毒害美国运输业的破损算法

2011年11月，路易斯维尔-南印第安纳州俄亥俄河大桥项目(Louisville-South Indiana Ohio River Bridges Project)公布了一份595页的文件，本应最终结束长达数十年的高速公路之争。至少可以说，这个项目是一个有争议的项目。

当全国许多城市都在重新评估城市高速公路在市中心是否有一席之地的时候，路易斯维尔正在加倍努力。它不仅想保留臭名昭著的64号州际公路、65号州际公路和71号州际公路交汇处的“意大利面交叉口”，还想在此基础上建造更多的交叉口。此外，该项目背后的政治联盟旨在扩大64号州际公路的穿越范围，将车道容量增加一倍，并在河的正下方修建一座全新的大桥-将横跨这条河的车道数量从6条增加一倍至12条-所有这些都将耗资25亿美元。

但为了获得使用联邦资金进行这一昂贵提议的批准，项目支持者必须提供证据，证明路易斯维尔确实需要这种扩建。使用一种名为出行需求建模(TDM)的法律规定的行业实践，项目支持者聘请了一家工程公司来预测未来20年的交通状况，在这种情况下，到2030年。他们得出结论，越江旅行的数量将增加29%。言下之意很明显：如果他们什么都不做，交通会变得更糟。因此，该项目获得了联邦政府的批准，并继续推进。

然而，随后的两项研究，也是由路易斯维尔-南印第安纳州俄亥俄河大桥项目资助的，得出了非常不同的结论。

两年后，工程公司CDM Smith在该项目寻求批准的过程中查看了实际的交通状况。调查发现，从2010年到2013年，跨河交通量实际上下降了0.9%。

另一项研究，这项针对潜在债券持有人的研究，要令人费解得多。报告得出结论，到2030年，跨河交通总和将仅为13.2万人次，比SDEIS的预测低约15%。更糟糕的是，根据这项新的研究，仅在2007年，总共12车道的过河通道每天的载客量将比I-65大桥减少约4000人次，这完全削弱了路易斯维尔需要这些新桥梁的论点。

亚伦·雷恩(Aaron Renn)是一名城市政策研究员，也是俄亥俄河大桥项目的经常批评者，他广泛地记录了这些恶作剧。“不管这个项目有多疯狂，”他在2013年债券持有人研究报告发表时写道，“它总能设法证明它比我想象的更古怪。”

该项目现在已经完成，路易斯维尔的每个人都可以自己看到哪个预测更好。2018年，一项建设后交通研究显示，从2013年到2018年，越江出行减少了2%。因此，该项目被VOX等人称为史诗般的“笨蛋”。

路易斯维尔高速公路项目并不是出行需求模型第一次失准。尽管它们是任何获得联邦资金的交通基础设施项目中法律要求的一部分，但城市规划最糟糕的秘密之一是，这些模型往好了说容易出错，往坏了说有根本缺陷。

最近，我问雷恩，那些最初乐观的两位数增长交通预测对实际建设的无用之处有多重要。

“我认为这非常重要，”雷恩说。“因为我不相信，如果他们没有交通预测，说过河的交通将大幅增加，他们就不可能获得建设该项目的批准。如果交通量不会增加，你怎么证明建两座桥是合理的呢？“。

出行需求模型有不同的形状和大小。它们可以覆盖跨越州线的整个大都市地区，或者处理一小段郊区道路。随着时间的推移，它们变得更加复杂。但它们植根于所谓的四步过程，这是对人类如何做出从A到B的决定的粗略估计。最后，该模型给出了估计沿着特定路线将有多少次旅行的数字。

正如它的名字所说，模型要经过四个步骤才能得出这个数字。首先，它根据预期的土地使用模式(企业产生的出行将多于家庭)和社会经济因素(例如，高就业率比低就业率产生更多的出行)生成一种算法地图。然后，它将估计人们通常会从哪里来，去哪里。第三步是猜测他们将如何到达那里，第四步是绘制他们的实际路线，主要基于旅行时间。最终的结果是项目区将有多少次旅行，以及需要多长时间才能四处走动。然后，工程师和规划者将在模型中添加一条新的高速公路、交通线、桥梁或其他出行基础设施，看看情况是如何变化的。或者他们将在第一步改变数字，以考虑到未来预期的人口或就业增长。通常，政策制定者随后会使用这些数字来证明给定的项目是合理的，无论是高速公路扩建还是轻轨线路。

