициента приведения автобуса к легковому автомобилю это ведет к росту издержек на 1-го пассажира в 3 раза.