道路养护资金年度波动对资产状况影响的系统动力学评估

《Civil Engineering and Environmental Systems》：A system dynamics approach to evaluating the effects of maintenance budget fluctuations on asset condition

　　

道路养护资金通常以总支出进行评估，但支出的稳定性和时机也可能影响结果。本文研究了道路养护资金的年度变异性如何影响承包商能力、生产率、养护有效性、资金价值（单位累计养护投资所产生的累计有效养护工作量）以及资产状况。该研究结合了三个组成部分：基础设施治理与道路养护支出稳定性的背景分析、资金变异机制的系统动力学（system dynamics）模型，以及通过新西兰案例进行的实证合理性检验。该系统动力学模型将稳定资金与年度“削减与追赶”周期进行了比较，在这种周期中，某一年减少10%、20%或30%的资金，随后一年增加等额资金，同时在240个月内保持累计支出不变。结果显示，稳定资金产生了最高的资金价值和资产状况。在第240个月时，相对于稳定资金，±10%、±20%和±30%的年变异性分别导致资产状况降低9.2%、24.1%和38.2%。资金价值分别降低了31.1%、49.5%和59.0%。研究结果表明，养护资金稳定性应与充足性一并考虑，因为追赶性支出可能无法完全弥补资金不足期间所损失的价值。

一、研究背景与问题提出

道路养护资金通常以其总额是否充足来评估，然而，支出的稳定性和时间节点同样会影响养护成效。现有研究表明，预防性和及时的养护能够维护资产状况并降低生命周期成本，而延迟养护则可能导致病害加剧，使后续干预效率降低。此外，承包商能力的调整存在滞后性，资金的大幅波动会造成工作量与可用能力之间的不匹配，从而影响生产率。尽管已有研究认识到资金稳定性的重要性，但鲜有研究在控制累计支出不变的前提下，量化年度资金变异性对资产状况和资金价值的独立影响。因此，本研究旨在回答三个核心问题：更强的长期基础设施治理安排是否与更低的道路养护支出变异性相关联？年度养护资金变异性如何影响承包商能力、生产率、养护有效性、资金价值和资产状况？新西兰地区道路状况数据是否与提出的资金变异性与资产状况关系在方向上一致？

二、研究方法概述

本研究采用三部分研究设计：首先，利用经合组织（OECD）数据进行背景分析，通过双变量回归考察长期战略愿景指标与道路养护支出波动性的关联。其次，开发了一个系统动力学（system dynamics）模型，模拟在240个月（20年）内，月度时间步长下，稳定的年度资金与±10%、±20%和±30%的年度“削减与追赶”周期（两年周期）对承包商能力、工作量、生产率、养护有效性、有效资产年龄、资产状态及资金价值的影响，所有情景均保持累计支出相等。模型中的生产率函数基于Manickavasagam等人的访谈研究成果，表示为分段二次函数。最后，利用新西兰14个地区的区域数据，通过双变量回归进行实证合理性检验，考察平均年度养护资金波动与平均状况指数（Condition Index）之间的关系。

三、研究结果

3.1 OECD背景分析

对16个国家的数据分析显示，长期战略愿景复合指标与平均年度道路养护支出波动性之间存在负相关关系（FV_i = 0.2235 - 0.2020G_i，R2 = 0.2500，p = 0.0486）。该结果被解读为背景性证据，而非因果性证据，表明更强的基础设施治理可能与更稳定的养护资金相关联。

3.2 系统动力学模型结果

在240个月的模拟期末，稳定资金情景下的资产状态保持在0.9687，资金价值为1.0000。相比之下，±10%、±20%和±30%的年度资金变异性情景下的最终资产状态分别降至0.8799、0.7350和0.5988，相较于稳定资金分别降低了9.2%、24.1%和38.2%。资金价值分别降至0.6887、0.5055和0.4095，降幅分别为31.1%、49.5%和59.0%。结果表明，即使累计支出相同，更大的资金变异性会导致更差的资产状况和更低的资金价值。其机制在于：资金不足时期导致养护工作延迟，增加了有效资产年龄，降低了后续养护的有效性；而在追赶年份，承包商能力的调整延迟和生产率的下降使得额外资金无法完全转化为有效工作。

3.3 敏感性分析

对退化速率、养护有效性下限、能力滞后时间、生产率响应严重程度和预算时序五个参数进行的敏感性测试显示，在所有替代假设下，稳定资金始终产生最高的资金价值和最终资产状态，其次是±10%、±20%和±30%的变异性情景，即情景排序未发生改变。模型对退化速率、生产率响应和养护有效性下限的假设最为敏感。

3.4 新西兰实证合理性检验

对14个新西兰地区数据的双变量回归分析显示，平均年度养护资金波动与平均状况指数之间存在方向上的负相关关系，即较高的资金波动倾向于对应较低的道路状况指数。估计斜率表明，平均年度资金波动每增加10个百分点，状况指数大约降低0.40点。然而，该拟合优度较低，且在5%水平上不具有统计显著性。该结果被视为探索性的合理性支持，而非正式模型验证。

四、讨论与结论

讨论部分指出，研究结果揭示了资金稳定性对资金价值的独立影响，这一影响在仅关注总支出的评估中容易被忽视。资金波动的成本体现在生产率下降、干预延迟和退化加速上，而这些并非简单的预算总额所能反映。对于政策制定和资产管理而言，应同时考虑资金充足性与稳定性，稳定的年度资金能为交付市场提供清晰信号，支持能力规划，并使养护干预更接近最佳时机。若必须削减资金，应优先识别并保护关键养护工作，因为后续增加的支出可能无法完全弥补延迟工作所造成的价值损失。

研究结论翻译如下：

本文探讨了道路养护资金年度变异性的影响。核心论点是，养护成果不仅取决于提供的资金总额，还取决于这些资金的时机和稳定性。即使在累计支出保持不变的情况下，可变资金也会通过扰乱承包商能力、降低生产率、延迟干预和降低养护有效性来减少有效养护产出。系统动力学结果显示，在240个月的模拟期末，稳定资金情景保留了0.9687的资产状态和1.0000的资金价值。在±10%、±20%和±30%的年度资金变异性下，最终资产状态分别降至0.8799、0.7350和0.5988，资金价值分别降至0.6887、0.5055和0.4095。这些结果表明，当考虑到能力、生产和退化效应时，追赶性资金无法完全弥补资金不足期间所损失的价值。敏感性分析显示，尽管效应大小有所变化，但在退化、养护有效性、能力滞后、生产率和预算时间的替代假设下，这一排名是稳定的。新西兰的经验分析不应被解释为模型的正式验证，它仅提供了经验合理性检验。研究结果对道路养护政策和基础设施治理具有实际意义，预算稳定性应与资金充足性一并考虑。本研究的局限性在于系统动力学模型是风格化的，经验分析是探索性的且无法建立因果关系。尽管如此，结果支持了养护资金变异性是一个值得在基础设施治理、资产管理和预算规划中予以明确关注的系统级问题的结论。