PPP模式下海绵城市风险因素指标研究

洪文霞，李蓓蓓，王志远

(青岛理工大学 管理工程学院，山东 青岛 266520)

一、引 言

2019年8月，超强台风“利奇马”在中国东部沿海登陆，浙江、江苏、山东等多地遭受洪灾，损失惨重。近年来，随着城市化发展，也带来自然生态恶化、地表水渗透性差、水污染、供水不足等一系列的“城市后果”。究其原因，在于传统老旧城市的排水系统不能及时排除暴雨产生的特大洪流，造成了城市洪水灾害。单纯依靠传统的地表径流排水方式已经不能有效避免水灾害。中国约有45%和17%的城市分别面临供水不足和严重缺水;在此背景下，为了应对这些挑战，中国政府于2013年12月正式启动了“海绵城市试点计划”，以促进可持续的城市化战略；海绵城市作为应对暴雨灾害、实现可持续用水管理的城市战略，得到我国的广泛推广[1-3]。随着气候变化和快速城市化的叠加，城市越来越容易受到地表雨水的影响，因为传统城市发展模式下人工不透水表面的增加阻止了雨水渗入地面；根据中国中央政府的规划，到2020年，超过20%的城市将达到海绵城市的要求，到2030年达到80%[4-5]。鉴于此，在我国多地进行海绵城市项目大规模改造计划迫在眉睫。目前我国约有660个城市，单个城市的海绵城市建设投资平均需25亿元，从全国范围来看，海绵城市建设所需的投资至少将达到1.5万亿元[6]。

建设海绵城市庞大的资金严重依靠国家财政，而政府融资能力有限，因此，众多学者认为PPP模式的融资渠道对海绵城市建设项目是可行的。PPP模式(public-private partnership,简称PPP)泛指政府和社会资本为提供某种公共服务而建立的合作伙伴关系[7][8]91。PPP模式与海绵城市建设在政策上高度相关，两者都涉及多领域、多主体、多部门、收益低、公益性，在当前地方政府推行新型城镇化建设与环境治理行动中存在众多的交叉结合点，未来海绵城市建设任重而道远，PPP模式已成为海绵城市建设的一个重要途径[9]。尽管PPP模式被公众广泛接受，但由于模式本身的复杂性和不确定性，PPP模式下海绵城市项目建设正面临着各种风险；从目前海绵城市PPP项目建设现状来看，政府方在项目合作中始终占据主导地位，致使社会资本方参与积极性不高，因此，PPP模式下海绵城市建设的关键风险能否得到有效管控，将直接影响到海绵城市建设的可持续性发展。

对PPP模式下海绵城市项目关键风险因素间相互关系的研究是风险管理的基础。在理论方面，我国对于PPP模式海绵城市风险方面的研究尚未涉猎；于实际意义而言，能为海绵城市PPP项目风险管理提供依据，便于做出正确的决策措施，避免不必要损失。国内外大量研究者针对不同领域PPP项目风险做了广泛研究，杨足运用HHM方法针对于基础设施PPP项目风险进行了识别[10]。有维宝基于TOPSIS-UT方法对综合管廊PPP项目风险分担进行了研究[11]。据另外统计，李建峰基于海绵城市建设现状，研究了全生命周期下海绵城市PPP项目物有所值定量评价[12]。徐享构建了以政府实施机构为主的三级绩效考核体系[13]。李阳考虑到海绵城市特点并基于项目建设难点对海绵城市建设的PPP机制进行了探讨[9]。喻博基于霍尔三维结构建立了海绵城市建设PPP模式的运行机制[14]。范峻恺提出了基于生态、社会、经济三个维度的海绵城市适应性评价指标体系[15]。通过以上对于海绵城市的研究，发现关于海绵城市PPP项目风险因素领域的研究处于“零”状态，本研究可以在一定程度弥补这部分空白，丰富相关的理论研究成果。周德群等最早提出集成DEMATEL-ISM对复杂因素层次划分并构建结构模型的思路[16]。DEMATEL-ISM方法在因素等级划分方面具有一定优势，它将复杂系统内因素进行层次结构化处理，明确每个因素在系统中所处的位置和相互关系，最终构建出清晰的递阶层次结构模型。本文首先经过大量文献阅读、专家头脑风暴等方法确定了PPP模式下海绵城市的风险因素列表，然后运用集成DEMATEL-ISM方法定量分析各风险因素之间的相互作用关系，划分因素间的层次结构，提前认识关键风险因素，为PPP模式下海绵城市风险管理决策提供有价值的参考依据。

