Kaupungin talousarvion optimointi tekoälyn avulla – Kaupungin talousarvion optimointi – Strateginen talousarviosuunnittelu kaupungeille tekoälyn avulla

Kunnan talousarvion optimointi tekoälyn avulla: talousarviosimulaatio ja matemaattinen optimointi suorana kaupunginvaltuustossa

Staattisesta talousarviosuunnitelmasta interaktiiviseen talousarviosimulaatioon talousvaliokunnassa

Entä jos kaupunginvaltuusto ei vain äänestäisi esitetystä talousarvioesityksestä, vaan voisi simuloida erilaisia talousarviovaihtoehtoja suoraan kokouksessa, optimoida ne matemaattisesti ja vertailla niitä keskenään?

Juuri tässä StratePlan astuu kuvaan.

Kunnat kohtaavat yhä vaikeamman tehtävän: kasvavat sosiaalimenot, kunnostusta kaipaava infrastruktuuri, investoinnit kouluihin, digitalisaatio, ilmastonsuojelu ja julkiset laitokset kohtaavat rajalliset taloudelliset resurssit.

Haasteena ei ole pelkästään menojen vähentäminen tai yksittäisten hankkeiden priorisointi niiden kiireellisyyden mukaan.

Ratkaiseva kysymys on:

Mikä kunnallisten hankkeiden yhdistelmä tuottaa käytettävissä olevan talousarvion puitteissa suurimman mahdollisen yhteiskunnallisen, taloudellisen ja strategisen kokonaishyödyn?

StratePlanin avulla tätä kysymystä voidaan tutkia järjestelmällisesti matemaattisen salkunoptimoinnin avulla.

Tässä yhteydessä hallinnon asiantuntija-arviot, taloudelliset puitteet ja poliittiset tavoitteet yhdistetään yhteiseen päätöksentekomalliin.

Tuloksena on uusi kunnallisen talousarvion hallinnan muoto: läpinäkyvä, ymmärrettävä, dynaaminen ja suoraan poliittisissa päätöksentekoelimissä hyödynnettävä.

1. Perusongelma: yksi talousarvio, monia hankkeita, rajalliset varat

Tarkastellaan esimerkkinä yhtä saksalaista kaupunkia:

• Käytettävissä oleva investointibudjetti: 81 miljoonaa euroa
• Suunnitellut investointihankkeet: 50
• Kokonaisinvestointitarve: 220 miljoonaa euroa

Kaupunki ei siis voi rahoittaa kaikkia suunniteltuja hankkeita samanaikaisesti.

Päätöksiä on tehtävä.

Mitkä koulut kunnostetaan? Mitkä tiet uusitaan? Mitkä hallintorakennukset modernisoidaan? Mitkä ilmastonsuojelutoimenpiteet toteutetaan? Mitkä sosiaalipalvelut saavat lisärahoitusta?

Perinteisessä talousarviosuunnittelussa näihin kysymyksiin vastataan usein asiantuntijoiden välisillä neuvotteluilla, poliittisilla neuvotteluilla ja yksittäisten talousarvioerien vaiheittaisella mukauttamisella.

Ongelmana on, että jokainen päätös vaikuttaa muiden hankkeiden jäljellä olevaan taloudelliseen liikkumavaraan.

Kun valittavissa on 50 toisistaan riippumatonta hanketta, matemaattisesti syntyy:

²⁵⁰ = 1 125 899 906 842 624 mahdollista hankekombinaatiota.

Tämä vastaa noin 1,126 biljoonaa yhdistelmää.

Kaikki yhdistelmät eivät ole taloudellisesti tai organisatorisesti sallittuja. Tämä luku kuitenkin havainnollistaa, miksi yksittäisten hankkeiden puhtaasti manuaalinen tarkastelu ei riitä koko päätöksentekotilan systemaattiseen tutkimiseen.

Haasteena ei ole yksittäisen projektin arviointi, vaan kaikkien projektien parhaan mahdollisen yhdistelmän valinta olemassa olevien budjettirajoitusten puitteissa.

