政府和社会资本合作项目运营期内系统韧性等级评价研究

■ 卢虹林 张雪晴

西南石油大学土木工程与测绘学院 成都 610500

0 引言

政府和社会资本合作（Public-Private Partnerships ,PPP）模式是指政府为提高基础设施、公共产品或服务的供给数量、质量和效率，但迫于财政压力而与社会资本基于合同建立的一种合作关系[1]。其利用私营部门的专长和资本，可以将基础设施或服务的财政赤字降到最低[2]。在基础设施项目、公共产品或服务的需求不断增加并推广深化供给侧结构性改革、转变政府职能的环境下，PPP模式的应用是顺势而为的。在PPP项目中，项目建成开始运营到移交这个阶段称为运营期，这个阶段被称为PPP 项目的核心内容，也是检验项目采用PPP 模式是否成功的重要阶段[3]。从全球范围来看，PPP 模式在我国的起步还是相对较晚，且PPP 项目的运营期一般较长，因此大多数项目还处于运营期内，在这期间，各种不确定扰动对PPP 项目成功移交造成直接的影响[4]。于政府而言，只有当按照合同约定接收到一个完整高效的项目，PPP 模式的应用才算成功[5]。于社会资本而言，即在移交阶段，基础设施或服务的价值能有所保证[6]。于项目系统自身而言，则强调项目发展的可持续性，即更应该重视项目遇到扰动后的恢复[7]。而PPP 项目作为一个复杂的、长期的、参与方众多且利益追求有差异的系统，在运营期内会面临诸多影响，因此在此阶段对项目进行分析显得十分重要。现有关于PPP 项目在运营期顺利实施的研究主要集中在PPP 项目关键成功因素、项目失败关键因素、风险因素、风险分配、风险评估等方面，缺乏对项目受到扰动后恢复能力的研究，缺乏对PPP 项目可持续性发展的关注[8]。对于PPP 项目而言，可持续性应是在项目运营过程中需要关注的重要概念[9]。为了解PPP项目系统应对内外部扰动的能力，以及所处的状态，本研究将PPP 项目的运作抽象为一个系统的运作，同时引入“韧性”概念，从系统的角度和本质出发，研究PPP项目系统在运营期内面对外界一系列扰动后，系统抵御、吸收扰动，并通过一系列的学习，在可接受的时间、成本，以及保证系统的质量、安全符合移交规定的情况下，系统恢复至正常水平的能力。本文通过分析PPP 项目运营期内的系统韧性影响因素，随之建立系统韧性评价模型，以期助力PPP 项目成功移交，并为以后众多的PPP 项目实施提供借鉴，为PPP 项目的可持续发展贡献一定的力量。

1 系统韧性

“韧性（resilience）”代表系统的一种固有属性和能力，加拿大生态学家Holling最早将此理论应用到生态学领域，指生态系统保持稳定的特质[10]。1990年左右，学者们意识到韧性理念对于系统的重要性，随着时代的演进，关于韧性的研究从单一的自然生态学延伸到人类生态学[11]。随后，渐渐扩展到了城市、供应链、可再生能源传递、工程等系统领域[12]。关于韧性概念的研究也在多个领域渐渐被重点发掘。与非工程系统相比，韧性在工程系统内的研究占比不大[13]。工程系统内韧性的相关研究主要是基于特定环境下系统韧性的评价[14]。由于各个学科、领域和方向等的不同使得研究者们对韧性概念的界定有所差异，导致其与其他一些概念在性质上模糊不清。如脆弱性、适应能力、响应能力、敏感性、可恢复性等[15]。针对这种现象，Gallopin 在从社会系统的角度分析脆弱性、适应能力和韧性之间的关系时认为，脆弱性是敏感性和响应能力的函数，脆弱性和恢复能力是韧性框架的组成部分[16]。Smit 等提出适应能力是韧性的组成部分[17]。Pettersen等提出可靠性属于系统韧性范畴[18]。Byeng D.Youn认为在系统中，脆弱性表示一个被动状态，而韧性则表示一种主动状态[13]。结合文献[14,19-20]以及联合国减灾署（UNISDR）[21]中对韧性的解释，本文定义韧性为系统在可接受的退化参数范围内承受重大破坏，并在可接受的时间、成本内恢复正常状态的能力。因此不仅要注重系统受到扰动之后的状态，还要考虑其在受到扰动之后，在一定的期限和代价内能否恢复正常的能力，是一种过程导向。系统的韧性越强，说明其在受到外界扰动后，在可接受退化参数范围内恢复至正常水平的能力越强，反之越弱。对项目运作各方来说，可以根据系统的状态，从自身出发，对症下药，针对性地为所存在的不足制定对策与方案，以此来保证项目能根据合同约定正常移交，提高PPP项目移交的成功率。

