综合管廊投资运营模式选择模型构建研究

张淼林， 张成中

(1. 西安建筑科技大学土木工程学院， 陕西 西安 710055； 2. 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室， 陕西 西安 710055)

0 引言

在国家政策的鼓励下，各地区纷纷投资建设综合管廊，但对建成后的运营阶段考虑较少，不少地区出现建设完成后无法实现运营的情况，重建设轻运营已成为当前阻碍综合管廊在我国发展的主要问题。项目投资主体的确定即确定了该项目的决策主体，一定程度上也决定了后期可采用的运营模式。在综合管廊立项阶段确定合适的投资运营模式，可以有效保证项目融资、建设和后期运营的顺利进行，以充分发挥综合管廊城市地下生命线的作用。目前，综合管廊投资运营模式的选择还没有形成统一的指导意见，纵观对综合管廊建设运营模式方面的研究，主要集中在对PPP模式的选择、运营模式的研究等方面。文献[1]在初步识别7种适合综合管廊的PPP模式的基础上，运用OWA算子和可拓物元，确定了各PPP模式与综合管廊项目的适用程度；文献[2]在对不同PPP模式进行分析的基础上，运用BP神经网络和直觉梯形模糊TOPSIS法构建了综合管廊PPP模式两阶段选择模型；文献[3]分析了综合管廊不同运营模式的特点，运用直觉模糊集构建了综合管廊运营模式决策模型；文献[4]在对国内常用的3种运营模式进行案例分析的基础上，根据现存的问题提出了基于“三级架构”的PPP和非PPP 2种模式。部分学者也对综合管廊的投资运营模式进行了研究。文献[5]通过对深圳市市政管道建设现状进行分析，指出政府全额出资、管线单位租用是最适宜深圳市的模式；文献[6]梳理了北京市综合管廊投资运营模式存在的问题，提出引入社会资本、实行有偿使用等建议。当前国内对综合管廊投资运营模式的研究较少，且集中在根据地区的建设情况分析某种模式与该地区的契合性上，缺乏对投资运营模式通用选择模型的研究。本文在对常用的4种投资运营模式进行分析的基础上，构建综合管廊投资运营模式选择指标体系，并运用云模型对AHP-TOPSIS进行改进，构建综合管廊投资运营模式的通用选择模型，以期为地方政府选择综合管廊投资运营模式提供决策依据与方法。

1 国内常用综合管廊投资运营模式

根据对国内相关文献的分析和实际工程项目信息的收集，目前较为常用的投资运营模式有4种： 政府全额出资模式、政府和管线单位合资模式、股份合作制模式、特许经营模式。

1.1 政府全额出资模式

政府全额出资模式是指建设资金来源于政府部门或政府部门下辖的城市投融资平台，建设完成后综合管廊产权归政府所有，管线单位无偿将管线敷设其中，综合管廊主体结构和一般附属设施的维护由政府部门负责，各管线单位负责各自管线及相关附属设备的维护。政府全额出资模式是基础设施建设领域最常见的模式，在规划阶段可以节省大量与管线单位协商入廊费用和运维费用的时间；政府部门拥有综合管廊的全部产权，避免了和其他共建单位之间的产权纠纷，能有效保障综合管廊提供服务的稳定性；在管线单位无偿使用的情况下，相比传统的直埋敷设方式，将管线入廊没有增加管线单位的财务负担，保证了管线单位入廊的积极性。

1.2 政府和管线单位合资模式

政府和管线单位合资模式是指由政府和管线单位共同出资建设综合管廊，建设完成后综合管廊产权由政府和管线单位共同所有。综合管廊的使用权归管线单位所有，综合管廊的维护方式有2种： 一种是由政府部门指定的国有企业负责管廊主体和一般附属设施的维护，管线单位负责各自管线及相关附属设备的维护；另一种是将综合管廊的运营维护交与专业的运营公司，运营维护费用由政府和管线单位按一定比例分摊。采用政府和管线单位合资模式，可以缓解地方政府部门的财政压力，由于管线单位也参与了综合管廊的建设，可以有效保证管线单位入廊的积极性。

1.3 股份合作制模式

股份合作制模式是指地方政府授权国有企业代表政府以地下空间资源或部分资金入股吸引社会资本参与综合管廊项目共同组建股份制项目公司，以股份制的形式进行项目的投资建设和运营维护，建成后管廊产权由政府和社会资本共同所有。股份合作制投资运营模式通过吸引社会资本参与综合管廊项目的投资建设和运营维护，可以有效缓解政府的财政压力，同时引入了社会资本的先进管理经验，使综合管廊项目各阶段的工作更加高效和完善。

