重大交通設施項目風險復雜動態交互演化機理與仿真分析

高武　洪開榮　潘彬

摘要：本文模擬分析復雜動態和主體博弈環境下的重大交通設施項目風險形成與演化機理問題。首先。分析了重大交通設施項目風險要素來源以及它們之間的互動組合關系；然后，分析了重大交通設施項目風險不同層次的復雜動態交互演化機理；最后，構建了重大交通設施項目風險演化的“三重動力機制模型”，并通過系統仿真方法測度了三種動力的敏感性。通過研究證明了重大交通設施項目風險是環境變化、主體博弈和系統自演化三重動力交互作用的結果。

關鍵詞：項目風險評價；演化模型；系統仿真；博弈均衡；動力機制

1.引言

近年來。我國重大交通設施項目大量涌現，如“武廣高鐵”、“環渤海城市群城際鐵路”、“杭州灣跨海大橋”、“青島-膠州灣海底隧道”等，這些項目投資規模巨大，地域跨度廣，拆遷工作量大，建設和運營周期長，涉及主體眾多，對沿線生態環境、區域社會經濟發展和人民生活有重大影響。重大交通設施項目是一種特殊的工程項目，其特殊性主要體現在項目產品較強的公共屬性、項目所用技術和組織程序的高度復雜性、多元項目關聯主體目標的非一致性和行為策略互動性、環境的復雜動態性、項目社會價值和環境生態價值的特別重要性等眾多方面。重大交通設施項目風險的形成與演化具有很強的復雜特征，首先它是由眾多分項和分部工程組成的大型項目集群，層級結構繁雜，涉及因素眾多，在漫長的項目生命周期中，各種因素之間相互影響，因此其風險來源比一般工程項目更復雜；其次，重大交通設施項目處在多主體群決策和高新技術應用的復雜環境下，因此其風險出現的時間、位置和影響均存在很大的不確定性。再次，目前重大交通設施項目建設通常以BOT、PPP等方式進行，需要多元社會主體共同參與，項目建設還涉及眾多拆遷戶和社會公眾利益，各方價值取向和利益目標不一致，主體之間存在動態博弈，從而使得項目風險的形成與演化更具復雜性。在內外多重因素的交織作用下，重大交通設施項目風險系統不斷演化，從簡單到復雜，從低級到高級。關于項目風險演化的動力，很多學者從內生動力和外生動力兩個方面進行了分析，但他們在外生動力的分析中往往只注重環境變化，而忽視了主體價值觀和行為博弈這一重要因素。在以往研究的基礎上，本文運用博弈論方法分析重大交通設施項目關聯主體行為博弈對項目風險形成與演化的影響，并用系統仿真方法對整個項目風險系統的形成與演化過程進行了模擬分析；然后在理論分析和典型案例分析相結合的基礎上，構建重大交通設施項目風險交互演化的“三重動力機制模型”（環境變化+主體博弈+系統自演化）；最后通過控制變量、系統仿真等方法對三種動力的作用機理和影響程度進行模擬分析，從而使項目風險演化機理分析更加全面、合理。

2.重大交通設施項目風險的復雜形成機理

重大交通設施項目風險是指導致項目最終價值與主體預期之間產生負面偏離的各種不確定性因素。項目風險的形成是主體與環境互動的結果，基本路徑是：環境變化+主體有限理性+主體博弈→輸入風險要素→風險要素之間交互影響、聚集融合→輸出項目風險。

2.1重大交通設施項目風險要素的復雜來源

重大交通設施項目風險的主要來源是宏觀、微觀環境中的不確定性因素，以及項目主體有限認知能力和行為博弈因素三個方面，具體如下：

（1）宏觀環境因素。指項目所處大環境中存在的不確定性因素，例如自然環境因素有：重大自然災害、地質水文條件惡化、連續惡劣天氣等不可不抗力因素等；經濟環境因素有：國內外金融市場大幅波動、宏觀經濟低迷、通貨膨脹等；政策環境因素有：經濟政策變化、產業結構調整、貨幣政策緊縮、法律法規不完善等；社會環境因素有：不同利益主體之間沖突、恐怖事件等。宏觀環境因素基本上不受項目主體的控制。