Juuri tämä on klassinen yhdistelmäoptimoinnin tehtävä operaatiotutkimuksessa.

2. Helppo aloitus: projektitunnus, menot ja asiantuntijapainotukset

Kunnan talousarviosimulaatiota ei tarvitse aloittaa monimutkaisella IT-projektilla.

Yksinkertaisen optimointimallin laatimiseen riittää aluksi kolme tietoa kustakin hankkeesta:

1. Projektitunnus: Toimenpiteen yksilöivä tunniste
2. Menot (Expenses): Projektin suunniteltu rahoitustarve
3. Painotus (Weight): Toimenpiteen suhteellinen merkitys tai kiireellisyys

Painotus tapahtuu asteikolla 0,01–0,99.

Korkeampi arvo tarkoittaa suurempaa asiantuntijoiden arvioimaa merkitystä sovitun arviointimallin puitteissa.

Esimerkki kunnan projektiluettelosta

Esimerkkiarvot, eivät todellisia kunnallisia projektitietoja.

Tiedot voidaan esimerkiksi laatia yksinkertaisessa Excel-taulukossa.

Ratkaiseva erityispiirre: painotukset tulevat eri toimialoilta

StratePlanin ei tule päättää itsenäisesti, onko koulu tärkeämpi kuin tie tai onko palokunta kiireellisempi kuin hallintorakennus.

Tämä asiantuntemus kuuluu toimivaltaisille virastoille ja osastoille.

Koulutoimen osasto tuntee koulujen rakenteellisen kunnon ja todellisen kunnostustarpeen. Maarakennusvirasto tuntee infrastruktuurin, teiden kunnon ja tekniset riskit. Palokunta tuntee toimintansa vaatimukset. Sosiaalitoimen osasto osaa arvioida sosiaalilaitosten yhteiskunnallista merkitystä.

Siksi painotukset määritetään budjettisimulaatiota edeltävässä vaiheessa kunkin osaston asiantuntijoiden toimesta.

Arvioinnissa voidaan ottaa huomioon muun muassa kiireellisyys, strateginen merkitys, yhteiskunnalliset vaikutukset, tekniset riskit ja aikataulut.

Jotta painotukset ovat vertailukelpoisia eri virastojen välillä, kaikkien osastojen tulisi käyttää yhteistä arviointitaulukkoa.

Taloushallinto koordinoi tätä prosessia ja kokoaa tiedot yhteen.

Asiantuntemus säilyy hallinnossa. StratePlan huolehtii mahdollisten hankekombinaatioiden matemaattisesta analyysistä.

3. Asiantuntijapainotuksista matemaattiseen päätöksentekotilaan

Jokaiselle hankkeelle määritellään binäärinen päätösmuuttuja:

_xi ∈ {0,1}

• 1: Projekti sisällytetään laskettuun salkkuun.
• 0: Projektia ei sisällytetä laskettuun salkkuun.

Kun projekteja on 50, tästä seuraa 50 binääristä päätösmuuttujaa.

StratePlan tutkii näiden muuttujien mahdollisia yhdistelmiä ottaen huomioon käytettävissä olevan budjetin ja muut määritellyt puite-ehdot.

Yksinkertaistettu matemaattinen malli on seuraava:

Maksimoi painotettu projektin arvo:

Max Σ (_wi×xi)

Budjettirajoituksen puitteissa:

Σ (_ci×xi) ≤ B

Jossa:

• _wi: asiantuntijoiden määrittämä painotus
• _ci: suunnitellut projektimenot
• _xi: binäärinen valintapäätös
• B: Käytettävissä oleva budjetti

Tämä yksinkertaistettu malli osoittaa, kuinka asiantuntija-arvioinnit ja taloudelliset rajoitukset voidaan yhdistää matemaattisesti toisiinsa.