1.4 特许经营模式

特许经营模式是指社会资本与政府部门通过签订特许经营协议，在特许经营期内建设、运营综合管廊，待特许经营期满将综合管廊无偿转交与指定的政府管理机构。社会资本与政府部门成立项目公司，社会资本部分出资，其余建设资金以项目融资的方式通过金融机构贷款，在特许经营期内项目公司拥有综合管廊的产权，待特许经营期满，产权归政府所有。综合管廊的维护可以由项目公司自行组建运营并负责管理，也可以分包给专业的运营公司负责管理，维护费用由项目公司负责。项目公司的主要收入来源包括管线单位缴纳的一次入廊费、运营维护费和政府的可行性缺口补助。采用特许经营模式建设综合管廊可以有效地缓解政府财政压力，引入社会资本的先进管理手段，建设效率和运营效率都能大幅提升。

当前常用的4种投资运营模式具有不同的特点，是各地区在建设综合管廊项目的过程中不断摸索总结出来的阶段性成果。4种投资运营模式对比分析见表1。

表1 投资运营模式对比分析

2 综合管廊投资运营模式选择模型构建

2.1 构建投资运营模式选择指标体系

综合管廊投资运营模式选择指标体系的确定对投资运营模式的选择具有决定性的作用，选择的指标不同，可能带来截然不同的结果，因此指标体系的选择应该遵循合理性、科学性、针对性等原则。本文对综合管廊4种投资运营模式的本质区别进行分析，在考虑综合管廊现存问题、建设意义、专家建议等方面内容的基础上，从项目特征、抗风险能力、工作效能、经济效益和社会效益等5方面初选了24个指标。聚类分析[7]可以使相关性高的指标归为一类，降低指标间的相关性； 灰色关联分析[8]则可以保留关联度大的指标，剔除关联度小的指标。为保证各指标之间的相关性及指标的重要性，本文将采用聚类分析和灰色关联分析相结合的方法，对指标进行筛选，最终确定综合管廊投资运营模式选择指标体系，见表2。

表2综合管廊投资运营模式选择指体系

Table 2 Selection index system of investment and operation mode of utility tunnel

准则层编号指标 指标编号管廊项目特征C1管廊建设规模C11入廊管线种类C12管廊需求程度C13当地政府财政支付能力C14项目风险C2政治风险C21市场风险C22资金风险C23项目内生风险C24工作效能C3规划设计工作效能C31建设工作效能C32运营工作效能C33协调工作效能C34经济效益C4政府收益C41管线单位收益C42社会资本收益C43社会效益C5管廊空间利用率C51城市环境影响C52经济增长贡献C53

2.2 构建投资运营模式选择模型

2.2.1 基于云模型改进层次分析法确定权重

层次分析法由Saaty教授在20世纪80年代初提出，是一种系统的评价方法，在因素之间进行对比形成判断矩阵，因素之间的相对重要性通过评价尺度“同等重要”“稍微重要”“相当重要”“明显重要”“绝对重要”来表述，Saaty等学者提出了采用1—9标度法来表示评价尺度(见表3)，实现了定性指标向定量指标的转化。层次分析法(AHP)的评价尺度实际是属于模糊数学的范畴，采用精确的整数来表示模糊的概念未必符合实际。有学者指出，重要性的大小实际上是一个具有稳定倾向的随机数，为解决这一矛盾，王洪利[9]提出了通过在层次分析法中引入隶属云的概念，以此来通过定性的概念去描述因素间的重要性。

表3 1—9标度法

(1)

(2)

(3)

第3步，进行层次单排序及其一致性检验。经过第2步后，将专家对每一层次各个因素两两对比后形成的判断矩阵转化为基于云模型判断标度的判断矩阵：

表4 随机一致性指标

第4步，进行层次总排序及其一致性检验。经过层次单排序之后，可以得到对于某一层次所有因素相对于上一层某因素的权重向量，采用云模型数字特征的乘法运算法则计算最底层因素相对于目标层的权重，即层次总排序。同样的，对层次总排序也需要进行一致性检验。

本文通过问卷调查的方式邀请62位综合管廊投资运营领域的专家和学者对指标进行重要性打分，最终收回55份有效问卷。经过步骤1至步骤4的数据分析，最终各指标的隶属云权重见表5。

表5 指标权重隶属云

2.2.2 基于云模型改进TOPSIS法构建选择模型

TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)法由C.L.Hwang和K.Yoon于1981年首次提出，又称为理想解排序法、理想点法等，是一种根据现有评价对象与理想化指标接近程度进行排序的多目标综合评价方法[14-15]。其评价原理是选取待评价对象指标值中的所有最优值和最劣值组成最优解和最劣解，计算待评价对象与最优解和最劣解的相对距离。当评价对象最靠近最优解且最远离最劣解即为最优，根据相对距离来进行方案的排序。

第1步，邀请专家针对各选择指标确定各评价方案的得分，采用逆向云发生器得到决策隶属云矩阵。

第2步，将指标权重隶属云与指标评价值隶属云按照云模型数字特征的乘法法规进行集结得到加权决策隶属云矩阵Z=(zij)m×n。设权重隶属云特征值为ωj=(Exj,Enj,Hej)，决策隶属云矩阵为B=(bij)m×n，其中bij=(Exij,Enij,Heij)，则

zij=ωjbij=(Exj,Enj,Hej)(Exij,Enij,Heij)。

(4)

