Michigan redesenhou sua rede de ônibus do campus em hubs e raios para operar ônibus com metade da capacidade

Quando a COVID chegou, o sistema de ônibus do campus da Universidade de Michigan enfrentou uma contradição: as regras estaduais de distanciamento limitavam os ônibus a aproximadamente metade dos assentos, mas o campus ainda precisava transportar os mesmos estudantes com a mesma frota. A resposta óbvia era cortar a frequência e deixar as esperas explodirem.

Uma equipe do departamento de engenharia industrial e de operações da UMich, em vez disso, rearquitetou a rede. Eles construíram modelos de programação inteira mista que transformaram o redesenho de rotas e horários em um problema de hub-and-spoke, e usaram dados reais sobre as atividades dos estudantes para decidir onde os hubs deveriam ficar e quais paradas as novas rotas atenderiam.

As regras de design codificaram as restrições de segurança diretamente: cada nova rota tinha que ter menos de 15 minutos de ponta a ponta, os ônibus operariam com no máximo 50% da capacidade de assentos, e o número total de ônibus permanecia o mesmo de antes da pandemia. Uma simulação de Monte Carlo amostrou variações de demanda de pico, mudanças nos requisitos de distanciamento e falhas de ônibus para testar o plano sob estresse antes que entrasse em operação.

A universidade implementou as novas rotas e horários de hub-and-spoke para o ano acadêmico de 2020-21, operando ônibus com metade da capacidade em rotas mais curtas enquanto mantinha a frota constante — trocando uma rede redesenhada pelo que, de outra forma, teria sido um colapso do serviço.

Redesenhar a topologia da rede em vez de cortar o serviço

O hub-and-spoke concentra os fluxos onde há capacidade: sob um limite rígido de 50% dos assentos, encaminhar os passageiros pelos hubs permite que cada ônibus preencha sua carga limitada em vez de operar com metade da capacidade em rotas diretas.

Dados reais da atividade estudantil fundamentaram o modelo: a localização dos hubs veio de onde os estudantes realmente se deslocam, não de suposições administrativas sobre a demanda no campus.

Simulação antes da implantação: cenários amostrados sobre picos de demanda, regras de distanciamento e falhas tornaram o plano resiliente antes mesmo de uma única rota mudar, o que permitiu que a universidade se comprometesse com ele.

A frota permaneceu fixa: ao manter o número de ônibus inalterado, o design custou apenas esforço de realocação — algo crítico quando compras e contratação de pessoal estavam congeladas em meio à pandemia.

Quando uma restrição torna a rede antiga inviável, a resposta pode ser uma nova topologia em vez de menos serviço: otimize quais hubs concentram os fluxos, e a frequência sobrevive onde as rotas não conseguem.

As novas rotas operaram durante o ano acadêmico de 2020-21 na Universidade de Michigan. A equipe, liderada pela professora Siqian Shen com Gongyu Chen, Xinyu Fei, Huiwen Jia e Xian Yu, publicou os modelos e resultados da simulação na edição especial do INFORMS Journal on Applied Analytics sobre soluções analíticas para a COVID-19 (novembro de 2022), com apoio da National Science Foundation, e apresentou a abordagem hub-and-spoke como um modelo para qualquer sistema de transporte forçado a operar sob restrições de distanciamento.