張淼林， 張成中

(1. 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院， 陜西 西安 710055； 2. 陜西省巖土與地下空間工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710055)

0 引言

在國(guó)家政策的鼓勵(lì)下，各地區(qū)紛紛投資建設(shè)綜合管廊，但對(duì)建成后的運(yùn)營(yíng)階段考慮較少，不少地區(qū)出現(xiàn)建設(shè)完成后無(wú)法實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)的情況，重建設(shè)輕運(yùn)營(yíng)已成為當(dāng)前阻礙綜合管廊在我國(guó)發(fā)展的主要問題。項(xiàng)目投資主體的確定即確定了該項(xiàng)目的決策主體，一定程度上也決定了后期可采用的運(yùn)營(yíng)模式。在綜合管廊立項(xiàng)階段確定合適的投資運(yùn)營(yíng)模式，可以有效保證項(xiàng)目融資、建設(shè)和后期運(yùn)營(yíng)的順利進(jìn)行，以充分發(fā)揮綜合管廊城市地下生命線的作用。目前，綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式的選擇還沒有形成統(tǒng)一的指導(dǎo)意見，縱觀對(duì)綜合管廊建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式方面的研究，主要集中在對(duì)PPP模式的選擇、運(yùn)營(yíng)模式的研究等方面。文獻(xiàn)[1]在初步識(shí)別7種適合綜合管廊的PPP模式的基礎(chǔ)上，運(yùn)用OWA算子和可拓物元，確定了各PPP模式與綜合管廊項(xiàng)目的適用程度；文獻(xiàn)[2]在對(duì)不同PPP模式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和直覺梯形模糊TOPSIS法構(gòu)建了綜合管廊PPP模式兩階段選擇模型；文獻(xiàn)[3]分析了綜合管廊不同運(yùn)營(yíng)模式的特點(diǎn)，運(yùn)用直覺模糊集構(gòu)建了綜合管廊運(yùn)營(yíng)模式?jīng)Q策模型；文獻(xiàn)[4]在對(duì)國(guó)內(nèi)常用的3種運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行案例分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)存的問題提出了基于“三級(jí)架構(gòu)”的PPP和非PPP 2種模式。部分學(xué)者也對(duì)綜合管廊的投資運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[5]通過對(duì)深圳市市政管道建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出政府全額出資、管線單位租用是最適宜深圳市的模式；文獻(xiàn)[6]梳理了北京市綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式存在的問題，提出引入社會(huì)資本、實(shí)行有償使用等建議。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式的研究較少，且集中在根據(jù)地區(qū)的建設(shè)情況分析某種模式與該地區(qū)的契合性上，缺乏對(duì)投資運(yùn)營(yíng)模式通用選擇模型的研究。本文在對(duì)常用的4種投資運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式選擇指標(biāo)體系，并運(yùn)用云模型對(duì)AHP-TOPSIS進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式的通用選擇模型，以期為地方政府選擇綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式提供決策依據(jù)與方法。

1 國(guó)內(nèi)常用綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)的分析和實(shí)際工程項(xiàng)目信息的收集，目前較為常用的投資運(yùn)營(yíng)模式有4種： 政府全額出資模式、政府和管線單位合資模式、股份合作制模式、特許經(jīng)營(yíng)模式。

1.1 政府全額出資模式

政府全額出資模式是指建設(shè)資金來(lái)源于政府部門或政府部門下轄的城市投融資平臺(tái)，建設(shè)完成后綜合管廊產(chǎn)權(quán)歸政府所有，管線單位無(wú)償將管線敷設(shè)其中，綜合管廊主體結(jié)構(gòu)和一般附屬設(shè)施的維護(hù)由政府部門負(fù)責(zé)，各管線單位負(fù)責(zé)各自管線及相關(guān)附屬設(shè)備的維護(hù)。政府全額出資模式是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域最常見的模式，在規(guī)劃階段可以節(jié)省大量與管線單位協(xié)商入廊費(fèi)用和運(yùn)維費(fèi)用的時(shí)間；政府部門擁有綜合管廊的全部產(chǎn)權(quán)，避免了和其他共建單位之間的產(chǎn)權(quán)糾紛，能有效保障綜合管廊提供服務(wù)的穩(wěn)定性；在管線單位無(wú)償使用的情況下，相比傳統(tǒng)的直埋敷設(shè)方式，將管線入廊沒有增加管線單位的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)，保證了管線單位入廊的積極性。

