Il sub modello che riguarda il settore dei trasporti è stato strutturato utilizzando una procedura completata nel 2014 dal gruppo di Ingegneria civile - Pianificazione Trasporti composto da: M. Ignaccolo, G. Inturri, M. Le Pira, V. Mancuso e S. Caprì (Inturri et al., 2014). La metodologia valuta il consumo energetico dovuto agli spostamenti casa-lavoro all’interno di una città tenendo conto delle relative caratteristiche di distribuzione di uso del suolo e di infrastrutture di mobilità attraverso l’integrazione di modelli semplici di uso del suolo e di trasporto.
Il fattore che determina la domanda di trasporto, dunque, responsabile della generazione degli spostamenti, è rappresentato dalla “motivazione”, intesa come una specifica utilità perseguita nel raggiungimento di un luogo attraverso un mezzo di trasporto (includendo in questo anche la mobilità pedonale). Le diverse motivazioni di spostamento influenzano ulteriori caratteristiche portanti del viaggio, quali la frequenza, la lunghezza, l’orario. I dati del 2011 del “Rapporto sulla mobilità urbana in Italia” (ISFORT, 2012) relativi alla motivazione degli spostamenti mostrano un arretramento del peso della componente del tempo libero nella determinazione della domanda di trasporto nelle aree urbane, da correlare con la contingenza della crisi economica che ha ridotto la condizione di benessere delle famiglie e dunque ne ha comportato una diminuzione della mobilità per occasioni di svago, turismo e tempo libero in generale. Contrariamente, la motivazione di lavoro, che costituisce oltre il 25% del totale degli spostamenti, mantiene nel tempo la stessa incidenza. Infine una quota di domanda di trasporto è da associare alla motivazione della gestione familiare, che consta di attività “di base” della vita quotidiana.
La stima reale del consumo di energia nei trasporti è caratterizzata dall’elevata complessità delle relazioni che legano tra loro i fattori che interagiscono nel sistema urbano. Anche le preferenze degli utenti nella scelta modale sono influenzate dal livello del servizio e di accessibilità dei mezzi di trasporto caratterizzati da un minore consumo energetico, dal tasso di
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proprietà delle automobili e dalle misure locali e nazionali per incentivare la riduzione dell’uso del mezzo privato.
Basandosi sull’approccio di Transport Energy Specification sviluppato da Saunders (2008), a valle della procedura di modellazione, viene costruito l’indicatore di dipendenza energetica Transport Energy Dependance (TED), che rappresenta l’energia minima necessaria in un'area urbana, dato un insieme di usi del suolo, opzioni di trasporto e di variabili energetiche che rappresentano uno scenario di pianificazione (Inturri et al., 2014).
Nel presente sub-modello, il sistema di trasporto è rappresentato in una formulazione matematica dove la scelta modale per lo spostamento segue semplici regole dipendenti dalla distanza tra la residenza e i luoghi di lavoro e dall’accessibilità alla rete di trasporto pubblico. L’interazione tra i modelli di uso del suolo, trasporti ed energia è lo scheletro di base della procedura (figura 31), la quale mira a calcolare il minimo di energia richiesta per gli spostamenti in una determinata area urbana in cui siano fissati le opzioni di trasporto, gli usi del suolo e le variabili energetiche, conformando un determinato scenario di pianificazione. In prima fase si opera una suddivisione del territorio urbano in un numero di sottozone per le quali, attraverso l’applicazione della procedura, viene calcolato l’indicatore specifico di energia dovuta agli spostamenti casa- lavoro (TED).
Figura 31: diagramma del sub-modello per il calcolo del TED Fonte: Inturri et al. (2014)
Il modello di uso del suolo specifica il numero di residenti e di attività presenti in ogni sottozona, la quale genera una domanda di flussi di traffico nei confronti delle altre sottozone in funzione dei residenti, del numero e del tipo di attività presenti.
Il modello di traffico invece dà una caratterizzazione matematica della rete di trasporto e dei flussi pedonali, calcolando le distanze più brevi di ogni coppia origine destinazione (OD) per ogni modalità di trasporto. I flussi sono assegnati mediante la costruzione di un problema standard di trasporto in cui viene minimizzata l’energia necessaria allo spostamento. Infine, per calcolare il minimo di energia richiesta dal settore trasporti in una determinata zona urbana, viene impostato un problema di trasporto standard e calcolata la distribuzione ottimale dei flussi tra le coppie OD. Se Z è l’energia per il trasporto e xij il numero di lavoratori residenti in una zona i e pendolari verso una zona j, il problema di trasporto consiste nel minimizzare Z:
= =
=
1 1 n n ij ij i jZ
c x
Eq. 14: Problema di trasporto
soggetto alle seguenti condizioni
n ij i j=1x = o
j n i ij d x =
=1
=
= = n j j n i i d o 1 1 xij>=0, Dove:oi costituisce il numero di lavoratori che abitano nella zona i,
dj rappresenta il numero di luoghi di lavoro nella zona j,
cij è l’energia consumata per viaggiare dalla zona i alla zona j per la modalità
di trasporto selezionata.
