政府和社会资本合作模式下智慧燃气建设实践研究＊

■ 贺溢青 董事尔 刘然 李婷 谭天

西南石油大学土木工程与测绘学院 成都 610500

0 引言

智慧燃气是指将燃气信息从多方面智慧化呈现，“智慧”体现在运用各大系统（包括信息与物理系统）实现燃气在数据监控、居民服务、管理维护上呈清晰的数字化体现[1]。随着能源安全形势的新变化和万物互联发展越来越数字化、智能化的趋势中，对液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）带来的安全问题以及智能化管控研究十分有必要，因此西南石油大学与南充市科技局合作设立了项目《LNG 泄漏扩散预测及安全性措施研究》，本文是该项目的部分成果，为项目在安全智能管控方面起一定的支撑作用。使燃气企业在生产、运行、管理时能及时得到信息，传递信息，处理信息，从而提高投资方与燃气方的综合管理能力，使城镇燃气更加安全可靠，带来更大的社会效益。

PPP 模式是指政府与社会资本合作，以此来提高实施项目后带来的效率、经济等，还能降低各方所承担的风险[2]。PPP 模式的创新性很强，因此市场更能做好一些由原先政府才能把控的事情，使市场配置资源用在“刀刃”上，使智慧燃气相关项目由此焕发新的活力。PPP 模式适用于包括不限于智慧城市[3]、农业[4]、医疗卫生[5]等一系列项目，但是PPP 模式有它独特的政策要求与运作模式，需要对项目进行物有所值评价来提前判断PPP模式是否适用于项目。

物有所值（Value For Money，VFM）即最优化利用可用资源以获取想要的结果，只有预期到项目采用PPP 模式比采用传统模式更加有益时，才能采用PPP 模式[6]。本文在进行物有所值评价中引入直觉模糊集理论，直觉模糊集理论多用于项目的决策中，该种评价方法相对客观，选出的结果更加接近实际[7]。Atanassov[8]提出了能具体表现犹豫度的一种理论——直觉模糊集，这个理论也被经常用于解决此类问题。李慧敏[9]为了从多个方案中选出可持续性效果最好的适合水环境治理的模式，从与水环境治理相关度较高的5 个方面出发，建立适合该项目的评价指标体系，并用区间直觉模糊集进行计算相应的数据。

我国PPP 项目物有所值评价还在不断完善中，在评价过程中，专家自身对项目认识的差异性会存在犹豫度的问题，而且物有所值评价的评价指标相对固定，鲜有将社会效益考虑为评价指标。基于此，本文利用直觉模糊集理论来解决专家评价时犹豫度问题，同时增加了包含智慧建设、智慧运营、智慧服务的指标评价内容的社会效益指标，并将项目基金对安全性措施的研究作为一定的社会效益指标评价标准，使用直觉模糊集理论来计算加入了智慧燃气建设带来的社会效益的物有所值评价指标权重，以广西梧州市蒙山县燃气供应项目为例，验证其可行性。

1 智慧燃气PPP项目建设内容

我国全面推进城镇化建设，PPP 模式在这场“潮流”中与城市基础设施建设的匹配呈现良好的发展趋势。我国PPP 模式在2014年年末随着财政部和发改委发布的系列相关文件日益成熟。从2014年11月我国PPP 模式顶层设计基本完成至2020年4月，在国务院常务会议、杭州G20 会议、金砖国家领导人厦门宣言、全国生态环境保护大会等会议中都强调推行、多途径开展PPP模式[10]。

地方为了响应政策，正大力推进PPP 模式。然而各地需要建设的项目、方向、实施环境不同，因此各地方实施时都必须考虑自身情况。严玲等[16]利用案例分析的方法分析了项目控制权配置和风险分担因素的匹配性两个方面出发，分析了选择不同的交易方式会有怎样的影响，并按照研究结果标明了城市轨道交通类项目的PPP 模式的强弱程度。从2016年全国PPP 综合信息平台首次公布全国PPP 项目信至2020年4月17日，入库项目共计9455个，金额已达144058亿元。

