重大交通设施项目风险复杂动态交互演化机理与仿真分析

高武　洪开荣　潘彬

摘要：本文模拟分析复杂动态和主体博弈环境下的重大交通设施项目风险形成与演化机理问题。首先。分析了重大交通设施项目风险要素来源以及它们之间的互动组合关系；然后，分析了重大交通设施项目风险不同层次的复杂动态交互演化机理；最后，构建了重大交通设施项目风险演化的“三重动力机制模型”，并通过系统仿真方法测度了三种动力的敏感性。通过研究证明了重大交通设施项目风险是环境变化、主体博弈和系统自演化三重动力交互作用的结果。

关键词：项目风险评价；演化模型；系统仿真；博弈均衡；动力机制

1.引言

近年来。我国重大交通设施项目大量涌现，如“武广高铁”、“环渤海城市群城际铁路”、“杭州湾跨海大桥”、“青岛-胶州湾海底隧道”等，这些项目投资规模巨大，地域跨度广，拆迁工作量大，建设和运营周期长，涉及主体众多，对沿线生态环境、区域社会经济发展和人民生活有重大影响。重大交通设施项目是一种特殊的工程项目，其特殊性主要体现在项目产品较强的公共属性、项目所用技术和组织程序的高度复杂性、多元项目关联主体目标的非一致性和行为策略互动性、环境的复杂动态性、项目社会价值和环境生态价值的特别重要性等众多方面。重大交通设施项目风险的形成与演化具有很强的复杂特征，首先它是由众多分项和分部工程组成的大型项目集群，层级结构繁杂，涉及因素众多，在漫长的项目生命周期中，各种因素之间相互影响，因此其风险来源比一般工程项目更复杂；其次，重大交通设施项目处在多主体群决策和高新技术应用的复杂环境下，因此其风险出现的时间、位置和影响均存在很大的不确定性。再次，目前重大交通设施项目建设通常以BOT、PPP等方式进行，需要多元社会主体共同参与，项目建设还涉及众多拆迁户和社会公众利益，各方价值取向和利益目标不一致，主体之间存在动态博弈，从而使得项目风险的形成与演化更具复杂性。在内外多重因素的交织作用下，重大交通设施项目风险系统不断演化，从简单到复杂，从低级到高级。关于项目风险演化的动力，很多学者从内生动力和外生动力两个方面进行了分析，但他们在外生动力的分析中往往只注重环境变化，而忽视了主体价值观和行为博弈这一重要因素。在以往研究的基础上，本文运用博弈论方法分析重大交通设施项目关联主体行为博弈对项目风险形成与演化的影响，并用系统仿真方法对整个项目风险系统的形成与演化过程进行了模拟分析；然后在理论分析和典型案例分析相结合的基础上，构建重大交通设施项目风险交互演化的“三重动力机制模型”（环境变化+主体博弈+系统自演化）；最后通过控制变量、系统仿真等方法对三种动力的作用机理和影响程度进行模拟分析，从而使项目风险演化机理分析更加全面、合理。

2.重大交通设施项目风险的复杂形成机理

重大交通设施项目风险是指导致项目最终价值与主体预期之间产生负面偏离的各种不确定性因素。项目风险的形成是主体与环境互动的结果，基本路径是：环境变化+主体有限理性+主体博弈→输入风险要素→风险要素之间交互影响、聚集融合→输出项目风险。

2.1重大交通设施项目风险要素的复杂来源

重大交通设施项目风险的主要来源是宏观、微观环境中的不确定性因素，以及项目主体有限认知能力和行为博弈因素三个方面，具体如下：

（1）宏观环境因素。指项目所处大环境中存在的不确定性因素，例如自然环境因素有：重大自然灾害、地质水文条件恶化、连续恶劣天气等不可不抗力因素等；经济环境因素有：国内外金融市场大幅波动、宏观经济低迷、通货膨胀等；政策环境因素有：经济政策变化、产业结构调整、货币政策紧缩、法律法规不完善等；社会环境因素有：不同利益主体之间冲突、恐怖事件等。宏观环境因素基本上不受项目主体的控制。

