Optymalizacja budżetu miejskiego za pomocą sztucznej inteligencji – Optymalizacja budżetu miejskiego – Strategiczne planowanie budżetowe dla miast z wykorzystaniem sztucznej inteligencji

Optymalizacja budżetu gminnego z wykorzystaniem sztucznej inteligencji: symulacja budżetowa i optymalizacja matematyczna na żywo podczas posiedzenia rady miejskiej

Od statycznego planu budżetowego do interaktywnej symulacji budżetowej na posiedzeniu komisji finansowej

Co by było, gdyby rada miejska mogła nie tylko głosować nad przedłożonym projektem budżetu, ale także symulować różne warianty budżetowe bezpośrednio podczas posiedzenia, optymalizować je matematycznie i porównywać ze sobą?

Właśnie w tym miejscu wkracza StratePlan.

Gminy stoją przed coraz trudniejszym zadaniem: rosnące wydatki socjalne, infrastruktura wymagająca remontu, inwestycje w szkoły, cyfryzacja, ochrona klimatu i instytucje publiczne zderzają się z ograniczonymi środkami finansowymi.

Wyzwanie nie polega wyłącznie na redukcji wydatków lub ustalaniu priorytetów poszczególnych projektów według ich pilności.

Kluczowe pytanie brzmi:

Jaka kombinacja projektów gminnych przynosi największe możliwe korzyści społeczne, gospodarcze i strategiczne w ramach dostępnego budżetu?

Dzięki StratePlan można systematycznie zbadać tę kwestię poprzez matematyczną optymalizację portfela.

W tym procesie fachowe oceny administracji, warunki ramowe finansowe oraz cele polityczne są łączone w jednym wspólnym modelu decyzyjnym.

Wynikiem tego jest nowa forma zarządzania budżetem gminnym: przejrzysta, zrozumiała, dynamiczna i nadająca się do bezpośredniego zastosowania w politycznych gremiach decyzyjnych.

1. Podstawowy problem: jeden budżet, wiele projektów, ograniczone środki

Rozważmy przykładowe niemieckie miasto:

• Dostępny budżet inwestycyjny: 81 milionów euro
• Planowane projekty inwestycyjne: 50
• Całkowite zapotrzebowanie inwestycyjne: 220 milionów euro

W związku z tym miasto nie jest w stanie sfinansować wszystkich zaplanowanych działań jednocześnie.

Konieczne jest podjęcie decyzji.

Które szkoły zostaną wyremontowane? Które ulice odnowione? Które budynki administracyjne zmodernizowane? Jakie działania na rzecz ochrony klimatu zostaną wdrożone? Które placówki społeczne otrzymają dodatkowe środki?

W tradycyjnym planowaniu budżetowym odpowiedzi na te pytania często wynikają z konsultacji merytorycznych, negocjacji politycznych oraz stopniowego dostosowywania poszczególnych pozycji budżetowych.

Problem polega na tym, że każda decyzja wpływa na pozostałą swobodę finansową przeznaczoną na inne projekty.

W przypadku 50 projektów, które można wybierać niezależnie, matematycznie wynika:

²⁵⁰ = 1 125 899 906 842 624 możliwych kombinacji projektów.

Odpowiada to około 1,126 biliardów kombinacji.

Nie każda kombinacja jest dopuszczalna pod względem finansowym lub organizacyjnym. Niemniej jednak liczba ta wyjaśnia, dlaczego czysto ręczna analiza poszczególnych projektów nie pozwala na systematyczne zbadanie całego zakresu możliwości decyzyjnych.

Wyzwaniem nie jest ocena pojedynczego projektu, lecz wybór najlepszej możliwej kombinacji wszystkich projektów w ramach istniejących ograniczeń budżetowych.

Jest to właśnie klasyczne zadanie optymalizacji kombinatorycznej z zakresu badań operacyjnych.

2. Prosty początek: identyfikator projektu, wydatki i waga merytoryczna

Symulacja budżetu gminnego nie musi zaczynać się od skomplikowanego projektu informatycznego.

Do stworzenia prostego modelu optymalizacyjnego wystarczą na początek trzy dane dla każdego projektu:

1. ID projektu: jednoznaczna identyfikacja działania
2. Wydatki (Expenses): planowane zapotrzebowanie finansowe projektu
3. Waga (Weight): ustalona merytorycznie względna waga lub pilność

Waga jest określana w skali od 0,01 do 0,99.

