Monitavoiteoptimointi tienpidon tuotteiden välisessä rahanjaossa

Monitavoiteoptimointi tienpidon tuotteiden välisessä rahanjaossa Menetelmän testaaminen Kaakkois-Suomen tiepiirin aineistolla Esittäjä, paikka, aika Teknillinen korkeakoulu PL 1100, 0 TKK 1

Taustaa Tienpidon päätöksenteko on monitavoitteista, mutta käytännöt vaihtelevat eikä tukimenetelmiä juuri ole Rahanjaossa on tarvetta tuoterajat ylittävälle monitavoitteiselle tarkastelulle Päätösanalyysin avulla voidaan parantaa prosessin sujuvuutta ja toistettavuutta, sekä lisätä rahanjaon läpinäkyvyyttä ja perusteltavuutta n kehittämiä menetelmiä sovellettu aiemmin mm. siltojen ohjelmointiin myönteisin kokemuksin 2

Tuoterakenne Pelkistetty Kattava Vuosibudjetti Ylläpito Hoito Päällysteet Sillat Soratiet Varusteet Talvi Kesä Sora kvl >1500 Suolatt. S-verkko Kaiteet kvl >1500 T-verkko S-verkko kvl <1500 Muut L-merkit kvl <1500 Putket Tiemerkin. 3

Arviointikriteerit Liikenneturvallisuus Onnettomuuksien määrä ja vakavuus Elinkaaritalous Kuntotilan heikentymisestä johtuva tiepääoman arvon alentuminen ja korjauskustannusten kohoaminen. Ylläpidon tuotteilla korjauskustannus, joka syntyy kohteen palauttamisesta parhaaseen kuntotilaan. Hoidon tuotteilla toimenpiteiden vaikutus tieomaisuuden rappeutumiseen Asiakastyyväisyys Tienkäyttäjän kokema palvelutaso; ajomukavuus, ajonopeus, liikenteen sujuvuus, turvallisuuden tuntu Ympäristövaikutukset Tiesuolan, päästöjen, melun ja pölyämisen haitat, luonnonsuojelulliset arvot, liikenneympäristön siisteys ja esteettisyys 4

Kuntoluokat ja pisteytys Kunto- ja hoitotasoluokat 1-5 (erittäin huono - erittäin hyvä) Tuotteesta riippuen käytössä kolmesta viiteen luokkaa Pisteytys kolmivaiheisesti yhden työpäivän aikana: 1. Arvioidaan tuote kerrallaan pisteytyskäyrän muoto kuntoluokkien välillä jokaisen kriteerin suhteen 2. Arvioidaan kriteeri kerrallaan pisteytyskäyrien tasot tuotteiden välillä 3. Lasketaan kriteereiden liikenneturvallisuus ja asiakastyytyväisyys skaalaus liikennemäärällä Arviot suhteellisia ja sidottava vaihteluväleihin Arvioitu yhden tienkäyttäjän näkökulmasta, kvl-vaikutus vaiheen 3 kautta Raskaan liikenteen näkökulmaa ei erikseen huomioitu 5

Pisteytys (vaihe 1) Esimerkkituotteena suolattavat sillat Käyrien päät kiinnitetty 0 ja 100 100 90 80 70 60 Asiakastyytyväisyys Turvallisuus Ympäristö Elinkaaritalous Luokkien välisten erojen arviointi Pisteet 50 40 30 20 Esim. onko vaikuttavuusero välillä KL1-KL2 suurempi kuin ero välillä KL2-KL3 10 0 KL1 KL2 KL3 KL4 KL5 Kuntoluokka 6

Pisteytys (vaihe 2) Esimerkkikriteerinä elinkaaritalous ja osa tuotteista 100 90 80 Suolatt. sillat Vähäliik. päällys. Äärisiirtymien KL1-KL5 vertailu tuotteiden välillä Pisteet 70 60 50 Vilk. päällysteet Kriteerin suhteen eniten vaikuttava tuote saa 100 pistettä (KL5) 40 30 20 10 0 KL1 KL2 KL3 KL4 KL5 Soratiet YP Vilk. talvi HO Kuntoluokka Muut suhteessa tähän Käyrän muoto vaiheesta 1 7