（2）微观环境因素。指项目所处具体环境中存在的不确定性因素，例如项目有无新的替代品或竞争者出现，市场需求量是否有变化，原材料供应是否及时，融资难度和成本是否会上升，新技术是否会出现，项目重要关联企业是否出现违约行为，项目管理层是否出现更迭变化，在项目建设和运营中是否出现突发性问题等。与宏观环境风险因素不同，很多微观环境风险因素可以通过主体努力加以控制和规避。

（3）主体有限认知能力和行为博弈因素。项目主体在信息、知识、能力等方面存在限制，无法掌握目前的全部信息，也不可能对未来的不确定性因素做出完全精准的识别、认知以及控制，因此可能出现判断和决策失误，也可能对存在的问题毫不知情或知之甚少，给项目带来损失。另外，重大交通设施项目存在多元关联主体，比如政府、代建商、监理方、运营商、供应商、社会公众等，他们的价值取向和利益目标各有不同。在博弈过程中，个体理性与群体理性往往存在冲突，主体可能损人利己，也可能故意不作为，损害项目整体价值。例如政府部门：官员腐败、执行力低、干预过多、资金不到位、工程变更频繁等；承包商：作业不规范、成本、质量与工期失控等；供应商：材料质量不高、供货不及时等；设计者：设计深度不够、新技术应用未加验证、勘测技术不够等；质监单位：与承包商合谋、监督程序不科学等；被拆迁对象：不满意补偿条件所导致的不合作等。

2.2重大交通设施项目风险要素之间的互动依赖关系

重大交通设施项目风险要素众多，各个风险要素之间的互动依赖关系非常复杂，有的风险因素比较独立、基本不受其它风险因素影响，可称之为独立型风险变量，比如自然风险；有的则高度依赖于其它风险因素的存在和变化，可称之为依赖型风险变量；有的会对其它风险因素产生重要影响，可称之为影响型风险变量，影响型变量对依赖型变量的影响有的比较直接，有的则需要通过中介变量进行传递。风险变量之间的能量传递形式有链条式、交互式、循环式、网络式等。

2.3重大交通设施项目风险要素的聚类组合形式

重大交通设施项目风险要素按空间或性质方式聚集、组合成为更高层次的风险变量。首先，性质相同的单风险要素聚集后形成单项工程项目的分类风险，例如设计不合理、采用不当技术、社会技术进步过快等形成技术风险；决策失误、可行性研究不足、施工管理不善、成本控制不力等形成管理风险；宏观经济增速放缓、通货膨胀、市场需求减少、融资难度加大、原材料涨价或供应减少等形成经济风险；政府规制改变、民众反对、沿线社会治安差等风险要素聚集形成社会风险；重大自然灾害、持续恶劣天气、当地生态环境恶化等形成自然风险；重要主体能力丧失或违约、合同变更等形成法律风险等。然后，单项工程项目的分类风险再聚集形成单项工程项目的整体风险。最后，所有单项工程风险汇集成整个项目群的风险，它既是各种性质风险的组合，也是项目群所属各分部、分项工程风险的叠加。项目风险组合后形成一个复杂的网络结构，它既有一定的稳定性，又有一定的变化性，随着时间推移，项目各风险要素之间的组合形式和互动关系都会发生变化。

3.重大交通设施项目风险的复杂动态交互演化机理

重大交通设施项目风险在整个项目生命周期中一直是动态演化的，不仅风险要素和风险子系统自身会不断变化，而且它们之间相互作用的方式和力量大小会发生改变，各种风险变量交织在一起，形成一个复杂动态的风险系统。风险系统的演化分为要素、子系统和系统三个层次。

3.1单风险要素的阶段性演化

重大交通设施项目整个生命周期可以划分为可行性研究与论证、策划和设计、建设、运营等不同阶段，单个风险要素由t阶段进入t+1阶段时，由于外力的作用可能会削弱、加剧、消失和变异，如图1所示，R1-R6分别表示6种不同的风险因素，不同的几何形状表示风险性质和大小的改变，虚线表示风险消失。项目在T0阶段，存在3种风险；到T1阶段，新增加了3种风险；到T2阶段，R3和R5消失，R1的大小和性质发生了变化。由此说明，随着项目的推进，风险要素不断产生与消亡，原来的次要风险可能上升为现在或将来的主要风险，而原来的主要风险可能降为现在或将来的次要风险。项目风险要素的阶段性演化既具有一定的前后关联性，又具有一定的突变性和随机性，用数学公式可表达为R1=A0·R1-1+S1（t≥1），S1表示一个独立同分布的随机扰动变量。

