Prioritization Methods used in HDM-4 for Strategy and Program Analyses of Road Network

Mô hình HDM-4 đang được sử dụng rộng rãi trên hơn 100 nước và quốc gia nhằm kết hợp giữa các yếu tố kỹ thuật, kinh tế, và môi trường trong 1 phân tích đánh giá mức độ hiệu quả của dự án

Phương pháp ưu tiên hoá trong phân tích chiến lược vμ chương trình xây lắp cho mạng lưới đường sử dụng mô hình HDM-4

) (Prioritization Methods used in HDM-4 for Strategy and Program Analyses of Road Network

Ths Đinh Văn Hiệp

Bộ môn Đường ô tô & Đường đô thị, Khoa Cầu Đường,

Trường Đại học Xây dựng

Số 55, đường Giải Phóng, Hà Nội Email: dvhiep.huce@gmail.com

1 Giới thiệu chung

Mô hình Quản lý và Phát triển Đường bộ HDM-4 (PIARC, 2001) được xây dựng và phát triển trong suốt hơn 3 thập kỷ qua dựa trên sự kế thừa của các mô hình trước đó, như là Mô hình chi phí cho công việc đường HCM (Moavenzadeh cùng cộng sự; 1971, 1975), Mô hình chuẩn duy tu và thiết kế

đường HDM (Harral, 1979), Mô hình chuẩn duy tu và thiết kế đường HDM-3 (Watanatada cùng cộng

sự, 1987), Mô hình chuẩn duy tu và thiết kế đường có xét đến tắc nghẽn giao thông HDM-Q (Hoban, 1987), và Mô hình chuẩn duy tu và thiết kế đường HDM-Manager (Archondo-Callao, 1994) Mô hình HDM-4 đang được sử dụng rộng rãi trên hơn 100 nước và quốc gia nhằm kết hợp giữa các yếu

tố kỹ thuật, kinh tế, và môi trường trong (1) phân tích đánh giá mức độ hiệu quả của dự án đầu tư và

(2) phân tích chiến lược quản lý và phát triển bền vững mạng lưới đường bộ Hiện nay, HDM-4

đã được nâng cấp đến phiên bản 2.0 để đáp ứng tốt hơn các tính năng và khả năng thích nghi của mô hình, bên cạnh đó còn cải thiện tính năng kết nối dữ liệu cho linh hoạt và thuận tiện đối với người sử dụng (Eric Stannard, 2005)

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây HDM-4 đã được sử dụng để phân tích ưu tiên hoá cho mạng

lưới đường bộ nhằm xây dựng chiến lược nâng cấp - bảo trì và chương trình xây lắp cho một số các

dự án quan trọng, như là Dự án giao thông nông thôn 2 (RT2, 2002), Dự án nâng cấp mạng lưới

đường bộ – Lập kế hoạch chiến lược 10 năm (RNIP, 2004), và Dự án nâng cấp mạng lưới đường bộ – Phân tích HDM-4 cho mạng lưới đường quốc lộ để xác lập chương trình xây lắp năm thứ 2 và năm thứ 3 (AWP, 2006) Với mục đích cung cấp cho người sử dụng hiểu rõ mô hình phân tích ưu tiên hoá khi thực hiện các phân tích xác lập chiến lược và chương trình xây lắp trong công tác quản l ý và bảo trì mạng lưới đường bộ, bài báo tổng quan các phương pháp phân tích và mô phỏng cụ thể

phương pháp ưu tiên hoá được sử dụng trong mô hình HDM-4 cho các phân tích ở mức độ chiến lược

và chương trình Bên cạnh đó, bài báo sẽ giới thiệu những cập nhật ưu việt trong phiên bản 2.0 mới

được ban hành của HDM-4

2 Tính ưu việt của HDM-4 phiên bản 2.0

Dựa trên phân tích từ những phản hồi của người sử dụng các phiên bản trước đây, HDM-4 đã có những cải tiến và phát triển đáng kể trong phiên bản mới 2.0 (Eric Stannard, 2005) Phiên bản này

đã đưa ra khá nhiều những ưu việt so với phiên bản 1.3 trước đây, đó là:

người sử dụng có thể khảo sát mức độ ảnh hưởng của các tham số chủ yếu (như là, đơn giá, loại xe, mức độ giao thông, mức độ tăng xe, và lợi ích thu được) đến kết quả phân tích bằng việc thay đổi một hoặc nhiều tham số chính này tuỳ theo mục đích của người sử dụng