Wyższa wartość oznacza większe znaczenie ocenione pod kątem merytorycznym w ramach uzgodnionego modelu oceny.

Przykładowa lista projektów gminnych

Przykładowe wartości ilustracyjne, nie są to rzeczywiste dane dotyczące projektów gminnych.

Dane można na przykład przygotować w prostym arkuszu kalkulacyjnym Excel.

Kluczowa cecha: wagi są ustalane przez poszczególne wydziały

StratePlan nie powinien samodzielnie decydować, czy szkoła jest ważniejsza od drogi, czy też straż pożarna jest pilniejsza niż budynek administracyjny.

Ta kompetencja merytoryczna leży w gestii właściwych resortów i wydziałów specjalistycznych.

Wydział ds. szkolnictwa zna stan techniczny budynków szkolnych oraz rzeczywiste potrzeby remontowe. Urząd ds. robót publicznych zna infrastrukturę, stan dróg oraz zagrożenia techniczne. Straż pożarna zna swoje wymagania operacyjne. Wydział ds. społecznych może ocenić znaczenie społeczne placówek socjalnych.

Dlatego też wagi są ustalane przed przeprowadzeniem symulacji budżetowej przez odpowiednich specjalistów z poszczególnych resortów.

Ocena może opierać się między innymi na pilności, znaczeniu strategicznym, oddziaływaniu społecznym, ryzyku technicznym i wymogach czasowych.

Aby wagi były porównywalne między resortami, wszystkie wydziały powinny stosować wspólną siatkę oceny.

Wydział finansowy koordynuje ten proces i konsoliduje dane.

Wiedza fachowa pozostaje w administracji. StratePlan przejmuje matematyczną analizę możliwych kombinacji projektów.

3. Od merytorycznej wagi do matematycznej przestrzeni decyzyjnej

Dla każdego projektu definiowana jest binarna zmienna decyzyjna:

_xi ∈ {0,1}

• 1: Projekt zostaje włączony do obliczonego portfela.
• 0: Projekt nie zostaje włączony do obliczonego portfela.

W przypadku 50 projektów daje to 50 zmiennych decyzyjnych o wartościach binarnych.

StratePlan analizuje możliwe kombinacje tych zmiennych, uwzględniając dostępny budżet oraz inne zdefiniowane warunki ramowe.

Uproszczony model matematyczny wygląda następująco:

Zmaksymalizuj ważoną wartość projektu:

Max Σ (_wi×xi)

Z uwzględnieniem ograniczenia budżetowego:

Σ (_ci×xi) ≤ B

Gdzie:

• _wi: waga określona przez ekspertów
• _ci: planowane wydatki na projekt
• _xi: decyzja binarna
• B: Dostępny budżet

Ten uproszczony model pokazuje, w jaki sposób oceny merytoryczne i ograniczenia finansowe można matematycznie ze sobą powiązać.

Model ten maksymalizuje sumę wag wybranych projektów. Nie oznacza to automatycznie maksymalizacji finansowego zwrotu z inwestycji (ROI) ani pełnej oceny społecznego oddziaływania.

W zależności od konkretnego modelu optymalizacji można uwzględnić dodatkowe kryteria, takie jak zależności między projektami, ograniczenia zasobów, zobowiązania prawne lub wieloletnie limity budżetowe.

Celem nie jest sfinansowanie jak największej liczby projektów, lecz zidentyfikowanie najlepszej możliwej kombinacji projektów zgodnie z określonymi kryteriami w ramach dostępnych środków.

4. Symulacja budżetowa na żywo w komisji finansowej lub radzie miasta

Prawdziwa wartość dodana pojawia się wtedy, gdy optymalizacja matematyczna zostaje bezpośrednio zintegrowana z politycznym procesem decyzyjnym.

Wyobraźmy sobie posiedzenie komisji finansowej.

Urząd skarbowy przedstawia projekt budżetu obejmujący 50 projektów i dysponujący budżetem inwestycyjnym w wysokości 81 milionów euro.

Wydziały merytoryczne wcześniej oceniły swoje projekty i przypisały im odpowiednie wagi.

Na tej podstawie StratePlan oblicza zoptymalizowany portfel projektów.

Na ekranie pojawiają się wybrane projekty, niezbędne środki budżetowe, pozostałe rezerwy budżetowe oraz ogólna ocena uzyskana w modelu.