基于互联网数据中心（Internet Data Center， IDC）分析师团队描述了对数据中心发展产生影响的主要驱动因素，并给出了2020年～2025年中国数据中心发展的10大预测：设备自治和能效管理正逐渐成为中国数据中心的热点话题。随着数据中心的规模不断增加，以及向边缘位置的发展，传统的人工运维方式将变得不再可行，取而代之的将是依靠人工智能和机器学习的预测性和主动性的数据中心监控和管理方式。智慧燃气总体架构如表1所示。

1.1 智慧建设

智慧建设主要利用信息化、模块化、新技术应用来实现的。在传统建设施工过程中，施工数据、管网情况由于缺乏信息化掌控常常无法及时处理，工程进展也需要人工收集汇报，随着燃气公司开发的信息化管理系统，以及全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、北斗等定位系统的应用，施工数据、工程进度都能被实时处理和监管。当无人机技术普遍化后，装配有高清数码摄像机和照相机以及GPS 定位系统的无人机会实时传送细节处的拍摄影像，监控人员可在电脑上同步收看与操控，由此获得比原来更详细的数据图像，降低了人员的伤亡风险，使智慧燃气建设更加安全可靠。

1.2 智慧运营

智慧运营主要体现在智能管网的监管与智能调度。智能管网利用新的基于高效的检测、巡查、检漏等数据采集系统、物联网芯片实现高效的数据采集，实现整个场站的智慧化管理与更透彻的感知。基于灰色理论[19]，将收集的数据与地理信息系统（Geographic Information System， GIS）、数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）数据融合，实现对管网信息查询及管网状态的实时监控，并能够通过SCADA 系统实现远程开关阀门，随着科技的发展，将管网仿真系统加入其中，与静态的GIS系统相比，仿真技术能发现GIS 数据不准确、SCADA 系统的错误，更能实现管网负荷预测和智慧化。智能调度是目前最薄弱的环节，它通过掌握城市运营端的需求来实现管网巡线[20]等任务，集团公司基于云技术建设“燃气云平台”，这样成员公司不需要像从前重复建设机房，设置设备维护人员，同时集团公司能更高效直接地管理调度成员公司。

表1 智慧燃气总体架构图

1.3 智慧服务

属于服务行业的智慧燃气中，智慧服务即为重要。基于个性化用能服务，同时利用新技术、新表具，实现精准计量、用户驱动、虚拟营业厅与家庭用能管理、交互式和即时化的交互体验、产业链拓展。1992年我国用气人口发展到7800万，想要对燃气表的流量计量数据进行采集需要人工抄表，随着通用无线分组业务（General packet radio service， GPRS）网络数据技术的普及，使采集数据实现了实时、安全、低成本，然而不少企业不满足于现有的GPRS 网络的覆盖范围，于是开始研制基于窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IOT）技术的物联网设备，NB-IOT 无线网络使物物相联成为可能，大大减低了联网成本，并且NB-IOT 功耗更低、网络覆盖更广、成本低。燃气信息服务业的发展意味着对信息基础设施建成的高要求化，才能使燃气行业的工业化与信息化完美融合。

2 构建物有所值指标体系

智慧燃气通过在应用层、服务层、网络层、感知层分别提供全流程信息化掌控、智能管网的监管与智能调度、方便快捷地为居民服务，满足人们对城镇燃气的需求，促进社会发展，形成相应的社会效益。依据《PPP 物有所值评价指引（试行）》中的指标体系，结合干戈文中针对M 市天然气调峰项目PPP 模式下的效益评价所描述的指标内容，考虑到智慧燃气特点形成的社会效益，本文将包含智慧建设、智慧运营、智慧服务的指标评价内容的社会效益指标加入体系，建立如表2所示的物有所值评价指标体系。

表2 物有所值评价指标体系

3 引入直觉模糊集理论的物有所值评价算法

3.1 直觉模糊集理论的概念

定义1[15]：设X为1个非空集合，其中使用x来表示在X中的任意1个元素，A={[x，μA(x)，υA(x)]|x∈X}为X的直觉模糊集，其中若想表达元素x是属于直觉模糊集A，那么就用μA(x)来表示你的态度是支持的，若想表达元素x不属于直觉模糊集A，那么就用υA(x)来表示你的态度是反对的，同时可以表达为μA:X→[0，1]，x∈X→μA(x) ∈[0，1]，υA:X→[0，1]，x∈X→υA(x) ∈[0，1]且还需要满足条件：0 ≤μA(x) +υA(x) ≤1，∀x∈X，则πA(x) = 1-μA(x) -υA(x)表示元素x属于A的犹豫度即表示中立，且0 ≤πA(x) ≤1。为方便起见，将α=(μα，υα)称为直觉模糊度，其中μα∈[0，1]，υα∈[0，1]，μα+υα≤1。

