1、基于系统动力学的 PPP 项目运营风险演化与仿真研究 刘秦南 王艳伟 姚明来 李靖 云南农业大学建筑工程学院 摘 要： 为了提高对 PPP 项目运营阶段的风险控制与管理, 提出基于系统动力学分析PPP 项目运营风险演化动态分析方法, 对风险因素进行识别并建立运营风险系统存量图, 依据熵值法确定变量间的函数关系, 构建 PPP 项目运营风险演化的系统动力学模型, 通过仿真模拟分析了 PPP 项目在运营阶段各个风险指标熵值的变化趋势。结果表明:在 PPP 项目特许经营期内, 市场风险熵值的增加对风险系统总体熵值的累积影响最大;市场价格变化、运营成本超支、经营安全 3 个三级风险指标熵值增加对其二级
2、风险指标随时间变化的熵值增加影响最大。关键词： PPP 项目; 运营风险; 演化机理; 系统动力学; 熵值法; 作者简介：刘秦南 (1990-) , 男, 硕士研究生, 研究方向:管理科学与工程;作者简介：王艳伟 (1980-) , 通讯作者, 男, 博士, 讲师, 研究方向:项目融资、项目管理;作者简介：姚明来 (1993-) , 男, 硕士研究生, 研究方向:管理科学与工程;作者简介：李靖 (1969-) , 男, 教授, 研究方向:水资源管理。收稿日期：2017-03-27基金：教育部人文社会科学研究青年基金项目 (16XJC630009) A Study on Evolution an
3、d Simulation of Operation Risk in PPP Projects Based on System Dynamics ModelLIU Qin-nan WANG Yan-wei YAO Ming-lai LI Jing School of Architectural Engineering, Yunnan Agricultural University; Abstract： In order to improve the control and management of PPP project during the operational period, this
4、study puts forward a dynamic analysis method for operational risk evolution in PPP projects. This study identified the risk factors and established the risk system stock chart to build the system dynamics model for operation risk evaluation in PPP projects by using the entropy method to determine th
5、e function of risk dynamic flow diagram and variables. This study analyzes the variation tendency of each risks entropy of PPP project in the operation period. The result shows that during the operation period, the increase of market risk entropy has the largest influence on the cumulative entropy o
6、f risk system;The increase in entropy of changes in market price, operation cost overruns and operation safety have the largest impact on the entropy increase of the second-level risk indicators.Keyword： PPP project; operational risk; risk evolution; systems dynamic; entropy method; Received： 2017-0
7、3-27公私合营模式 (简称 PPP) 是政府与社会资本之间形成合作伙伴关系, 让社会资本参与提供公共产品和服务, 应用 PPP 模式可以减少政府的财政压力, 提高项目组织管理能力。目前, 在我国 PPP 模式已广泛应用到交通、桥梁、基础设施等各个领域, 大部分 PPP 项目处于前期准备阶段, 只有 32%的 PPP 项目进入到执行阶段。但是, 国内 PPP 模式发展尚不成熟, 大多数 PPP 项目往往在运营阶段由于市场风险、经营管理风险、运营环境风险等因素而使项目遭受损失甚至失败, 因此 PPP 项目在特许经营期内主要风险因素是否稳定可控, 是 PPP 项目成败的关键。政府和社会资本方有必要