Se maksimoi valittujen projektien painotusten summan. Tätä ei voida automaattisesti rinnastaa rahallisen sijoitetun pääoman tuoton (ROI) maksimointiin tai täydelliseen yhteiskunnallisten vaikutusten arviointiin.

Konkreettisesta optimointimallista riippuen voidaan ottaa huomioon myös muita kriteerejä, kuten hankkeiden riippuvuussuhteet, resurssirajoitukset, lakisääteiset velvoitteet tai monivuotiset budjettirajat.

Tavoitteena ei ole rahoittaa mahdollisimman monta hanketta, vaan tunnistaa määriteltyjen kriteerien perusteella paras mahdollinen hankekombinaatio käytettävissä olevien varojen puitteissa.

4. Talousarviosimulaatio reaaliaikaisesti talousvaliokunnassa tai kaupunginvaltuustossa

Todellinen lisäarvo syntyy, kun matemaattinen optimointi integroidaan suoraan poliittiseen päätöksentekoprosessiin.

Kuvitellaanpa talousvaliokunnan kokousta.

Kaupungin taloushallinto esittelee talousarvioesityksen, joka sisältää 50 hanketta ja käytettävissä olevan 81 miljoonan euron investointibudjetin.

Erityisvaliokunnat ovat arvioineet hankkeensa etukäteen ja määrittäneet niille painotukset.

StratePlan laskee näiden perusteella optimoidun hankesalkun.

Näytölle ilmestyvät valitut hankkeet, niiden tarvitsemat talousarviovarat, jäljellä olevat budjettivarat sekä mallissa saavutettu kokonaisarvio.

Nyt alkaa poliittinen keskustelu.

Skenaario A: Alkuperäinen laskelma

Rahoituskomitea tarkastelee aluksi hankekokonaisuutta alun perin määriteltyjen painotusten perusteella.

Mitkä projektit tulisi toteuttaa 81 miljoonan euron budjetilla, jos asiantuntija-arviot pysyvät muuttumattomina?

StratePlan toimittaa lasketun hankekombinaation päätöksenteon perustaksi.

Skenaario B: Koulutukselle annetaan korkeampi prioriteetti

Yksi kaupunginvaltuuston jäsen esittää kysymyksen:

”Mitä tapahtuu, jos annamme koulujemme kunnostukselle suuremman painoarvon?”

Valittujen kouluhankkeiden painotusta nostetaan esimerkiksi 0,75:stä 0,95:een.

Sen jälkeen koko salkku lasketaan uudelleen.

Elin voi heti selvittää:

• Mitkä kouluhankkeet valitaan nyt?
• Mitkä muut hankkeet saattavat jäädä pois?
• Miten kokonaisarvio muuttuu?
• Pysytäänkö budjetissa?
• Mitä poliittisia ristiriitoja syntyy?

Sen sijaan, että keskusteltaisiin yksinomaan yksittäisistä budjettikohdista, elin voi ymmärtää prioriteetin muutoksen vaikutukset koko hankekantaan.

Skenaario C: Enemmän painoarvoa infrastruktuurille

Toinen jäsen ehdottaa, että teille, silloille ja kunnallisille rakennuksille annettaisiin suurempi painoarvo.

Vastaavia painotusparametrejä mukautetaan.

StratePlan laskee uuden projektikombinaation.

Tämän jälkeen tuloksia voidaan verrata suoraan alkuperäiseen skenaarioon ja koulutusskenaarioon.

Näin käy ilmi, millaisia vaikutuksia erilaisilla poliittisilla painopisteillä on saman talousarvion puitteissa.

Skenaario D: Talousarvio muuttuu

Myös käytettävissä oleva budjetti voi olla simulaation kohteena.

Mitä tapahtuu, jos käytettävissä on vain 75 miljoonaa euroa 81 miljoonan sijaan?

Tai jos lisärahoitus nostaa budjetin 90 miljoonaan euroon?

StratePlan voi optimoida projektikokonaisuuden uudelleen muuttuneiden budjettirajoitusten puitteissa.