La scelta modale, può riguardare le seguenti modalità di trasporto considerate nel modello: pedonale, ciclabile, trasporto pubblico su gomma (regolare e rapido), metropolitana, trasporto privato (automobile).
La distanza più breve tra ciascuna coppia di zone viene determinata misurando tali distanze sulla rete stradale esistente e supponendo che queste siano invariate per le diverse modalità di spostamento.
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Per ogni coppia Origine-Destinazione delle diverse zone, viene adottato il seguente metodo di scelta modale basato sul criterio della distanza tra origine e la destinazione, coincidente con il primo posto di lavoro disponibile (figura 32):
- se la distanza è inferiore a 500 m, lo spostamento avviene a piedi - se la distanza è inferiore a 1000 m, lo spostamento avviene a piedi
o in bicicletta
- se le condizioni precedenti non sono verificate e la densità della rete di trasporto delle zone supera un valore "soglia di densità di trasporto”, lo spostamento avviene utilizzando i mezzi di trasporto pubblico
- se nessuna delle precedenti condizioni è verificata, si utilizza il mezzo di trasporto privato (auto).
Le condizioni appena descritte possono essere specificate come segue. Poiché il modello prevede che il numero di lavoratori non possa superare i posti di lavoro disponibili di una zona, si presume che per raggiungere il luogo di lavoro, i lavoratori si muovano a piedi o in bicicletta all'interno della zona di origine, se il raggio equivalente di accessibilità della zona risulta inferiore rispettivamente a 500 o 1000 metri; altrimenti si considera che siano utilizzate le modalità di trasporto motorizzate.
La soglia di densità di trasporto viene definita come quella corrispondente alla massima distanza che un utente è disposto a percorrere a piedi per giungere ad una fermata di trasporto pubblico, supponendo che vi sia una distribuzione uniforme delle linee di trasporto all'interno della zona. La soglia di densità tiene anche in considerazione la proporzionalità tra l’incremento della distanza, da percorrere a piedi, e le migliori prestazioni del sistema di trasporto pubblico stesso. Per ciascuna zona e per ciascun sistema di trasporto, la densità è calcolata come rapporto tra l’estensione totale delle linee di trasporto pubblico che attraversano la zona e la sua area, espresso in km/km2.
Figura 32: Procedura alla base della scelta modale
(criteri di distanza e Soglia di densità del sistema di trasporto pubblico) Fonte: Inturri et al. (2014). Presentazione ICTTE Belgrado (2014)
Definiti possibili scenari di pianificazione, (tra cui lo stato di fatto - Scenario zero) caratterizzati da una specifica distribuzione degli usi del suolo sul territorio, dal numero di abitanti e di attività lavorative nella zona e dalla configurazione della rete di trasporto, viene calcolato l’indicatore TED, con la seguente espressione:
Dove:
tod il numero di spostamenti assegnati tra la zona o e la zona d per
minimizzare il numero di passeggeri Z
lod la più breve distanza tra la zona o e la zona d (km)
ev il consumo di energia unitario per la modalità di trasporto selezionata
(MJ/km)
cv la capacità del veicolo (spazio)
LFv il fattore di carico (passeggeri/spazio)
Il TED rappresenta la quantità minima di energia consumata in un determinato periodo, in genere coincidente con la settimana lavorativa, se, fissato uno scenario di pianificazione, ogni persona potesse lavorare nel posto più vicino e potesse scegliere il mezzo di trasporto più idoneo. Può essere utilizzato come
=
⋅
⋅
⋅
v o d o d O d v ve
T E D
t
l
c
L F
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valore limite al quale deve tendere il consumo energetico per la mobilità di un’area urbana, rispetto al quale, quindi, confrontare il valore effettivo di energia al fine di intraprendere eventuali misure di riduzione energetica (quali il miglioramento dell’offerta di trasporto pubblico, la sostituzione del parco veicolare, l’indirizzo nelle scelte di localizzazione e distribuzione delle funzioni sul territorio). Il TED può essere, anche applicato al fine di comparare diversi quartieri e zone urbane.
Tuttavia, tale indicatore, quantificando l’energia minima per effettuare spostamenti di tipo casa-lavoro in condizioni ideali, costituisce una rappresentazione parziale dell’effettivo settore dei trasporti. Sono considerati, infatti, in questa fase, esclusivamente gli spostamenti casa-lavoro, che pur rappresentando una quota significativa della mobilità urbana, non ne costituiscono la totalità. Infine lo stato di fatto si discosta dalle condizioni ideali tali per cui ogni lavoratore lavori nel luogo più vicino alla sua residenza. Entrambe le criticità appena descritte inducono ad una parziale sottostima della reale quantità di energia impiegata per la mobilità in una determinata area urbana. Infine, è necessario sottolineare che il modello descritto è in fase di rifinitura e ampliamento per l’inclusione di spostamenti per diverse motivazioni.