管廊PPP项目可持续性风险系统动力学仿真研究

白芙蓉 曾天浩 邵慧

【摘要】基于综合管廊PPP项目可持续发展影响因素的分析， 综合考虑工程、经济、管理、社会、环境五个子系统的动态可持续性风险， 运用熵值法、G1法的博弈组合赋权修正风险因素权重， 建立综合管廊PPP项目可持续性风险系统动力学评估模型。 引入管廊项目实例进行模拟仿真及灵敏度分析， 结果表明：社会、环境可持续性风险在特许经营期末累积最大; 项目安全性对于工程可持续性风险的影响最大， 经济可持续性风险受项目收益影响最大， 社会可持续性风险主要受环境可持续性风险及项目安全性的影响， 管理可持续性风险主要受经济可持续性风险影响， 环境可持续性风险受管理可持续性风险影响最大。 基于仿真结果， 以政府、社会资本、社会公众三方视角， 提出管廊PPP项目可持续性风险科学管控的建议， 为管廊PPP项目风险管理规范化提供理论依据。

【关键词】综合管廊;PPP模式;可持续性;风险管理;系统动力学

【中图分类号】F830      【文献标识码】A      【文章编号】1004-0994（2020）16-0133-7

一、引言

综合管廊将通信、电力、燃气、给排水等各类市政管线分仓集约化敷设于廊体内部隧道空间， 形成现代化城市管道资源运输系统， 在保证结构可靠性的前提下， 100年设计使用期限内随社会、经济不断发展， 长期保有使用价值。 在目前宏观经济下行、地方政府财政吃紧的背景下， PPP作为一种新型公共产品供给模式[1] ， 解决了综合管廊项目投资成本过高、服务效率低的问题， 实现了项目全生命周期的建设运营管理， 提高了城市管道资源运输系统的供给质量， 推动了市政基础设施智能化、绿色化的发展。 引入PPP模式的综合管廊项目投资额度大、资本构成复杂、合同期长、运营风险大， 一旦失败对于区域的经济、社会、环境影响巨大， 因此， 综合管廊PPP项目的可持续发展对于引导社会资本投资方向、提升民营资本投资信心、扩大有效投资、促进区域稳定协调发展具有重要作用。

政绩竞争下的各地方政府为了弥补资金缺口， 增加市政基础设施补给， 将管廊PPP项目异化为变相举债的工具， 政府变相为项目兜底、VFM评价及财政承受能力评价流于形式、建设规划缺乏前瞻性、重融资轻运营造成管廊PPP项目可持续发展风险大量集聚[2] 。 我国PPP模式的路径依赖决定了管廊PPP项目多从内生式的实践中吸取教训[3] ， 间接导致了政府方对于社会资本的监管不力。 社会资本逐利的本性忽略了管廊项目准公共产品的属性， 建设运营过程中出现了地下空间资源浪费、工程质量下降、运营管理水平降低、入廊费用定价不合理等問题， 损害了公共利益， 影响了管廊PPP项目的可持续发展。

关于PPP模式可持续性的实践和发展， 熊伟等[4] 从对象、主体、过程三个视角提出了以实现经济、社会、环境的可持续协调发展为导向， 公平与效率并重的第三代PPP模式; 叶晓甦等[5] 基于伙伴关系视角提出了PPP基础设施项目可持续性的实现途径。 在各国的实践应用中， 国内外学者开始关注影响PPP模式可持续性的主要因素：Nilesh等[6] 认为， 应把相关者利益、环境影响、货币价值分析作为关键， 以促进印度 PPP 项目的可持续发展; Hueskes等[7] 提出在建立PPP项目可持续发展影响因素指标体系时， 社会可持续发展维度的影响因素易被忽略; 由于可持续性影响因素具有多维度、多层次的特点， 学者们应用物元可拓法[8] 、解析结构模型[9] 、多属性群决策模型[10] 等各种更加科学的模型对项目的可持续性进行评价。 对于地下综合管廊PPP项目可持续性风险的研究主要停留在定性分析， 其可持续性风险影响因素的动态变化作用机理复杂， 加之风险子系统内部各影响因素之间的关系存在多回路、非线性的特点， 单纯的定性分析不能有效解决管廊PPP项目可持续性风险控制问题。 因此， 本文基于管廊PPP项目特点， 引入系统动力学理论， 研究其全生命周期内可持续性风险的全过程管理， 为管廊PPP项目建设、运营规范化提供理论依据。