二、PPP模式下海绵城市建设风险识别

海绵城市(SC)，顾名思义，与海绵有相同功效，在暴雨灾害发生时，可以有效吸收水分，同时收集水分供干旱时使用，它使城市能够适应环境变化并从容应对自然灾害。海绵城市建设在城市水资源管理、生态环境、防洪抗洪等方面起到积极作用。PPP模式是由政府部门和私营部门合作的一种模式，在利益共享、风险共担的基础上，提供基础设施和服务。PPP能够充分利用政府在监管方面的优势，有效克服政府财政约束，解决资金、管理技术的落后问题，优化私人资源配置，实现企业利润最大化的目标[17]。但PPP模式具有投资规模大、投资周期长、参与主体多、关系复杂等特点，导致PPP项目在实施全过程中存在众多风险[18]，提前识别关键风险因素，准确分析风险因素间相互影响关系，是项目风险管理的基础，关系到项目能否成功运行。

研究前期，需要充分了解PPP模式特点，清晰地辨别海绵城市在推进PPP模式可能遇到的障碍和问题。海绵城市建设从前期规划阶到后期运营的每个阶段有着诸多不确定潜在风险，对风险因素的识别是进行科学合理风险管理的前提基础。且海绵城市项目具有不同于一般PPP项目的独特性，考虑到海绵城市的独特性，本文通过20篇关于海绵城市和PPP类的文献，以全过程视角按照风险来源统计出20个风险因素，再由6名相关领域专家进行访谈沟通，统计专家意见，最终筛选出16个风险因素，建立风险因素指标体系(表1)。

三、集成DEMATEL-ISM模型构建

DEMATEL(decision making trial and evaluation laboratory,决策实验分析法)[19]151-162方法是针对于复杂系统，研究其中复杂因素的逻辑关系，通过计算影响度、被影响度、中心度和原因度四个数量特征，定量分析各个风险因素的重要程度和属性，进而确定关键风险因素。该方法能够反映各个风险因素之间的影响强度，但不能明确各个风险因素的层次结构。为解决此弊端，引入ISM模型。ISM(interpretive structure modeling，解释结构模型法)方法以定性分析为主，定性定量分析相结合，主要是分析系统因素相互关联关系及相互关系变化时对系统总体的影响，通过建立邻接矩阵，求解可达矩阵，最后构造系统因素相互影响的递阶层次结构模型，但它不能定量地表示各风险因素之间的相互影响关系。DEMATEL和ISM两种方法存在共性，又能相互取长补短，将DEMATEL和ISM相互融合，既明确系统风险因素间相互影响程度又能建立系统风险因素的递阶层次结构模型，具有更完备的解释功能。集成DEMATEL-ISM模型构建思路如图1。

图1 DEMATEL-ISM方法思路

1.构建直接关系矩阵

通过对PPP项目具有5年以上研究经验的大学教授和PPP项目管理咨询公司的中专业人士及海绵城市领域研究人员发放问卷进行打分的形式，采用0～5记分法，判断每个因素的重要性。问卷填写如表2所示。

表2 问卷设计

将收集到10位资深权威专家打分，采用算数标准平均法对数据处理后可得初始直接关系矩阵M如下：

其中，因子i对因子j的影响表示为aij,如果风险因素i不直接影响风险因素j,记为0分，其余的1、2、3、4、5分别表示影响非常小、影响较小、影响中等、影响较大、影响大。

2.求标准矩阵Z和总关系矩阵T

把直接关系矩阵M标准化得到标准矩阵Z。规范化公式为：

(1)

求出总关系矩阵T，公式如下：

式中,E是单位矩阵，(E-Z)-1是(E-Z)的逆矩阵。

文中所有矩阵计算结果均由MATLAB软件编写程序代码计算得出。由于篇幅原因，只列出最终的T矩阵，如下：

3.“四度计算”

由总关系矩阵中的tij可以进一步求出每一个因素的影响度D、被影响度C、中心度M和原因度N。tij表示因素i对因素j所产生的直接影响加上间接影响的程度，即因素i对因素j产生的综合影响程度。在总关系矩阵T中，“影响度di”是行的和，“被影响度ci”表示列的和。公式如下：

(3)

(4)

“中心度d+c”，影响度和被影响度相加，表示各因素之间的关系；“原因度d-c”是对其他因素的影响。公式如下：

Mi=di+ci

(5)

Ni=di-ci

(6)