第3步，构造正、负理想解隶属云。设评价指标中效益型指标集合为T1，成本型指标集合为T2，效益型指标表示属性值越大越优，成本型指标表示属性值越小越优。

(5)

(6)

第4步，计算待评价模式指标评价隶属云与正、负理想解隶属云的距离。本文拟采用隶属云的相似性概念来计算评价方案与正、负理想解隶属云的距离。设2朵隶属云分别为A1=(Ex1,En1,He1)、A2=(Ex2,En2,He2)，通过正向隶属云发生器生成n个云滴，保留落在[Ex-3n,Ex+3n]内的云滴。若2朵云落在范围内的云滴数n1≠n2，取其中较小值的云滴数，以横坐标值进行排序，依次计算2朵云相邻云滴的距离，则2朵云的距离[16]可定义为：

(7)

3 案例分析

3.1 项目概况

陕西省西安市某地下综合管廊建设项目囊括了西安市主城区及周边区县的地下管廊建设，项目分为2个标段。西安市某地下综合管廊建设PPP项目Ⅰ标段包括新建干线、支线管廊72 230 m，缆线管廊182 500 m，静态投资估算为745 259.55万元； 未来需回购幸福路、万寿路干支线管廊10 670 m，静态投资估算87 862.00万元。

3.2 实例分析

邀请22位综合管廊投资运营领域相关专家和学者根据项目工程资料和所在地情况按照1—5标度法对指标体系进行打分。在项目特征这一准则层中，1—5标度分别表示当前项目特征条件下采用各模式的适合程度，属于效益型指标；在项目风险这一准则层中，1—5标度分别表示各模式下发生此类风险的可能性大小，属于成本型指标；在工作效能这一准则层中，1—5标度分别表示各模式下工作效能的高低，属于效益型指标；在经济效益这一准则层中，1—5标度分别表示各模式下参与各方获取收益的可能性大小，属于效益型指标；在社会效益这一准则层中，1—5标度分别表示各模式下可能获得的社会效益的大小，属于效益型指标。

将原始数据按式(1)至式(3)进行处理，得到各模式加权决策隶属云，并从加权决策隶属云中筛选出正、负理想解隶属云。利用Matlab软件分别计算各模式下指标评价隶属云与正、负理想解隶属云的距离，并根据隶属云的特征值生成云滴，对落在[Ex-3n,Ex+3n]内的云滴依次排序后两两云滴进行计算。由于此时云滴的生成具有随机性，最终2个隶属云之间的距离也具有随机性，因此在确定距离时，本文将程序运行10次后得出的距离值的平均值作为最终计算结果。以规划设计工作效能指标为例，各模式下该指标的评价隶属云与正、负理想解隶属云在论域[0,1]中的映射见图1和图2，图中不同颜色的点分别代表规划设计工作效能指标正、负理想解隶属云和各模式的规划设计工作效能评价隶属云。

图1规划设计工作效能指标评价隶属云与正理想解隶属云的映射关系

Fig. 1 Mapping relationship between membership cloud and positive ideal solution membership cloud of planning and design work efficiency indices

图2规划设计工作效能指标评价隶属云与负理想解隶属云的映射关系

Fig. 2 Mapping relationship between membership cloud and negative ideal solution membership cloud of planning and design work efficiency indices

利用Matlab软件计算各模式下管廊建设规模指标评价隶属云与正、负理想解隶属云的平均距离如下：

dC31(A,P1)=0.046 3；

dC31(A,P2)=0.260 3；

dC31(A,P3)=0.276 1；

dC31(A,P4)=0.239 0；

dC31(B,P1)=0.262 0；

dC31(B,P2)=0.064 2；

dC31(B,P3)=0.064 9；

dC31(B,P4)=0.060 4。

各投资运营模式的评价隶属云与正、负理想解隶属云的Euclid距离分别为：

4 结论与讨论

1)构建了投资运营模式选择指标体系，运用AHP和TOPSIS相结合的方法克服了TOPSIS无法确定指标权重的缺点，充分考虑了模式选择过程中专家评价语言的不确定性，引入云模型分别对AHP-TOPSIS加以改进，最终构建了综合管廊投资运营模式选择模型，并通过案例验证了该模型具有较好的拟合度，可以为地方政府选择综合管廊投资运营模式提供决策依据与方法。

2)当前国内综合管廊正处于建设的高峰期，鲜有项目实现成功运营。本文所选择定量指标的数据难以获取，因此仅能依据专家打分的形式得出，缺乏可靠性，待日后多数综合管廊进入运营阶段，可以通过实际数据来进行模式的选择，进一步完善投资运营模式选择模型。