基于Shapley值法的地鐵施工PPP項目風險分擔

周盛世， 張 寧， 張曉娟

(青島理工大學 管理工程學院， 山東 青島 266520)

伴隨現(xiàn)代城市化的迅速建設(shè)與發(fā)展，建設(shè)城市地鐵發(fā)展為處理交通堵塞困擾的關(guān)鍵任務(wù)之一。在現(xiàn)有環(huán)境及技術(shù)的情況下，地鐵建設(shè)具有優(yōu)化城市空間布局、噪音小、環(huán)保等特點[1]，能推動傳統(tǒng)城鎮(zhèn)化建設(shè)轉(zhuǎn)型和現(xiàn)代城市群開發(fā)。耗資大、資金回籠周期長、單個主體實施建設(shè)等特征成為其推廣建設(shè)的阻礙因素，加強多主體優(yōu)勢互補、交叉合作，以PPP運作模式推進地鐵實施成為一種趨勢[2]。

PPP(Public-Private Partnership)是一種以伙伴關(guān)系、利益共享、風險共擔為主要特點的公私合作運行模式[3]。PPP與地鐵施工的結(jié)合是內(nèi)化機制特征的吻合，更是分擔風險、利益分配等方面的創(chuàng)新，完全彌補地鐵施工單主體缺陷，較傳統(tǒng)EPC(Engineering Procurement Construction)等“僵硬式”融資合作方式更具先進性、科學性[4]。地鐵施工PPP項目收益、責權(quán)、績效、風險分擔的不確定性，使其實施效果并不理想[5]，利益分配和風險分擔仍是運行過程中不可避免的主控重點，如何正確厘清兩大問題將直接影響PPP項目的成敗。國內(nèi)學者在風險分擔方面進行諸多研究：盛立等[6～9]從風險識別、風險分擔、融資模式、分擔時點要點劃分等方面分析地鐵施工PPP項目風險管控及潛在影響，提出科學合理的解決方案，推動項目實施進程。張宏等[10,11]從利益分配、建設(shè)、運營、政治方面探討了風險因素形成的邏輯關(guān)系與影響，同時提出共建分擔機制以達到加快項目實施的目標。

建立科學可行的風險分擔模式是應(yīng)對未知風險影響的關(guān)鍵所在。文獻[12～14]分別從主體分擔風險的不同路徑、分擔模式、風險層次與主體間分擔關(guān)系三個方面對風險問題及分擔模式進行具體闡述，但仍停留在初步探索階段。針對風險分擔方式的具體實行方案并未定論，存在無量化統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)分擔模型并阻礙項目實施的問題，文章立足不同主體角度基礎(chǔ)上對風險問題深入研究，建立改進風險分擔博弈模型，采用Shapley值法優(yōu)選量化其分擔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)風險分擔合理化、利益最大化目標，并以青島地鐵施工PPP項目為實例進行研究，提出合理應(yīng)的風險措施及建議以推進地鐵施工PPP項目實施。

1 地鐵施工PPP項目風險分擔

1.1 制約地鐵施工PPP項目實施的問題及形成原因

地鐵建設(shè)是一項復雜的綜合系統(tǒng)工程，PPP模式的介入在解決資金缺口的同時也使項目增加更多不確定性，也為地鐵施工推進帶來更大難度。不確定性主要由地鐵施工PPP項目風險因素造成，風險源具體可以劃分為三個層面：政府層面、承建方層面、銀行層面，以及利益分配、風險分擔、權(quán)責行使三大問題。風險問題的存在制約項目的實施，同時給政府、承建方、銀行機構(gòu)三方合作協(xié)同帶來挑戰(zhàn)，處理不當極有可能致使項目失敗，也是近年來建設(shè)單位主動參與PPP項目積極性不高的主要原因。

地鐵施工PPP項目風險和問題的形成原因較為復雜，其主要從不同方面、不同程度、不同時間點對項目實施造成綜合性影響。以政府、承建方、銀行機構(gòu)三個層面為切入點深入分析風險因素出現(xiàn)原因，找到問題存在根源。政策法律落地偏向的不確定性、社會環(huán)境走向穩(wěn)定性及政府信用可靠度是政府風險問題存在的重要原因；承建方風險問題主要由于自身在技術(shù)上的不足和斷層，缺乏對項目市場深入調(diào)查研究及在施工管控、不可抗力因素預測方面的疏漏，忽視項目在建設(shè)過程中出現(xiàn)諸多管理、質(zhì)量、安全問題，導致項目實施困難；經(jīng)濟的發(fā)展或停滯，影響交易流通量，造成通貨膨脹，從而影響利率彈性波動，為項目投融資和材料選購增加障礙，這是銀行風險問題所在。參與各方站位角度不同，資源優(yōu)勢不同以及處理偏好不同，每一方對于權(quán)力與責任的行使認知不足，盲目在項目實施過程中爭權(quán)減責，以求對己方更大優(yōu)勢致使利益分配、風險分擔、權(quán)責行使三大問題的存在。各參與主體承擔風險意愿與否難以確定，或傾向轉(zhuǎn)嫁其他合作者。利益分配是所有項目不可避免的問題，承擔風險與責任程度不同伴隨利益權(quán)重不均，合作主體無法平衡利益與付出的關(guān)系，使分配矛盾愈演愈烈。