二、综合管廊PPP项目可持续性风险因果反馈模型

1. 综合管廊PPP项目可持续性风险系统分析。 综合管廊PPP项目的可持续发展是指， 从项目立项、设计、建设、运营管理、移交至项目最终拆除的全生命周期内， 在考虑环境影响、资源消耗以及相关者利益的基础上， 以经济、环境和社会的最小成本消耗实现工程项目自身的可持续发展， 以及经济、社会和环境三大系统的长期协调稳定发展， 达到既满足当前用户对管廊项目的功能需求， 又不损害后续入廊用户满足其需求能力的目标。

对管廊PPP项目可持续发展影响机理的系统化分析是可持续性风险因素识别及风险反馈模型构建的基础。 综合管廊PPP项目可持续性风险系统是一个高阶复杂系统， 其可持续性影响因素分为系统内部因素以及外部环境因素。 系统内部因素主要有经济可持续性因素、工程可持续性因素及管理可持续性因素等; 外部环境因素按环境类型又可划分为地区社会环境影响因素及自然环境影响因素[11] 。 工程可持续性是整个系统安全运行的前提， 经济可持续性子系统获取的收益为整个系统的运行提供动力， 工程和管理的可持续性为实现经济、社会、环境协调可持续发展提供保障。 各子系统之间相互作用、相互影响， 共同实现综合管廊PPP项目的可持续发展。 该模型侧重于体现可持续性风险的动态特性， 主要研究各风险因素在管廊PPP项目全生命周期中的变化引起的子系统风险的变化趋势， 进而对其他子系统以及对整个系统的影响。

2. 综合管廊PPP项目可持续性风险影响因素。 工程可持续性从功能和使用价值来分析， 重点关注管廊结构承载能力的可靠性， 其中安全性要求廊体结构应在不低于100年的设计使用年限内承受正常施工和使用中产生的各种荷载和变形， 地震、火灾、爆炸等偶然事件发生时和发生后具有足够的承载力及整体稳定性。 适用性强调管廊面对外部需求变化时预留的升级改造潜力， 以及与地下空间资源的整合能力， 具体包括结构的改造更新、高新技术的应用及与地铁、道路的协同工作等方面。 项目的长期、安全运营主要取决于维护质量， 通常情况下项目在运营过程中会受灾害或功能降低影响， 而耐久性要求项目投入使用之后定期检查维修， 以使项目能在预计使用年限内满足各项功能要求。

经济可持续性以各参与方利益最大化为核心要务， 主要受资源成本投入及项目收益两个因素影响。 对于管廊PPP项目而言， 资源成本投入需涵盖决策、设计、建设、运营、移交等阶段的全生命周期成本。 项目收益分微观、宏观两个层面：微观侧重财务分析， 以财务净现值、投资回收期、内部收益率等为衡量指标; 宏观层面表现为可行性缺口补贴到位率、PPP市场成熟度、PPP市场风险大小、经济政策稳定性等方面。

管理可持续性体现在作为一种带有自然垄断性质的准公共产品， 管廊PPP项目涉及政府、国有企业、社会资本方及管线单位等多方参与者， 各入廊管线分属不同单位， 权属关系复杂。 政府管理机构需对相关部门进行协调管理， 牵头制定政府授权的管廊专业运营管理单位的监督机制， 同时项目管理公司需构建完备的组织管理体系， 以此来保障管廊长期、规范、安全运行。

社会可持续性聚焦于项目的社会效益和安全性。 管廊PPP项目建设的目的是提高市政基础设施承载能力， 改善人居环境， 提升城市安全保障能力。 其安全性是社会可持续发展的重要基础， 包括建设过程安全及工程本身质量安全两个方面。 项目建设过程中， 大量的劳动力需从当地募集， 建筑材料多从当地购得， 促进了就业率及本地企业的效益提升; 项目建成后， 市政基础设施质量得到改善， 居民满意度得到提升， 同时为其他经济活动提供了配套设施， 最大限度地发挥了准公共产品的社会效益， 助力区域经济发展。

