基于系统动力学的高速公路PPP项目收益研究
——以田林至西林（滇桂界）高速公路为例
刘秋林 LIU Qiu-lin；贾立敏 JIA Li-min
（三峡大学经济与管理学院，宜昌443000）
摘要： 在我国公共交通运输基础设施建设中，高速公路作为我国交通运输业重要的一部分，在国民经济发展中有着举足轻重的地位。本文通过搭建某高速公路PPP项目的成本与收入的框架，对项目收益影响因素的分析，利用系统动力学和Vensim PLE软件，构建某高速公路PPP项目收益系统动力学模型，讨论了特许经营期、车辆通行收入、可行性缺口补助等对高速公路PPP项目收益的影响程度，为高速公路PPP项目中政府和社会投资者在投资决策时提供相关参考。
关键词： 高速公路；PPP项目收益；系统动力学
0 引言
二十一世纪以来，政府大力发展交通基础服务设施，着重修建高速公路，现有的交通网为全国经济发展、扩大对外开放做出了重大贡献。截止2017年末，我国高速公路总里程为13.64万公里，占全国公路总里程3%，高速公路通车总里程位居世界第一[1]。在新形势下，继续大力推进高速公路建设，有利于当前全国实现扩投资、稳增长、惠民生，也对新时期扶贫工作具有重要意义。但在公共基础交通建设中，政府往往出资比例大、负担重。为尽快有序推进PPP模式项目的运用，缓解财政负担，中央及地方交通运输部门积极下发相关指导文件。自2014年下半年以来，国务院、财政部、国家发改委相继发布《关于创新重点领域投资融资机制鼓励社会投资的指导意见》（国务院〔2014〕60号）、《政府和社会资本合作模式操作指南》（财金〔2014〕113号）和《关于开展政府和社会资本合作的指导意见》（发改投资〔2014〕2724号）等系列文件明确鼓励采用PPP模式建设运营高速公路项目。同时，孙慧等[2]运用博弈论的模型和方法，对比了高速公路在PPP模式和BOT模式在有激励条件下，政府在BOT模式下的收益显著低于PPP模式下的收益。因此，高速公路PPP模式可以使政府通过特许经营、购买服务、股权合作等方式，与社会资本建立的利益共享、风险分担及长期合作关系来增强公共产品和服务供给能力、提高供给效率，实现项目有效落地。
在双库连通的洪水调洪演算中，除了两座水库的各项因素之外，还要考虑两库连通沟的过流情况。其特点是：两水库的容积差别较大，连通沟的过流量受东西两库水位差影响较大，故考虑以水量平衡和连通沟动力平衡为主要计算条件；两个平衡通过两座水库的水位互相联系着，以连通沟过水流量为耦合项，建立东西库联合调洪辅助曲线。
1 高速公路PPP项目收益研究的相关理论
1.1 PPP项目收益研究理论
高速公路PPP项目从融资、建设、运营到管理，是一个参与主体多、建设成本高、回报周期长的复杂过程。项目收益是整个项目持续进行的关键因素，对社会资本投资者来说，项目收益直接关系到其自身利润；对政府来说，不仅可以缓解财政压力，还可以尽可能的为公众提供充裕的基础设施服务[3]。同时项目收益是政府与社会资本投资者进行PPP项目谈判与决策的基础，可进一步划分政府和社会资本投资者的职责，落实相关法律法规与政策细则[4]。目前国内现有研究理论多关于PPP项目的融资结构、风险分担以及政府职责，但对于PPP项目收益的影响因素研究相对较少。袁竞峰等[5]在《基础设施建设PPP项目关键绩效指标研究》中48个绩效指标可知影响PPP项目收益的因素包括项目成本、特许经营期、特许经营价格、客流量等。于景起[6]从核心利益相关者的出发，用Shapley值法构建PPP项目收益分配模型，通过分析该模型，得出解决收益分配的问题需修正风险因子。Viegas[7]关于交通建设的研究中表明，影响项目收益的因素有项目建设成本、合作期、再谈判等。Chang（2013）[8]构建的PPP项目收益模型以北京地铁4号线为例，说明了政府和私人投资者在项目合作中成本、收益和风险分担的分配，着重讨论了折现率对项目成本与收入的影响。夏颖等[9]以博弈论为基础研究PPP项目收益，讨论以相关贴现因子和策略为重点的讨价还价模型。
1.2 基于系统动力学研究PPP项目收益的理论
宋金波等[10]基于系统动力学和模糊逻辑方法研究了定性因素对模型的影响，以垃圾焚烧发电BOT项目案例进行模拟，讨论了在政府部门和项目公司各自期望的收益水平下特许期和特许价格的合理决策，并从特许期、特许价格、垃圾热值三个方面进行项目收益的灵敏度分析。孙春玲等（2016）[11]用系统动力学的方法建立了天然气PPP项目收益模型，以某加气站为例检验了模型的有效性，并建议相关的研究应定性与定量相结合。叶晓甦等[12]在考虑交易成本的前提下，运用系统动力学和模糊数学，构建了体育场馆PPP项目收益模型，讨论了相关因素对项目收益的影响程度。因此，分析高速公路PPP项目收益运用系统动力学方法是可行的，但缺乏针对高速公路项目收益的定性与定量相结合的研究。