简单来说，支持或是反对元素x属于模糊集合A可以用(μα(x)，υα(x))来体现，因此α=(0，1)表示绝对反对，α=(1，0)表示绝对支持。

定义2[16]：设αj=(μαj，υαj)(j= 1，2，…，n)表示一组直觉模糊度，若想对几组直觉模糊度进行集结，可使用直觉模糊加权平均算子（IFWA）。设IFWA是含有n个元素的集合，则：

定义3［17］：直觉模糊数的大小用直觉模糊数的记分函数来表示，设α=(μα，υα)为直觉模糊度。则记分函数为：

定义4[18]：设α=(μα，υα)和β=(μβ，υβ)为两个直觉模糊度，Sα和Sβ分别为α和β的记分函数，若Sα＞Sβ，则称α＞β。

3.2 问题描述

本文针对智慧燃气PPP 项目物有所值评价权重未知的情况，引入直觉模糊集理论来解决智慧燃气PPP 项目物有所值评价问题。首先，专家们按照评价体系中的指标对项目进行评价，收集评价结果，将结果以矩阵的形式罗列出来；其次，利用直觉模糊熵来确定评价信息中专家们根据指标对项目采用PPP 模式还是传统模式的支持、反对程度即权重；然后，使用式（1）和式（2）获得专家评价信息经过了模糊化处理的记分矩阵，从而得到方案的群评价综合得分；最后，通过广西梧州市蒙山县燃气供应项目为例，验证了本方法的可行性和有效性。

假设某项目有m个实施方案组成的集合为M={m1，m2，…，mm}，s个专家组成集合E={e1，e2，…，es}，选取评价指标D={d1，d2，…，dn}，指标权重为ω={ω1，ω2，…，ωn}T且，令矩阵Ak=(αkij)m×n表示专家Ek针对第j个指标对方案Mi表现水平的支持程度、反对程度和中立程度。

3.3 评价模型的计算步骤

第一步：进行物有所值评价前，该地区的财政部门邀请s（单数）位在智慧燃气和燃气供应项目的各环节很有权威的专家，组成专家小组。

第二步：s位专家在各方面熟悉了项目后，跟据建立好的指标体系为项目采用PPP 模式还是采用传统模式进行评价。则专家评价信息矩阵为：

式（2）中：Ak——专家评价信息的直觉模糊矩阵；——专家Ek针对第j个指标对方案Mi评价的直觉模糊度。

第三步：评价指标的值并不是越大越好，将指标值越大表示积极性、向上性和支持度越大的指标称为正向指标；将指标值越小才表示积极性、向上性和支持度越大的指标称为负向指标若为负向指标。为了更好地比较各个方案，需要将直觉模糊矩阵Ak=(αkij)m×n转化成正规范化矩阵Rk=(rkij)m×n(k= 1，2，…s;i= 1，2，…m;j= 1，2，…n)[19]。

则统一好指标的正负向后的专家评价信息矩阵为：

式（4）中：Rk——规范化后的专家评价直觉模糊矩阵；rikj——规范化后专家Ek针对第j个指标对方案Mi评价的直觉模糊度。

第四步：计算方案Mi在指标Dj下的直觉模糊熵Hij[20]：

依据式（5）可得指标的熵值矩阵H：

指标体系Dj的熵权ωij可以表示为[19]：

根据式（7）可得方案Mi的直觉模糊熵权重矩阵：

对权重矩阵中的值进行优化，得到指标Dj在物有所值评价指标的全局最优权重ω*j[20]：

最终得出物有所值评价指标体系的权重向量为：

第五步：因为邀请的专家权威性较高，所以设专家权重是相同的，根据定义2，将统一好指标的正负向后的专家评价信息矩阵Rk进行集结。得到集结后的评价信息矩阵T：

第六步：根据式（2），将直觉模糊矩阵Rk转换成记分矩阵S：

第七步：将记分函数矩阵S和指标权重向量ω进行如下运算，得到方案Mi的群评价综合得分[21]：

式（12）中：ω*T——物有所值指标权重向量ωT的转置。

比较si的大小，若sp＞sq，则方案Mp优于方案Mq。

4 智慧燃气PPP项目物有所值评价实例分析

以财政部示范项目“广西梧州市蒙山县燃气供应项目”为例进行分析。项目建设目标是至规划期末（2020年）管道天然气将成为蒙山县城区的主要气源，液化石油气在天然气难以到达的地区作为补充气源，使蒙山县城区基本实现城市管道燃气化。