韧性是系统本身所存在的一种避免潜在损失的内在能力和自适应反应，其存在与外界发不发生扰动并无直接联系。一个韧性系统具有3 个方面的特点，即预防不良后果、尽量减少不利后果和迅速从不利后果中恢复[15,20]。“韧性”思维标志着可持续性发展，强调系统格局的完整性和系统运行的可持续性[22]。在工程项目领域，Seyedmohsen Hosseini 提出，在基础设施系统遭遇不确定扰动时，人们以前总是在关注保护和预防，但其实更应该关注这些基础设施是否有能力承受破坏，并从破坏中恢复过来，从而引发其形成复原力建设战略思维，就此提出了量化系统韧性的框架[23]。陈群等利用贝叶斯网络建立了影响地铁工程系统韧性的模型，量化了系统韧性值，总结出提高系统韧性的途径，并强调恢复能力和可靠能力一起作用于韧性[12]。

结合已有关于韧性理论的应用[24]，本研究简化的系统韧性概念框架如图1所示。图中，θ(t)表示系统性能，θ(t1)为系统的初始状态，[0-t1]为系统正常运行阶段，即可靠阶段，t1时刻系统受到扰动，系统性能退化至θ(t2)，即[t1-t2]为系统脆弱阶段，t2时刻系统性能开始恢复，在t3时刻系统恢复到新的状态，即[t2-t3]为系统恢复阶段，由图可知，系统恢复后的新状态有3 种可能，性能可能优于、等于或低于初始状态。系统韧性主要考虑两方面的内容，分别是可靠能力和恢复能力。

2 PPP项目运营期内韧性影响因素识别

通过前面关于系统韧性的介绍，要对PPP 项目运营期内系统韧性进行分析和评价，首先从可靠能力和恢复能力两个方面确定影响PPP 项目运营期内系统韧性的因素。PPP 项目在运营期内要注重对项目的运营情况、维护情况等进行全面细致的检查，以确保项目在移交后仍然能良好得运营。同时还需明确，项目的运营状况及其在运营期间是否良好维护将分别影响资产评估结果和性能测试[5]。截至2019年末，我国有6330 个PPP 项目处于执行阶段，占管理库项目的67%，其中有约4000 个项目已进入运营期，但真正成功运营并移交的项目还很少[25]。另外关于PPP项目系统韧性的研究也并未深入展开。在系统可靠能力方面，本研究以下面几种类型的文献为出发点，分别是：（1）立足于案例的PPP 项目全生命周期主要风险因素研究[26-31]；（2）立足于案例的PPP 项目关键成功因素研究[5,32-33]；（3）立足于案例的PPP 项目失败关键影响因素研究[34-37]；（4）PPP 项目提前终止[38-40]；（5）PPP 项目残值风险[6,41-42]。首先识别出影响PPP 项目在运营期内成功运作的因素，以此发现系统可能会存在的一些问题，然后在项目系统自身的本质属性基础上进行分析，即各个影响因素在一定程度上是项目系统自身可进行控制的，排除了由宏观大环境产生的不受主观意识控制的影响因素。最后结合专家访谈，总结与分析，从项目自身特征层面、政府层面和运维层面3 个方向出发，识别出14个关于PPP 项目系统可靠性的因素。在确定恢复能力因素时，本文沿用已有研究[12]，确定D1～ D3这3个因素，结合PPP项目系统的实际情况，其具体分类与解释如表1所示。