综上所述，由于不同的项目有不同的成本投入与收入，目前针对PPP项目收益影响因素的研究较为单一和简单，多数学者未综合考虑特许期、车辆通行收入、可行性缺口补助、养护维修费等因素相互影响、相互作用，忽视了不同项目的成本投入与收入的差异对项目收益的影响程度不同。因此，在项目实施过程中缺乏实用性和准确性。本文通过运用系统动力学，对高速公路PPP项目进行定性和定量的综合研究，以某高速公路PPP项目为例，将项目收益作为研究对象，用系统动力学方法构建一个可操作的、实用的高速公路项目收益SD模型，进行模型仿真和灵敏度分析，以期为政府和社会资本投资者在筹资、建设、运营和管理PPP项目时提供参考。
泥巴是一个纯情的姑娘。其实没有人知道什么是纯情，纯情就是一种腔调。但泥巴就是拥有这样的腔调。这世界上没有纯情的姑娘，只有疑似纯情。
2 高速公路PPP项目收益系统动力学模型构建
2.1 高速公路PPP项目收益系统动力学框架
根据仿真可知，若特许经营期为25年时，项目收益净现值约为-423627万元，项目处于亏损状态；若特许经营期为30年时，项目收益净现值约为784266万元，项目处于盈利状态；若特许经营期约为27.2年时，项目净现值为0元，项目收益处于平衡状态。由此可知项目标准特许期约为27.2年，而该项目实际特许期为29.5年，该项目可实现盈利。因此，项目特许期应不低于28年。
2.2 高速公路PPP项目收益系统要素因果关系分析
运营期收入=车辆通行收入+可行性缺口补助-应交增值税-税金及附加-水利建设基金
图1 高速公路PPP项目收益系统动力学框架
2.3.2 决策变量
项目开辟了特高压北电南送的通道，有利于西北部煤电基地能源的有序开发及电力外送。随着京津冀协同发展的逐步推进，京津冀地区的负荷将会快速增长，项目的实施将较大地满足对电源增长的需求，实现更大范围的资源优化配置。
2.3 高速公路PPP项目收益系统变量分析
根据梳理高速公路PPP项目各个要素的因果关系，得出SD模型中的流量和存量的变化关系，高速公路PPP项目的SD流图如图3所示，其主要变量如下所示：
整个下半节晚自习，雷染君坐立难安，完全不在状态，课桌上摊开的课本一页也没有翻动过，满脑子都是她的为难。放学后，班里的同学陆续离开，她还坐在座位上一动不动。小夏特意等到其他人走空后，再次对雷染君劝道：“你去见姜祈一面吧，听方泽说，他是真的有事找你。”
高速公路PPP项目收益SD模型中，项目总成本和项目总收入是项目特许期内连续的各个年份累计值，然后得到收益净现值为最终输出值，采用系统动力学中INTEG（m，n）函数计算，m为变化量，n为初始值。
图2 高速公路PPP项目收益因果循环图
图3 高速公路PPP项目收益SD流图
总成本子系统中，项目建设期成本发生在特许期的第1至第5年，项目运营期成本发生在特许期的第6年至第29.5年。项目公司收益分为两部分，一部分是其通过高速公路运营（如：收取车辆通行费等）获得一定经营性收入，另一部分是当经营性收入不足以支付项目公司运营成本、偿还融资资金和获得合理回报利润时，政府所给予可行性缺口补助。
高速公路PPP项目收益由项目总成本子系统和项目总收入子系统产生的收益净现值来体现。在项目成本子系统中建筑安装工程费、设备及工具、器具购置费、征地拆迁费、前期准备费用、评估费、试验费、建管费、生产人员培训费、联合试运转费、建设期利息、预备费增加时，建设期成本也随之增加；特许经营期增长时，养护维修费、管理费等随之增加，进而运营期成本和总成本也增加。项目收入子系统中，车辆通行收入增加将引起可行性缺口补助减少，同时又会引起相关税费的增加，然后引起运营期收入的增加；可行性缺口补助增加会引起运营期收入增加，最终引起总收入的增加。
运营期成本=养护费用+机电运营费+大中修理费+管理费+运营期利息
建设期成本=建筑安装工程费+设备及工具、器具购置费+征地费+建设管理费+研究试验费+建设项目前期工作费+专项评价（估）费+联合试运转费+生产人员培训费+建设期贷款利息
根据对影响高速公路PPP项目收益的各个要素的分析，可以得知这些要素之间是相互影响、相互作用的，结合高速公路PPP项目收益系统动力学框架可以构建高速公路PPP项目收益的因果循环图，如图2所示。
2.3.3 辅助变量
护士除了作为一名护理人员,同时还承担母亲、妻子等多种角色,肩负着家庭和工作双重的压力,工作中的负面情绪可直接影响家庭的和谐,家庭的矛盾也直接影响工作的质量。