3.2风险子系统之间的交互演化

如前所述，重大交通设施项目风险可分为法律、经济、管理、社会、技术、自然等六类不同性质的风险。它们构成重大交通设施项目风险系统的六个子系统。各风险子系统之间是互动影响的，并且它们之间的联系变量和能量传递方式时刻在变，形成复杂的交互演化过程。另外，各子系统风险在一定的条件下还可以相互传导、转化、融合，成为既有交集、又有不同边界的子系统集合。例如重大交通设施项目沿线的社情民意复杂，如果项目建设主体没有妥善解决拆迁安置问题，就可能引发社会冲突和群体性事件，管理风险就转化为社会稳定风险。

3.3整个风险系统的复杂动态演化

重大交通设施项目各风险要素、子系统共同组成整个项目群风险系统。它的演化整体上呈现一种复杂动态、有序与无序相结合、无序更明显的特征，具体表现为：（1）前后关联性。重大交通设施项目风险是一个复杂的有机系统，项目不同阶段的风险具有前后联系、不可分割的特点，前面任何一个时点出现的风险问题，可能对后续整个风险系统演化造成中期甚至长期的影响。（2）高度动态性。风险系统与外部环境之间任何时候都存在能量、信息或物质的交换，风险系统通过这种交换而不断调整自身的要素和结构，以适应环境变化，但在下一个时点，一切都会变化，系统会衍生一些新的特质，结构也会重新调整。（3）随机性。重大交通设施项目风险是内外环境多种因素交织影响的产物，特别是项目关联主体价值偏好的变化和不确定性行为选择，使得项目风险的演化带有很大的随机性，难以准确估量和预测。（4）无序性和有序性结合。风险系统的演化是有序和无序的统一，在有序的背后隐藏着无序。在无序的运动中体现着有序，但无序的特征仍强于有序。（5）非线性。项目风险变量之间的逻辑关系是复杂和非线性的，无法用简单的线性关系加以表示，只能通过微分或结构方程加以描述。（6）模糊性。项目风险系统各风险要素之间的基本逻辑关系可以确定，主要风险变量的输入和结果变量的输出也可看到，但中间的具体过程如同一个“黑箱”，难以对其做出准确的描述。

4.重大交通设施项目风险复杂动态演化的“三重动力机制”

如前所述，随着时间推移，重大交通设施项目复杂风险系统从要素到结构都会不断演进，但风险系统演化背后的主要推动力是什么？它们各自的作用机制又如何？可通过理论分析找出风险系统演化的主要动力因素。再用系统仿真方法对各种动力的作用机制进行仿真分析。

4.1重大交通设施项目风险演化的主要动力因素分析

首先，环境变化是重大交通设施项目风险演化的重要驱动力之一。重大交通设施项目建设和运营周期很长，而项目内外环境一直处在高度动态变化之中。根据耗散结构理论，项目风险系统需要与外界不断进行物质和能量的交换以维持平衡，环境变化改变风险输入变量，从而导致风险输出变量变化。特别是重大交通设施项目所处的宏观环境如出现重大变化，对项目风险演化带来的影响往往是至为关键的，例如随着“舟山一上海跨海高速”、“杭州湾铁路大桥”等替代项目的出现，“杭州湾跨海大桥”原来的垄断经营地位被打破，项目运营阶段的市场风险急剧上升。

其次，主体博弈既是重大交通设施项目风险形成的主要原因，也是项目风险演化的重要动力。具体而言，项目关联主体价值信念和合作关系的变化会改变项目风险的大小。如果项目主体偏向狭隘自利，他们只关注自己面临的风险，而对他人风险视而不见，甚至为了一己之私而不惜加剧他人的风险，那么项目的整体风险将上升；但如果项目主体之间的合作机制得到改进或者主体的群体理性程度和公平偏好上升，他们在关注自身风险的同时，兼顾他人的风险，那么项目的整体风险将缩小。换言之，在同样的外界环境条件下，项目主体的群体理性、公平偏好和合作程度越高，项目整体风险越小，反之项目整体风险越大。例如随着政府执政水平的提高，在重大交通设施项目建设中，提高拆迁户的话语权，维护他们的合法权益，可有效降低项目面临的社会稳定风险。