Pisteytys (vaihe 3) Esimerkkikriteerinä asiakastyytyväisyys ja osa tuotteista 100 90 80 Vilk. talvi HO Vaihe 2 arvioitu yhden tienkäyttäjän näkökulmasta Pisteet 70 60 50 40 30 Vilk. päällysteet Suolatt. sillat Vaiheen 2 pisteet kerrotaan tuotekohtaisella KVL:llä 20 10 0 KL1 KL2 KL3 KL4 KL5 Kuntoluokka Var: L-merkit Kerrotut pisteet skaalataan välille 0-100 8

Epätäydellinen painotus Epätäydellinen tärkeysjärjestys {turvallisuus, elinkaari} {asiakas} {ympäristö} Käypä painoalue = erilaisia painotuksia Ylläolevan järjestyksen on säilyttävä ja painokertoimien summa on oltava 1 Painokerroin 0 0.80 0.60 0.40 0.40 Kulmapiste, jossa Kriteerien painot kulmapisteissä saadaan käypä Liikenneturvallisuutaloutyytyväis. Elinkaari- Asiakas- Ympäristö maksimipaino kriteerille: Liikenneturvallisuus 0 0 0 0 Elinkaaritalous 0 0 0 0 Asiakastyytyväisyys 0.33 0.33 0.33 0 Ympäristö 0.25 0.25 0.25 0.25 0.20 0.27 0.22 0.11 0 Liikenneturvallisuus Elinkaaritalous Asiakastyytyväisyys Ympäristö Sallitut vaihteluvälit Eräs käypä painotus 9

Mallin toiminta Kokonaishyöty = pisteiden painotettu summa Laskennassa simuloidaan erilaisia painotuksia Maksimoidaan kokonaishyötyä 50 vuoden ajalta Tuotekohtainen hyöty lasketaan kuntojakauman muodon ja kuntoluokkakohtaisten pisteiden tulona => hyvä kunto = paljon kokonaishyötyä Rahaa kohdistetaan ylläpidon tuotteilla kunnon parantamiseen ja säilyttämiseen (kohdistus tarkkuudella tuote & kuntoluokka) sekä hoidon tuotteilla tietyn laatutason rahoittamiseen Toimenpiteiden kestoikä käsitellään rappeutumisen kautta Ajan kuluminen rappeuttaa kuntojakaumia kohti huonompia kuntotiloja Rappeutumisparametrit arvioitu toimenpidekiertojen kautta 10

Testimallin tulokset Mallia testattu KaS:n aineistoilla Kuntojakaumien lähtötilanne Hinta-arviot tuoteyksikön siirtämiselle parempaan kuntoluokkaan Rappeutumisparametrit prosenttiosuuksina kuntoluokista Vuotuinen budjetti 40,000,000 (40 M ) Rajoitusehtoina ainoastaan rahoitusraamit Tuoteryhmä Nykytaso M Maksimirahoitus M (erotus nykytasoon %) Minimirahoittus M (erotus nykytasoon %) Päällysteet 13.5 M 16 M (+20%) 0 M (-100%) Sillat 4.5 M 6 M (+30%) 0 M (-100%) Soran ylläpito M 2 M (+25%)** 0 M (-100%) Varusteet M 3 M (+50%) 0 M (-100%) Talvihoito* 9.7 M 11.7 M (+20%) 7.6 M (-20%) Kesähoito 4.9 M 5.9 M (+18%) 4 M (-18%) Soran hoito 3.4 M 4.4 M (+25%) 2.6 M (-25%) *Rajoitus kohdistuu eri hoitoluokkiin sallittuihin kilometrimääriin (Liite 1) ** Verrattuna vuodesta eteenpäin nyt ennakoituun 1.6 M :oon 11

Rahoituksen kohdistuminen tuoteryhmittäin 1 1 1 1 1 1 Rahanjako pääpiirteittäin nykyisten linjojen mukainen Kesähoito, talvihoito ja varusteet kasvattavat rahoitusosuuttaan Asiakastyytyväisyyden huomioiminen korostaa tienkäyttäjälle näkyviä tuotteita 12