- Phân tích kịch bản nguồn ngân sách: Trong phiên bản mới, số lượng các kịch bản nguồn ngân sách khác nhau do người sử dụng định ra không còn bị khống chế Phân tích tối ưu sẽ thực hiện xác lập chương trình xây lắp tương ứng với từng nguồn ngân sách này để người sử dụng có thể so sánh mức độ ảnh hưởng nguồn vốn đầu tư khác nhau đối với mạng lưới đường phân tích

- Phân tích đa chỉ tiêu: Trong ứng dụng phân tích dự án, ngoài các chỉ tiêu về kinh tế phiên bản mới còn cung cấp các chỉ tiêu so sánh khác mà không thể định lượng hoá bằng các chi phí hoặc lợi ích Các chỉ tiêu được xem xét thêm này như là chức năng (tính tiện nghi), an toàn (tai nạn giao thông), môi trường (ô nhiễm không khí), năng lượng (hiệu suất sử dụng năng lượng), xã hội (lợi ích xã hội), và khía cạnh chính trị

- Kết nối và kiểm soát dữ liệu: Phiên bản mới đã cải tiến tính kết nối dữ liệu nhập/xuất theo định dạng truy cập Microsoft Access cho tất cả các trường dữ liệu, đồng thời phần mềm có thể kiểm soát dữ liệu nhập vào nhằm loại trừ các lỗi số học của dữ liệu mạng lưới và dữ liệu đoàn xe

không phủ mặt, mô hình tác động đến người sử dụng đường, và mô hình tác động của công tác bảo trì)

được cải tiến và cập nhật phù hợp theo các quy định kỹ thuật hiện hành cung cấp bởi PIARC

3 ứng dụng của HDM-4

3.1 Phân tích chiến lược

Phân tích chiến lược được thực hiện trên mạng lưới đường tổng thể với thời gian phân tích từ 5 đến 40 năm tuỳ theo từng yêu cầu cụ thể Việc phân tích được thực hiện dưới 2 dạng chủ yếu, đó là dự báo nguồn kinh phí cần thiết khi đã có tiêu chí cho điều kiện của mạng lưới đường hoặc dự báo tình trạng mạng lưới đường dưới các mức độ nguồn ngân sách khác nhau Mạng lưới đường được đặc thù bởi các đoạn đường đồng nhất dựa trên một số đặc tính chủ yếu, như là tên đường, cấp hạng đường, vùng khí hậu, kiểu dòng giao thông, loại dòng tốc độ, lưu lượng giao thông, kiểu và loại mặt đường, và

điều kiện mặt đường Càng nhiều đặc tính được xem xét thì việc phân tích càng được chính xác

nhưng lại cồng kềnh cho việc phân tích và khó khăn cho cơ quan quản lý đường bộ khi thực hiện công tác quản l ý và bảo trì cho nhiều đoạn tuyến quá ngắn Bên cạnh đó, đối với các phân tích ở mức độ mạng lưới thì mức độ yêu cầu cho dữ liệu có thể ở dạng tổng hợp không cần chi tiết quá (Hass, 1994) Công việc phân tích chiến lược thường do các nhà kinh tế học hoặc các nhà quy hoạch của các cơ quan quản l ý đường bộ thực hiện, và kết quả của phân tích sẽ cung cấp thông tin cần thiết cho các hoạch định chính sách cao cấp trong lĩnh vực ngành đường bộ để đưa ra những quyết

định đầu tư hợp l ý và hiệu quả (Robinson cùng cộng sự, 1998)

3.2 Phân tích chương trình xây lắp

Chương trình xây lắp bao các gồm công việc xây lắp (như là bảo trì, nâng cấp, cải tạo, hoặc xây dựng mới) thực hiện dưới nguồn ngân sách xác định (thường là hạn chế) trong một năm hoặc nhiều năm liên tục cho các đoạn tuyến thông qua các phân tích mang tính chiến thuật Đặc tính của mạng lưới