Teraz rozpoczyna się dyskusja polityczna.

Scenariusz A: Obliczenia wyjściowe

Komisja finansowa rozpatruje najpierw kombinację projektów w oparciu o pierwotnie ustalone wagi.

Które projekty powinny zostać zrealizowane przy budżecie wynoszącym 81 milionów euro, jeśli oceny merytoryczne pozostaną niezmienione?

StratePlan dostarcza obliczoną kombinację projektów jako podstawę do podjęcia decyzji.

Scenariusz B: Edukacja zyskuje wyższy priorytet

Jeden z członków rady miejskiej zadaje pytanie:

„Co się stanie, jeśli przyznamy większą wagę renowacji naszych szkół?”

Waga wybranych projektów szkolnych zostaje na przykład zwiększona z 0,75 do 0,95.

Następnie cały portfel jest ponownie obliczany.

Rada może od razu sprawdzić:

• Które projekty szkolne zostaną teraz wybrane?
• Które inne projekty mogą zostać wykluczone?
• Jak zmienia się ogólna ocena?
• Czy budżet zostanie zachowany?
• Jakie pojawiają się konflikty celów politycznych?

Zamiast skupiać się wyłącznie na poszczególnych pozycjach budżetowych, komisja może prześledzić wpływ zmiany priorytetów na cały portfel projektów.

Scenariusz C: Większy nacisk na infrastrukturę

Kolejny członek proponuje przyznanie wyższej wagi drogom, mostom i budynkom komunalnym.

Odpowiednie parametry ważenia zostają dostosowane.

StratePlan oblicza nową kombinację projektów.

Następnie wyniki można bezpośrednio porównać ze scenariuszem pierwotnym oraz scenariuszem edukacyjnym.

W ten sposób widać, jaki wpływ mają różne priorytety polityczne w ramach tego samego budżetu.

Scenariusz D: Zmiana budżetu

Przedmiotem symulacji może być również dostępny budżet.

Co się stanie, jeśli zamiast 81 milionów euro do dyspozycji będzie tylko 75 milionów euro?

A co, jeśli dodatkowe środki zwiększą budżet do 90 milionów euro?

StratePlan może na nowo zoptymalizować kombinację projektów w ramach zmienionych ograniczeń budżetowych.

Dzięki temu dyskusja dotyczy nie tylko wysokości budżetu, ale także konkretnego wpływu na projekty, które można zrealizować.

5. Porównywanie scenariuszy zamiast negocjowania poszczególnych pozycji w oderwaniu od całości

Decydującą zaletą jest systematyczne porównywanie różnych wariantów budżetowych.

Rzeczywiste wyniki wynikają z obliczeń opartych na pełnych danych projektowych.

Dzięki temu członkowie komisji finansowej mogą rozpoznać, które projekty pozostają w wszystkich scenariuszach, a które zależą od zmienionych wag.

Można również sprawdzić, które projekty konkurują ze sobą o te same środki budżetowe.

Każda zmiana parametru może spowodować konieczność przeprowadzenia nowych obliczeń matematycznych dla całego portfela projektów.

Kluczowe znaczenie ma udokumentowanie zastosowanych wag, założeń budżetowych oraz wyników obliczeń.

6. Nowa współpraca między resortami branżowymi, urzędem skarbowym a politykami

Wprowadzenie matematycznej symulacji budżetowej nie zmienia demokratycznego podziału kompetencji.

Zmienia ona jednak podstawę informacyjną, na której opierają się podejmowane decyzje.

Resorty merytoryczne dokonują oceny

Odpowiedzialne wydziały merytoryczne dostarczają informacje o projektach, planowanych wydatkach oraz merytoryczne wagi.

Znają one techniczne, społeczne i organizacyjne wymagania swoich działań i najlepiej potrafią ocenić ich odpowiedni stopień pilności.

Urząd skarbowy koordynuje i tworzy modele

Komisja budżetowa gromadzi informacje dotyczące projektów, weryfikuje dostępne środki budżetowe oraz zapewnia zgodność z odpowiednimi ramami finansowymi i prawnymi.

Przygotowuje symulację budżetową i dba o to, by wagi opierały się na przejrzystej podstawie, umożliwiającej porównanie między resortami.

Komisja finansowa przeprowadza symulacje i omawia je

W komisji finansowej przedstawiane są przygotowane scenariusze.