1.2 政府和管線單位合資模式

政府和管線單位合資模式是指由政府和管線單位共同出資建設(shè)綜合管廊，建設(shè)完成后綜合管廊產(chǎn)權(quán)由政府和管線單位共同所有。綜合管廊的使用權(quán)歸管線單位所有，綜合管廊的維護(hù)方式有2種： 一種是由政府部門指定的國(guó)有企業(yè)負(fù)責(zé)管廊主體和一般附屬設(shè)施的維護(hù)，管線單位負(fù)責(zé)各自管線及相關(guān)附屬設(shè)備的維護(hù)；另一種是將綜合管廊的運(yùn)營(yíng)維護(hù)交與專業(yè)的運(yùn)營(yíng)公司，運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用由政府和管線單位按一定比例分?jǐn)?。采用政府和管線單位合資模式，可以緩解地方政府部門的財(cái)政壓力，由于管線單位也參與了綜合管廊的建設(shè)，可以有效保證管線單位入廊的積極性。

1.3 股份合作制模式

股份合作制模式是指地方政府授權(quán)國(guó)有企業(yè)代表政府以地下空間資源或部分資金入股吸引社會(huì)資本參與綜合管廊項(xiàng)目共同組建股份制項(xiàng)目公司，以股份制的形式進(jìn)行項(xiàng)目的投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)，建成后管廊產(chǎn)權(quán)由政府和社會(huì)資本共同所有。股份合作制投資運(yùn)營(yíng)模式通過吸引社會(huì)資本參與綜合管廊項(xiàng)目的投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)，可以有效緩解政府的財(cái)政壓力，同時(shí)引入了社會(huì)資本的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)，使綜合管廊項(xiàng)目各階段的工作更加高效和完善。

1.4 特許經(jīng)營(yíng)模式

特許經(jīng)營(yíng)模式是指社會(huì)資本與政府部門通過簽訂特許經(jīng)營(yíng)協(xié)議，在特許經(jīng)營(yíng)期內(nèi)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)綜合管廊，待特許經(jīng)營(yíng)期滿將綜合管廊無(wú)償轉(zhuǎn)交與指定的政府管理機(jī)構(gòu)。社會(huì)資本與政府部門成立項(xiàng)目公司，社會(huì)資本部分出資，其余建設(shè)資金以項(xiàng)目融資的方式通過金融機(jī)構(gòu)貸款，在特許經(jīng)營(yíng)期內(nèi)項(xiàng)目公司擁有綜合管廊的產(chǎn)權(quán)，待特許經(jīng)營(yíng)期滿，產(chǎn)權(quán)歸政府所有。綜合管廊的維護(hù)可以由項(xiàng)目公司自行組建運(yùn)營(yíng)并負(fù)責(zé)管理，也可以分包給專業(yè)的運(yùn)營(yíng)公司負(fù)責(zé)管理，維護(hù)費(fèi)用由項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)。項(xiàng)目公司的主要收入來(lái)源包括管線單位繳納的一次入廊費(fèi)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)和政府的可行性缺口補(bǔ)助。采用特許經(jīng)營(yíng)模式建設(shè)綜合管廊可以有效地緩解政府財(cái)政壓力，引入社會(huì)資本的先進(jìn)管理手段，建設(shè)效率和運(yùn)營(yíng)效率都能大幅提升。

當(dāng)前常用的4種投資運(yùn)營(yíng)模式具有不同的特點(diǎn)，是各地區(qū)在建設(shè)綜合管廊項(xiàng)目的過程中不斷摸索總結(jié)出來(lái)的階段性成果。4種投資運(yùn)營(yíng)模式對(duì)比分析見表1。