Rahoituksen vaihteluvälit 1 1 1 1 1 1 Päällyst. max Päällyst. k.a. Päällyst. min Sillat max Sillat k.a. Sillat min Tulokset saadaan erilaisten kriteeripainotusten keskiarvoina Painotuksen vaihtelu muuttaa voimakkaasti rahanjakoa Minimi- ja maksimirahoitus havainnollistavat tuotteiden herkkyyttä 13

Rajahyötyanalyysi Vähennetään kokonaisbudjettia ja katsotaan miten leikkaukset kohdistuvat Kohdistumiseen vaikuttavat tuotteiden hyöty-kustannussuhteet, hinnat, rappeutumisnopeus, mallissa käytettävät rajoitusehdot => kokonaisuus Mallin alkutilanne Rahoitustason leikkaus Kokonaisrahoitus 40,0 M -5 % -10 % -20 % 12,1 M -0,0 % -0,6 % -9,1 % 4,5 M -19,1 % -53,0 % -93,0 % 1,6 M -0,1 % -4,2 % -36,3 % 0,8 M -0,0 % -0,0 % -0,1 % 11,0 M -3,0 % -4,7 % -8,4 % 5,9 M -0,0 % -0,0 % -0,0 % 3,6 M -8,0 % -12,1 % -19,1 % 14

Rajahyötyanalyysin herkkyys Ääripainotukset toimivat keskustelun herättäjinä Turvallisuuden ja asiakastyytyväisyyden korostaminen suosii hoitoja ja varusteita Elinkaaritalouden korostaminen suosii siltoja, sorateitä ja vähäliikenteisiä päällyst. Vilkasliikenteiset päällysteet ja kesähoito hyviä kaikilla painotuksilla Painotus Kaikki Elinkaari Rahoitustason leikkaus (elinkaari) Kokonaisrahoitus 40,0 M 40,0 M -10 % -20 % 12,1 M 12,1 M -4,2 % -35,2 % 4,5 M 4,7 M -0,3 % -1,5 % 1,6 M 1,6 M -0,0 % -0,0 % 0,8 M 0,7 M -68,4 % -69,5 % * 11,0 M 7,7 M -0,0 % -0,0 % ** 5,9 M 5,9 M -0,0 % -0,0 % 3,6 M 4,4 M 0,0 % -6,9 % Jos kaikki paino elinkaaritaloudella * Minimitasolla jo 40 M kokonaisrahoituksella (ero -30%), ei voi leikata enempää ** Maksimitasolla painotuksesta riippumatta 15

Jakaumien kehittyminen eri rahoitustasoilla Mallin laskenta perustuu kuntoluokkiin ja jakaumiin, joten myös jakaumien kehitystä voidaan tarkastella Kuntojakaumien muodolle voidaan asettaa rajoituksia, jolloin leikkauksetkin kohdistuisivat tasaisemmin 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % KL5 KL4 KL3 KL2 KL1 2006 Kuva 1: Päällystettyjen teiden jakauman kehitys 40 M kokonaisbudjetilla. 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % KL5 KL4 KL3 KL2 KL1 2006 Kuva 1: Siltojen jakauman kehitys 40 M kokonaisbudjetilla. 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % KL5 KL4 KL3 KL2 KL1 2006 Kuva 2: Päällystettyjen teiden jakauman kehitys 32 M kokonaisbudjetilla 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % KL5 KL4 KL3 KL2 KL1 2006 Kuva 2: Siltojen jakauman kehitys 32 M kokonaisbudjetilla 16