đường cho phân tích cũng tương tự như đối với trường hợp phân tích chiến lược, tuy nhiên trong phân tích chương trình cần xem xét các đặc tính riêng biệt giữa các đoạn tuyến đồng nhất chứ không xem xét trên một tổ hợp các đoạn tuyến đồng nhất như trong phân tích chiến lược Phân tích chương trình liên quan đến việc tối ưu hoá một danh sách dài các dự án đường (gồm các phân đoạn riêng rẽ của mạng lưới đường) đề xuất cho công việc xây lắp của chương trình một năm hoặc nhiều năm liên tiếp với nguồn ngân sách đã xác định Sau đó các đoạn tuyến này được khảo sát và đánh giá cụ thể về mặt

kỹ thuật cho việc xác định chính xác công việc xây lắp cần thiết để tiến hành theo chương trình

2

3.3 Phân tích dự án

ứng dụng phân tích dự án dùng để đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế - kỹ thuật của các phương án thuộc dự án đường bằng việc so sánh các phương án này với phương án gốc (phương án không có dự

án) Các dự án điển hình bao gồm các công việc cải tạo và bảo trì, mở rộng hoặc chỉnh tuyến, nâng cấp mặt đường, hoặc xây dựng mới các tuyến đường Phân tích được thực hiện cho mỗi đoạn tuyến với các công việc xây lắp đã được ấn định trước bởi người sử dụng để đưa ra các chi phí và lợi ích dự kiến hàng năm trong suốt thời gian phân tích Phân tích được thực hiện cho các trường hợp sau:

- Dự báo tình trạng mặt đường trong chu kỳ dự án,

- Dự tính tác động củ các công việc xây lắp và chi phí tương ứng của các công việc này,

- Tính toán chi phí và lợi ích của người sử dụng đường,

- Dự báo ảnh hưởng đối với môi trường, phân tích tai nạn giao thông, và

- So sánh lợi ích kinh tế hoặc tài chính các phương án

4 Phương pháp phân tích dùng trong HDM-4

4.1 Tổng quan

Hình 1 thể hiện tổng quan quá trình phân tích chiến lược và chương trình sử dụng trong HDM-4 (Kerali và Mannisto, 1999) Có 2 phương pháp được lựa chọn cho việc phân tích xác định lợi ích

người sử dụng từ việc đầu tư đường, đó là phân tích vòng đời dự án (life-cycle analysis) và phân tích thời đoạn ngân sách (budget period analysis) Đối với phân tích lựa chọn một số đoạn tuyến trong

điều kiện hạn chế nhất định mô hình sử dụng 2 phương pháp ưu tiên hoá, đó là phương pháp phân tích gia tăng (incremental analysis) cho trường hợp hạn chế về nguồn vốn ngân sách và phương pháp tối thiểu hoá chi phí nhà quản l ý với tiêu chí điều kiện đường xác định trước

Dữ liệu

đầu vào

NPV IRI

Kết quả

Phân tích vòng đời dự án Tối thiểu hoá chi phí

Phân tích thời đoạn

ngân sách Phân tích gia tăng

Tính toán các

lợi ích ng ười

sử dụng

Phân tích

ưu tiên hoá

Hình 1: Tổng quan quá trình phân tích chiến lược

và chương trình xây lắp

NPV: giá trị hiện tại thuần; IRI: chỉ số độ ghồ ghề quốc tế

4.2 Phân tích vòng đời dự án

Phân tích vòng đời dự án thường được sử dụng cho các ứng dụng ở mức độ chiến lược, chương trình,

và dự án (PIARC, 2001)

niệm về phân tích vòng đời dự án được thể hiện trên Hình 2 Chi phí nhà quản l ý và người sử dụng

Trong mỗi trường hợp, HDM-4 dự đoán tình trạng mặt đường trong suốt vòng đời dự án và chi phí người sử dụng đường dưới các kịch bản nâng cấp và bảo trì nhất định Khái

đường được xác định thông qua dự tính số lượng tiêu hao rồi nhân với đơn giá tương ứng Lợi ích kinh tế được xác định bằng việc so sánh tổng dòng chi phí của các công việc xây dựng và bảo trì với

trường hợp cơ bản (thường là trường hợp chỉ có duy tu thường xuyên tối thiểu) Hai hoặc nhiều

phương án xây lắp được ấn định cho mỗi đoạn tuyến xem xét, trong đó luôn có một phương án cơ bản hoặc phương án đầu tư tối thiểu Các lợi ích thu được từ các công việc đường được tính cho toàn bộ thời gian phân tích bằng việc so sánh dòng chi phí kinh tế dự tính của mỗi năm giữa phương án đầu tư

và phương án cơ bản Giá trị tổng cộng các chênh lệch của chi phí này được quy đổi về năm gốc gọi

là giá trị hiện tại thuần (NPV) Tình trạng mặt đường trung bình trong suốt vòng đời dự án của mỗi

phương án được thể hiện thông qua chỉ số độ ghồ ghề quốc tế (IRI)

