管廊PPP項目可持續性風險系統動力學仿真研究

白芙蓉 曾天浩 邵慧

【摘要】基于綜合管廊PPP項目可持續發展影響因素的分析， 綜合考慮工程、經濟、管理、社會、環境五個子系統的動態可持續性風險， 運用熵值法、G1法的博弈組合賦權修正風險因素權重， 建立綜合管廊PPP項目可持續性風險系統動力學評估模型。 引入管廊項目實例進行模擬仿真及靈敏度分析， 結果表明：社會、環境可持續性風險在特許經營期末累積最大; 項目安全性對于工程可持續性風險的影響最大， 經濟可持續性風險受項目收益影響最大， 社會可持續性風險主要受環境可持續性風險及項目安全性的影響， 管理可持續性風險主要受經濟可持續性風險影響， 環境可持續性風險受管理可持續性風險影響最大。 基于仿真結果， 以政府、社會資本、社會公眾三方視角， 提出管廊PPP項目可持續性風險科學管控的建議， 為管廊PPP項目風險管理規范化提供理論依據。

【關鍵詞】綜合管廊;PPP模式;可持續性;風險管理;系統動力學

【中圖分類號】F830? ? ? 【文獻標識碼】A? ? ? 【文章編號】1004-0994（2020）16-0133-7

一、引言

綜合管廊將通信、電力、燃氣、給排水等各類市政管線分倉集約化敷設于廊體內部隧道空間， 形成現代化城市管道資源運輸系統， 在保證結構可靠性的前提下， 100年設計使用期限內隨社會、經濟不斷發展， 長期保有使用價值。 在目前宏觀經濟下行、地方政府財政吃緊的背景下， PPP作為一種新型公共產品供給模式[1] ， 解決了綜合管廊項目投資成本過高、服務效率低的問題， 實現了項目全生命周期的建設運營管理， 提高了城市管道資源運輸系統的供給質量， 推動了市政基礎設施智能化、綠色化的發展。 引入PPP模式的綜合管廊項目投資額度大、資本構成復雜、合同期長、運營風險大， 一旦失敗對于區域的經濟、社會、環境影響巨大， 因此， 綜合管廊PPP項目的可持續發展對于引導社會資本投資方向、提升民營資本投資信心、擴大有效投資、促進區域穩定協調發展具有重要作用。

政績競爭下的各地方政府為了彌補資金缺口， 增加市政基礎設施補給， 將管廊PPP項目異化為變相舉債的工具， 政府變相為項目兜底、VFM評價及財政承受能力評價流于形式、建設規劃缺乏前瞻性、重融資輕運營造成管廊PPP項目可持續發展風險大量集聚[2] 。 我國PPP模式的路徑依賴決定了管廊PPP項目多從內生式的實踐中吸取教訓[3] ， 間接導致了政府方對于社會資本的監管不力。 社會資本逐利的本性忽略了管廊項目準公共產品的屬性， 建設運營過程中出現了地下空間資源浪費、工程質量下降、運營管理水平降低、入廊費用定價不合理等問題， 損害了公共利益， 影響了管廊PPP項目的可持續發展。

關于PPP模式可持續性的實踐和發展， 熊偉等[4] 從對象、主體、過程三個視角提出了以實現經濟、社會、環境的可持續協調發展為導向， 公平與效率并重的第三代PPP模式; 葉曉甦等[5] 基于伙伴關系視角提出了PPP基礎設施項目可持續性的實現途徑。 在各國的實踐應用中， 國內外學者開始關注影響PPP模式可持續性的主要因素：Nilesh等[6] 認為， 應把相關者利益、環境影響、貨幣價值分析作為關鍵， 以促進印度 PPP 項目的可持續發展; Hueskes等[7] 提出在建立PPP項目可持續發展影響因素指標體系時， 社會可持續發展維度的影響因素易被忽略; 由于可持續性影響因素具有多維度、多層次的特點， 學者們應用物元可拓法[8] 、解析結構模型[9] 、多屬性群決策模型[10] 等各種更加科學的模型對項目的可持續性進行評價。 對于地下綜合管廊PPP項目可持續性風險的研究主要停留在定性分析， 其可持續性風險影響因素的動態變化作用機理復雜， 加之風險子系統內部各影響因素之間的關系存在多回路、非線性的特點， 單純的定性分析不能有效解決管廊PPP項目可持續性風險控制問題。 因此， 本文基于管廊PPP項目特點， 引入系統動力學理論， 研究其全生命周期內可持續性風險的全過程管理， 為管廊PPP項目建設、運營規范化提供理論依據。