图1 系统韧性概念框架图

3 PPP项目运营期内的系统韧性评估模型

系统韧性分析在多个领域都有应用，许多定量或半定量的方法也被提出，本文以城市灾害韧性分析中，较为方便适用的云物元分析方法为依据[43]，将韧性概念应用于PPP 项目系统，并基于此提出适应研究PPP 项目运营期内系统韧性分析的框架。

3.1 云物元理论

物元分析中，首先设事物名称为N，事物特征为C，事物特征所表现的量值为V,然后通过事物的基本元R将上述3个元素结合起来，表示为R=(N，C，V)，接着确定待评价R关于标准物元的隶属度，最后按隶属度高低依次对指标进行排序。在物元模型中，事物特征的量值一般是固定不变的，但在PPP 项目韧性系统中，各个指标的量值具有不确定性和模糊性，云模型很好得考虑了事物特征量值V 的模糊性与随机性，云模型类型有多种，常用正态云模型。云模型与物元理论同时应用时，云模型的数字特征(Ex , En , He)将代替V 值，具体表达式如式（1）[44]：

其中：期望Ex，是定性概念中心值；熵En，指定性概念的不确定性；超熵He，指熵的不确定性。

3.2 基于云物元的PPP 项目运营期内系统韧性评价模型

利用云物元法对PPP 项目运营期内系统韧性进行评价主要有以下6个步骤:

（1）确定待评价目标。本文将上述分析得出的17个韧性影响因素作为待评价目标。

（2）韧性等级标准的划分。本文结合PPP 项目系统实际情况，并结合专家意见将PPP 项目运营期内系统韧性等级划分为5个等级，并进行指标分值区间的确定，各等级划分和具体的分值见表2。

表2 PPP项目运营期内系统韧性等级与对应的指标分值

（3）确定PPP 项目运营期内系统韧性等级的标准云。即确定(Ex,En,He)的值，在传统的物元分析中，表2中所表示的物元模型的经典域为（0,20]、（20,40]、（40,60]、（60,80]、（100,80]，节域为[0,100]，按此方法所得的韧性等级只属于其中唯一的一个等级，并没有考虑韧性边界的模糊性与随机性。当云模型与物元分析结合后，需要将区间数值转化为云参数，指标评价等级用上下限用区间[Cmin,Cmax]表示，在进行转换时，Ex代表区间中点，具体的转换公式如式（2）和（3）所示[43]：

在转换过程中，区间分界点的数据可以较为模糊，根据正态云的“3En”规则，选择隶属度等于0.5 作为云物元模型的分界，此时熵En的计算方法如式（4）所示[43]：

关于超熵He的取值，可根据指标的模糊性和随机性来进行相应的调节，根据实际情况，本文确定超熵为0.8。通过式（2）和式（4）可求出Ex和En，此时得到云物元模型的数字特征如表3所示：

表3 PPP项目运营期内系统韧性等级界限的标准云模型数字特征

利用MATLAB 软件进行编程计算1200 次可得到PPP 项目运营期内系统韧性等级的隶属云图，如图2所示：

（4）确定各指标值关于PPP 项目运营期内系统韧性等级的隶属度。隶属度的计算可通过隶属度函数来计算，首先取表3中的云数字特征，得到正态随机数En'，接着设x 为任意云滴，在MATLAB 软件中利用隶属度函数编程设计计算，各个指标的随机性随着计算次数的增加而减弱，本文按照常规运算次数设计计算，即为上述所提的1200次，通过取中位数求得各韧性指标关于标准云的隶属度，函数表达式如式（5）：