4.3 Phân tích thời đoạn ngân sách

4

ình xây lắp, việc sử dụng cả vòng đời dự án là không hợp l ý Bởi

Thời gian tính toán trong phân tích thời đoạn ngân sách được kéo dài 1 năm sau thời đoạn lập chương

Trong trường hợp xác lập chương tr

vì, vấn đề cơ bản của trường hợp này là xem xét việc quyết định đầu tư các công việc xây lắp trong thời đoạn lập chương trình (thường là 3 hoặc 5 năm) hay là trì hoãn các công việc này để đầu tư cho giai đoạn sau (trường hợp không có dự án); khi đó việc xem xét chi phí, mức độ giao thông, và công việc xây lắp đến năm thứ 10 hoặc 20 sẽ không ảnh hưởng đến việc đưa ra quyết đinh đầu tư này Bên cạnh đó, việc phân tích ưu tiên hoá tiến hành trong thời gian dài sẽ gặp phải những hạn chế sau: (1)

việc dự báo về dòng xe không được chính xác dẫn đến các công việc dự báo liên quan khác không

còn đủ tin cậy, và (2) việc định trước nguồn vốn cho các năm có thể sẽ thay đổi trong tương lai vì không có sự cam kết dài hạn nào Do vậy, phương pháp phân tích thời đoạn ngân sách được xem là thích hợp cho các phân tích ở mức độ lập chương trình trong mô hình HDM-4 cũng như các mô hình khác như là mô hình HERS (FHWA, 1998) được sử dụng tại Mỹ và Anh Quốc Phương pháp này

được đơn giản hoá bằng việc rút ngắn thời gian phân tích nhưng về nguyên tắc phân tích thì không khác so với phương pháp phân tích vòng đời dự án Đồng thời, phương pháp này giảm được số lần chạy chương trình và rất hiệu quả khi số lượng đoạn tuyến xem xét trong phân tích mạng lưới là lớn Trong khi thực hiện phân tích, 2 phương án định trước được đưa vào so sánh, đó là (1) trường hợp có

dự án khi các công việc đường được thực hiện trong thời đoạn ngân sách và (2) trường hợp cơ bản

không có dự án với công việc đường bị trì hoãn sau thời đoạn nguồn ngân sách Lợi ích kinh tế được

dự tính bằng việc so sánh giữa phương án việc đầu tư trong thời đoạn nguồn ngân sách với phương án trì hoãn công việc đường sau thời đoạn này như thể hiện trên Hình 3 Ví dụ như là việc thực hiện công tác bảo trì bằng lớp phủ mặt bê tông nhựa trong thời đoạn nguồn ngân sách được so sánh với hình thức cải tạo (có thể thích hợp hoặc không tuỳ thuộc vào mức độ xuống cấp của đường lúc đó) sau thời đoạn của nguồn ngân sách

trình Vì vậy, có 2 vấn đề được xem xét đối với tiếp cận này, đó là giá trị còn lại của các phương án

đầu tư và dự tính lợi ích thu được trong tương lai từ việc đầu tư này Để khắc phục, mô hình đưa ra giả thiết nhằm đơn giản hoá vấn đề này là việc trì hoãn sẽ mang lại lợi ích ít hơn và tình trạng của mặt đường sau thời đoạn nguồn ngân sách của cả 2 phương án sẽ gần giống nhau như thể hiện trên Hình 3 (Kerali và Mannisto, 1999) Hai giả thiết này giúp cho việc không cần phải tính toán sự xuống cấp và chi phí người sử dụng đường trong những năm sau thời đoạn nguồn ngân sách Tuy nhiên,

Đinh Văn Hiệp (2006) đã chỉ ra rằng HDM-4 không xem xét điều kiện của mạng lưới đường ở cuối thời kỳ phân tích do đặc tính hiệu quả kinh tế khi đầu tư, nên sẽ không có hoặc có rất ít các phương

án đầu tư được xem xét cho thời kỳ cuối này Do vậy, khi sử dụng phương pháp phân tích thời đoạn

ngân sách rất cần chú ý đến vấn đề này để đảm bảo cho việc xác định hợp l ý và đầy đủ các công việc xây lắp đúng theo tình trạng đường thực tế yêu cầu