尽管俄亥俄河大桥项目是城市规划的彻底失败有很多原因，但没有得到太多关注的一个原因是旅行需求模型在给这头25亿美元的猪涂口红方面所起的作用。造成这种情况的一个潜在原因是，那些在该领域工作的人已经开始对此抱有同样的期望。

可以肯定的是，并不是每个在该领域工作的人都有这种感觉。尤其是土木工程师更有可能为模型辩护，认为它是一种有用的工具，但经常被误用。肯塔基大学土木工程教授格雷格·埃尔哈特(Greg Erhardt)花了20年的大部分时间研究这些模型，他说，这些模型最好的情况是“对一厢情愿的想法进行了检查”。但与我交谈过的其他专家，特别是城市规划师，倾向于认为这些模型帮助和教唆了一厢情愿的想法，即更多的高速公路和更宽的道路将减少交通。

无论哪种方式，几乎每个人都同意，最大的问题不是这些模型能否产生更好的结果，而是为什么我们一开始就如此依赖它们。问题的核心不是关于TDM或总体模型的辩论，而是我们如何决定我们的城市应该是什么样子的过程。

它的批评者说，TDM是一个过时的规划过程的象征，这个过程优化了交通流量，促进了高速公路建设。他们认为，早就应该换个角度思考我们的建设目标了。

“这是交通建模和使用方式的根本问题，”非营利组织美国交通运输协会(Transportation For America)主任贝丝·奥斯本(Beth Osborne)说。“我们认为这个模式给了我们答案。那是不负责任的。没有什么能给我们答案。我们给了我们答案。“。

1953年，底特律地区的高速公路机构发起了第一项TDM研究，以制定高速公路发展的长期计划。正如在一部TDM学术史中所叙述的那样，这个想法看起来很简单。为了实施像高速公路这样的大型公共工程项目，规划者必须对人们未来的出行有一定的了解。他们认为，花几十年时间修建这些高速公路，结果发现它们要么太大，要么太小，要么去错了地方，这是没有意义的。

底特律大都会地区交通研究(Detroit Metropolitan Area Traffic Study)对卡车和出租车司机进行了3.9万次家庭访谈和7200次访谈(与本世纪中叶的汽车城一样，公共交通不被考虑在内)。研究人员使用ibm 407穿孔卡片计算机部分自动化一些步骤，根据最近的趋势推断未来的出行模式，以便建立一个不仅在1955年该研究发表时适用于底特律的高速公路网，而且在1980年也适用。

这是一种新的交通规划方法，考虑到当时的技术和思想，它恰好处于领先地位。其他城市，包括芝加哥、圣胡安和华盛顿特区，此后不久就采用了它。用不了多久，这种方法也会被输出到其他国家，并成为世界各地通用的交通规划工具。

回想起来，这个概念有一些明显的缺陷。首先，该模型的基本方法是假设最近发生的事情将继续发生。如果底特律的人口在增长，它将继续上升。如果燃料价格下跌，它们将继续下跌。但这不是世界运转的方式。几十年内可能会有很多变化。

例如，以人口和土地利用模式为例，这是从四步模型的第一步输入的。它们是任何TDM中最重要的两个变量，因为居住在给定地区的人越多，出行就会越多，他们在该地区的生活和工作地点将在很大程度上决定出行模式。这两个因素都将在底特律地区发生根本性的变化。根据历史学家托马斯·塞格鲁(Thomas Segrue)的《城市危机的起源：战后底特律的种族和不平等》(The Origins of Urban Crisis：Race and Inequence in After Detroit)一书，20世纪50年代，底特律正处于史无前例的城市增长热潮中，人口在1950年左右达到顶峰，超过180万人。到1970年，几乎五分之一的人离开，这在很大程度上要归功于中产阶级“白人逃亡”到郊区。许多企业也将总部或工厂搬到了城市以外，极大地改变了出行模式。1955年的规划者很难预测到这一切。

更微妙的是，典型建模方法的批评者说，它们与人类的实际行为不符。例如，假设你住在帕萨迪纳，你在卡尔弗市的朋友邀请你在工作日6点过来吃晚餐。你会去吗？或者，如果他们认为你会在高峰时间开车穿越洛杉矶，你会告诉他们他们一定是疯了吗？很有可能，你会选择后者-否则，出于基本的人类礼仪，从一开始就永远不会发出邀请-而且旅行永远不会进行。