由于高速公路PPP项目中的管理费、初始机电运营费、运营期利息等变量随时间的变化而变化，采用系统动力学中 IF THEN ELSE（a，b，c）函数计算。
管理费=IF THEN ELSE（Time＞=T1，初始管理费 *（1+年增长率）ˆ（Time-T1），0）
机电运营费=IF THEN ELSE（Time＞=T2，初始机电运营费*（1+机电运营费年增长率）ˆ（Time-T2），0）
采用机械挖土将基坑开挖至水层约-1.5m处，测量确定井点位置，然后在井位挖一个土坑，深度约为0.5m，以利于冲击孔时集水、埋管和灌砂，并将小坑之间用水沟与集水坑连接排水[2]。
运营期利息=IF THEN ELSE(Time＞T3，（运营期贷款总额-（Time-T3）* 每年应还本金）* 利率，0）
应交增值税=应纳税额×税率
3 SD模型
3.1 高速公路PPP项目收益仿真模拟
为深化某省交通基础设施投融资体制改革，提高某省综合交通路网设施的水平，改善群众出行条件，缓解财政负担，某省人民政府下发《县县通高速公路建设工作方案的通知》。《县县通高速公路建设工作方案》提出，2017年力争新开工田林至西林高速公路项目，至2020年通过建成田林至西林高速公路，实现通高速的县（市、区）达到109个，县（市、区）通高速率达 100%。
本项目按高速公路标准设计，主线路线设计里程长198.68公里，设计速度 80公里/小时，路基宽 25.5米。项目投资估算总金额为260.6亿元，其中项目自筹资金493173万元，约占总投资的20%。其余资金通过银行贷款1972692万元，约占总投资的80%。上级部门拨付的专项补贴资金约为总投资的10%即260578.46万元。政府授予项目公司经营权34.5年，包括建设期5年，运营期29.5年。社会资本承担本项目的勘察、设计、投融资、建设、运营和维护管理。项目建成后，由项目公司负责本项目的运营维护工作，待期满后将合同上约定的本项目的资产全部无偿移交给政府。运用Vensim PLE软件进行仿真模拟，项目收益模拟结果如表1，状态变量变化趋势如图4。
表1 某市高速公路PPP项目收益模拟结果
3.2 高速公路PPP项目收益灵敏度分析
3.2.1 特许经营期调整
2.3.1 状态变量
高速公路PPP项目收益系统动力学模型由三个部分构成：总成本子系统、总收入子系统和期望收益子系统，框架图如图1所示。总成本又分为建设期成本和运营期成本，建设期成本主要包括建筑安装工程费、设备及工具、器具购置费、征地拆迁费、前期准备费用、评估费、试验费、建管费、生产人员培训费、联合试运转费、建设期利息、预备费，运营期成本包括养护维修费、大中修理费、机电运营费、运营期利息。总收入主要包括车辆通行费收入、可行性缺口补助及相关税费。高速公路PPP项目的期望收益等于项目总收入减项目总成本。这三个非线性的子系统之间相互独立、相互联系、相互影响。
当种植结构、生产规模和种植技术一定时，其使用化肥农药量及其通过雨水汇入水体的残留量也是一定的；当农场住户人口规模、生活习惯、消费水平一定时，其生活污水排放也是一定的。但流域内自然降雨量（水量）在年度之间是不同的，丰水年水量与枯水年水量或许存在成倍之差别。在同样的排污条件下，丰水年则水质趋好，枯水年则水质趋劣。
3.2.2 可行性缺口补助调整
图4 高速公路净现值、总收入和总成本趋势图
如图5，收益净现值初始水平如current 1曲线所示。当其它影响因素都不变的情况下可行性缺口补助增加20%时，收益净现值如current5曲线所示，则此时标准特许期约为26.7年，即比初始标准特许期降低1.84%。当其它影响因素都不变的情况下可行性缺口补助减少20%时，收益净现值如current 6曲线所示，则此时标准特许期约为27.6年，即比初始标准特许期提高1.47%。因为项目收益与可行性缺口补助正相关，且初始标准特许期低于实际特许期，则可行性缺口补助不能上涨；若可行性缺口补助约减少90%时，如current11曲线所示，此时标准特许期为29.5年，与实际特许期一致。因此，在其他影响因素不变条件下，政府对可行性缺口补助的合理调整范围为（0，90%）。
图5 可行性缺口补贴调整的项目收益趋势图
3.2.3 车辆通行收入调整
如图6，收益净现值初始水平如current 1曲线所示。当其它影响因素都不变的情况下车辆通行收入增加20%时，收益净现值如current 9曲线所示，则此时标准特许期约为24.5年，即比初始标准特许期降低10%。当其它影响因素都不变的情况下车辆通行收入减少20%时，收益净现值如current 10曲线所示，则此时标准特许期约为30.5年，即比初始标准特许期提高12.1%。项目收益与车辆通行收入正相关，且初始标准特许期低于实际特许期，车辆通行收入不应上涨；若车辆通行收入约减少15%时，如current12曲线所示，此时标准特许期为29.5年，与实际特许期一致。因此，在其他影响因素不变条件下，高速公路运营单位对车辆通行收入的合理调整范围为（0，15%）。