二、綜合管廊PPP項目可持續性風險因果反饋模型

1. 綜合管廊PPP項目可持續性風險系統分析。 綜合管廊PPP項目的可持續發展是指， 從項目立項、設計、建設、運營管理、移交至項目最終拆除的全生命周期內， 在考慮環境影響、資源消耗以及相關者利益的基礎上， 以經濟、環境和社會的最小成本消耗實現工程項目自身的可持續發展， 以及經濟、社會和環境三大系統的長期協調穩定發展， 達到既滿足當前用戶對管廊項目的功能需求， 又不損害后續入廊用戶滿足其需求能力的目標。

對管廊PPP項目可持續發展影響機理的系統化分析是可持續性風險因素識別及風險反饋模型構建的基礎。 綜合管廊PPP項目可持續性風險系統是一個高階復雜系統， 其可持續性影響因素分為系統內部因素以及外部環境因素。 系統內部因素主要有經濟可持續性因素、工程可持續性因素及管理可持續性因素等; 外部環境因素按環境類型又可劃分為地區社會環境影響因素及自然環境影響因素[11] 。 工程可持續性是整個系統安全運行的前提， 經濟可持續性子系統獲取的收益為整個系統的運行提供動力， 工程和管理的可持續性為實現經濟、社會、環境協調可持續發展提供保障。 各子系統之間相互作用、相互影響， 共同實現綜合管廊PPP項目的可持續發展。 該模型側重于體現可持續性風險的動態特性， 主要研究各風險因素在管廊PPP項目全生命周期中的變化引起的子系統風險的變化趨勢， 進而對其他子系統以及對整個系統的影響。

2. 綜合管廊PPP項目可持續性風險影響因素。 工程可持續性從功能和使用價值來分析， 重點關注管廊結構承載能力的可靠性， 其中安全性要求廊體結構應在不低于100年的設計使用年限內承受正常施工和使用中產生的各種荷載和變形， 地震、火災、爆炸等偶然事件發生時和發生后具有足夠的承載力及整體穩定性。 適用性強調管廊面對外部需求變化時預留的升級改造潛力， 以及與地下空間資源的整合能力， 具體包括結構的改造更新、高新技術的應用及與地鐵、道路的協同工作等方面。 項目的長期、安全運營主要取決于維護質量， 通常情況下項目在運營過程中會受災害或功能降低影響， 而耐久性要求項目投入使用之后定期檢查維修， 以使項目能在預計使用年限內滿足各項功能要求。

經濟可持續性以各參與方利益最大化為核心要務， 主要受資源成本投入及項目收益兩個因素影響。 對于管廊PPP項目而言， 資源成本投入需涵蓋決策、設計、建設、運營、移交等階段的全生命周期成本。 項目收益分微觀、宏觀兩個層面：微觀側重財務分析， 以財務凈現值、投資回收期、內部收益率等為衡量指標; 宏觀層面表現為可行性缺口補貼到位率、PPP市場成熟度、PPP市場風險大小、經濟政策穩定性等方面。

管理可持續性體現在作為一種帶有自然壟斷性質的準公共產品， 管廊PPP項目涉及政府、國有企業、社會資本方及管線單位等多方參與者， 各入廊管線分屬不同單位， 權屬關系復雜。 政府管理機構需對相關部門進行協調管理， 牽頭制定政府授權的管廊專業運營管理單位的監督機制， 同時項目管理公司需構建完備的組織管理體系， 以此來保障管廊長期、規范、安全運行。

社會可持續性聚焦于項目的社會效益和安全性。 管廊PPP項目建設的目的是提高市政基礎設施承載能力， 改善人居環境， 提升城市安全保障能力。 其安全性是社會可持續發展的重要基礎， 包括建設過程安全及工程本身質量安全兩個方面。 項目建設過程中， 大量的勞動力需從當地募集， 建筑材料多從當地購得， 促進了就業率及本地企業的效益提升; 項目建成后， 市政基礎設施質量得到改善， 居民滿意度得到提升， 同時為其他經濟活動提供了配套設施， 最大限度地發揮了準公共產品的社會效益， 助力區域經濟發展。