作为环境可持续性的重要保障， 管廊线路的科学规划及廊体空间的集约设计也是统筹推进地下空间“多规合一”的重要基础。 项目建设、运营过程中消耗了大量的水、能源、建筑材料， 产生了大气、噪声、污水、粉尘及建筑垃圾等污染， 对于各类污染的有效处理及资源利用效率的提高是管廊PPP项目环境可持续发展的重要保障。

基于文献梳理， 从可持续发展视角对综合管廊PPP项目工程、经济、管理、社会、环境五个可持续性风险子系统影响因素进行分析， 并邀请PPP专家以及管廊项目相关技术人员基于风险发生的可能性及发生后造成的影响设置双重标准， 结合管廊PPP项目建设实际情况进行过滤筛选， 剔除完工风险、特许经营期限、人力资源专业性等风险因素， 得出影响管廊PPP项目可持续性风险的因素。 如表1所示。

3. 综合管廊PPP项目可持续性风险因素因果回路图。 综合管廊PPP 项目可持续性风险反馈模型由一系列因果与相互作用链组成， Vensim软件中用因果回路圖表示。 本文基于实现管廊PPP项目可持续发展的总目标， 以五个风险子系统为框架， 以表1的风险影响因素为基础， 分析各风险因素与风险子系统目标及其他子系统目标之间的相互关系和作用路径， 将所有风险因素归入系统中， 并用Vensim软件绘制风险因素因果回路图， 如图1所示。 本循环回路中各风险因素均转化为正向指标， 因果链极性均为正， 使原趋势加强。

以工程可持续性风险的主要反馈回路为例：回路1：工程可持续性风险[↑]→项目经济收益不足[↑]→运营维护质量不佳[↑]→项目安全性不佳[↑]→工程可持续性风险（+）。 管廊PPP项目本身的工程可持续性是项目收益稳定性的前提， 项目收益稳定性有利于提高运营维护质量， 作为项目整体安全性的重要组成部分， 运营维护质量的提高可以促进工程整体可持续性的提高。

三、综合管廊PPP 项目可持续性风险评估模型

1. 综合管廊PPP项目可持续性风险存量图。 作为整个风险系统基本的反馈结构， 因果回路图反映了风险因素之间的相互作用关系， 但未表示出变量性质的不同， 为定义变量种类需建立管廊PPP项目可持续性风险存量图[12] 。 根据大系统的分解协调原理， 将反馈结构分为五个子块， 即为工程可持续性风险、经济可持续性风险、管理可持续性风险、社会可持续性风险、环境可持续性风险五大状态变量， 用以衡量可持续性风险系统的风险水平， 进一步明确反馈图中其他风险因素的类型， 确定速率变量、辅助变量及常量， 利用Vensim软件绘制风险因素存量图， 如图2所示。

2. 基于博弈论的风险因素主客观组合赋权。 根据图2， 确定模型的边界风险因素， 如地方政府信用缺失、公众反对、法律法规不完善等。 其中地方政府信用程度可通过行政诉讼发生率来反映， 其余边界因素需基于项目建设资料及专家打分确定。 为确保风险因素数值一致性， 将所有边界风险因素均转化为极大型指标， 赋值介于0 ～ 1之间。 为克服单一赋权的局限性， 综合考虑专家经验及管廊PPP项目实际， 并参考福州大学陈加良教授提出的基于博弈论的权重集化模型， 将G1法和熵值法确定的边界风险因素权重进行加总集成组合得到最终权重ω， 其中a1、a2为组合系数， ω1、ω2分别为G1法、熵值法确定的边界风险因素的权重[13] 。 计算过程如公式（1）、公式（2）所示， 以工程可持续性风险因素为例的结果见表2。

3. 系统方程式确立。 风险存量图是系统动力学模型的基本形式， 其变量之间的函数关系需用DYNAMO方程表示， 以管廊PPP项目可持续性风险中的工程可持续性风险子系统为例， 代入上文得到的风险因素的组合权重， 系统方程式如下：