8、全面动态地了解 PPP 项目运营风险演化过程, 并对风险进行客观的分析、评价与控制。PPP 项目在特许经营期具有多层次性、长期性、复杂性等特点, 导致 PPP 项目在运营阶段有大量的风险因素, 这些因素之间相互作用并且随着时间的推移而逐渐积累, 达到风险临界点后会导致 PPP 项目风险的发生。Akbiyikli R 等1认为系统风险管理可以及早发现风险, 并鼓励 PPP 利益相关方识别、分析、量化和应对风险, 并采取措施在 PPP 项目的整个生命周期内采取风险降低政策。Rajaa Alasad 等2收集并分析了收费公路项目相关专家和需求预测学科的不同意见和方法, 建立定性研究模型。在 PPP
9、项目风险因素识别方面, 孟佳娃等3以国家、市场、项目 3 个不同层次划分 PPP 项目风险, 并对现阶段项目所处的政治、经济、社会和技术环境下引入 PPP 模式存在的潜在风险进行识别。在PPP 项目运营风险分配和管理方面, 李婉斌等4基于体育场馆中应用 PPP 模式的优势并提出从建立专业管理团队、提高人员素养等方面进行合理的风险分配。在 PPP 项目风险评价方面, 曹翔宇等5基于 AHP-模糊综合评价法, 对现有 PPP项目投资风险有关文献的梳理和总结, 建立评价指标体系, 运用 AHP 计算出各级风险因素权重系数后应用模糊综合评价方法对 PPP 项目投资风险评分。何亚伯等6通过分析传统熵权法
10、计算指标权重的不足从而对其进行改进, 得到更加客观的指标权重, 以此建立了灰色关联模型并对 PPP 项目的整体风险因素进行评分及评价。上述文献为 PPP 项目风险演化机理及风险管理方法的研究提供了技术及理论支撑。国外学者在 PPP 项目需求预测、价格分析等方面运用系统动力学建立各因素间相关关系并建立仿真模型进行预测分析, 但运用系统动力学分析 PPP 项目风险演化方面的研究相对较少。国内对于 PPP 项目运营风险研究主要集中在对运营期间风险的识别、风险的分担和风险的管理方面, 在风险评价和评估方面研究较少。本文从识别 PPP 项目运营风险因素出发, 探究其演化机理;结合系统动力学在风险演化方面
11、的优势, 建立 PPP 项目运营风险演化模型, 通过风险五维测度法与熵值法相结合确定运营风险因素间的定量函数关系, 并模拟风险演化路径;揭示PPP 项目运营风险熵值随时间的动态演化趋势, 以期在理论上弥补既有研究在PPP 项目运营风险方面的不足。1 PPP 项目运营风险指标分析PPP 模式的操作流程分为 5 个阶段:项目识别、项目准备、项目采购、项目执行和项目移交7, 按照 PPP 项目操作流程前后连接, 形成完整的 PPP 项目操作流程。项目执行阶段是 PPP 项目开始实施和产生效益的阶段, 涵盖项目建设以及特许经营期的生产经营全过程。本文认为在项目的特许经营期内, 影响 PPP 项目平衡收
12、支的不确定性因素为 PPP 项目运营风险。PPP 项目的风险往往呈现阶段性和动态性, 从项目识别到项目移交, 由于每个阶段的主要风险因其所处的环境不同以及自身特点, 导致有些主要风险在不同阶段会发生变化, 例如完工风险在项目建设阶段会显著影响项目的顺利运行, 是建设阶段的主要风险, 但是到运营阶段由于项目已经建成, 完工风险变为次要风险甚至消失。吴守荣等8提出城市轨道交通 PPP 项目主要运营风险因素有市场风险、完工风险、安全风险、经营管理风险、不可抗力风险。本文以风险来源为识别原则, 对各位学者提出的 PPP 项目运营期内风险因素归类合并为政治风险、市场风险、完工风险、经营管理风险、运营环境
13、风险、残值风险并进行 LEC 评价。将 LEC 评价分析后风险值较小的完工风险和残值风险剔除, 完工风险在运营期间风险发生概率小, 残值风险是项目在移交阶段发生的风险在文中不作考虑, 由此确定了 PPP 项目运营期内对项目风险值影响较大的风险有市场风险、经营管理风险、运营环境风险, 如表 1 所示。表 1 PPP 项目运营风险指标 下载原表 (1) 市场风险。市场是 PPP 项目运营的基础, 其主要风险源来自于新建或改建其他的项目而带来的商业竞争, 由于经济前景的不确定性和市场利率变动产生市场价格的变化, 以及项目在建设时可能面临着很大的需求, 但是随着项目的建成, 或者运营到一定期限后, 对