表1 投資運(yùn)營(yíng)模式對(duì)比分析

2 綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式選擇模型構(gòu)建

2.1 構(gòu)建投資運(yùn)營(yíng)模式選擇指標(biāo)體系

綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式選擇指標(biāo)體系的確定對(duì)投資運(yùn)營(yíng)模式的選擇具有決定性的作用，選擇的指標(biāo)不同，可能帶來(lái)截然不同的結(jié)果，因此指標(biāo)體系的選擇應(yīng)該遵循合理性、科學(xué)性、針對(duì)性等原則。本文對(duì)綜合管廊4種投資運(yùn)營(yíng)模式的本質(zhì)區(qū)別進(jìn)行分析，在考慮綜合管廊現(xiàn)存問題、建設(shè)意義、專家建議等方面內(nèi)容的基礎(chǔ)上，從項(xiàng)目特征、抗風(fēng)險(xiǎn)能力、工作效能、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等5方面初選了24個(gè)指標(biāo)。聚類分析[7]可以使相關(guān)性高的指標(biāo)歸為一類，降低指標(biāo)間的相關(guān)性； 灰色關(guān)聯(lián)分析[8]則可以保留關(guān)聯(lián)度大的指標(biāo)，剔除關(guān)聯(lián)度小的指標(biāo)。為保證各指標(biāo)之間的相關(guān)性及指標(biāo)的重要性，本文將采用聚類分析和灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的方法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，最終確定綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式選擇指標(biāo)體系，見表2。

表2綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式選擇指體系

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

準(zhǔn)則層編號(hào)指標(biāo) 指標(biāo)編號(hào)管廊項(xiàng)目特征C1管廊建設(shè)規(guī)模C11入廊管線種類C12管廊需求程度C13當(dāng)?shù)卣?cái)政支付能力C14項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)C2政治風(fēng)險(xiǎn)C21市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)C22資金風(fēng)險(xiǎn)C23項(xiàng)目?jī)?nèi)生風(fēng)險(xiǎn)C24工作效能C3規(guī)劃設(shè)計(jì)工作效能C31建設(shè)工作效能C32運(yùn)營(yíng)工作效能C33協(xié)調(diào)工作效能C34經(jīng)濟(jì)效益C4政府收益C41管線單位收益C42社會(huì)資本收益C43社會(huì)效益C5管廊空間利用率C51城市環(huán)境影響C52經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)C53

2.2 構(gòu)建投資運(yùn)營(yíng)模式選擇模型

2.2.1 基于云模型改進(jìn)層次分析法確定權(quán)重

層次分析法由Saaty教授在20世紀(jì)80年代初提出，是一種系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，在因素之間進(jìn)行對(duì)比形成判斷矩陣，因素之間的相對(duì)重要性通過評(píng)價(jià)尺度“同等重要”“稍微重要”“相當(dāng)重要”“明顯重要”“絕對(duì)重要”來(lái)表述，Saaty等學(xué)者提出了采用1—9標(biāo)度法來(lái)表示評(píng)價(jià)尺度(見表3)，實(shí)現(xiàn)了定性指標(biāo)向定量指標(biāo)的轉(zhuǎn)化。層次分析法(AHP)的評(píng)價(jià)尺度實(shí)際是屬于模糊數(shù)學(xué)的范疇，采用精確的整數(shù)來(lái)表示模糊的概念未必符合實(shí)際。有學(xué)者指出，重要性的大小實(shí)際上是一個(gè)具有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)，為解決這一矛盾，王洪利[9]提出了通過在層次分析法中引入隸屬云的概念，以此來(lái)通過定性的概念去描述因素間的重要性。

表3 1—9標(biāo)度法

(1)

(2)

(3)

第3步，進(jìn)行層次單排序及其一致性檢驗(yàn)。經(jīng)過第2步后，將專家對(duì)每一層次各個(gè)因素兩兩對(duì)比后形成的判斷矩陣轉(zhuǎn)化為基于云模型判斷標(biāo)度的判斷矩陣：

表4 隨機(jī)一致性指標(biāo)