Đặc điểm đoàn xe, l ưu

l ượng và thành phần dòng

xe, hệ số tăng xe, địa hình,

đặc điểm khí hậu, yếu tố

hình học đ ường, vật liệu và

chiều dầy kết cấu mặt

đ ường, đơn giá

Bắt đầu vòng lặp phân tích

Loại mặt đ ường, cường độ,

tuổi thọ, điều kiện mặt

đ ường, và tải trọng trục xe

Hư hỏng đường Vết nứt, bong tróc, ổ gà,

vệt lún bánh xe, chiều dày hao mòn lớp sỏi cuội,

và độ gồ ghề

Độ gồ ghề và yếu tố hình

học đ ường, tốc độ xe,

thông số tắc nghẽn, đơn

giá

Tác động đến người

sử dụng đường

L ượng xăng dầu, hao mòn lốp, chi phí bảo trì xe, tốc

độ vận hành, thời gian hành trình, và chi phí của

ng ười sử dụng đường

Chiến l ược và các tiêu

chuẩn của công tác xây

công tác bảo trì

Sữa chữa các vết nứt, bong tróc, ổ gà, vệt lún bánh xe (có phủ mặt), độ gồ ghề, hao mòn lớp sỏi cuội (không phủ mặt), và chi phí của nhà quản lý

Bề mặt kết cấu mặt

đ ường, yếu tố hình học

đ ường, và đặc tính xe cộ

Mức khí thải và tiêu hao năng l ượng, và số lượng tai nạn giao thông

Tác động đến môi trường và xã hội

Mức độ phát triển, tai

nạn, môi tr ường, các lợi

gồm cả các lợi ích khác

Phân tích kinh tế

Tổng chi phí vận tải, NPV, và IRR của từng

đoạn tuyến

Trở lại vòng lặp phân tích

Hình 2: Chu trình phân tích vòng đời dự án trong HDM - 4

Thời đoạn ngân sách

Đầu t ư ngay

Trì hoãn đầu t ư

Lợi ích từ việc đầu t ư

Năm IRI

Hình 3: Tính toán lợi ích các công việc trong thời gian phân tích

5 Phân tích ưu tiên hoá

5.1 Hàm mục tiêu

Mục đích của phân tích xác lập chương trình xây lắp trong HDM-4 là lựa chọn danh sách các đoạn tuyến trong mạng lưới cần đầu tư nhằm tối ưu hoá hàm mục tiêu trong điều kiện nguồn ngân sách hạn chế, hoặc xem xét việc lên kế hoạch ngắn và trung hạn khi biết trước nguồn vốn có sẵn với mức độ tin cậy hợp lý Trong khi đó, mục đích của phân tích chiến lược thực hiện cho toàn bộ mạng lưới

đường là nhằm xác định xem loại công việc nào thích hợp cho từng nhóm đường tuỳ theo điều kiện

cụ thể để tối đa hoá lợi ích kinh tế, hoặc xem xét nguồn vốn cần có để đạt được tiêu chí về điều kiện

đường được định trước cho kế hoạch ngắn hoặc dài hạn Vậy vấn đề đưa ra đối với phân tích chiến

lược là tìm tổ hợp các phương án đầu tư mà tối ưu hoá hàm mục tiêu với nguồn ngân sách hạn chế hoặc điều kiện mạng lưới đã được xác định Chú ý là tập hợp các phương án đầu tư để tối ưu hoá

được người sử dụng ấn định trước chứ không phải là tất cả các phương án có thể có cho mạng lưới

đường đó Vì vậy, tối ưu hoá ở đây không phải là tối ưu hoá triệt để vì tất cả các giải pháp có thể có

thường xuyên không được xem xét hết, do vậy phương án tối ưu tìm được chỉ là phương án tốt nhất trong các phương án được đưa vào so sánh Thiếu sót trong phân tích tối ưu hoá này đã được xem xét

và khắc phục trong nghiên cứu của GS Tsunokawa và Đinh Văn Hiệp (2006) bằng việc sử dụng kết hợp phương pháp đường dốc với mô hình HDM-4

HDM-4 sử dụng 3 hàm mục tiêu sử dụng cho các ứng dụng ở mức phân tích chiến lược và chương trình, đó là:

̇ Tối đa hoá lợi ích kinh tế dựa trên các chỉ tiêu kinh tế (như là giá trị hiện tại thuần (NPV) và IRR),

̇ Tối đa hoá việc cải thiện điều kiện mạng lưới (như là giảm độ gồ ghề), và

̇ Tối thiểu hoá chi phí nhà quản l ý để đạt được điều kiện mạng lưới như mục tiêu đề ra

6

Khi tối đa hoá lợi ích kinh tế, phân tích lựa chọn tổ hợp các phương án đầu tư cho một số các đoạn tuyến nhằm tối đa hoá NPV cho toàn mạng lưới với điều kiện tổng chi phí tài chính luôn nhỏ hơn nguồn ngân sách có sẵn Tương tự như vậy đối với việc tối đa hoá cải thiện điều kiện mạng lưới

đường, nhưng khi đó độ giảm giá trị độ gồ ghề đối với mỗi đoạn tuyến (ΔIRI*chiều dài đoạn tuyến)

được sử dụng thay cho NPV Còn trong phân tích tối thiểu hoá chi phí nhà quản l ý, tiêu chí của điều kiện tình trạng mạng lưới đường phải được định trước cho mỗi đoạn tuyến về mặt trị số IRI trung bình dài hạn và chú ý rằng phân tích này chỉ được ứng dụng ở mức độ chiến lược

5.2 Phân tích ưu tiên theo phương pháp gia tăng lợi ích/chi phí

Trong các ứng dụng của HDM-4 một số lượng lớn các đoạn tuyến cần được phân tích ưu tiên hoá, khi

đó ph ương pháp gia tăng lợi ích/chi phí (the incremental NPV-cost ratio) rất phù hợp cho quá trình

phân tích ưu tiên hoá các phương án đầu tư Phương pháp dựa cơ bản theo tỉ số gia tăng NPV/chi phí

như được định nghĩa như sau:

) cos (cos

) (

i j

i j

ij

t t

NPV NPV

E

ư

ư

=

Trong đó,

Eij: tỉ số gia tăng NPV/chi phí

i: chỉ số của phương án rẻ tiền hơn

j: chỉ số của phương án đắt hơn kề sau đó

NPVi, NPVj, costi, và costj : là các lợi ích và chi phí tương ứng với phương án i và j

Trong trường hợp hàm mục tiêu là tối đa hoá cải thiện điều kiện mạng lưới bằng việc giảm độ gồ ghề thì tỉ số gia tăng NPV/chi phí được thay thế bằng tỉ số gia tăng (ΔIRI*chiều dài)/chi phí, trong đó (ΔIRI*chiều dài) đặc trưng thay đổi độ gồ ghề trung bình với trọng số là chiều dài của đoạn tuyến

5.3 Tối ưu hoá các phương án cho một đoạn tuyến

Xem xét trường hợp phân tích tối ưu hoá các phương án xây lắp cho một đoạn tuyến với thời gian phân tích là 1 năm, Hình 4 biểu thị giá trị NPV của từng phương án và chi phí tương ứng của chúng cho một đoạn tuyến nhất định Chú ý rằng các phương án ở đây không có quan hệ qua lại với nhau Mục đích của việc tối ưu hoá là nhằm chọn ra phương án tốt nhất dựa trên nguyên tắc cơ bản về hiệu quả kinh tế Phương án hiệu quả nhất là phương án có giá trị NPV lớn nhất thu được từ 1 đơn vị chi phí, tức là có tỉ số NPV/chi phí là lớn nhất Quá trình tối ưu hóa được thực hiện bắt đầu từ phương án gốc (đó là phương án rẻ tiền nhất), sau đó xem xét độ gia tăng tỉ số NPV/chi phí của các phương án

kế tiếp đối với phương án gốc này Hình 5 chỉ ra rằng phương án B là phương án hiệu quả nhất bởi vì

có tỉ số NPV/chi phí là lớn nhất, đặc trưng bởi độ dốc lớn nhất Trong trường hợp này, nếu nguồn ngân sách có đủ để đầu tư cho phương án B thì phương án này được chọn, còn không phương án A sẽ

được chọn để thay thế vì có chi phí đầu tư nhỏ hơn phương án B

N

*) chi phí của ph ương án đầu tư - chi phí của phương án cơ bản *) chi phí của ph ương án đầu tư - chi phí của phương án cơ bản