1.2 基于不同主體的風險分擔結(jié)構(gòu)

地鐵建設(shè)以政府為主導，各承建方協(xié)同合作，共建第三方PPP項目運行機構(gòu)，風險責任承擔是其重要程序。項目建設(shè)或多或少存在一定風險，如何進行風險分擔成為合作型項目必須解決的難題，尤其是PPP項目。風險來源不同，應(yīng)對主體與方法必然相異，合理的風險劃分能夠更好地對風險作出預判并采取應(yīng)對措施，將其影響作用降到最低。風險集是一個龐大復雜的元素集合，應(yīng)合理進行集合單元分類劃歸，完善分擔機制。每個參與方應(yīng)對部分風險，將整體風險分割成不同程度類別的子單元，加快各方解決風險的效率，提高項目實施效果，如圖1所示。

圖1 主體與風險分擔關(guān)系結(jié)構(gòu)

基于風險源的不同，風險劃分原則與標準設(shè)立有所區(qū)別，各方承擔其領(lǐng)域內(nèi)潛在風險，并制定解決方案和應(yīng)對措施。政府方主要考慮政治風險因素對PPP項目的影響，采取相應(yīng)調(diào)控方式，削弱其所產(chǎn)生的消極因素；承建方主要考慮項目自身因素帶來的各種風險，制定標準嚴把質(zhì)量關(guān)，控制成本、進度合理化，減小對外在環(huán)境系統(tǒng)沖擊；銀行機構(gòu)面臨資金和利率變化對PPP項目融資方面帶來的風險，提前預測、微觀調(diào)控，降低資金鏈對合營項目的影響。項目參與各方分工合作、各司其職、相互監(jiān)督，使風險分擔具體化、實際化、科學化。

2 Shapley值法下地鐵施工PPP項目風險分擔博弈模型

2.1 改進風險收益數(shù)學博弈模型的構(gòu)建

地鐵施工PPP項目由政府、承建方、銀行機構(gòu)三方主體共同組成，每一參與方根據(jù)自愿原則承擔不同程度領(lǐng)域風險，其承擔風險與否和大小決定得到項目收益的多少?；谶^去研究基礎(chǔ)之上建立多方博弈視角下風險分擔數(shù)學模型，厘定PPP項目的產(chǎn)出收益與改進風險收益雙函數(shù)，增加應(yīng)對風險效率系數(shù)θ，解決不作為或低效率現(xiàn)象，并科學劃分各方責任，保證其利益最大化。

2.1.1 參與主體的設(shè)定

以i表示各參與主體，i∈Q,Q={1,2,3}。

2.1.2 風險凈收益函數(shù)

設(shè)v表示風險，Ri表示應(yīng)對風險所獲收益，Ci表示應(yīng)對風險所需成本，NRi表示應(yīng)對風險各方所得凈收益，λi表示風險承擔程度，θi表示承擔風險應(yīng)對效率，ωi表示主動承擔風險系數(shù)。風險收益、成本與v成線性關(guān)系，隨著風險增加，收益和成本前期增加較快，后期增長趨于平緩，其關(guān)系似冪函數(shù)形式，如圖2所示。

圖2 收益/成本與風險變化曲線

(1)

(2)

主動承擔風險系數(shù)ωi=φ(γi-ηi)

(3)

式中:γi，ηi為常系數(shù)；φ為風險可控率，風險可控大小決定主體是否主動承擔風險，其直接影響項目最終的凈收益。

項目所得凈收益的多少在原基礎(chǔ)之上增加承擔風險應(yīng)對效率，表示只有在應(yīng)對得當、措施效率高的情況下，收益才會存在或更高。即：

(4)

2.1.3 產(chǎn)出收益函數(shù)

產(chǎn)出收益函數(shù)以經(jīng)濟學中的生產(chǎn)函數(shù)為模型，主要由參與方是否承擔風險、承擔風險程度、應(yīng)對風險效率這三個因素共同決定，均起一定作用。設(shè)定δY為承擔風險并付出，δN表示不承擔風險且不付出，δi(i=1,2,3)是關(guān)于風險v的函數(shù)，τ為產(chǎn)出收益函數(shù)，Γ為各參與主體收益函數(shù)，Λ為資金收益外附加收益。