Näin keskustellaan paitsi budjetin suuruudesta myös sen konkreettisista vaikutuksista toteutettaviin projekteihin.

5. Skenaarioiden vertailu yksittäisten kohteiden erillisen neuvottelun sijaan

Ratkaiseva etu on eri budjettivaihtoehtojen järjestelmällinen vertailu.

Todelliset tulokset saadaan laskemalla koko projektin tiedot huomioon ottaen.

Rahoituskomitean jäsenet voivat näin tunnistaa, mitkä hankkeet säilyvät kaikissa skenaarioissa ja mitkä hankkeet riippuvat painotusten muutoksista.

Samoin voidaan selvittää, mitkä hankkeet kilpailevat keskenään samoista budjettivaroista.

Jokainen parametrin muutos voi käynnistää koko projektisalkun uuden matemaattisen laskennan.

On ratkaisevan tärkeää, että käytetyt painotukset, budjettioletukset ja laskentatulokset dokumentoidaan.

6. Uusi yhteistyö eri ministeriöiden, taloushallinnon ja politiikan välillä

Matemaattisen budjettisimulaation käyttöönotto ei muuta demokraattisia toimivaltuuksia.

Se muuttaa päätöksenteon tietopohjaa.

Erityisalojen osastot arvioivat

Vastuuosastot toimittavat hanketiedot, suunnitellut menot ja asiantuntijapainotukset.

Ne tuntevat toimenpiteidensä tekniset, sosiaaliset ja organisatoriset vaatimukset ja osaavat parhaiten arvioida kunkin toimenpiteen kiireellisyyden.

Taloushallinto koordinoi ja mallintaa

Taloushallinto kokoaa projektitiedot yhteen, tarkistaa käytettävissä olevat talousarviovarat ja varmistaa, että asiaankuuluvia taloudellisia ja oikeudellisia puitteita noudatetaan.

Se valmistelee talousarviosimulaation ja varmistaa, että painotukset perustuvat läpinäkyvään, eri osastojen välillä vertailukelpoiseen perustaan.

Rahoitusvaliokunta simuloi ja keskustelee

Valmistetut skenaariot esitellään rahoitusvaliokunnassa.

Poliittiset painopisteet voidaan mallintaa painotusten tai budjettiparametrien muutoksina ja laskea sen jälkeen uudelleen.

Näin käy ilmi, mitä seurauksia tietyillä painotuksilla on koko investointisalkulle.

Kaupunginvaltuusto päättää

Lopullinen poliittinen vastuu jää demokraattisesti valituille päätöksentekijöille.

StratePlan ei korvaa hallinnon asiantuntija-arviointia eikä poliittista päätöksentekoa.

Teknologia laskee määriteltyjen oletusten seuraukset. Poliittiset päättäjät päättävät, mitkä tavoitteet ja prioriteetit ovat ratkaisevia.

7. Pakolliset tehtävät, hankkeiden riippuvuussuhteet ja lakisääteiset vaatimukset

Kaikkia kunnallisia toimenpiteitä ei voida asettaa vapaasti harkintaan.

Lakisääteiset velvollisuudet, sopimusvelvoitteet tai jo sitovasti päätetyt toimenpiteet on otettava asianmukaisesti huomioon mallinnuksessa.

Yksinkertaisen talousarviosimuloinnin yhteydessä kiinteät menot voidaan aluksi vähentää käytettävissä olevasta budjetista.

Vasta jäljelle jäävää käytettävissä olevaa budjettia optimoidaan sen jälkeen valinnaisten hankkeiden valintaa varten.

Esimerkki

• Kokonaistalousarvio: 81 miljoonaa euroa
• Sitovasti määritellyt toimenpiteet: 21 miljoonaa euroa
• Jäljelle jäävä optimointibudjetti: 60 miljoonaa euroa

Sitovat toimenpiteet dokumentoidaan erikseen, eikä niitä tarvitse käsitellä uudelleen vapaasti valittavina hankkeina.

Myös hankkeiden väliset riippuvuussuhteet ovat merkityksellisiä.