（1）工程可持续性风险=INTEG（工程可持续性风险变化量， 0）（单位：quarter）

（2）工程可持续性风险变化量=0.2368×与其他基础设施协调性不佳+0.2203×政府协调、监管混乱+0.243×项目升级改造潜力不足+0.2999×项目安全性不佳（单位：dmnl）

（3）政府协调、监管混乱=0.5209×PPP模式市场不成熟+0.4791×法律法规不完善（单位：dmnl）

（4）项目升级改造潜力不足=0.5819×未应用创新性工程技术+0.4393×绿色建筑技术应用不足（单位：quarter）

（5）项目安全性不佳=0.5771×工程建造质量不佳×PULSE（0， 12）+0.4229×运营维护质量不佳×PULSE（12， 108）（单位：quarter）

四、基于工程实例的风险评估模型仿真与分析

1. 项目概况。 某市中心城区综合管廊PPP项目， 设计使用年限为100年， 结构安全等级为一级， 抗震设防类别为重点设防类， 抗震设防烈度为6度， 防水等级为二级， 规划总长212.63公里， 涉及50条道路， 基本覆盖片区内城市快速路和主干路。 根据廊体纳入管线的种类和数量， 并考虑施工作业空间、维修空间、安全运行及升级扩容空间等， 分为双舱和三舱两种断面形式。

2. 项目风险仿真分析。 根据项目建设实况， 用德尔菲法邀请建设方项目经理及相关技术负责人、PPP专家学者、项目管理公司管理人员等7人分别对边界因素进行调查打分， 将每一位专家的打分采用公式xij=（a+4m+b）/6进行计算， 然后对7个专家的打分求平均值， 即               [14] 。 以工程可持续性边界风险因素为例， 综合得分如表3所示。

根据项目实况， 设置模型起始值（initial time）为1， 终止值（final time）为120， 时间单位为quarter， 步长DT=1。 将该项目风险边界因素数值及函数关系输入管廊PPP项目可持续性风险评估模型中， 在进行有效性检验、调试后开始运行。 结果见图3 ～ 图7。

为科学判断管廊PPP项目在120个季度的特许经营期内各子系统的风险水平， 参考帅珍珍等[15] 的研究， 将风险在[X， Xmax]区间内划分为低风险、一般风险、中等风险、较高风险、重大风险五个等级， 如表4所示。

各子系统中， 社会可持续性风险属于重大风险， 取最大值164.839M为Xmax， 则风险值处于[0，32.9678]时为低风险、区间[32.9678，65.9356]为一般风险、区间[65.9356，98.9034]为中等风险、区间[98.9034，131.8712]为较高风险、区间[131.8712， 164.839]为重大风险。 其中工程可持续性风险最大值为61.2287M， 属于一般风险; 经济可持续性风险最大值为111.041M， 属于较高风险; 环境可持续性风险最大值为129.754M， 属于较高风险; 管理可持续性风险最大值为138.547M， 属于重大风险。

在30年的特许经营期内， 管廊PPP项目各子系统之间相互影响， 系统趋势不断集聚增强， 可持续性风险在末期开始陡增， 社会可持续性风险受工程、环境可持续性风险影响， 在特许经营期末累积最大， 需重点控制; 经济、环境、管理可持续性风险相互作用， 风险值累积也较大， 需重点关注; 工程可持续性风险在整个管廊PPP可持续性风险系统中主要起输入作用， 同时得益于管廊设计及施工技术的相对成熟， 工程可持续性风险值累积处于一般风险区间。

3. 风险评估模型敏感性分析。 为科学合理地制定适用于该项目实际的风险控制策略， 需对子系统内部的每一个风险因素做数值灵敏度分析， 研究风险系统的模型响应， 以此得出各风险因素对目标风险的影响程度排序[16] 。 此分析采取控制变量的方法， 保持其他风险因素不变， 每次只将子系统的一个风险因素值提高20%， 仿真模拟得出目标风险的变化情况， 各子系统风险因素的灵敏度分析结果如图8 ～ 图12所示。