作為環境可持續性的重要保障， 管廊線路的科學規劃及廊體空間的集約設計也是統籌推進地下空間“多規合一”的重要基礎。 項目建設、運營過程中消耗了大量的水、能源、建筑材料， 產生了大氣、噪聲、污水、粉塵及建筑垃圾等污染， 對于各類污染的有效處理及資源利用效率的提高是管廊PPP項目環境可持續發展的重要保障。

基于文獻梳理， 從可持續發展視角對綜合管廊PPP項目工程、經濟、管理、社會、環境五個可持續性風險子系統影響因素進行分析， 并邀請PPP專家以及管廊項目相關技術人員基于風險發生的可能性及發生后造成的影響設置雙重標準， 結合管廊PPP項目建設實際情況進行過濾篩選， 剔除完工風險、特許經營期限、人力資源專業性等風險因素， 得出影響管廊PPP項目可持續性風險的因素。 如表1所示。

3. 綜合管廊PPP項目可持續性風險因素因果回路圖。 綜合管廊PPP 項目可持續性風險反饋模型由一系列因果與相互作用鏈組成， Vensim軟件中用因果回路圖表示。 本文基于實現管廊PPP項目可持續發展的總目標， 以五個風險子系統為框架， 以表1的風險影響因素為基礎， 分析各風險因素與風險子系統目標及其他子系統目標之間的相互關系和作用路徑， 將所有風險因素歸入系統中， 并用Vensim軟件繪制風險因素因果回路圖， 如圖1所示。 本循環回路中各風險因素均轉化為正向指標， 因果鏈極性均為正， 使原趨勢加強。

以工程可持續性風險的主要反饋回路為例：回路1：工程可持續性風險[↑]→項目經濟收益不足[↑]→運營維護質量不佳[↑]→項目安全性不佳[↑]→工程可持續性風險（+）。 管廊PPP項目本身的工程可持續性是項目收益穩定性的前提， 項目收益穩定性有利于提高運營維護質量， 作為項目整體安全性的重要組成部分， 運營維護質量的提高可以促進工程整體可持續性的提高。

三、綜合管廊PPP 項目可持續性風險評估模型

1. 綜合管廊PPP項目可持續性風險存量圖。 作為整個風險系統基本的反饋結構， 因果回路圖反映了風險因素之間的相互作用關系， 但未表示出變量性質的不同， 為定義變量種類需建立管廊PPP項目可持續性風險存量圖[12] 。 根據大系統的分解協調原理， 將反饋結構分為五個子塊， 即為工程可持續性風險、經濟可持續性風險、管理可持續性風險、社會可持續性風險、環境可持續性風險五大狀態變量， 用以衡量可持續性風險系統的風險水平， 進一步明確反饋圖中其他風險因素的類型， 確定速率變量、輔助變量及常量， 利用Vensim軟件繪制風險因素存量圖， 如圖2所示。

2. 基于博弈論的風險因素主客觀組合賦權。 根據圖2， 確定模型的邊界風險因素， 如地方政府信用缺失、公眾反對、法律法規不完善等。 其中地方政府信用程度可通過行政訴訟發生率來反映， 其余邊界因素需基于項目建設資料及專家打分確定。 為確保風險因素數值一致性， 將所有邊界風險因素均轉化為極大型指標， 賦值介于0 ～ 1之間。 為克服單一賦權的局限性， 綜合考慮專家經驗及管廊PPP項目實際， 并參考福州大學陳加良教授提出的基于博弈論的權重集化模型， 將G1法和熵值法確定的邊界風險因素權重進行加總集成組合得到最終權重ω， 其中a1、a2為組合系數， ω1、ω2分別為G1法、熵值法確定的邊界風險因素的權重[13] 。 計算過程如公式（1）、公式（2）所示， 以工程可持續性風險因素為例的結果見表2。

3. 系統方程式確立。 風險存量圖是系統動力學模型的基本形式， 其變量之間的函數關系需用DYNAMO方程表示， 以管廊PPP項目可持續性風險中的工程可持續性風險子系統為例， 代入上文得到的風險因素的組合權重， 系統方程式如下：