（2）微觀環境因素。指項目所處具體環境中存在的不確定性因素，例如項目有無新的替代品或競爭者出現，市場需求量是否有變化，原材料供應是否及時，融資難度和成本是否會上升，新技術是否會出現，項目重要關聯企業是否出現違約行為，項目管理層是否出現更迭變化，在項目建設和運營中是否出現突發性問題等。與宏觀環境風險因素不同，很多微觀環境風險因素可以通過主體努力加以控制和規避。

（3）主體有限認知能力和行為博弈因素。項目主體在信息、知識、能力等方面存在限制，無法掌握目前的全部信息，也不可能對未來的不確定性因素做出完全精準的識別、認知以及控制，因此可能出現判斷和決策失誤，也可能對存在的問題毫不知情或知之甚少，給項目帶來損失。另外，重大交通設施項目存在多元關聯主體，比如政府、代建商、監理方、運營商、供應商、社會公眾等，他們的價值取向和利益目標各有不同。在博弈過程中，個體理性與群體理性往往存在沖突，主體可能損人利己，也可能故意不作為，損害項目整體價值。例如政府部門：官員腐敗、執行力低、干預過多、資金不到位、工程變更頻繁等；承包商：作業不規范、成本、質量與工期失控等；供應商：材料質量不高、供貨不及時等；設計者：設計深度不夠、新技術應用未加驗證、勘測技術不夠等；質監單位：與承包商合謀、監督程序不科學等；被拆遷對象：不滿意補償條件所導致的不合作等。

2.2重大交通設施項目風險要素之間的互動依賴關系

重大交通設施項目風險要素眾多，各個風險要素之間的互動依賴關系非常復雜，有的風險因素比較獨立、基本不受其它風險因素影響，可稱之為獨立型風險變量，比如自然風險；有的則高度依賴于其它風險因素的存在和變化，可稱之為依賴型風險變量；有的會對其它風險因素產生重要影響，可稱之為影響型風險變量，影響型變量對依賴型變量的影響有的比較直接，有的則需要通過中介變量進行傳遞。風險變量之間的能量傳遞形式有鏈條式、交互式、循環式、網絡式等。

2.3重大交通設施項目風險要素的聚類組合形式

重大交通設施項目風險要素按空間或性質方式聚集、組合成為更高層次的風險變量。首先，性質相同的單風險要素聚集后形成單項工程項目的分類風險，例如設計不合理、采用不當技術、社會技術進步過快等形成技術風險；決策失誤、可行性研究不足、施工管理不善、成本控制不力等形成管理風險；宏觀經濟增速放緩、通貨膨脹、市場需求減少、融資難度加大、原材料漲價或供應減少等形成經濟風險；政府規制改變、民眾反對、沿線社會治安差等風險要素聚集形成社會風險；重大自然災害、持續惡劣天氣、當地生態環境惡化等形成自然風險；重要主體能力喪失或違約、合同變更等形成法律風險等。然后，單項工程項目的分類風險再聚集形成單項工程項目的整體風險。最后，所有單項工程風險匯集成整個項目群的風險，它既是各種性質風險的組合，也是項目群所屬各分部、分項工程風險的疊加。項目風險組合后形成一個復雜的網絡結構，它既有一定的穩定性，又有一定的變化性，隨著時間推移，項目各風險要素之間的組合形式和互動關系都會發生變化。

3.重大交通設施項目風險的復雜動態交互演化機理

重大交通設施項目風險在整個項目生命周期中一直是動態演化的，不僅風險要素和風險子系統自身會不斷變化，而且它們之間相互作用的方式和力量大小會發生改變，各種風險變量交織在一起，形成一個復雜動態的風險系統。風險系統的演化分為要素、子系統和系統三個層次。

3.1單風險要素的階段性演化

重大交通設施項目整個生命周期可以劃分為可行性研究與論證、策劃和設計、建設、運營等不同階段，單個風險要素由t階段進入t+1階段時，由于外力的作用可能會削弱、加劇、消失和變異，如圖1所示，R1-R6分別表示6種不同的風險因素，不同的幾何形狀表示風險性質和大小的改變，虛線表示風險消失。項目在T0階段，存在3種風險；到T1階段，新增加了3種風險；到T2階段，R3和R5消失，R1的大小和性質發生了變化。由此說明，隨著項目的推進，風險要素不斷產生與消亡，原來的次要風險可能上升為現在或將來的主要風險，而原來的主要風險可能降為現在或將來的次要風險。項目風險要素的階段性演化既具有一定的前后關聯性，又具有一定的突變性和隨機性，用數學公式可表達為R1=A0·R1-1+S1（t≥1），S1表示一個獨立同分布的隨機擾動變量。