4 研究结论
图6 车辆通行收入调整的项目收益趋势图
以高速公路PPP项目收益为研究对象，运用系统动力学方法分析成本与收入的因果关系，构建了项目收益SD模型，运用Vensim PLE软件结合某高速公路案例进行仿真模拟与灵敏度分析，得出以下三方面结论：①高速公路PPP项目前期准备工作中，应多方面考虑政府、社会资本投资方和社会公众的需求，为实现社会效益最大化的目标，合理制定特许期，类似案例中特许期不应低于28年。②政府在给予高速公路PPP项目财政补贴时，应综合考虑特许期、车辆通行收入等因素，给予合理补贴，增强私人资本投资方的信心，实现PPP项目中各方的效益，类似案例中可行性缺口补助的最多减少90%。③高速公路运营单位收取高速公路过路费时，在保持高速公路运营单位积极性的前提下，应尽量考虑运营成本、可行性缺口补助，减轻政府的财政负担，类似案例中车辆通行收入的可下调范围不超过15%。
高速公路PPP项目建设周期长、资金需求大、人员设备投入多，政府应为高速公路PPP项目拓宽融资渠道，提供多样化资金支持，加强相关政策引导。同时高速公路PPP项目的收益是一个复杂的系统，在未来研究中，可以进一步分析关键风险因素、政府政策、人员技术水平对项目收益系统的影响。
杨小水的眼睛好像突然亮了一下，旋即又暗了下去。这一点，被苏楠敏锐地捕捉到了。老乡又怎么样？外面到处都是。
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Research on the Benefits of Expressway PPP Project Based on System Dynamics:Taking Tianlin to Xilin(Yunnan-Guizhou Junction)Expressway as an Example
（College of Economics and Management，China Three Georges University，Yichang 443000，China）
Abstract: In the construction of public transportation infrastructure in China,highways,as an important part of China's transportation industry,play an important role in the development of national economy.By constructing the cost and revenue framework of a highway PPP project,this paper analyzes the factors affecting the project revenue,and uses the system dynamics and Vensim PLE software to construct the revenue system dynamics model of a highway PPP project,and discusses the franchise period.The degree of influence of vehicle traffic income and feasibility gap subsidies on the revenue of expressway PPP projects provides relevant reference for government and social investors in the PPP project.
Key words: highway；PPP project revenue；system dynamics
中图分类号： F284.3
文献标识码： A
文章编号： 1006-4311（2019）16-0020-04
作者简介： 刘秋林（1993-），女，土家族，湖北恩施人，研究方向为项目管理；贾立敏（1962-），男，湖北宜昌人，研究方向为工程管理与项目管理。
标签：高速公路论文; PPP项目收益论文; 系统动力学论文; 三峡大学经济与管理学院论文;