Jos esimerkiksi rakennuksen energiatehokkuuden parantaminen liittyy välttämättä katon kunnostukseen, näitä toimenpiteitä ei saa arvioida toisistaan riippumatta.

Yksinkertaistetussa mallissa tällaiset toimenpiteet voidaan yhdistää yhdeksi yhteiseksi hankkeeksi.

Laajennetuissa optimointimalleissa vastaavat riippuvuussuhteet voidaan myös kuvata nimenomaisesti lisäehdoina.

Näin laskelma perustuu edelleen todellisiin organisatorisiin ja oikeudellisiin puitteisiin.

8. Miksi painotus on avain poliittiseen simulointiin

Painotusarvojen välillä 0,01–0,99 muodostuu yhteys asiantuntija-arvion ja matemaattisen laskelman välille.

Sen avulla erilaiset prioriteetit voidaan mallintaa parametreina.

Tässä yhteydessä on tehtävä tärkeä ero:

Painotus ei ole objektiivinen totuus, vaan dokumentoitu arviointi määritellyn mallin puitteissa.

Kouluprojekti, jonka painotus on 0,95, ei ole automaattisesti yhteiskunnallisesti arvokkaampi kuin infrastruktuuriprojekti, jonka painotus on 0,80.

Arvot ilmaisevat suhteellisen prioriteetin sovittujen arviointikriteerien mukaisesti.

Siksi ministeriöiden asiantuntijoiden tekemä valmistelu on ratkaisevan tärkeää.

He voivat perustella arviointinsa ymmärrettävien kriteerien avulla. Rahoituskomitea voi tämän jälkeen tutkia, miten muuttuneet poliittiset prioriteetit vaikuttavat kokonaistulokseen.

Herkkyysanalyysi painotusten muutosten avulla

Toistuvilla laskelmilla voidaan vastata tärkeisiin kysymyksiin:

• Kuinka vakaa alkuperäinen projektivalinta on?
• Mitkä hankkeet valitaan edelleen, vaikka painotukset muuttuisivat merkittävästi?
• Missä projekteissa jo pienet parametrimuutokset johtavat eri päätökseen?
• Mitkä investointitoimenpiteet kilpailevat keskenään erityisen voimakkaasti?
• Mitkä poliittiset painopisteet muuttavat talousarvion rakennetta eniten?

Nämä tiedot voivat parantaa poliittisen neuvonnan laatua huomattavasti.

9. Kertaluonteisesta talousarviosuunnittelusta jatkuvaan ohjaukseen

Kunnan budjettisimulaation ei tarvitse rajoittua vuotuiseen budjetin laatimiseen.

Talousvuoden aikana olennaiset puiteolosuhteet voivat muuttua.

Rakennuskustannukset nousevat. Tukia myönnetään tai ne peruutetaan. Hankkeet viivästyvät. Uusia lakisääteisiä vaatimuksia syntyy. Lisäinvestointeja tarvitaan.

Päivitetyn tietokannan avulla tällaisten muutosten vaikutukset voidaan laskea uudelleen.

Myös monivuotista investointisuunnittelua voidaan tarkastella vastaavasti laajennetulla mallilla.

Tässä otetaan huomioon muun muassa vuosittaiset budjettirajat, hankkeiden kesto, ajalliset riippuvuudet ja resurssien saatavuus.

Näin taloushallinto voi siirtyä pääosin staattisesta talousarvion tarkastelusta dynaamiseen päätöksenteon tukeen.

Keskeinen kysymys ei enää ole pelkästään:

”Mitkä hankkeet sisältyvät talousarvioon?”

Vaan:

”Mikä hankekombinaatio on paras nykyisten taloudellisten, asiantuntijallisten ja poliittisten puite-olosuhteiden valossa?”

10. Läpinäkyvyys ja demokraattinen vastuu

Matemaattista optimointia ei saa sekoittaa automatisoituun poliittiseen päätöksentekoon.