灵敏度分析仿真结果说明：項目安全性及政府对项目的前期协调、后期监管对管廊PPP项目工程可持续性风险影响程度最大， 项目安全性风险提高20%， 工程可持续性风险特许经营期末累计值提高21.97%， 安全性为工程持续性的基础， 政府的协调、监管为项目的安全性提供保障; 经济可持续性风险受项目收益影响最大， 敏感度为18.07%。 管廊PPP项目的收益是经济可持续性的原动力， 收益风险主要来自于管线单位入廊费、运营维护管理费用收取不足及政府可行性缺口补助不到位。 实际运营中， 管线单位使用者付费不足以覆盖项目的建设、运营成本， 故地方政府需要对收益缺口进行补贴。 入廊服务费用受项目入廊率及项目运营管理效率两个方面因素的影响， 运营管理效率风险主要由社会资本承担。

管廊PPP项目社会可持续性风险受环境可持续性风险以及项目安全性影响最大， 敏感度为20.98%、18.97%， 与公众利益切身相关。 管理的可持续性风险主要受经济可持续性风险、PPP合同不完备两个因素影响， 敏感度分别为18.48%、4.02%。 在30年的特许经营期内， PPP合同保证了SPV运营管理的独立性和有效性。 在SPV专业运营管理之下， 经济的可持续性是管廊项目后期运营管理可持续的前提。 环境的可持续性风险影响因素灵敏度较高的为管理可持续性风险及环境污染物的处理， 敏感度分别为12.76%、4.53%， 建设期施工过程中污染物的处理、能源的节约利用及运营维护期对于环境污染物的处理很大程度上取决于SPV的组织管理及各职能部门的有效监督。

五、结论与建议

本文基于系统动力学理论， 通过风险因素反馈模型反映了风险系统高阶次、动态性的特性， 建立了管廊PPP项目可持续性风险评估模型， 以某综合管廊项目为例进行模拟仿真， 得出以下结论：

工程本身的安全性是整个管廊PPP项目可持续发展的前提， 要在100年的设计使用期限内， 在正常维护的情况下能实现预期使用目标。 项目安全性的风险属于技术性风险， 应由对此风险最有控制力的社会资本方承担， 设计阶段借鉴国外先进经验， 全面优化管廊空间设计; 建设阶段严控施工作业人员素质， 从成本、质量、工期等方面全方位把控项目建设; 运营管理实践中， 不断健全安全运营责任制度， 保证安全管理机构良性运行。 政府方应在建设前期协调各管线单位避免利益冲突， 对建设方施工技术以及项目管理公司运营维护能力进行有效考核， 项目建成运营后对使用性能和项目效益进行绩效评估以保证建设、运营维护质量， 确保管廊PPP项目的安全可靠性。

管廊PPP项目的收益风险对其他几个子系统均产生不同程度的影响， 在保证服务质量的前提下， 社会资本可通过合理的管理制度及考核分配机制规范、激励SPV提升运营效率及服务质量， 同时分阶段进行成本分析和评估， 以降低成本， 提高项目收益。 同时， 为防止政府对项目做出不利决策， 社会资本方可通过合同约定、获取上一级政府增信及购买政治风险保险等方式来对地方政府不合规行为进行约束， 以此保证项目规范、可持续运行。 目前， 高层次的法律框架还未成熟， 故各地方政府应保证政策、法规的稳定性， 健全管理机制， 为管廊PPP项目的规范运行提供制度保障。 比如， 通过地方性法规对管线入廊、有偿使用做出强制性规范， 并对项目唯一性进行承诺等。 同时设置PPP专门管理机构， 如PPP中心、公共事业管理中心等， 引导管廊PPP项目的投资、建设、运营管理， 提高政府治理水平， 优化当地PPP发展环境。

资本的逐利性决定了其重视项目经济、管理的可持续性风险控制， 忽视社会、环境的可持续性风险影响， 而社会公众重点关注管廊的服务质量、收费价格及环境影响， 故政府方自身、授权委托的第三方机构或与第三方授权机构的联合体应通过合同管理、绩效评估以及必要时动用行政干预来进行有效监管。 同时， 应健全公众参与机制， 通过PPP信息监测服务平台及时公开管廊PPP项目信息使公众参与监督， 以保证管廊PPP项目社会、环境的可持续性， 从而最大限度地保障公众利益。

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