第4步，進(jìn)行層次總排序及其一致性檢驗(yàn)。經(jīng)過層次單排序之后，可以得到對(duì)于某一層次所有因素相對(duì)于上一層某因素的權(quán)重向量，采用云模型數(shù)字特征的乘法運(yùn)算法則計(jì)算最底層因素相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重，即層次總排序。同樣的，對(duì)層次總排序也需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

本文通過問卷調(diào)查的方式邀請(qǐng)62位綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域的專家和學(xué)者對(duì)指標(biāo)進(jìn)行重要性打分，最終收回55份有效問卷。經(jīng)過步驟1至步驟4的數(shù)據(jù)分析，最終各指標(biāo)的隸屬云權(quán)重見表5。

表5 指標(biāo)權(quán)重隸屬云

2.2.2 基于云模型改進(jìn)TOPSIS法構(gòu)建選擇模型

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，又稱為理想解排序法、理想點(diǎn)法等，是一種根據(jù)現(xiàn)有評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化指標(biāo)接近程度進(jìn)行排序的多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法[14-15]。其評(píng)價(jià)原理是選取待評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值中的所有最優(yōu)值和最劣值組成最優(yōu)解和最劣解，計(jì)算待評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)解和最劣解的相對(duì)距離。當(dāng)評(píng)價(jià)對(duì)象最靠近最優(yōu)解且最遠(yuǎn)離最劣解即為最優(yōu)，根據(jù)相對(duì)距離來(lái)進(jìn)行方案的排序。

第1步，邀請(qǐng)專家針對(duì)各選擇指標(biāo)確定各評(píng)價(jià)方案的得分，采用逆向云發(fā)生器得到?jīng)Q策隸屬云矩陣。

第2步，將指標(biāo)權(quán)重隸屬云與指標(biāo)評(píng)價(jià)值隸屬云按照云模型數(shù)字特征的乘法法規(guī)進(jìn)行集結(jié)得到加權(quán)決策隸屬云矩陣Z=(zij)m×n。設(shè)權(quán)重隸屬云特征值為ωj=(Exj,Enj,Hej)，決策隸屬云矩陣為B=(bij)m×n，其中bij=(Exij,Enij,Heij)，則

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

(4)

第3步，構(gòu)造正、負(fù)理想解隸屬云。設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中效益型指標(biāo)集合為T1，成本型指標(biāo)集合為T2，效益型指標(biāo)表示屬性值越大越優(yōu)，成本型指標(biāo)表示屬性值越小越優(yōu)。

(5)

(6)

第4步，計(jì)算待評(píng)價(jià)模式指標(biāo)評(píng)價(jià)隸屬云與正、負(fù)理想解隸屬云的距離。本文擬采用隸屬云的相似性概念來(lái)計(jì)算評(píng)價(jià)方案與正、負(fù)理想解隸屬云的距離。設(shè)2朵隸屬云分別為A1=(Ex1,En1,He1)、A2=(Ex2,En2,He2)，通過正向隸屬云發(fā)生器生成n個(gè)云滴，保留落在[Ex-3n,Ex+3n]內(nèi)的云滴。若2朵云落在范圍內(nèi)的云滴數(shù)n1≠n2，取其中較小值的云滴數(shù)，以橫坐標(biāo)值進(jìn)行排序，依次計(jì)算2朵云相鄰云滴的距離，則2朵云的距離[16]可定義為：

(7)

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目概況

陜西省西安市某地下綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目囊括了西安市主城區(qū)及周邊區(qū)縣的地下管廊建設(shè)，項(xiàng)目分為2個(gè)標(biāo)段。西安市某地下綜合管廊建設(shè)PPP項(xiàng)目Ⅰ標(biāo)段包括新建干線、支線管廊72 230 m，纜線管廊182 500 m，靜態(tài)投資估算為745 259.55萬(wàn)元； 未來(lái)需回購(gòu)幸福路、萬(wàn)壽路干支線管廊10 670 m，靜態(tài)投資估算87 862.00萬(wàn)元。