（5）确定各PPP 项目运营期内系统韧性影响因素指标的权重。本研究采用了较易上手的层次分析法。

图2 PPP项目运营期内系统韧性等级隶属云图

（6）确定韧性等级。首先确定PPP 项目运营期内系统韧性指标层关于韧性等级的隶属度，计算公式如式（6）：

其中：kj(pi)为指标i关于韧性等级j 的隶属度；ωip为指标关于第i个准则的权重；kj(μip)为第i个准则层上的第p个指标关于韧性等级j的隶属度。

最终PPP 项目运营期内系统韧性等级由最大隶属度原则确定，计算公式如式（7）：

4 案例分析

本研究以西南地区某污水处理PPP 项目为例分析其运营期内系统韧性，利用问卷调查并结合专家访谈的方式获得项目运营期内系统各韧性指标的分值，同时根据3.2 中的步骤（5），邀请6 名有PPP 项目经验专家利用层次分析法的原则协助获得各个指标的权重，表4为各韧性指标的分值和相对权重。

利用3.2 中的步骤（4）得出各韧性指标关于标准云的隶属度，如表5所示：

表4 PPP项目运营期内系统韧性指标权重及分值

利用3.2 中的式（6）和式（7）分别得到各韧性影响因素指标和最终的韧性等级隶属度，结果见表6：

表5 PPP项目运营期内系统各韧性指标隶属度

表6 PPP项目运营期内各韧性指标和最终韧性等级隶属度

由表6得出的评价向量矩阵可以得出，PPP 项目系统韧性等级优秀、良好、中等、较差、很差的隶属度分别为：0.9037,0.1040,0.0000,0.0000,0.0000，根据最大隶属度的原则，西南地区某污水处理PPP 项目运营期内的系统韧性等级属于优秀类。此污水处理PPP 项目是第2批次国家级示范项目，采用地埋式污水处理厂建造的方式，在地面建设景观公园，不仅解决了邻避的设施效应，而且还有效得提供了休闲、运动、自然的生态公共空间；项目建成后，不仅有效解决了相邻几个重要功能区的污水处理需求，还提供了高品质的再生水，这些水的水质优于国家一级A 标，主要指标也达到地表IV 类标准，同时尾气排放也达到国家一级排放的标准。污水处理厂出水可以用于一定区域内的生态补水、环境用水、市政洒水等，再生水回用率基本等于100%；该厂周边市政路网基本完善，满足进出厂交通需求，且综合管廊建设也基本完成，满足再生水输出通道，污水管网联网成片，满足污水收集；政府监管到位但是并不越位；项目公司成立的财务部专门负责财务管理，项目融资交割完成，可行性缺口补助也在有序推进；项目公司严格按照运维的管理流程，制定相应标准和应急管控措施，定期开展应急演练。从总体来看，项目系统状态良好，在应对外界扰动时，能够快速反应，使项目正常运行下去，即是与评价结果得出的韧性等级基本符合。

5 结论

本研究对PPP 项目运营期内系统韧性进行了定义，识别了影响PPP 项目运营期内系统韧性的因素，采用云模型与物元理论相结合的方法建立了PPP 项目运营期内系统韧性等级的评估模型，并就案例进行分析得出其韧性等级。以上两种方法相结合的方式充分考虑了各指标的模糊性与随机性，使得评价结果更为客观。通过对PPP 项目运营期内系统进行韧性分析，可确定其可靠性和恢复能力的情况，通过建立的韧性等级，可直观了解系统自身的实力水平，以及系统所处的状态，并暴露系统所存在的问题，即系统的薄弱环节。这对PPP 项目健康持续的推进、减轻影响PPP 项目成功移交的韧性影响因素并对PPP 项目系统进行综合整治提供依据。本文主要采用文献调研和专家访谈的方式确定韧性影响指标，可能由于经验的不足导致指标确定不够充分，在确定韧性影响因素的权重时，由于方法的局限性，各因素间可能存在的影响关系没有进行分析，这需要在以后的研究中深入。同时在进行案例分析时，只考虑了污水处理PPP 项目这一种类型，关于其他类型PPP 项目的研究还有待验证。