Priorytety polityczne można modelować jako zmienione wagi lub parametry budżetowe, a następnie ponownie obliczać.

W ten sposób widać, jakie konsekwencje mają określone priorytety dla całego portfela inwestycyjnego.

Rada miejska podejmuje decyzję

Ostateczna odpowiedzialność polityczna spoczywa na demokratycznie legitymizowanych decydentach.

StratePlan nie zastępuje ani fachowej oceny administracji, ani decyzji politycznej.

Technologia oblicza konsekwencje zdefiniowanych założeń. Politycy decydują, które cele i priorytety mają być decydujące.

7. Zadania obowiązkowe, zależności między projektami i wymogi prawne

Nie każde działanie gminne może być dowolnie rozplanowane.

Obowiązki ustawowe, zobowiązania umowne lub już wiążąco przyjęte działania muszą zostać odpowiednio uwzględnione podczas modelowania.

W celu przeprowadzenia prostej symulacji budżetowej stałe wydatki można najpierw odjąć od dostępnego budżetu.

Następnie tylko pozostała część budżetu, którą można dowolnie rozdzielić, jest optymalizowana pod kątem wyboru opcjonalnych projektów.

Przykład

• Całkowity budżet: 81 mln €
• Środki już wiążąco ustalone: 21 mln €
• Pozostały budżet do optymalizacji: 60 mln €

Działania obowiązkowe są dokumentowane oddzielnie i nie muszą być ponownie traktowane jako projekty do swobodnego wyboru.

Istotne są również zależności między projektami.

Jeśli na przykład termomodernizacja budynku jest ściśle powiązana z remontem dachu, działania te nie mogą być oceniane niezależnie od siebie.

W uproszczonym modelu takie działania można połączyć w jeden wspólny projekt.

W rozszerzonych modelach optymalizacji odpowiednie zależności można również wyraźnie przedstawić jako warunki brzegowe.

Dzięki temu obliczenia pozostają zgodne z rzeczywistymi warunkami organizacyjnymi i prawnymi.

8. Dlaczego waga jest kluczem do symulacji politycznej

Waga w przedziale od 0,01 do 0,99 stanowi połączenie między oceną merytoryczną a obliczeniami matematycznymi.

Dzięki temu różne priorytety można modelować jako parametry.

Należy tu jednak dokonać ważnego rozróżnienia:

Waga nie jest obiektywną prawdą, lecz udokumentowaną oceną w ramach ustalonego modelu.

Projekt szkolny o wagi 0,95 nie jest automatycznie bardziej wartościowy społecznie niż projekt infrastrukturalny o wagi 0,80.

Wartości te odzwierciedlają względny priorytet zgodnie z uzgodnionymi kryteriami oceny.

Dlatego kluczowe znaczenie ma przygotowanie przez specjalistów z poszczególnych resortów.

Mogą oni uzasadnić swoje oceny na podstawie przejrzystych kryteriów. Komisja finansowa może następnie zbadać, jak zmiana priorytetów politycznych wpływa na ogólny wynik.

Analiza wrażliwości poprzez zmianę wag

Powtarzane obliczenia pozwalają odpowiedzieć na ważne pytania:

• Jak stabilny jest pierwotny wybór projektów?
• Które projekty nadal będą wybierane nawet przy znacznie zmienionych wagach?
• W przypadku których projektów nawet niewielkie zmiany parametrów prowadzą do podjęcia innej decyzji?
• Które działania inwestycyjne konkurują ze sobą szczególnie silnie?
• Które priorytety polityczne mają największy wpływ na strukturę budżetu?

Informacje te mogą znacznie poprawić jakość doradztwa politycznego.

9. Od jednorazowego planowania budżetu do ciągłego zarządzania

Symulacja budżetu gminnego nie musi ograniczać się do corocznego sporządzania budżetu.

W trakcie roku budżetowego mogą ulec zmianie istotne warunki ramowe.

Rosną koszty budowy. Dotacje są przyznawane lub wycofywane. Projekty ulegają opóźnieniom. Pojawiają się nowe wymogi prawne. Konieczne stają się dodatkowe inwestycje.

Dzięki zaktualizowanemu zbiorowi danych można ponownie obliczyć skutki takich zmian.

Również wieloletnie planowanie inwestycyjne można przeanalizować za pomocą odpowiednio rozszerzonego modelu.