交通预测不是这样工作的。在模型中，无论交通变得多么糟糕，今天进行的任何旅行都将永远进入未来。

专家们将此称为“固定旅行需求”，这本质上是一个矛盾的修饰法，因为旅行需求几乎从定义上讲是不固定的。在去旅行之前，我们总是在决定是否值得去旅行。这个决策过程中的一个主要因素是旅行需要多长时间。TDM的工作方式正好相反，它假设如果人们想去哪里，他们就会去哪里。只有到那时，他们才会计算需要多长时间。

出于这个原因，一些城市规划者嘲笑这种方法为“需求的旅鼠理论”，咨询公司Impresa的城市经济学家、城市观察站(City Observatory)网站撰稿人乔·科特赖特(Joe Cortright)说，因为它假定，不管拥堵变得多么严重，人们都会继续在高速公路上行驶。

康涅狄格大学(University Of Connecticut)教授诺曼·加里克(Norman Garrick)说：“与其说测量是错误的，不如说是整个潜在的论点都是错误的。”“你没有考虑人们的行为和他们如何使用这个系统。你只是在说过去就是这样，未来也会是这样，尽管你正在向系统注入这种巨大的变化。“。

固定出行需求问题的另一面也同样有害。假设洛杉矶不知何故将连接帕萨迪纳和卡尔弗城的110和10号高速公路上的车道数量增加了一倍。现在，去你朋友家吃饭似乎不是个坏主意。除了数以万计的其他人也在想着同样的事情。他们也将进行以前没有进行过的旅行。从长远来看，他们可能会搬到房子更便宜的地方，因为通勤更快，这意味着他们会开更多的车，在路上呆的时间更长。最终，那些新的车道会被填满，交通也会一如既往地糟糕。

这种现象被称为诱导需求，它不仅仅是一种思维活动。几乎所有城市修建新公路或扩建旧公路的情况都是如此。

经济学家安东尼·唐斯在他1962年的论文“高峰时间高速公路拥堵法则”中写道：“最近美国大城市高速公路上的经验表明，交通拥堵将永远存在。”显然，无论新建多少条连接边远地区和市中心商业区的高速公路，自动驾驶通勤者在早晚高峰时间仍然行动缓慢。

专家们世世代代都知道诱导需求，然而我们在西西弗斯的任务中不断增加更多的高速公路，试图在高峰时间的交通中修建一条路。要充分理解这一追求的荒谬之处，只需看看德克萨斯州凯蒂耗资28亿美元的高速公路项目就知道了，该项目本应减少世界上最宽的23车道高速公路扩建后的通勤时间。可以预见的是，拥堵只会加剧，通勤时间会更长。

2011年，一篇名为“道路拥堵的基本法则”的论文总结道，“增加道路或公共交通的供应不太可能缓解拥堵”，因为每增加一条新的车道里程，驾驶里程就会按比例增加。我们修建的高速公路和道路越多，我们开的车就越多。(另一方面也是正确的：在极少数情况下，高速公路暂时无法使用，比如西雅图的阿拉斯加路高架桥，交通不会变得更糟。)。而TDM们对此完全一无所知。

交通规划师兼顾问大卫·T·哈特根(David T.Hartgen)在2013年写道：“众所周知，50-60年前开发的4步建模范式只是一种计算便利，不是行为上的，并不反映旅行者实际是如何做出决定的。”

证据就在路上。牛津大学(Oxford University)教授本特·弗莱夫布耶格(Bent Flyvbjerg)在2007年对14个国家和5大洲的交通预测进行的里程碑式的研究中发现，一半的交通预测错误超过20%，这一发现随后在其他地方也得到了复制。国家合作公路研究计划2006年的一项研究发现，在15个收费公路项目中，实际交通量平均比预测交通量低35%。另一项研究发现，平均误差更接近42%。

迈克尔·贝克国际策划公司(Michael Baker International)的高级项目经理弗雷德·琼斯(Fred Jones)说，“我认为有一个普遍的共识，那就是存在准确性问题。”“有时会有30%到50%的折扣。”