3.2風險子系統之間的交互演化

如前所述，重大交通設施項目風險可分為法律、經濟、管理、社會、技術、自然等六類不同性質的風險。它們構成重大交通設施項目風險系統的六個子系統。各風險子系統之間是互動影響的，并且它們之間的聯系變量和能量傳遞方式時刻在變，形成復雜的交互演化過程。另外，各子系統風險在一定的條件下還可以相互傳導、轉化、融合，成為既有交集、又有不同邊界的子系統集合。例如重大交通設施項目沿線的社情民意復雜，如果項目建設主體沒有妥善解決拆遷安置問題，就可能引發社會沖突和群體性事件，管理風險就轉化為社會穩定風險。

3.3整個風險系統的復雜動態演化

重大交通設施項目各風險要素、子系統共同組成整個項目群風險系統。它的演化整體上呈現一種復雜動態、有序與無序相結合、無序更明顯的特征，具體表現為：（1）前后關聯性。重大交通設施項目風險是一個復雜的有機系統，項目不同階段的風險具有前后聯系、不可分割的特點，前面任何一個時點出現的風險問題，可能對后續整個風險系統演化造成中期甚至長期的影響。（2）高度動態性。風險系統與外部環境之間任何時候都存在能量、信息或物質的交換，風險系統通過這種交換而不斷調整自身的要素和結構，以適應環境變化，但在下一個時點，一切都會變化，系統會衍生一些新的特質，結構也會重新調整。（3）隨機性。重大交通設施項目風險是內外環境多種因素交織影響的產物，特別是項目關聯主體價值偏好的變化和不確定性行為選擇，使得項目風險的演化帶有很大的隨機性，難以準確估量和預測。（4）無序性和有序性結合。風險系統的演化是有序和無序的統一，在有序的背后隱藏著無序。在無序的運動中體現著有序，但無序的特征仍強于有序。（5）非線性。項目風險變量之間的邏輯關系是復雜和非線性的，無法用簡單的線性關系加以表示，只能通過微分或結構方程加以描述。（6）模糊性。項目風險系統各風險要素之間的基本邏輯關系可以確定，主要風險變量的輸入和結果變量的輸出也可看到，但中間的具體過程如同一個“黑箱”，難以對其做出準確的描述。

4.重大交通設施項目風險復雜動態演化的“三重動力機制”

如前所述，隨著時間推移，重大交通設施項目復雜風險系統從要素到結構都會不斷演進，但風險系統演化背后的主要推動力是什么？它們各自的作用機制又如何？可通過理論分析找出風險系統演化的主要動力因素。再用系統仿真方法對各種動力的作用機制進行仿真分析。

4.1重大交通設施項目風險演化的主要動力因素分析

首先，環境變化是重大交通設施項目風險演化的重要驅動力之一。重大交通設施項目建設和運營周期很長，而項目內外環境一直處在高度動態變化之中。根據耗散結構理論，項目風險系統需要與外界不斷進行物質和能量的交換以維持平衡，環境變化改變風險輸入變量，從而導致風險輸出變量變化。特別是重大交通設施項目所處的宏觀環境如出現重大變化，對項目風險演化帶來的影響往往是至為關鍵的，例如隨著“舟山一上?？绾８咚佟?、“杭州灣鐵路大橋”等替代項目的出現，“杭州灣跨海大橋”原來的壟斷經營地位被打破，項目運營階段的市場風險急劇上升。

其次，主體博弈既是重大交通設施項目風險形成的主要原因，也是項目風險演化的重要動力。具體而言，項目關聯主體價值信念和合作關系的變化會改變項目風險的大小。如果項目主體偏向狹隘自利，他們只關注自己面臨的風險，而對他人風險視而不見，甚至為了一己之私而不惜加劇他人的風險，那么項目的整體風險將上升；但如果項目主體之間的合作機制得到改進或者主體的群體理性程度和公平偏好上升，他們在關注自身風險的同時，兼顧他人的風險，那么項目的整體風險將縮小。換言之，在同樣的外界環境條件下，項目主體的群體理性、公平偏好和合作程度越高，項目整體風險越小，反之項目整體風險越大。例如隨著政府執政水平的提高，在重大交通設施項目建設中，提高拆遷戶的話語權，維護他們的合法權益，可有效降低項目面臨的社會穩定風險。

