Фундаментальная характеристика дороги, которая определяет, будут ли на ней образовываться пробки, — пропускная способность. И ее предельное значение — около 1500 машин в час на полосу. Ни качество асфальта, ни отбойники, ни разметка не способны этот показатель повысить, потому что машины должны держать дистанцию в несколько секунд и у них есть физический размер.

У дорог есть и другие особенности, которые вроде бы противоречат здравому смыслу. Так, при увеличении скорости движения пропускная способность дороги может уменьшаться.

Хотя увеличение скорости может привести к тому, что поток автомобилей по дороге упадет, такой же эффект дает и ее снижение. Радикально поток автомобилей падает, когда машины едут медленнее 20 км/ч. При такой низкой скорости максимально возможные 1500 машин за час из затора не выедут: для этого они слишком медленно перемещаются. Если выезжает только 1000 машин, за час в месте затора соберутся 500 автомобилей. А к месту затора постоянно подъезжают новые автомобили, поэтому он может не рассасываться очень долго.

Одной из самых эффективных структур города, которая позволяет лучше всего распределять транспортные потоки, является квадратно-гнездовая. Но многие города имеют кольцевую структуру с дорогами-радиусами. Такие города сформировались на месте крепостей, постепенно расширяясь. Для защиты от воинственных соседей подобная структура подходила идеально, но транспортные потоки в кольцевых городах распределяются максимально неудачно: перегруженными оказываются как центральные кольцевые магистрали, так и вылетные шоссе, по которым люди добираются в центр утром и выезжают из него вечером.

Ученые говорят, что у городов с кольцевой структурой часто низкая связность. То есть способов добраться из одного места в другое немного, и на ключевых дорогах скапливаются машины, которые не могут проехать иначе.

Пытаясь разгрузить вечно стоящие шоссе, соединяющие разные районы города, власти расширяют дороги, но эффекта это не дает.

Каждый, кто передвигается на машине, знает, что наносекунда — это время, через которое водитель сзади начинает сигналить после включения зеленого сигнала светофора. Автомобилисты, считающие себя разумными, в такие моменты очень раздражаются, полагая, что небольшая задержка не повлияет на транспортную ситуацию. И ошибаются. Нерасторопность водителей может провоцировать заторы. Пробка — нелинейная система с сильными положительными обратными связями, то есть в ответ на входящие сигналы она ведет себя совершенно не так, как вы предполагаете. Например, вы говорили за рулем по телефону и замедлились. Вроде бы ничего страшного, но все водители за вами вынуждены притормаживать — и возникает пробка, которая может рассасываться час.

Но главная причина увеличения пробок — как раз повышенная рациональность водителей. Пускай для простоты у автомобилиста есть выбор из двух дорог — разумеется, он склонится к самому быстрому маршруту. Так же поступят остальные водители, собирающиеся ехать в том же направлении. В результате более быстрая дорога скорее заполняется автомобилями, ее пропускной способности перестает хватать — и образуется пробка. Автомобилисты, которые выехали позже, увидев, что на их любимом маршруте затор, выбирают более долгую, но свободную дорогу, потому что теперь время проезда по обоим путям сравнялось. Если бы часть водителей изначально предпочла более далекий путь, пробка на коротком маршруте не возникла бы.

Ситуацию, когда время проезда по всем реально используемым маршрутам становится одинаковым, в транспортном моделировании называется равновесием Нэша-Вардропа. В этом состоянии никакие попытки водителя изменить маршрут не могут уменьшить время проезда. Более того, как показали недавно ученые из Кореи и США, метания автомобилистов по объездным дорогам ради экономии нескольких минут заметно ухудшают общую ситуацию. Когда машин много, дорожная ситуация неизбежно приходит в равновесие Нэша-Вардропа. С распространением навигаторов, которые показывают пробки, «сползание» в него ускорилось: выезжающие позже водители теперь сразу двигаются в объезд. Но навигаторы не ухудшают ситуацию. Они ускоряют формирование пробок, зато в каждой оказывается меньше машин — ведь часть водителей сразу едет по альтернативному маршруту. Кроме того, некоторые автомобилисты сдвигают время отправления, сглаживая пиковые нагрузки. Наконец, благодаря навигаторам многие узнают про объездные дороги.