更糟糕的是，没有人从自己的错误中吸取教训。Flyvbjerg写道：“在这项研究覆盖的30年期间，不准确是恒定的。”“随着时间的推移，预测并没有改善。”

甚至还不清楚土木工程师或运行这些模型的公司是否认为不准确是一件坏事。他们被要求做不可能的事情并预测未来--当然会有不准确的地方，他们争辩说。这就像在谷歌地图上安排旅行路线一样。如果是20分钟的车程穿过市区，谷歌地图就能很好地预测需要多长时间。如果是8小时的路程，那基本上只是个猜测，因为即使是谷歌也不能预见未来，当你在5小时内到达华盛顿特区以外的地方时，95号州际公路是否会发生撞车事故。南佛罗里达大学教授Chanyoung Lee说，法律规定的20年预测与此非常相似。

因此，进行建模的土木工程师倾向于淡化精确数字的相关性，而更广泛地谈论随着时间的推移的趋势。他们认为，理想情况下，政策制定者应该在不同的人口预测、土地使用模式和就业情景下运行模型，以获得一系列预期。然后，他们会考虑这些期望的范围是什么，这个项目实际上是为什么而工作的。

问题是，当结果公布给公众时，它们就失去了所有的细微差别，被政策制定者当做事实。正如Cortright所说，“这些模型本质上是高速公路部想要做的事情的销售工具。”

尽管这些模型一直存在问题，但它们已经变得更聪明了。特别是在过去的十年左右，更多的州正在从更能反映人类实际行为的动态旅行模型中进行研究。他们更善于考虑其他交通方式，如骑自行车、步行和公共交通。而且，与以前的版本不同的是，他们能够对加宽一段道路可能在另一段道路上造成瓶颈的情况进行建模。

尽管如此，专家们警告说，除非我们改变这些项目背后的整个决策过程，否则更好的模型将一事无成。这些模型通常甚至不会运行-结果会向公众展示-直到州交通部几乎敲定了一个首选的项目。

在为这篇报道采访了该领域的10名专家后，有一件事很清楚：障碍不是技术上的，而是社会和政治的。毕竟，路易斯维尔大桥项目确实准确地模拟了债券持有人的旅行需求。这是可以做到的。问题不是为什么模型是错的，而是为什么正确的模型似乎没有什么不同。

当我问密切关注路易斯维尔项目的雷恩，评估如何建设一个大型交通项目的更好方法是什么时，他说他不确定。“我们需要将问题非政治化，认为我们可以将政治选择减少到客观的决策标准，而事实上，我认为我们的许多辩论基本上是由我们对公共利益的愿景中相互竞争的价值体系推动的。”

在这里，路易斯维尔的案例再次说明了这一点。在SDEIS中，工程师们估计，到2030年，大都市地区的人口将增长15%。这一预测似乎是正确的；雷恩说，从2007年到2020年，这些县的人口增长了7.85%。但是，SDEIS预测，几乎所有的人口增长都将发生在周围的县和市郊。多亏了这一假设-以及预测的42%的就业增长-SDEIS得出的结论是，出行时间增加了52%，由于现有基础设施交通延误而损失的小时数大幅增加了161%。这些都是支持两座大桥计划的关键估计。

但这些趋势并不是人类存在的一成不变的规律。“这是一个经典的自我实现的预言，伪装成技术官僚的客观性，”科特赖特说。“人口预测假设家庭和企业将无限期分散。”

出于这个原因，TDM批评者说，预测的准确性-或者说缺乏预测-几乎是无关紧要的，因为任何改变构建环境的项目都会改变人们的行为方式。问题不是对他们行为方式的预测是否准确，而是我们想要更多什么样的行为。

美国进步中心(Center For American Progress)基础设施政策主管凯文·德古德(Kevin DeGood)经常批评高速公路计划中的这类模型，他说：“我真的不在乎高速公路模型是不是‘准确’，因为即使模型是准确的，项目也可能失败。”

为此，DeGood补充说，我们需要在规划阶段重新关注我们的目标，从预计的车速、交通流量和拥堵转向不同的问题，这些问题可能会引导我们转向生活质量问题。例如，有多少%的家庭居住在距离高质量公共交通四分之一英里的范围内？百分之几的人可以不用私家车通勤，或者住在公园附近？

交通项目切入核心。

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