τ=Γ(δ1,δ2,δ3)+Λ

(5)

(6)

式中：r為主體間合作程度系數(shù)，r∈[0,1]；λ1+λ2+λ3=1，即主體共擔風險為全部風險集。

(7)

2.1.4 改進風險凈收益及項目總收益

在分擔風險過程中，主體承擔風險的程度大小引起風險凈收益的明顯變化，合理科學的分配方式，將提高獲得高凈收益的幾率。增加其承擔風險的程度系數(shù)，改進后風險凈收益及項目總收益f按式(9)計算。

(8)

(9)

2.2 Shapley值法下的風險分擔結(jié)構(gòu)博弈選擇

利用Shapley值法的思想結(jié)合風險分擔博弈原理，構(gòu)建改進Shapley值法的地鐵施工PPP項目風險分擔博弈模型。在多方主體參與下，將項目風險分擔與效益產(chǎn)出緊密結(jié)合，優(yōu)化風險分擔結(jié)構(gòu)的同時使PPP項目利益最大化。

2.2.1 根據(jù)法則(Ⅰ)

(1)當i=0時，即三方均不承擔風險，則項目總收益為：

由以上四種承擔風險的方式以及該模式下項目收益狀況，初步將風險分擔組合與項目效益分布走向繪圖，見圖3。

圖3 風險分擔與收益分布走向

2.2.2 根據(jù)法則(Ⅱ)

參與各方都不承擔風險時，項目處于自然收益狀態(tài)f1(v′)；當任意一方參與承擔風險時，項目處于可控收益狀態(tài)f2(v′)；當任意兩方參與承擔風險時，項目處于次峰收益狀態(tài)f3(v′)；當參與三方都承擔風險時，項目處于最佳收益狀態(tài)f4(v′)。

(1) (1)與(2)比較得：

(2) (2)與(3)比較得：

(3) (3)與(4)比較得:

綜上可得：

f4(v′(i))>f3(v′(i))>f2(v′(i))>f1(v′(i))， 即多主體風險分擔方式可使項目收益最大化。依據(jù)Shapley值法思想與風險分擔博弈原理，由最終項目總收益f(v′)的對比結(jié)果可以看出，隨著風險分擔主體的增加，項目收益呈上升增長趨勢。只有在參與承擔主體大于兩方時，項目收益高于支出，獲得凈收益。參與各方(政府、承建方、銀行機構(gòu))均承擔且合理分配風險時，分擔結(jié)構(gòu)處于最優(yōu)化狀態(tài)，不但能夠調(diào)動主體參與主動性、積極性，而且能提高地鐵施工PPP項目的總體收益，如圖4所示。

圖4 不同主體組合承擔風險與資金價值分布

2.3 以青島地鐵二期工程PPP項目為例

青島地鐵二期工程是青島市西海岸新區(qū)紅島—膠南城際軌道交通PPP項目，總線長度40 km，總投資140億元，其中政府出資占比20%，社會資本占比80%。項目主要參與方為青島地鐵集團、中國交建(承建單位)、興業(yè)銀行機構(gòu)。

設(shè)i1為青島地鐵集團、i2為承建單位中國交建、i3為興業(yè)銀行機構(gòu)。根據(jù)搜集相關(guān)資料進行數(shù)據(jù)處理，簡化計算得到以下系數(shù)指標值：即參與各方有效應(yīng)對風險的效率為80%，各方根據(jù)風險性質(zhì)各承擔總風險的33.3%，主體三方之間從項目初始到結(jié)束一直處于密切合作狀態(tài)且協(xié)作率為90%，以激勵機制與責任分配合理為基礎(chǔ)，其主動承擔風險率為90%，整個項目中所產(chǎn)生的風險可控率為75%，承擔風險意愿與否為承擔或不承擔，具體如表1所示。

表1 各項系數(shù)指標匯總

2.3.1 風險凈收益、產(chǎn)出收益、項目總收益

由式(7)～(9)分別計算可得：

2.3.2 項目風險效益博弈運算及分析

根據(jù)青島地鐵二期工程實踐為準，依據(jù)Shapley值法的法則(Ⅰ)可得各方主體博弈獲得收益及計算，詳見表2。

表2 不同分擔方式下風險收益

設(shè)f*為不同風險組合結(jié)構(gòu)項目總收益之間的差額收益，f*′ 表示其差額收益導數(shù)。依據(jù)Shapley值法的法則(Ⅱ)對四種不同風險承擔組合結(jié)構(gòu)比較可得：

由不同主體風險組合結(jié)構(gòu)的差額收益，進一步進行比較，確定優(yōu)選最佳風險分擔組合，數(shù)據(jù)及指標比較詳見表3。

表3 差額收益匯總

優(yōu)選分擔模型的解決為地鐵施工PPP項目實踐帶來突破性的進展，地鐵施工PPP項目風險集的合理劃分與風險分擔實際實施仍然是困擾諸多企業(yè)和政府的一大問題，正確分析并提出合理化建議與對策將是地鐵施工PPP項目成功的關(guān)鍵。