最后，除了上述两种系统外部动力之外，还有系统内部动力因素。根据系统原理，项目风险系统一经形成，在系统内部就存在一种自我演进的动力机制，各要素之问、各子系统之间相互循环影响，即使在不改变外力作用的情况下，系统也会不断演进，并且很多时候是一种自我强化演进模式，表现为项目风险如果不加以控制，任由其发展，就会愈演愈烈。

综上所述，重大交通设施项目风险演化主要动力包括外生变量（环境变化和主体博弈），以及内生变量（系统内部各要素、子系统之间的相互作用）。项目风险是在内外力量的交织作用下不断演化。

4.2重大交通设施项目风险演化“三重动力机制”模型

在以上分析基础上，可构建重大交通设施项目风险演化的“三重动力机制模型”，如（1）式

D=D1+D2+D3+ξ （1）

其中D为环境变化、主体博弈、系统自演化三种动力形成的合力，是三者的非线性之和。D1为环境变化动力因素，指项目所处的宏观、微观环境，包括社会、文化、政治、法律、经济、自然、技术、管理等环境指标变化对项目风险演化影响的非线性之和。D2为主体博弈动力因素，指项目关联主体价值信念和行为策略互动对项目风险演化作用的非线性之和。D3为风险系统自演化动力因素，是风险系统内部多种变量非线性作用的总和，主要来自于风险要素之间的相互影响以及各个风险子系统之间的相互影响。ξ为其它演化动力因素。

5.重大交通设施项目风险演化“三重动力机制”的仿真分析

运用Vensim仿真软件和控制变量的方法对重大交通设施项目风险演化的“三重动力机制”进行仿真分析，目的是进一步明晰项目风险演化的内生机理与外生机理，以及测度关键动力要素对项目风险演化影响的敏感性。

5.1重大交通设施项目风险系统自演化动力机制的仿真分析

（1）项目风险要素之间互动机制的仿真分析

如前所述，构成重大交通设施项目风险系统的各个风险要素之间是互动的。在图2中，节点表示风险变量，节点之间的连线表示风险变量之间的相互影响，而连线的方向表示风险能量的流动方向，断裂处表示风险在传递中可能发生畸变而产生断裂性冲突波。风险能量流动具有两种特性：第一种特性是乘数效应，在某个节点上注入一定的风险能量，到下一阶段时就会有更多的风险能量产生，但节点问存在异质性，即不同类型的风险节点的风险传递效应系数不同，用a、B、y……分别表示各节点之间的乘数（a、B、y……>1）；第二种特性是再循环效应，在再循环过程中，它能够促使其它风险变量发生改变，然后其它风险变量又反过来改变它。例如项目资金不到位，会使得工期延误，而工期延误不仅影响后续经营性现金流入，还会带来成本上升，从而使后面的资金压力更大，即项目资金风险在循环影响之后变得更大。

（2）项目风险子系统之间的交互影响机制仿真分析

重大交通设施项目风险系统按性质分为六个子系统，即技术风险子系统（s1），经济风险子系统（s2），社会风险子系统（s3），自然环境风险子系统（s4），管理风险子系统（s5），法律风险子系统（S6）。各风险子系统之间存在相互影响关系，有的是直接影响，有的是通过其它风险子系统间接传导。用“→”表示系统i直接影响系统j，“←”表示系统j直接影响系统i，“←→”表示相互直接影响，各风险子系统之间的直接互动关系可用表1表示。

5.2重大交通设施项目风险外部环境动力因素的仿真分析

本次仿真是在假设“主体博弈”和“自演化动力”两个变量不变的情况下，观测项目风险随外部环境变化而演化的情况，为简化起见，所有变量取值范围均在（0，1）之间。

（1）变量之间的关系

用“项目所处环境的好坏与稳定性”（D1）作为重大交通设施项目所处环境的描述变量，用“主体公平偏好与合作程度”（D2）作为项目主体博弈的描述变量，用“系统自演化动力系数”（y）作为各风险要素、子系统之间互动影响的描述变量，变量之间的关系如（2）式