Optimointimalli voi ottaa huomioon vain ne tavoitteet, painotukset ja rajoitukset, jotka on määritelty etukäteen.

Siksi menettelyn läpinäkyvyys on ratkaisevan tärkeää.

Jokaisesta simulaatiosta tulisi dokumentoida käytetyt projektitiedot, painotukset, budjettirajat ja muut oletukset ymmärrettävällä tavalla.

Samoin lasketut projektikombinaatiot ja muutokset aiempiin skenaarioihin verrattuna tulisi olla selvästi nähtävissä.

Tämä mahdollistaa asiallisesti perustellun keskustelun eri päätösten todellisista vaikutuksista.

StratePlan toimii matemaattisena päätöksenteon tukivälineenä – se ei korvaa demokraattista päätöksentekoa.

11. Miten kunta voi aloittaa StratePlanin käytön

Ensimmäinen pilottiprojekti voidaan toteuttaa rajoitetulla määrällä kunnallisia investointihankkeita.

Taloushallinto määrittelee käytettävissä olevan budjetin ja kerää suunnitellut toimenpiteet.

Kunkin toimialan viranomaiset toimittavat menot ja niiden toimialakohtaisesti perustellut painotukset.

Tämän jälkeen tiedot siirretään yhtenäiseen hankeluetteloon.

Jo kolmella perusparametrilla – hanketunnus, menot ja painotus – voidaan laatia yksinkertaistettu kunnan salkunoptimointimalli.

Ensimmäisen laskelman jälkeen voidaan testata vaihtoehtoisia painotuksia ja budjettirajoja.

Tulokset voidaan sitten esitellä työpajassa taloushallinnon kanssa, talousvaliokunnassa tai kaupunginvaltuustossa.

Näin matemaattisen optimoinnin hyöty voidaan osoittaa konkreettisten kunnallisten päätöksentekokysymysten avulla ilman, että olemassa olevan budjettiohjelmiston täydellistä uudistamista vaaditaan aluksi.

12. Johtopäätös: Tulevaisuuden kaupunginvaltuusto ei keskustele pelkästään budjettiluvuista – se simuloi päätöksiä

Kuntatalouden suunnittelu on yksi julkishallinnon vaativimmista tehtävistä.

Rajoitetut varat on jaettava lukuisille hankkeille, joilla on erilaisia ammatillisia, yhteiskunnallisia ja poliittisia tavoitteita.

Perinteiset menetelmät törmäävät rajoihinsa erityisesti silloin, kun on tarkoitus tutkia monien hankkeiden välisiä vuorovaikutuksia ja budjettirajoituksia.

StratePlan tarjoaa täydentävän lähestymistavan.

Erityisvaliokunnat arvioivat hankkeidensa kiireellisyyden.

Taloushallinto määrittelee taloudelliset puitteet ja yhdistää tiedot.

Matemaattinen optimointi laskee sopivat hankekombinaatiot.

Poliittiset elimet voivat vertailla erilaisia skenaarioita välittömästi.

Muuta painotuksia. Laske salkku uudelleen. Tee vaikutukset näkyviksi. Vertaa skenaarioita. Tee perustellumpia päätöksiä.

Näin staattisesta talousarvioesityksestä muodostuu dynaamisesti tutkittava päätöksentekotila.

Matematiikka ei ratkaise kaupungin tulevaisuutta.

Mutta se voi tuoda esiin, mitä seurauksia erilaisilla päätöksillä on rajallisen budjetin puitteissa.

Kuinka paljon enemmän vaikutusmahdollisuuksia kunnallisessa talousarviossanne on?

Koe, kuinka kunnallisia investointihankkeita voidaan mallintaa matemaattisesti, optimoida ja vertailla erilaisissa budjettiskenaarioissa vain muutamalla syöttötiedolla.

StratePlan – Simuloi kuntien talousarvioita. Optimoi projektisalkkuja. Perustele poliittisia päätöksiä.

Optimoi nyt jopa 15 hanketta ilmaiseksi →