各风险因素的“四度”值，如表3所示。

表3 中心度和原因度

下一步，基于原因度和中心度绘制散点图。根据各因素的成因程度，以风险因素的中心度为横坐标，原因度为纵坐标，绘制各个因素的原因-结果图，确定关键风险因素(图2)。

图2 原因结果

4.确定整体影响矩阵

综合影响矩阵反映的不同因素之间的影响关系和影响程度，其中弊端是不能反映出对本身因素的影响。因此需要计算反映系统因素整体影响关系的矩阵，即整体影响矩阵H。公式如下：

H=T+I=hj

(7)

式中，I为单位矩阵。

5.确定可达阵

确定整体影响矩阵后，可进一步计算可达矩阵K,K=|kij|如下：

(8)

式中，λ为阈值，阈值的大小根据实际情况进行科学的设定，阈值λ的设定主要为了舍掉影响程度较小的影响关系。λ的取值越大，对系统结构简化越明显，但在可达阵区域划分时，容易形成两个以上的连通域，这时就需要重新研究因素之间的相互影响关系。kij为节点i到节点j的关联值，kij=1表明两个节点关联。经过多次测算取阈值λ=α+β=0.157 8，其中α为综合影响矩阵T的平均数，β为T的标准差，由此构建可达矩阵K，如下：

6.确定各风险因素的可达集和前因集

根据可达矩阵K,可计算出每个风险因子的可达集P(Bi)与前因集Q(Bi)。可达集P(Bi)为因素Bi可以直接到达的因素集合，即可达矩阵K中第i行因素为1 的列对应的因素构成；前因集Q(Bi)是由可达阵K中第i列因素为1的行对应的因素构成，是可以到达因素Bi的全部因素集合。公式如下：

(9)

(10)

(11)

式中，C为共同集合且C中包括了n个级别因素集。在可达矩阵K中，按照顺序依次划去共同集合C中每级因素对应的行和列，一直重复这个步骤，既能得到C的各层级因素，与此同时，可达矩阵中所有因素也已被划除。

7.解释结构模型建立

重复2.6中的式(9)、式(10)和式(11)，直到所有的因素被划除，根据划除因素的顺序，可得表4，并绘制因素递阶层次结构图(图3)。图3中数字节点代表的是建设海绵城市复杂系统中的各风险因素，各因素之间的影响关系用有向箭头“→”表示。

表4 PPP模式下SC风险影响因素层级分解

图3 PPP模式下SC风险影响因素递阶层次结构模型

三、结果分析

运用集成DEMATEL-ISM方法对PPP模式下海绵城市风险影响因素研究分析时，首先运用DEMATEL方法确定海绵城市风险影响因素两两之间的直接影响关系；然后进一步计算综合影响矩阵，再加上相应的单位矩阵，得到整体影响矩阵；通过合理设置阈值 ，得到ISM方法需要的可达矩阵；最后经过运算，得到PPP模式下海绵城市风险影响因素的6级结构模型。DEMATEL方法计算的中心度可以反映风险因素的相对重要程度，据算出的原因度可以明确各因素之间的因果关系；ISM方法得出的结构模型则可以直观地观察出各因素间相互关联关系。

1.“四度”结果分析

通过对PPP模式下SC风险因素的影响度、被影响度、中心度、原因度分析(表1)，可看出，7个风险因素被确定为正值的原因度(D-C=N)，被称为原因因素。说明原因因素对其他因素的影响比其他因素对自身的影响更加显著，包括B1政策法律不完善、B2政府信用风险、B4SC专业经验不足、B10技术缺陷、B13不可抗力风险、B14政府腐败风险、B15市场需求变化。举例来说，对于政策法律不完善因素，由国家制定，它是受国家政策影响，不受其他因素(如技术缺陷、管道改造困难、进度延误等)直接影响，却能够直接影响其他因素；立法是一切活动的基本，若海绵城市建设缺乏法律政策保障，社会资本投入的风险性、不确定程度也会变高，不利于吸引外资，因此，完善的法律体系有助于海绵城市建设资金的征集。对于民众反对因素，是由人民意志决定的，也不受其他因素直接影响。通过改进原因因素，可间接改善结果因素，从而逐渐减弱整个系统的风险程度。

其余9个风险因素具有负值原因度(D-C=N)，被称为结果因素，包括B3融资风险、B5规划设计变更、B6招标风险、B7政府腐败风险、B8工期延误、B9成本超支、B11施工安全隐患、B12管道改造风险、B16营业收益不足，说明这些因素对其他因素的影响小于其他因素对自身的影响，具有较强的依赖性，且多数位于递阶层次结构模型的中上层，是风险因素系统的最终目标。