14、项目提供的产品或服务的需求可能会发生变化从而导致市场风险的发生。(2) 经营管理风险。PPP 项目经营管理风险由运营服务质量低及工程设计不合理带来的维护费用增加等因素导致运营成本超支, 项目公司缺乏经验使运营期管理不当, 当前企业资金运营能力不足使财务成果和财务状况风险发生等因素引起。(3) 运营环境风险。PPP 项目往往由于政府政策变动、政府信誉差等原因导致政府征用风险、特许经营期收回风险、特许经营期不合理风险的发生, 因此, 政治环境是否稳定是项目顺利运营的基础。有些 PPP 项目例如轨道交通、桥梁等在运营期间涉及到安全管理, 安全问题的产生不仅使项目投入额外资金增加项目成本, 甚至会造成
15、人员的伤亡以及项目失败。2 基于系统动力学的 PPP 项目运营风险演化机理分析2.1 PPP 项目运营风险形成路径及因果关系分析系统动力学中因果回路图包含了影响系统运行的主要因素与其之间的因果链。PPP 项目运营风险是一个动态系统, 各子系统之间不是孤立存在的, 某个风险因素可能会引起系统中其他风险的发生或扩散进而影响到总体风险的稳定。从图 1 中可以看出 PPP 项目运营风险包括市场风险、运营管理风险和运营环境风险, 应用系统动力学软件 Vensim 建立风险之间因果关系图, 清晰地表示出各个风险之间错综复杂的关系。图 1 PPP 项目运营风险因果回路图 下载原图2.2 PPP 项目运营风险
16、存量图系统动力学中存量流量图是在因果回路图的基础上建立变量之间的数学关系, 在建模仿真时借助于系统存量图, 根据其中的因果关系、反馈进行仿真计算 (见图 2) 。存量流量图将 PPP 项目运营风险系统分为状态变量 4 个:PPP 项目运营风险、市场风险、经营管理风险、运营环境风险;速率变量 3 个:市场风险熵增、经营管理风险熵增、运营环境风险熵增;常量 17 个:市场需求变化、市场竞争、市场价格变动、财务风险、运营成本超支、管理能力不足、运营安全风险、政治环境风险、参数 Ln Pij (计算熵值 Hi的常数) 、参数 k (常数) 等。2.3 系统动力学模型赋值及函数关系PPP 项目运营期在
17、1020 年之间, 本文在系统动力学模型中选取时间段为 10 年, 为提高风险评估的客观可信度, 将传统的基于风险发生概率和损失后果二维测度方向多维推广, 借鉴向鹏成等9提出用五维结构来描述复杂系统的风险, 即风险的发生概率、风险损失、信息不对称性、不可预测性和不可管理性。图 2 PPP 项目腐败风险存量图 下载原图2.3.1 三级风险指标层中每个因素影响熵值变化的概率基于上述五维结构来计算三级指标影响熵值变化概率:不考虑度量参数间的相关关系, 基于几何平均方法, 可定义三级指标的风险度 Fi为:式中:F i为风险测度变量;f 1为风险发生概率;f 2为风险损失;f 3为风险信息不对称性;f
18、4为风险不可预测性;f 5为风险不可管理性。由于 5 个测度指标均为成本型指标, 因此, F i值越大, 风险发生概率越高。五维测度指标通过 5 位相关领域专家打分得到, 3 位是项目风险管理领域专家, 2 位是工程项目管理领域专家。5 位专家依据五维测度分别对三级指标进行打分, 本文打分以市场需求变化指标为例 (见表 2) , 全部三级指标影响熵值变化的概率如表 3 所示。PPP 项目三级指标风险度在项目运营前期、中期、后期的值是不同的, 因此专家在打分时需综合考虑整体运营期间指标的变化。2.3.2 计算二级指标的熵值根据熵的定义式, PPP 项目运营风险二级指标熵值计算如下:式中, k 是
19、系数;k 0为二级指标的个数;P i表示各三级指标风险因素影响上级指标因素熵值变化的概率, 即 Pi=Fi。表 2 三级指标专家打分表 下载原表 表 3 三级风险指标影响熵值变化概率表 下载原表 2.3.3 计算一级指标的熵值PPP 项目运营风险一级指标熵值函数 HA:式中, W j为二级指标熵权, 。用熵值确定指标的权重, 可更好地避免人为确定权重主观性, 从而减轻各指标权重的人为干扰。2.3.4 部分函数关系式市场风险函数关系式:(1) FINAL TIME=10Units:YearThe final time for the simulation.(2) INITIAL TIME=0Un
20、its:YearThe initial time for the simulation.(3) TIME STEP=1The time step for the simulation.(4) 市场风险熵增量=-k (市场需求变化ln P12+市场竞争ln P11+市场价格变动ln P13) 市场风险(5) 市场风险=INTEG (市场风险熵增量, 0.1) (6) 市场需求变化 P12=0.4553(7) 市场价格变动 P13=0.6957(8) 市场竞争 P11=0.34242.4 模型仿真结果分析PPP 项目运营风险是一个复杂的动态系统, 在因果关系流图中 PPP 项目运营风险总系统由 3