3 地鐵施工PPP項目風險分擔實施建議

風險分擔是一個動態(tài)、持續(xù)的過程，各參與主體合作協(xié)同、明確分工、動態(tài)控制，以期最大程度上消除風險因素對建設(shè)項目產(chǎn)生的消極影響和降低PPP項目的失敗率。分別從不同層面提出建議，采取有效應(yīng)對措施，提高項目風險分擔效率，加快城市地鐵建設(shè)。

3.1 構(gòu)建優(yōu)化風險分擔動態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于風險成因差異及分擔結(jié)構(gòu)組合的優(yōu)化，根據(jù)圖1按分擔偏好將風險因素集S的三大子單元進行細化，每個子單元由多個風險因子組成，三個風險單元由不同偏好主體進行動態(tài)分擔控制，每個參與主體間協(xié)同合作，共同應(yīng)對出現(xiàn)的風險問題，如圖5所示。按照分擔偏好科學合理承擔對應(yīng)風險，各司其職，強化風險認知，提高處理風險效率，降低風險成本、提高項目總收益，實現(xiàn)預期成果。

圖5 風險分擔動態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 建立激勵機制，調(diào)動各方參與風險分擔積極性和主動性

采用風險管控與項目收益互通模式，風險分擔與應(yīng)對結(jié)果直接影響其主體在項目中效益獲取值，以利促責，加強各主體承擔風險的意識。承建方應(yīng)主動協(xié)同其他主體，利用自身技術(shù)、組織、管理優(yōu)勢結(jié)合承擔風險能力，應(yīng)對施工方面出現(xiàn)的各種風險。以激勵機制為平臺，刺激部門對項目管理效率和控制能力，降低項目失敗率。銀行方面主要配合政府方和承建方，積極預測調(diào)控利率變化和通貨膨脹，建立備選方案與有效措施，提高項目資金利用率，協(xié)調(diào)推動地鐵工程PPP項目建設(shè)實施。

3.3 政府發(fā)揮主導性作用，建立健全法律、政策保障制度

政府作為項目核心主體，應(yīng)積極協(xié)調(diào)參與各方關(guān)系，利用風險成因與資源優(yōu)勢平衡各方權(quán)責，推進風險利益一體化模式構(gòu)建，強化宏觀調(diào)控，解決風險影響和存在的問題，保證PPP項目的穩(wěn)健運行。同時建立健全合作項目相關(guān)利益保護法律，出臺積極激勵政策以及保障制度，以達到規(guī)范和促進項目實施的目的。

3.4 “全主體風險分擔+捆綁式”PPP項目盈利模式創(chuàng)新

PPP項目的成功運營不僅在于合理的風險分擔，同樣在于項目盈利的可持續(xù)性，項目利潤的不斷提高，顯然是規(guī)避風險方案的最好體現(xiàn)。為加快地鐵工程PPP項目的實施，“捆綁式”創(chuàng)新盈利模式使得收益結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化、目標利潤更加穩(wěn)定。其主要包括增補資源開發(fā)、配套服務(wù)以及副產(chǎn)品，擴大了城市地鐵建設(shè)盈利范圍、降低了風險影響，調(diào)動了各參與主體積極性。實踐證明，以“捆綁”帶動主體的創(chuàng)新盈利模式結(jié)合全主體風險分擔方式，不僅滿足政府部門提高公共服務(wù)供給效率的價值主張，而且使得PPP項目收益穩(wěn)定可持續(xù)，更加符合參與各方的經(jīng)濟價值宗旨。

4 結(jié) 語

地鐵建設(shè)是城市軌道交通發(fā)展進化的又一里程碑，具有重要可持續(xù)發(fā)展意義。地鐵工程PPP項目在解決資金問題的同時必須重視伴隨而來的各種風險和問題，深層分析制約項目實施的原因，構(gòu)建不同主體偏好分擔動態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，強化主體間合作意識、全局意識，將風險問題進行整體的防范與化解，有利于逐步瓦解地鐵施工PPP項目實施應(yīng)用的難點。風險合理分擔是地鐵工程PPP項目良好運行的基礎(chǔ)，全主體風險分擔機制的研究，有利于提高資本利用率和項目建設(shè)成功率，為政府、承建各方以及第三方機構(gòu)在應(yīng)對PPP項目風險分擔問題時提供理論依據(jù)，也為公私資本的融合與公共服務(wù)建設(shè)提供強力支撐，推進城市交通軌道PPP項目建設(shè)實施并為實際工程風險分擔提供重要實踐價值，具有一定借鑒作用。