Главный постулат транспортной науки тот же, что и в медицине: с пробками нужно бороться до того, как они появились. Плодотворными будут действия, которые не дают заторам образовываться, а не попытки точечно устранить самые зловредные пробки. Исправить ситуацию на локально неэффективных местах возможно, иногда для этого достаточно принять какие-то простые меры — скажем, убрать левый поворот и сделать разворот через 500 метров после перекрестка. Отсюда пробка уйдет, но она не исчезнет вовсе, а просто перекочует в другое место.

Не работает и кажущееся очевидным решение построить как можно больше дорог, чтобы увеличить пропускную способность транспортной сети. Увидев, что появилось много свободных дорог, еще несколько миллионов человек пересядут на автомобили, и все новые маршруты тоже встанут. Если бесконечно удовлетворять растущий спрос на дороги, рано или поздно все свободное пространство в городе окажется застроенным магистралями, где круглосуточно стоят автомобили.

Любимые многими автомобилистами бессветофорные магистрали также усиливают транспортный коллапс. Светофоры разрежают поток и не позволяют ему сгущаться. В идеале задача светофора — поддерживать оптимальную плотность движения, при которой транспортный поток максимален. В городе это достигается при скорости около 60 км/ч.

В условиях, которые характерны для большинства крупных городов, когда желающих проехать по дорогам больше, чем они могут вместить, самой эффективной мерой становится маршрутизация, то есть искусственное уменьшение привлекательности определенных путей. Например, с помощью введения платы за проезд. «Когда предел пропускной способности превышен, вы обязательно будете тратить какой-то ресурс, чтобы компенсировать разницу между более и менее эффективным маршрутом. Обычно эти ресурсы — время и нервы, потерянные в пробке. Платные дороги позволяют желающим компенсировать эту разницу не временем, а деньгами.

Кусачие цены вынуждают людей менять привычки: например, искать работу, которая позволяет частично трудиться на дому или переносить время выезда. Разумеется, людям менее комфортно, чем было бы при пустых дорогах. Но пустых дорог в городах давно нет: сравнивать текущее положение нужно с ситуацией, когда город стоит в пробке. Для тех, кто поехал в объезд или выехал позже, ничего не поменялось: издержки остались теми же. А вот для тех, кто решил заплатить, ситуация улучшилась. При этом эффективность дорог в целом возрастает, так как она измеряется не отсутствием пробок, а суммарным временем, которое все едущие провели в пути.

Проблемы загруженности дорог можно решать только комплексно, просчитывая при помощи сложных математических моделей долгосрочные эффекты всех вводимых мер. Наука — дама задумчивая, чтобы дать правильный ответ, ей нужно время, а чиновники хотят, чтобы все было «сделано вчера». Из-за этого нередко колоссальные деньги тратятся на проекты, которые дают нулевой эффект или даже ухудшают обстановку на дорогах.

Дополнительно осложняет проблему катастрофический дефицит данных, на основании которых можно создавать адекватные транспортные модели. «В США, например, эту проблему решили законодательно: если застройщик хочет получить субсидии на сооружение дорог или зданий, он должен представить технико-экономическое обоснование, в котором по определенным методикам будут просчитаны все параметры строительства. В итоге на муниципальных уровнях появилось множество транспортно-аналитических отделов, которые готовят всю нужную информацию. Это создало мощный заказ на специалистов-транспортников, и сейчас практически в каждом крупном американском университете есть транспортно-исследовательскоеподразделение.

Уничтожить пробки в городах невозможно, не изменив социальные стереотипы. Решать проблему, как людям каждый день добираться в центр и обратно, бесперспективно. Нужно мотивировать людей выбирать другие места, куда ехать. Но пока рабочие места, особенно в магаполисах, сконцентрированы в центре, где чудовищно дорогое жилье, а «белого» арендного рынка практически не существует, реальных инструментов, которые могли бы повысить мобильность горожан, нет.

Чтобы решить проблему с пробками и сделать жизнь приемлемой для всех, необходим долгосрочный план развития города, учитывающий не только транспортную ситуацию. Логика этого плана продиктует, как строить транспортную систему. А бесконечно подстраиваясь к текущим потребностям автомобилистов, через 10 лет можно усугубить проблему, и решить ее станет нереально.