（1）工程可持續性風險=INTEG（工程可持續性風險變化量， 0）（單位：quarter）

（2）工程可持續性風險變化量=0.2368×與其他基礎設施協調性不佳+0.2203×政府協調、監管混亂+0.243×項目升級改造潛力不足+0.2999×項目安全性不佳（單位：dmnl）

（3）政府協調、監管混亂=0.5209×PPP模式市場不成熟+0.4791×法律法規不完善（單位：dmnl）

（4）項目升級改造潛力不足=0.5819×未應用創新性工程技術+0.4393×綠色建筑技術應用不足（單位：quarter）

（5）項目安全性不佳=0.5771×工程建造質量不佳×PULSE（0， 12）+0.4229×運營維護質量不佳×PULSE（12， 108）（單位：quarter）

四、基于工程實例的風險評估模型仿真與分析

1. 項目概況。 某市中心城區綜合管廊PPP項目， 設計使用年限為100年， 結構安全等級為一級， 抗震設防類別為重點設防類， 抗震設防烈度為6度， 防水等級為二級， 規劃總長212.63公里， 涉及50條道路， 基本覆蓋片區內城市快速路和主干路。 根據廊體納入管線的種類和數量， 并考慮施工作業空間、維修空間、安全運行及升級擴容空間等， 分為雙艙和三艙兩種斷面形式。

2. 項目風險仿真分析。 根據項目建設實況， 用德爾菲法邀請建設方項目經理及相關技術負責人、PPP專家學者、項目管理公司管理人員等7人分別對邊界因素進行調查打分， 將每一位專家的打分采用公式xij=（a+4m+b）/6進行計算， 然后對7個專家的打分求平均值， 即? ? ? ? ? ? ? ?[14] 。 以工程可持續性邊界風險因素為例， 綜合得分如表3所示。

根據項目實況， 設置模型起始值（initial time）為1， 終止值（final time）為120， 時間單位為quarter， 步長DT=1。 將該項目風險邊界因素數值及函數關系輸入管廊PPP項目可持續性風險評估模型中， 在進行有效性檢驗、調試后開始運行。 結果見圖3 ～ 圖7。

為科學判斷管廊PPP項目在120個季度的特許經營期內各子系統的風險水平， 參考帥珍珍等[15] 的研究， 將風險在[X， Xmax]區間內劃分為低風險、一般風險、中等風險、較高風險、重大風險五個等級， 如表4所示。

各子系統中， 社會可持續性風險屬于重大風險， 取最大值164.839M為Xmax， 則風險值處于[0，32.9678]時為低風險、區間[32.9678，65.9356]為一般風險、區間[65.9356，98.9034]為中等風險、區間[98.9034，131.8712]為較高風險、區間[131.8712， 164.839]為重大風險。 其中工程可持續性風險最大值為61.2287M， 屬于一般風險; 經濟可持續性風險最大值為111.041M， 屬于較高風險; 環境可持續性風險最大值為129.754M， 屬于較高風險; 管理可持續性風險最大值為138.547M， 屬于重大風險。

在30年的特許經營期內， 管廊PPP項目各子系統之間相互影響， 系統趨勢不斷集聚增強， 可持續性風險在末期開始陡增， 社會可持續性風險受工程、環境可持續性風險影響， 在特許經營期末累積最大， 需重點控制; 經濟、環境、管理可持續性風險相互作用， 風險值累積也較大， 需重點關注; 工程可持續性風險在整個管廊PPP可持續性風險系統中主要起輸入作用， 同時得益于管廊設計及施工技術的相對成熟， 工程可持續性風險值累積處于一般風險區間。

3. 風險評估模型敏感性分析。 為科學合理地制定適用于該項目實際的風險控制策略， 需對子系統內部的每一個風險因素做數值靈敏度分析， 研究風險系統的模型響應， 以此得出各風險因素對目標風險的影響程度排序[16] 。 此分析采取控制變量的方法， 保持其他風險因素不變， 每次只將子系統的一個風險因素值提高20%， 仿真模擬得出目標風險的變化情況， 各子系統風險因素的靈敏度分析結果如圖8 ～ 圖12所示。