Havaintoja tuotteiden nokkimisjärjestyksestä Korkein kokonaishyöty suurilla tuotteilla: vilkkaiden teiden päällysteet, suolattavat sillat, vilkkaiden teiden talvihoito Merkittävät hyödyt, mutta korkealla hinnalla Korkein hyöty-kustannussuhde varusteiden ylläpidolla, kesähoidolla ja vilkkaiden teiden talvihoidolla Tienkäyttäjälle näkyvät tuotteet => asiakastyytyväisyyden vaikutus Etenkin kesähoidon ja varusteiden korkea H/K-suhde alhaisen hinnan ansiota Eri kriteerit suosivat eri tuoteryhmiä Turvallisuus ja asiakastyytyväisyys => näkyvät tuotteet Elinkaaritalous => tuotteet, joiden korjauskustannus kasvaa voimakkaasti kunnon huonontuessa (sillat, vähäliik. päällyst., soran YP) Ympäristö => vähentää talvihoidon rahoitusta, siirtää siten ylläpitoon 17

Tuotteiden herkkyys kriteerien painotukselle Siltojen suhteellinen asema herkin painojen vaihtelulle Vahvasti riippuvainen elinkaaritalouden saamasta painosta Myös talvihoidon asema vaihtelee voimakkaasti Tason nostolla ristiriitaisia vaikutuksia kriteerien suhteen Turvallisuuden ja asiakastyytyväisyyden korostaminen suosii (kalliita) suolaavia hoitoluokkia, mikä nostaa talvihoidon rahoitusta Elinkaaritaloutta ja ympäristöä korostettaessa suolaa välttävien (edullisempien) hoitoluokkien kokonaishyöty on korkein, mikä ohjaa ratkaisuja näihin luokkiin ja siten vähentää talvihoidon rahoitusta Vilk. päällysteiden, varusteiden ja kesähoidon asema vakaa Vilk. päällysteillä korkeat pisteet kaikkien kriteerien suhteen Varusteiden ja kesähoidon alhainen hinta pitää H/K-suhteen korkeana 18

Menetelmän käyttö Arviointiviitekehys ja malli todettu toimiviksi ja kiinnostaviksi Laajuudestaan huolimatta omaksuttava ja ymmärrettävä Lähtötietojen keruu/muodostaminen ja tulosten tulkinta onnistunut varsin kohtuullisella perehdyttämisellä Tulokset koettu hyödyllisiksi ja tarkoituksenmukaisiksi Luvut suuntaa-antavia keskustelun herättäjiä Laaja-alainen malli => tarkkuus ei esim. HIBRIS-järjestelmän tasolla Vertailevat analyysit: kokonaisbudjetin variointi ja ääripainotukset Tuotteiden nokkimisjärjestys Rajahyötyanalyysit Kriteerien systemaattinen huomioiminen => perusteluviestintä 19

Jatkotoimenpiteet Laajennettavissa koko maan aineistoon Haasteina lähtötietojen keruu ja laskentateho Voidaan lisätä tiepiirien välisiä rahoitusraameja ja muita rajoituksia Tuoterakenteen ja kriteerien tarkistus Soveltuvatko pilottiprojektin määrittelyt sellaisenaan koko maahan Pisteytysprosessin toistettavuus Oikea ohjeistus keskeistä, jotta tiedetään mitä ja miten arvioidaan Eri alojen asiantuntijoita mukaan (turvallisuus, asiakas, ympäristö) Työvälineiden kehittäminen Ei välttämättä erillisohjelmistoa, mutta vakioidut ja automatisoidut pohjat 20

Liite: Rahoitustasokuvaajat 40 M budjetilla 1 1 1 1 1 1 Kaikki kriteerit, epätäyd. järjestys, 1000 simulointikierrosta 21

Liite: Rahoitustasokuvaajat 40 M budjetilla 1 1 1 1 1 1 22 1 1 1 1 1 1 Kulmapiste (1,0,0,0) (0,1,0,0) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (1/3,1/3,1/3,0) (1/4,1/4,1/4,1/4)

Liite: Rahoitustasokuvaajat 36 M budjetilla 1 1 1 1 1 1 Kulmapiste (1,0,0,0) (0,1,0,0) 1 1 1 1 1 1 (1/3,1/3,1/3,0) (1/4,1/4,1/4,1/4) 24 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Liite: Rahoitustasokuvaajat 32 M budjetilla 1 1 1 1 1 1 Kulmapiste (1,0,0,0) (0,1,0,0) 1 1 1 1 1 1 (1/3,1/3,1/3,0) (1/4,1/4,1/4,1/4) 26 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1