*) chi phí của ph ương án đầu tư - chi phí của phương án cơ bản *) chi phí của ph ương án đầu tư - chi phí của phương án cơ bản

Ph ương án cơ bản

A

B

C

F

PV

Chi phí *)

A

B

C

F

NPV

Chi phí *)

của các phương án cho một đoạn tuyến

A

B

C

F

NPV

Chi phí *)

NPV

E

F

D

A

B

C

Chi phí *)

Hình 7: Lựa chọn phương án dựa trên nguyên tắc của gia tăng tỉ số NPV/chi phí

Hình 6: Các phương án không tồn tại cho

phân tích ưu tiên hoá

A5

NPV

*) chi phí của ph ương án đầu tư - chi phí của phương án cơ bản *) chi phí của ph ương án đầu tư - chi phí của phương án cơ bản

A

B

C

E

F

D

Chi phí *)

Hình 8: Đường bao sinh lợi đối với phân tích

đoạn tuyến

Đ ường bao sinh lợi

A4 NPV

A3

A2

Mức độ ưu tiên:

B2

1 B1 5 B3

A1

A, B, : đoạn tuyến 2 A1 6 A4

1, 2, kí hiệu các

ph ương án 3 A2 7 A5 4 A3 Chi phớ*)

Hình 9: Đường bao sinh lợi đối với phân tích

mạng lưới

Quá trình tối ưu hoá tiếp tục xem xét các giải pháp khác có NPV lớn hơn đồng thời cũng có chi phí cao hơn Tuy nhiên, cần chú ý rằng có một số phương án nhất định không tồn tại Ví dụ, phương án C không tồn tại bởi vì có chi phí cao hơn phương án B nhưng lại thu được giá trị NPV thấp hơn như thể hiện trên Hình 6 Tỉ số độ gia tăng NPV/chi phí giữa phương án C và phương án B cho giá trị âm Do vậy, phương án C sẽ không được chọn để xem xét cho các giải pháp tiềm năng trong bất cứ trường hợp nào Tương tự như vậy đối với phương án E Các phương án không tồn tại này được loại bỏ và không xem xét ngay từ bước đầu của quá trình phân tích Tiếp tục cho các phương án tiếp theo

phương án B, phương án F cho tỉ số độ gia tăng NPV/chi phí đối với phương án B là lớn nhất thông qua trị số độ dốc được thể hiện trên Hình 7 Vậy phương án F được chọn thay cho phương án B nếu

có đủ nguồn vốn, còn không phương án D sẽ được chọn thay thế cho phương án F Quá trình này tiếp tục cho đến hết các phương án được xem xét Đường nối các phương án có tiềm năng cho phân tích

ưu tiên này được gọi là đường bao sinh lời (economic boundary) như thể hiện trên Hình 8 Quá trình

tìm kiếm giải pháp có NPV lớn nhất sẽ thực hiện dọc theo đường bao sinh lời với nguồn ngân sách sẵn có Tuy nhiên, trong thực tế người sử dụng có thể định ra một dung sai nhất định để quá trình tìm kiếm sẽ thực hiện trong vùng dung sai này dọc theo đường bao sinh lời Chú ý là với mỗi lần tìm kiếm chỉ tồn tại một giải pháp duy nhất cho một đoạn tuyến với thời gian phân tích là 1 năm

5.4 Tối ưu hoá các phương án cho mạng lưới

Thí dụ mô phỏng ở trên được thực hiện cho đoạn tuyến với thời gian phân tích là 1 năm cho tập hợp các phương án xây lắp ấn định trước Tuy nhiên, trong thực tế các trường hợp phân tích thường được thực hiện cho mạng lưới với thời gian phân tích là nhiều năm Vì vậy, đối với từng đoạn tuyến mỗi

điểm sẽ thể hiện liên hệ giá trị NPV và chi phí tương ứng cho 1 giải pháp đầu tư bao gồm tập hợp các

phương án xây lắp xét trong toàn bộ thời gian phân tích Khi đó giới hạn sinh lời được thể hiện dạng

bề mặt với chiều thứ 3 là thời gian phân tích Quá trình ưu tiên hoá được tiên hành trên bề mặt này Tuy nhiên khi xem xét cho 1 mạng lưới thì tồn tại một chiều không gian thứ 4 đó là các đoạn tuyến, khi đó thuật toán để giải quyết bài toán tương đối là phức tạp Hình 9 thể hiện mức độ ưu tiên của các

phương án trong phân tích mạng lưới đường

6 Kết luận

Phiên bản mới 2.0 của mô hình HDM-4 đã củng cố vai trò của một công cụ đắc lực trong phân tích lựa chọn các phương án đầu tư và quản l ý đường bộ, giúp cho các nhà hoạch định đưa ra các quyết