（2）输入变量初始值的来源

本次仿真输入变量D1的初始值来源于重大交通设施项目××的调查分析结果，通过互联网对××项目管理人员进行问卷调查，共发放问卷50份，收回有效问卷48份，得到初始状态时项目外部环境模糊评价值为0.60，其它变量初始值基于假设，为对比分析，D2的初始值设两个，分别为0.98、0.93。

（3）项目风险结果的输出与分析

图3（左）表示项目环境的变化，图3（右）表示项目风险的变化。虚线表示D1由t0时点的0.6变为t6时点的0.90，而D2保持0.98不变时，R由原来的0.08降为0.04；实线表示D1由t0的0.60变为t6的0.98，但D：保持0.93不变时，R由原来的0.17降为0.03。这证明了项目风险随项目环境的改善呈下降趋势，不仅如此，环境的大幅改善可有效弥补初始状态时主体博弈状况稍微不太理想的影响，图3（右）中初始状态较大的项目风险因为环境的改善程度更大，所以在t4之后比初始状态较小的项目风险变得更小。

5.3重大交通设施项目风险主体博弈动力因素的仿真分析

本次仿真是在假设“外部环境”和“自演化动力”两个变量不变的情况下，观测项目风险随着主体博弈情况变化而演化的情况，变量之间的关系如（2）式所示。

（1）输入变量初始状态值的来源

本次仿真输入变量D2初始值同样源于××项目管理人员的问卷调查结果，初始状态时项目主体公平偏好与合作程度的模糊评价结果为0.95，其它变量初始值是基于假设，为对比分析，D1的初始值设两个，分别为0.99、0.95。

（2）项目风险结果的输出与分析

图4（左）表示主体博弈的变化，图4（右）表示项目风险的变化。虚线表示D2由0.95变为0.70，而D1保持0.99不变时，R由原来的0.02上升到0.05；实线表示在D2由0.95变为0.13，而D1保持0.95不变时，R由原来的0.05上升到0.21，这证明了项目主体公平偏好及合作程度与项目风险大小之间存在显性负相关。右图中实线的陡峭上升表明项目风险急剧放大，说明即使外界环境稳定良好，如果主体公平偏好与合作情况急剧恶化，也可能使项目风险快速上升。

6.结论与启示

本文探索性地将博弈论、系统仿真结合起来模拟分析重大交通设施项目风险演化机理问题，分析了各风险要素、子系统之间的互动影响关系，构建了“三重动力机制演化模型”，仿真分析了三种动力的影响机制和作用效果，主要研究结论与启示如下：

（1）重大交通设施项目的特殊性主要体现在地域跨度广，面临的地理、气候环境更复杂，还有涉及主体较多，主体之间博弈激烈。因此，其风险要素不仅来源于复杂动态环境带来的不确定性因素和项目主体的有限理性，而且来源于多元主体之间的博弈行为。项目主体是复杂的“经济人”，既有自利动机和风险规避偏好，也有公平偏好和利他主义动机，他们的行为策略是互动演化的，彼此的风险是相互依赖的。各主体行为策略在不断试错和寻求效用最大化过程中达成一种动态均衡。

（2）重大交通设施项目由众多风险要素、风险子系统共同组成一个复杂动态的风险系统，风险系统演化的方式有风险要素的增减、风险大小的变化、风险要素互动形式和组合方式的变化等；风险系统演化的动力除了环境变化和系统自演化动力因素之外，主体价值观和博弈格局的改变也是重要动力之一；风险系统演化的路径具有一定的模糊性和跳跃性。

（3）对重大交通设施项目风险演化动力机制进行系统仿真分析，不仅可以使风险演化直观化，而且可以测度关键影响因素的敏感度，通过仿真分析还发现，多主体混合博弈中，主体之间合作关系的改善与利他主义动机可以使项目整体风险得到更好地控制，因此理性的项目主体在控制自身风险的同时，必须兼顾他人的风险，找到彼此风险利益的最大公约数。具有控制权的主体在设计项目风险分担机制时，必须充分考虑其他主体的异质性风险规避偏好，满足激励相容的原则。

在下一步的研究中，对本文提出的重大交通设施项目三重动力机制演化模型还需用结构方程进行量化，并结合具体实例数据进行实证分析，以进一步验证模型的科学性和有效性。另外，项目风险模拟演化值与实际观测值之间的吻合度也还有待进一步观测。