中心度(D+C=M)表示风险因素在整个分析系统中的重要程度，16个风险因素的突出重要程度从大到小依次是B3融资风险>B9成本超支>B16营业收益不足>B8工期延误>B5规划设计变更>B12管道改造困难>B2政府信用风险>B11施工安全隐患>B10施工技术缺陷>B4 SC专业经验不足>B15市场需求变化>B6招标风险>B7项目唯一性风险>B14政府腐败风险>B13不可抗力风险>B1政策法律不完善。通过风险因素中心度排序可知进度延误、成本超支、营业收益不足、施工技术缺陷在风险系统中的重要性突出，对于PPP模式下海绵城市项目风险影响较大。若要保证项目成功顺利运行收益，降低风险发生的概率，应重点考虑以上这些风险因素。结合图2可知，B2政府信用风险、B8工期延误、B9成本超支、B16营业收益不足是海绵城市风险关键因素，同时符合政策法律不完善、不可抗力风险、运维能力不足会导致进度延误、成本超支风险发生的工程实际情况。由此可见，充足的资金和强硬的技术实力对削弱海绵城市建设风险的重要性不容忽视。

2.递阶层次结构模型分析

PPP模式下海绵城市风险影响因素的递阶层次结构模型，形象直观地反映了风险因素之间的相互影响关系和层次结构，这是ISM建模的优势。发出箭头多的风险因素与表2中影响度D较大值的风险因素相对应，表明该风险因素影响其他风险因素的程度大于被其他风险因素影响的程度，决策者在提出风险管理措施时，应着重考虑此类风险因素；被指向箭头多的风险因素与表2中被影响度C的较大值的因素相对应，表明该风险因素影响其他风险因素的程度小于被其他风险因素影响的程度，通过观察这些风险因素的发生率能间接说明风险管理措施的实施效果。位于顶层L1和L2层的B6招标风险、B11施工安全隐患、B10施工技术缺陷、B16营业收益不足、B8进度延误、B9成本超支等是影响PPP模式下海绵城市风险的直接影响层，也是系统风险管理的最终目标，地位重要；位于L3和L4层级的B3融资风险、B4SC专业经验不足、B5规划设计变更、B12管道改造困难、B13不可抗力风险，这些风险因素的影响度和被影响度都处于比较靠前的位置，受其他因素影响大也易影响其他因素，属于过渡层级风险因素，起到承上启下的作用，地位关键；处于底层L5、L6和L7层级的B14政府腐败风险、B15市场需求变化、B2政府信用风险等政府因素是不易被其他风险因素影响且较易影响其他风险因素，起基础作用，最终通过L1、L2、L3层级的因素对PPP模式下海绵城市风险产生直接影响。

融资风险、政府信用风险、工期延误、成本超支、营业收益不足等重要风险因素都集中在建设施工阶段和运营维护阶段，同样符合工程实际情况，对于项目建设施工阶段和运营维护阶段安全工作应给予重点关注。

四、结论与建议

1.结论

本研究通过构建模型分析得出如下主要结论：(1)以海绵城市建设项目的全生命周期视角，确定了决策、设计、建设、运营四个一级阶段及其相对应的16个二级风险因素指标体系。(2)通过DEMATEL建模分析了各风险因素的中心度，明确了16个风险因素指标的相对重要性，得出融资风险因素在海绵城市建设中占据最重要地位，其次重要的是成本超支、营业收益不足、工期延误等风险因素。(3)通过DEMATEL建模对影响度和被影响度的计算表明，其中7个指标因素是原因因素，影响力度大，能明显影响其他风险因素；有9个指标因素是结果因素，易被其他风险因素影响。其中，政府信用风险因素的影响力地位突出，应引起重视。(4)通过解释结构(ISM)建模，将PPP模式下海绵城市建设风险因素指标体系划分为7个层级，并分析了各层级风险因素的不同影响力作用。

2.建议

根据以上分析及结论，可见政府在项目建设中的关键作用，政府是推进建设PPP项目的关键角色，并总结出如下策略建议：(1)海绵城市建设有明显的时间序列特性，在不同周期阶段风险因素发生概率及相互影响关系是不同的，需要积极顺应海绵城市全生命周期演化规律，理清海绵城市建设每个周期阶段风险管理的重点，并针对性制定不同的风险防范措施。(2)制定自上而下全面的法律体系，完善市场资源配置机制。通过以上分析可看出政策法律风险因素的影响力度巨大，完善海绵城市政策法律体系的具有迫切性。(3)提高社会民众的接受度，建立雨水排放许可及收费制度。(4)规范监管机制，确保海绵城市可持续发展。海绵城市建设效果的持续营运，需要监管机构做好本职监管工作。