3.2 實(shí)例分析

邀請(qǐng)22位綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域相關(guān)專家和學(xué)者根據(jù)項(xiàng)目工程資料和所在地情況按照1—5標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行打分。在項(xiàng)目特征這一準(zhǔn)則層中，1—5標(biāo)度分別表示當(dāng)前項(xiàng)目特征條件下采用各模式的適合程度，屬于效益型指標(biāo)；在項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)這一準(zhǔn)則層中，1—5標(biāo)度分別表示各模式下發(fā)生此類風(fēng)險(xiǎn)的可能性大小，屬于成本型指標(biāo)；在工作效能這一準(zhǔn)則層中，1—5標(biāo)度分別表示各模式下工作效能的高低，屬于效益型指標(biāo)；在經(jīng)濟(jì)效益這一準(zhǔn)則層中，1—5標(biāo)度分別表示各模式下參與各方獲取收益的可能性大小，屬于效益型指標(biāo)；在社會(huì)效益這一準(zhǔn)則層中，1—5標(biāo)度分別表示各模式下可能獲得的社會(huì)效益的大小，屬于效益型指標(biāo)。

將原始數(shù)據(jù)按式(1)至式(3)進(jìn)行處理，得到各模式加權(quán)決策隸屬云，并從加權(quán)決策隸屬云中篩選出正、負(fù)理想解隸屬云。利用Matlab軟件分別計(jì)算各模式下指標(biāo)評(píng)價(jià)隸屬云與正、負(fù)理想解隸屬云的距離，并根據(jù)隸屬云的特征值生成云滴，對(duì)落在[Ex-3n,Ex+3n]內(nèi)的云滴依次排序后兩兩云滴進(jìn)行計(jì)算。由于此時(shí)云滴的生成具有隨機(jī)性，最終2個(gè)隸屬云之間的距離也具有隨機(jī)性，因此在確定距離時(shí)，本文將程序運(yùn)行10次后得出的距離值的平均值作為最終計(jì)算結(jié)果。以規(guī)劃設(shè)計(jì)工作效能指標(biāo)為例，各模式下該指標(biāo)的評(píng)價(jià)隸屬云與正、負(fù)理想解隸屬云在論域[0,1]中的映射見圖1和圖2，圖中不同顏色的點(diǎn)分別代表規(guī)劃設(shè)計(jì)工作效能指標(biāo)正、負(fù)理想解隸屬云和各模式的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作效能評(píng)價(jià)隸屬云。

圖1規(guī)劃設(shè)計(jì)工作效能指標(biāo)評(píng)價(jià)隸屬云與正理想解隸屬云的映射關(guān)系

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

圖2規(guī)劃設(shè)計(jì)工作效能指標(biāo)評(píng)價(jià)隸屬云與負(fù)理想解隸屬云的映射關(guān)系

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

利用Matlab軟件計(jì)算各模式下管廊建設(shè)規(guī)模指標(biāo)評(píng)價(jià)隸屬云與正、負(fù)理想解隸屬云的平均距離如下：

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。

各投資運(yùn)營(yíng)模式的評(píng)價(jià)隸屬云與正、負(fù)理想解隸屬云的Euclid距離分別為：

4 結(jié)論與討論

1)構(gòu)建了投資運(yùn)營(yíng)模式選擇指標(biāo)體系，運(yùn)用AHP和TOPSIS相結(jié)合的方法克服了TOPSIS無(wú)法確定指標(biāo)權(quán)重的缺點(diǎn)，充分考慮了模式選擇過程中專家評(píng)價(jià)語(yǔ)言的不確定性，引入云模型分別對(duì)AHP-TOPSIS加以改進(jìn)，最終構(gòu)建了綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式選擇模型，并通過案例驗(yàn)證了該模型具有較好的擬合度，可以為地方政府選擇綜合管廊投資運(yùn)營(yíng)模式提供決策依據(jù)與方法。

2)當(dāng)前國(guó)內(nèi)綜合管廊正處于建設(shè)的高峰期，鮮有項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)成功運(yùn)營(yíng)。本文所選擇定量指標(biāo)的數(shù)據(jù)難以獲取，因此僅能依據(jù)專家打分的形式得出，缺乏可靠性，待日后多數(shù)綜合管廊進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段，可以通過實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行模式的選擇，進(jìn)一步完善投資運(yùn)營(yíng)模式選擇模型。