最后，除了上述兩種系統外部動力之外，還有系統內部動力因素。根據系統原理，項目風險系統一經形成，在系統內部就存在一種自我演進的動力機制，各要素之問、各子系統之間相互循環影響，即使在不改變外力作用的情況下，系統也會不斷演進，并且很多時候是一種自我強化演進模式，表現為項目風險如果不加以控制，任由其發展，就會愈演愈烈。

綜上所述，重大交通設施項目風險演化主要動力包括外生變量（環境變化和主體博弈），以及內生變量（系統內部各要素、子系統之間的相互作用）。項目風險是在內外力量的交織作用下不斷演化。

4.2重大交通設施項目風險演化“三重動力機制”模型

在以上分析基礎上，可構建重大交通設施項目風險演化的“三重動力機制模型”，如（1）式

D=D1+D2+D3+ξ （1）

其中D為環境變化、主體博弈、系統自演化三種動力形成的合力，是三者的非線性之和。D1為環境變化動力因素，指項目所處的宏觀、微觀環境，包括社會、文化、政治、法律、經濟、自然、技術、管理等環境指標變化對項目風險演化影響的非線性之和。D2為主體博弈動力因素，指項目關聯主體價值信念和行為策略互動對項目風險演化作用的非線性之和。D3為風險系統自演化動力因素，是風險系統內部多種變量非線性作用的總和，主要來自于風險要素之間的相互影響以及各個風險子系統之間的相互影響。ξ為其它演化動力因素。

5.重大交通設施項目風險演化“三重動力機制”的仿真分析

運用Vensim仿真軟件和控制變量的方法對重大交通設施項目風險演化的“三重動力機制”進行仿真分析，目的是進一步明晰項目風險演化的內生機理與外生機理，以及測度關鍵動力要素對項目風險演化影響的敏感性。

5.1重大交通設施項目風險系統自演化動力機制的仿真分析

（1）項目風險要素之間互動機制的仿真分析

如前所述，構成重大交通設施項目風險系統的各個風險要素之間是互動的。在圖2中，節點表示風險變量，節點之間的連線表示風險變量之間的相互影響，而連線的方向表示風險能量的流動方向，斷裂處表示風險在傳遞中可能發生畸變而產生斷裂性沖突波。風險能量流動具有兩種特性：第一種特性是乘數效應，在某個節點上注入一定的風險能量，到下一階段時就會有更多的風險能量產生，但節點問存在異質性，即不同類型的風險節點的風險傳遞效應系數不同，用a、B、y……分別表示各節點之間的乘數（a、B、y……>1）；第二種特性是再循環效應，在再循環過程中，它能夠促使其它風險變量發生改變，然后其它風險變量又反過來改變它。例如項目資金不到位，會使得工期延誤，而工期延誤不僅影響后續經營性現金流入，還會帶來成本上升，從而使后面的資金壓力更大，即項目資金風險在循環影響之后變得更大。

（2）項目風險子系統之間的交互影響機制仿真分析

重大交通設施項目風險系統按性質分為六個子系統，即技術風險子系統（s1），經濟風險子系統（s2），社會風險子系統（s3），自然環境風險子系統（s4），管理風險子系統（s5），法律風險子系統（S6）。各風險子系統之間存在相互影響關系，有的是直接影響，有的是通過其它風險子系統間接傳導。用“→”表示系統i直接影響系統j，“←”表示系統j直接影響系統i，“←→”表示相互直接影響，各風險子系統之間的直接互動關系可用表1表示。

5.2重大交通設施項目風險外部環境動力因素的仿真分析

本次仿真是在假設“主體博弈”和“自演化動力”兩個變量不變的情況下，觀測項目風險隨外部環境變化而演化的情況，為簡化起見，所有變量取值范圍均在（0，1）之間。

（1）變量之間的關系

用“項目所處環境的好壞與穩定性”（D1）作為重大交通設施項目所處環境的描述變量，用“主體公平偏好與合作程度”（D2）作為項目主體博弈的描述變量，用“系統自演化動力系數”（y）作為各風險要素、子系統之間互動影響的描述變量，變量之間的關系如（2）式