21、 个正反馈回路构成, 随时间的增长, 系统熵值在不断的叠加、累积, 当总系统熵值到达临界点时风险将必然发生, 因此在总系统风险熵值变化的过程中, 对不同子系统风险进行敏感性分析可以找出对总系统风险熵值影响最大的风险因素。将上述建好的各模型子系统的函数关系式代入, 点击运行, 观察 PPP 项目运营风险的模拟结果, 具体结果如下:结合参数和函数关系的设置得出市场风险、经营管理风险和运营环境风险熵值在 10 年间的演化走势如图 3 所示, 在二级指标中, 市场风险熵值随时间关系增长的最快, 熵值越大说明风险系统越不稳定, 在对 PPP 项目进行决策时需重点注意和控制。3 个指标熵值随时间增长幅度排
22、序为:市场风险增长幅度最大、经营管理风险次之、运营环境风险最小。图 3 二级指标熵值变动趋势图 下载原图为找出每个风险因素与市场风险的关系, 本文采用控制变量法进行单因素变动模拟, 即在其他风险因素不变的情况下, 分别只增加市场竞争、市场需求变化、市场价格变动熵值的 20%, 观察市场风险熵值的变化。图 4 描述了单个因素变化时市场风险熵值随时间的变化趋势, 风险因素对市场风险指标影响程度从大到小的顺序是:市场价格变动、市场需求变化、市场竞争。图 4 市场风险敏感性分析 下载原图从图 5 中可以看出对于经营管理风险, 运营成本超支熵值的增加会使系统风险熵值大幅增加, 因此在经营管理风险中应密切
23、关注成本超支问题并加以控制。其次需要注意的有管理能力不足和财务风险, 其熵值的增加同时也会增加系统风险熵值, 使经营管理风险系统不稳定。图 5 经营管理风险敏感性分析 下载原图图 6 中资源供应变化熵值的增加对于运营环境风险熵值的增长幅度比环境保护风险熵值增加的大, 说明在运营环境风险中应注重项目资源价格的波动和供应的可靠性, 同时对于利用自然资源或生产运营过程会产生较严重污染的 PPP 项目也应重视环境保护风险的发生。图 6 运营环境风险敏感性分析 下载原图PPP 项目运营风险是由市场风险、经营管理风险及运营环境风险 3 个子系统共同决定的, 故本文从基层的边界点出发, 确定子系统的风险情况
24、, 进而确定PPP 项目运营风险的情况, 如图 7 所示。市场风险在 PPP 项目运营风险中占有重要的地位, 对 PPP 项目运营系统风险熵值影响最大, 其次是经营管理风险, 运营环境风险对系统熵值的影响能力排在最后。故 PPP 项目的管理者和使用者对市场风险和经营管理风险要给予足够的重视, 在项目规划决策时应制定相应的风险防范措施, 力求对 PPP 项目影响较大的风险进行控制。图 7 PPP 项目运营风险因素变动趋势 下载原图3 结语本文构建了 PPP 项目运营风险演化的系统动力学模型, 对一级和二级风险指标进行敏感性分析, 为 PPP 项目管理者对于如何动态的控制 PPP 项目运营风险提供
25、新思路和决策支持。通过模型仿真对 PPP 项目运营风险及其子系统累积熵值进行敏感性分析。分析可知通过控制市场风险和经营管理风险可显著降低 PPP项目运营风险总体熵值。因此政府在 PPP 项目规划决策初期应对项目市场进行充分调研, 社会资本在特许经营期内需提前采取措施预防市场风险并且严格规范对 PPP 项目的经营管理, 提高服务质量, 结合实际情况, 预防、减少、转移、补偿或分散风险, 防止 PPP 项目运营风险的发生。参考文献1Akbiyikli R, Eaton D.Risk management in PFI procurement:A holistic approachJ.2004 (2
26、) :1269-79. 3孟佳娃, 韩俊江.我国 PPP 模式养老机构运营风险的 PEST 分析J.现代经济信息, 2015 (15) :26-28, 34. 4李婉斌, 刘伊生.PPP 模式在体育场馆建设运营中的应用研究J.建筑经济, 2015 (9) :39-42. 5曹翔宇, 孟枫平.基于 AHP-模糊综合评价法的 PPP 项目投资风险评价研究J.天津商业大学学报, 2017 (1) :60-67. 6何亚伯, 徐冰, 常秀峰.基于改进熵权灰色关联模型的城市轨道交通 PPP 项目风险评价J.项目管理技术, 2016 (3) :112-117. 7王艳伟, 黄宜, 李靖.政府和社会资本合作 (PPP) 项目多目标优化模型研究J.工程管理学报, 2016, 30 (1) :48-53. 8吴守荣, 王程程, 等.城市轨道交通 PPP 项目运营期风险评估研究J.都市快轨交通, 2016 (5) :36-40. 9向鹏成, 宋贤萍.PPP 模式下城市基础设施融资风险评价J.工程管理学报, 2016, 30 (1) :60-65.