靈敏度分析仿真結果說明：項目安全性及政府對項目的前期協調、后期監管對管廊PPP項目工程可持續性風險影響程度最大， 項目安全性風險提高20%， 工程可持續性風險特許經營期末累計值提高21.97%， 安全性為工程持續性的基礎， 政府的協調、監管為項目的安全性提供保障; 經濟可持續性風險受項目收益影響最大， 敏感度為18.07%。 管廊PPP項目的收益是經濟可持續性的原動力， 收益風險主要來自于管線單位入廊費、運營維護管理費用收取不足及政府可行性缺口補助不到位。 實際運營中， 管線單位使用者付費不足以覆蓋項目的建設、運營成本， 故地方政府需要對收益缺口進行補貼。 入廊服務費用受項目入廊率及項目運營管理效率兩個方面因素的影響， 運營管理效率風險主要由社會資本承擔。

管廊PPP項目社會可持續性風險受環境可持續性風險以及項目安全性影響最大， 敏感度為20.98%、18.97%， 與公眾利益切身相關。 管理的可持續性風險主要受經濟可持續性風險、PPP合同不完備兩個因素影響， 敏感度分別為18.48%、4.02%。 在30年的特許經營期內， PPP合同保證了SPV運營管理的獨立性和有效性。 在SPV專業運營管理之下， 經濟的可持續性是管廊項目后期運營管理可持續的前提。 環境的可持續性風險影響因素靈敏度較高的為管理可持續性風險及環境污染物的處理， 敏感度分別為12.76%、4.53%， 建設期施工過程中污染物的處理、能源的節約利用及運營維護期對于環境污染物的處理很大程度上取決于SPV的組織管理及各職能部門的有效監督。

五、結論與建議

本文基于系統動力學理論， 通過風險因素反饋模型反映了風險系統高階次、動態性的特性， 建立了管廊PPP項目可持續性風險評估模型， 以某綜合管廊項目為例進行模擬仿真， 得出以下結論：

工程本身的安全性是整個管廊PPP項目可持續發展的前提， 要在100年的設計使用期限內， 在正常維護的情況下能實現預期使用目標。 項目安全性的風險屬于技術性風險， 應由對此風險最有控制力的社會資本方承擔， 設計階段借鑒國外先進經驗， 全面優化管廊空間設計; 建設階段嚴控施工作業人員素質， 從成本、質量、工期等方面全方位把控項目建設; 運營管理實踐中， 不斷健全安全運營責任制度， 保證安全管理機構良性運行。 政府方應在建設前期協調各管線單位避免利益沖突， 對建設方施工技術以及項目管理公司運營維護能力進行有效考核， 項目建成運營后對使用性能和項目效益進行績效評估以保證建設、運營維護質量， 確保管廊PPP項目的安全可靠性。

管廊PPP項目的收益風險對其他幾個子系統均產生不同程度的影響， 在保證服務質量的前提下， 社會資本可通過合理的管理制度及考核分配機制規范、激勵SPV提升運營效率及服務質量， 同時分階段進行成本分析和評估， 以降低成本， 提高項目收益。 同時， 為防止政府對項目做出不利決策， 社會資本方可通過合同約定、獲取上一級政府增信及購買政治風險保險等方式來對地方政府不合規行為進行約束， 以此保證項目規范、可持續運行。 目前， 高層次的法律框架還未成熟， 故各地方政府應保證政策、法規的穩定性， 健全管理機制， 為管廊PPP項目的規范運行提供制度保障。 比如， 通過地方性法規對管線入廊、有償使用做出強制性規范， 并對項目唯一性進行承諾等。 同時設置PPP專門管理機構， 如PPP中心、公共事業管理中心等， 引導管廊PPP項目的投資、建設、運營管理， 提高政府治理水平， 優化當地PPP發展環境。

資本的逐利性決定了其重視項目經濟、管理的可持續性風險控制， 忽視社會、環境的可持續性風險影響， 而社會公眾重點關注管廊的服務質量、收費價格及環境影響， 故政府方自身、授權委托的第三方機構或與第三方授權機構的聯合體應通過合同管理、績效評估以及必要時動用行政干預來進行有效監管。 同時， 應健全公眾參與機制， 通過PPP信息監測服務平臺及時公開管廊PPP項目信息使公眾參與監督， 以保證管廊PPP項目社會、環境的可持續性， 從而最大限度地保障公眾利益。

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