该地区的财政部门邀请7位资深专家E={e1，e2，…，e7}组成评价小组对智慧燃气建设项目的PPP 模式与传统模式M={m1，m2}进行物有所值评价，其中m1代表PPP模式，m2代表传统模式。选取了包含智慧燃气PPP 项目的社会效益在内的8 个一级指标D={d1，d2，…，d8}作为评分标准。

（1）由该地区的财政部门邀请的7 位专家在熟悉了项目各方面以后，根据如表2所示的物有所值评价指标体系分别对智慧燃气建设采用PPP 模式还是传统模式进行评价。本文中的8个一级指标均属于效益型指标也就是正向指标，所以Ak=Rk如下所示：

（2）根据第三步和第四步，利用式（4）—（11）进行物有所值评价与计算，得到评价指标的全局最优权重ω*：

（3）根据第五步，利用式（1）和（12）得到集结后的评价信息矩阵T：

（4）根据第六步，利用式（2）和（13）将T转换成记分矩阵S：

（5）依据第七步，利用式（14）得到项目采用PPP 模式还是传统模式的群评价综合得分，对两种结果进行综合排序：

因为sm1= 0.6850 ＞sm2= 0.5497，所以表明专家认可项目采用PPP 模式，因此选择PPP 模式来实施广西梧州市蒙山县燃气供应项目。

5 结论与建议

5.1 结论

我国物有所值评价指标相对比较固定，而各个地方的项目都会带有地方特色，因此相对固定的指标虽然能对大部分情况进行评价，但是缺少独特性，会一定程度削弱项目与PPP 模式结合的创新性，因为智慧燃气带来的社会效益对居民的生活和经济带来了正向影响是不可忽视的，所以本文将社会效益考虑进物有所值评价指标中，以期我国的物有所值评价指标能够有所改进，更加完善。

在进行物有所值评价时，专家的决策占据着重要的部分，然而专家在决策信息时会存在一定的犹豫度，而直觉模糊群决策模型不仅可以很好地解决此问题，还可以因地制宜地根据项目自身在环境、地区、政策等方面的情况计算评价指标的权重，这样获得的权重更具有客观性，评价结果也更加接近实际。

5.2 建议

智慧燃气是燃气行业走向数字化、安全化、智能化的一个有效也是必经途径，建设这样一个与科技共同进步的项目，在融资、管理等方面PPP 模式无疑是智慧燃气发展的助推器。根据智慧燃气PPP 项目物有所值评价，笔者对此提出了以下3点建议。

（1）智慧燃气建设从规划到落地实施，不仅有燃气行业的通识还有实际建设中所遇到的具有地方特色的情况，根据财政部PPP 项目智慧燃气入库项目的数量来看，开展智慧城市PPP专题培训、强化智慧城市PPP项目咨询是很有必要的。除了燃气专业知识，涉及到财务、风险等方面也需要对应的专业技术咨询团队，多方面提高智慧燃气PPP项目的入库率。

（2）智慧燃气PPP 项目不是随心所欲的，在预算上要严格遵守“红线”，在实施上要严守“界线”。智慧燃气PPP项目在大胆创新时，其原则不能离开两者的中心，所以需要细化智慧燃气PPP 项目的实施条例，比如：明确详细地规定制度应如何遵守、合理地建立绩效评级等标准。

（3）在进行智慧燃气PPP 项目物有所值评价时，尝试引入社会效益为指标，将项目与评价指标的联系建立的更具有相关性与特色性；用合理的方法（如：直觉模糊集、层次分析法等）计算权重，考虑到专家自身对项目了解、学识地位、专业阅历等方面的不同，会在评价过程中出现不确定、犹豫等情况，使用合适的方法能使物有所值评价更贴近实际，结果更为客观。