W tym celu uwzględnia się między innymi roczne limity budżetowe, czas trwania projektów, zależności czasowe oraz dostępność zasobów.

W ten sposób wydział finansów może przejść od głównie statycznej analizy budżetowej do dynamicznego wsparcia procesu decyzyjnego.

Głównym pytaniem nie jest już tylko:

„Jakie projekty znajdują się w planie budżetowym?”

Ale:

„Która kombinacja projektów jest najlepsza w obecnych warunkach finansowych, merytorycznych i politycznych?”

10. Przejrzystość i odpowiedzialność demokratyczna

Optymizacji matematycznej nie wolno mylić z automatyczną decyzją polityczną.

Model optymalizacyjny może uwzględniać jedynie te cele, wagi i ograniczenia, które zostały wcześniej zdefiniowane.

Dlatego kluczowa jest przejrzystość procedury.

Dla każdej symulacji należy w sposób zrozumiały udokumentować wykorzystane informacje o projektach, wagi, limity budżetowe i inne założenia.

Również obliczone kombinacje projektów oraz zmiany w stosunku do wcześniejszych scenariuszy powinny być widoczne.

Umożliwia to merytoryczną dyskusję na temat rzeczywistych skutków różnych decyzji.

StratePlan służy jako matematyczne narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji – nie zastępuje jednak demokratycznego procesu podejmowania decyzji.

11. Jak gmina może rozpocząć korzystanie z StratePlan

Pierwszy projekt pilotażowy można przeprowadzić z wykorzystaniem ograniczonej liczby gminnych projektów inwestycyjnych.

Wydział finansowy określa dostępny budżet i gromadzi informacje o planowanych działaniach.

Odpowiednie wydziały dostarczają dane dotyczące wydatków oraz ich uzasadnione merytorycznie wagi.

Następnie dane są przenoszone do ujednoliconej listy projektów.

Już na podstawie trzech podstawowych parametrów – identyfikatora projektu, wydatków i wagi – można przygotować uproszczony model optymalizacji portfela gminnego.

Po pierwszym obliczeniu można przetestować alternatywne wagi i limity budżetowe.

Wyniki można następnie zaprezentować podczas warsztatów z udziałem urzędu skarbowego, na posiedzeniu komisji finansowej lub w radzie miasta.

W ten sposób korzyści płynące z optymalizacji matematycznej są demonstrowane na podstawie konkretnych gminnych kwestii decyzyjnych, bez konieczności całkowitej zmiany istniejącego oprogramowania budżetowego.

12. Wniosek: Rada miejska przyszłości nie tylko omawia dane budżetowe – ona symuluje decyzje

Samorządowe planowanie budżetowe jest jednym z najbardziej wymagających zadań administracji publicznej.

Ograniczone środki muszą zostać rozdzielone na liczne projekty o zróżnicowanych celach merytorycznych, społecznych i politycznych.

Tradycyjne metody osiągają swoje granice zwłaszcza wtedy, gdy należy zbadać wzajemne oddziaływania między wieloma projektami a ograniczeniami budżetowymi.

StratePlan oferuje uzupełniające podejście.

Wydziały merytoryczne oceniają pilność swoich projektów.

Wydział finansowy określa ramy finansowe i konsoliduje dane.

Optymalizacja matematyczna oblicza odpowiednie kombinacje projektów.

Organy polityczne mogą bezpośrednio porównywać różne scenariusze.

Zmiana wagi. Ponowne obliczenie portfela. Wizualizacja skutków. Porównanie scenariuszy. Podejmowanie decyzji w oparciu o rzetelne dane.

W ten sposób statyczny projekt budżetu staje się przestrzenią decyzyjną, którą można analizować w sposób dynamiczny.

To nie matematyka decyduje o przyszłości miasta.

Może jednak uwidocznić, jakie konsekwencje mają różne decyzje w ramach ograniczonego budżetu.

Jak wiele więcej możliwości kryje się w budżecie Państwa gminy?

Zobacz, jak przy pomocy niewielkiej ilości danych wejściowych można matematycznie modelować i optymalizować gminne projekty inwestycyjne oraz porównywać je w różnych scenariuszach budżetowych.

StratePlan – symulacja budżetów gminnych. Optymalizacja portfeli projektów. Uzasadnienie decyzji politycznych.

Zoptymalizuj teraz bezpłatnie nawet 15 projektów →