đúng đắn nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao cho xã hội Trong phân tích ưu tiên hoá, mô hình đã sử dụng phương pháp gia tăng tỉ số lợi ích/chi phí (hoặc giảm tỉ số (ΔIRI*chiều dài)/chi phí) khi phân tích chiến lược và lập chương trình xây lắp Kết quả của phương pháp đã tiếp cận được các giải pháp tối ưu và đưa ra kế hoạch thực hiện các phương án đầu tư cho các đoạn tuyến trong thời gian phân tích dưới nguồn vốn nhất định Riêng trong ứng dụng của phân tích chiến lược, phương pháp ưu tiên hoá được sử dụng để lựa chọn các phương án nâng cấp và bảo trì dài hạn ứng với các trường hợp nguồn vốn nhất định khác nhau; và ngược lại, xác định nguồn vốn dài hạn cần thiết để duy trì mạng

lưới đường với tiêu chí định trước

Tài liệu tham khảo

Archondo-Callao, R (1994) HDM Manager Version 3.0 Transportation Division, Transportation, Water & Urban

Development Department The World Bank , Washington D.C., USA.

AWP (2006) Dự án Nâng cấp Mạng l ưới Đường bộ – Phân tích HDM-4 cho mạng lưới đường quốc lộ để xác lập chương trình xây lắp năm thứ 2 và năm thứ 3 Bản báo cáo phân tích cuối cùng, Cục Đ ường bộ Việt Nam, Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam

Đinh Văn Hiệp (2006) Các chú ý khi ứng dụng mô hình HDM-4 trong công tác quản l ý và bảo trì mạng l ưới

đường bộ Việt Nam Tạp chí Cầu Đường Việt Nam, Số 7/2006, trang 23-29

Eric Stannard (2005) Getting Started with HDM-4 Version 2.0 World Road Association, ISOHDM, PIARC, Paris,

France.

FHWA (1998) Highway Economic Requirements System (HERS) Federal Highway Administration, United States

Department of Transportation

Hass R., W R Hudson, and J Zaniewski (1994) Modern Pavement Management Krieger Publishing Company,

Malabar, Florida, USA

Harral, C.G., et al (1979) The Highway Design and Maintenance Standards Model (HDM): Model Structure, Empirical

Foundations and Applications PTRC Summer Annual Meeting, University of Warwick, PTRC Education and Research

Services, London, UK.

Harral C G and A Faiz (1998) Road Deterioration in Developing Countries: Cause and Remedies The World Bank,

Washington, D.C USA

HMCP (2002) Dự án Tăng c ường Năng lực Quản lý Đường bộ Bản báo cáo cuối cùng, Cục Đường bộ Việt Nam, Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam.

Hoban, C.J (1987) Evaluating Traffic Capacity and Improvements to Geometry Technical Paper Number 74 The

World Bank ,Washington D.C, USA.

Moavenzadeh, F., Stafford J.H., Suhbrier J., and Alexander J (1971) Highway Design Study Phase I: The Model IBRD

Economics Department Working Paper No 96 International Bank for Reconstruction and Development, Washington D.C, USA

Moavenzadeh, F., F Berger, B Brademeyer, and R Wyatt (1975) The Highway Cost Model: General Framework MIT

Department of Civil Engineering Research Report No 75-4 Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA Kerali H.R and V Mannisto (1999) Prioritization Methods for Strategic Planning and Road Work Programming in a

New Highway Development and Management Tool Transportation Research Record 1655, pp 49-54

PIARC (2001) Highway Development and Management System HDM-4 World Road Association, ISOHDM, PIARC,

Paris, France

RNIP (2004) Dự án Nâng cấp Mạng l ưới Đường quốc lộ – Kế hoạch chiến lược 10 năm Bản báo cáo cuối cùng, Cục

Đ ường bộ Việt Nam, Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam

Tsunokawa K., Đinh Văn Hiệp, and R Ul-Islam (2006) True Optimization of Pavement Maintenance Options with

What-If Models, International Journal of Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering (CACIE), USA, Vol 21,

pp 193-204

10