（2）輸入變量初始值的來源

本次仿真輸入變量D1的初始值來源于重大交通設施項目××的調查分析結果，通過互聯網對××項目管理人員進行問卷調查，共發放問卷50份，收回有效問卷48份，得到初始狀態時項目外部環境模糊評價值為0.60，其它變量初始值基于假設，為對比分析，D2的初始值設兩個，分別為0.98、0.93。

（3）項目風險結果的輸出與分析

圖3（左）表示項目環境的變化，圖3（右）表示項目風險的變化。虛線表示D1由t0時點的0.6變為t6時點的0.90，而D2保持0.98不變時，R由原來的0.08降為0.04；實線表示D1由t0的0.60變為t6的0.98，但D：保持0.93不變時，R由原來的0.17降為0.03。這證明了項目風險隨項目環境的改善呈下降趨勢，不僅如此，環境的大幅改善可有效彌補初始狀態時主體博弈狀況稍微不太理想的影響，圖3（右）中初始狀態較大的項目風險因為環境的改善程度更大，所以在t4之后比初始狀態較小的項目風險變得更小。

5.3重大交通設施項目風險主體博弈動力因素的仿真分析

本次仿真是在假設“外部環境”和“自演化動力”兩個變量不變的情況下，觀測項目風險隨著主體博弈情況變化而演化的情況，變量之間的關系如（2）式所示。

（1）輸入變量初始狀態值的來源

本次仿真輸入變量D2初始值同樣源于××項目管理人員的問卷調查結果，初始狀態時項目主體公平偏好與合作程度的模糊評價結果為0.95，其它變量初始值是基于假設，為對比分析，D1的初始值設兩個，分別為0.99、0.95。

（2）項目風險結果的輸出與分析

圖4（左）表示主體博弈的變化，圖4（右）表示項目風險的變化。虛線表示D2由0.95變為0.70，而D1保持0.99不變時，R由原來的0.02上升到0.05；實線表示在D2由0.95變為0.13，而D1保持0.95不變時，R由原來的0.05上升到0.21，這證明了項目主體公平偏好及合作程度與項目風險大小之間存在顯性負相關。右圖中實線的陡峭上升表明項目風險急劇放大，說明即使外界環境穩定良好，如果主體公平偏好與合作情況急劇惡化，也可能使項目風險快速上升。

6.結論與啟示

本文探索性地將博弈論、系統仿真結合起來模擬分析重大交通設施項目風險演化機理問題，分析了各風險要素、子系統之間的互動影響關系，構建了“三重動力機制演化模型”，仿真分析了三種動力的影響機制和作用效果，主要研究結論與啟示如下：

（1）重大交通設施項目的特殊性主要體現在地域跨度廣，面臨的地理、氣候環境更復雜，還有涉及主體較多，主體之間博弈激烈。因此，其風險要素不僅來源于復雜動態環境帶來的不確定性因素和項目主體的有限理性，而且來源于多元主體之間的博弈行為。項目主體是復雜的“經濟人”，既有自利動機和風險規避偏好，也有公平偏好和利他主義動機，他們的行為策略是互動演化的，彼此的風險是相互依賴的。各主體行為策略在不斷試錯和尋求效用最大化過程中達成一種動態均衡。

（2）重大交通設施項目由眾多風險要素、風險子系統共同組成一個復雜動態的風險系統，風險系統演化的方式有風險要素的增減、風險大小的變化、風險要素互動形式和組合方式的變化等；風險系統演化的動力除了環境變化和系統自演化動力因素之外，主體價值觀和博弈格局的改變也是重要動力之一；風險系統演化的路徑具有一定的模糊性和跳躍性。

（3）對重大交通設施項目風險演化動力機制進行系統仿真分析，不僅可以使風險演化直觀化，而且可以測度關鍵影響因素的敏感度，通過仿真分析還發現，多主體混合博弈中，主體之間合作關系的改善與利他主義動機可以使項目整體風險得到更好地控制，因此理性的項目主體在控制自身風險的同時，必須兼顧他人的風險，找到彼此風險利益的最大公約數。具有控制權的主體在設計項目風險分擔機制時，必須充分考慮其他主體的異質性風險規避偏好，滿足激勵相容的原則。

在下一步的研究中，對本文提出的重大交通設施項目三重動力機制演化模型還需用結構方程進行量化，并結合具體實例數據進行實證分析，以進一步驗證模型的科學性和有效性。另外，項目風險模擬演化值與實際觀測值之間的吻合度也還有待進一步觀測。