孫春玲，任　菲，張夢曉

(天津理工大學(xué)管理學(xué)院，天津　300384)

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公私合營項目收益系統(tǒng)動力學(xué)分析——以天然氣項目為例

孫春玲，任菲，張夢曉

(天津理工大學(xué)管理學(xué)院，天津300384)

摘要：針對天然氣項目成本與收入構(gòu)成框架，基于項目收益影響因素因果關(guān)系分析，構(gòu)建天然氣PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)模型，并運用Vensim PLE軟件，結(jié)合已建成投入使用的西北加氣站作為研究案例，進行模型有效性檢驗、仿真模擬與靈敏度分析。結(jié)果表明，特許期、特許價格、年加氣量和私人部門期望收益率對項目收益產(chǎn)生綜合相互作用的顯著影響，從而提出有關(guān)特許經(jīng)營協(xié)議定性與定量相結(jié)合的措施建議。

關(guān)鍵詞：天然氣；PPP；項目收益；系統(tǒng)動力學(xué)

1引言

中國天然氣項目在《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》中作為綠色能源重要領(lǐng)域，無論在主觀的環(huán)保需求還是在客觀的技術(shù)條件上都有巨大的發(fā)展空間[1]。但是隨著天然氣供給能力與終端銷售市場不斷擴大的同時，單純由中石油、中石化等國有公司擔(dān)當(dāng)天然氣項目主要投資者和經(jīng)營者已為政府造成了一定負擔(dān)，普遍存在資金短缺、風(fēng)險約束缺乏和管理機制效率低下等問題[2]。由此，2015年6月1日《基礎(chǔ)設(shè)施和公用事業(yè)特許經(jīng)營管理辦法》頒布,試圖利用PPP(Public Private Partnership)模式激發(fā)私人部門投資活力，通過政府和私人部門共同參與城市基礎(chǔ)設(shè)施項目建設(shè)和運營，以特許經(jīng)營協(xié)議為基礎(chǔ)，建立長期互利的合作目標(biāo)，實現(xiàn)有效公共服務(wù)供給[3]。

基于私人部門利益驅(qū)動和回收成本的需要，PPP項目收益研究作為政府和私人部門談判基礎(chǔ)，可進一步厘清政企邊界，落實法律法規(guī)操作細則[4]。然而現(xiàn)有研究PPP模式文獻多集中于高速公路、污水處理和垃圾焚燒等項目，較少針對天然氣PPP項目技術(shù)要求高、前期投入大、回報周期長等特點，深入發(fā)掘天然氣項目成本與收入特殊構(gòu)成[5]。并且目前學(xué)者對于PPP項目收益研究主要從特許期、特許價格或客流量單一視角出發(fā)[6]，將客流量看作制定特許期或特許價格的調(diào)節(jié)變量，利用系統(tǒng)動力學(xué)分析考察不同因素相互作用對項目收益影響研究尚不多見[7]。由此，以PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)(System Dynamics,SD)模型作為切入點，結(jié)合已建成投入使用的西北加氣站作為研究案例，探討項目收益變化情況對政府和私人部門決策影響，有助于公共服務(wù)產(chǎn)品供給與管理效率提高。

2PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)理論基礎(chǔ)

允許私人部門參與公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的思想促成了PPP模式的出現(xiàn)，而針對一些新興綠色能源項目高風(fēng)險的特點，政府都會實行某種程度的擔(dān)保與調(diào)整機制來降低私人部門風(fēng)險，或直接進行財政補貼來提高私人部門收益[8]，由此PPP項目收益影響因素主要有項目成本、特許期、特許價格、年加氣量和政府補貼等[9]。項目成本直接關(guān)系到私人部門最終收益和公眾支付意愿與能力，需要平衡二者之間關(guān)系以使項目成功運作[10]。特許期一方面不能過長，導(dǎo)致政府財政損失；另一方面不能過短，使私人部門投資意愿下降或迫使提高價格將負擔(dān)轉(zhuǎn)移給公眾。特許價格中基準(zhǔn)部分通常由項目成本起決定性作用，而調(diào)整部分往往取決于運營期客流量、同類競爭產(chǎn)品替代率和物價指數(shù)變化等不確定性狀況，在保證私人部門收益的同時遏制暴利[11]，并減少政府和私人部門再談判成本[12]?，F(xiàn)有文獻證明運營期客流量不確定性較大，研究重點在于政府擔(dān)保、特許期和特許價格調(diào)整機制等風(fēng)險分擔(dān)方式[13]。天然氣項目前期投資大、回收期長、技術(shù)高新，財務(wù)上難以達到收支平衡時政府可適當(dāng)補貼或提供優(yōu)惠政策來吸引私人部門，例如直接補貼、電費優(yōu)惠和稅收減免等方式[14]。

而系統(tǒng)動力學(xué)以定性和定量相結(jié)合的研究方法為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定最終項目收益的原理[15]，首先定性地描繪項目收益各個影響因素之間的因果關(guān)系，然后利用反饋、調(diào)節(jié)和控制等系統(tǒng)行為設(shè)計反饋回路，最后運用計算機軟件(Vensim PLE)仿真模擬，定量地考察高階次、非線性和多重反饋的項目收益各個影響因素特性及其動態(tài)發(fā)展，實質(zhì)上就是尋找項目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終得到項目收益合理化[16]。PPP項目在保證公共服務(wù)供給的條件下，可以利用系統(tǒng)動力學(xué)模型來尋找特許期、特許價格和年加氣量等影響因素之間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理化，以平衡政府和私人部門兩者的期望收益。

綜上所述，現(xiàn)有PPP項目收益研究較少考察特許期、特許價格和客流量三者綜合相互作用，從而難以揭示不同類型項目投資成本與收入差異對項目收益起到的關(guān)鍵影響。因此，針對天然氣項目成本與收入構(gòu)成的綜合系統(tǒng)框架，構(gòu)建包含以上眾多項目收益影響因素的系統(tǒng)動力學(xué)因果循環(huán)圖與SD流圖，通過模型有效性檢驗，對案例進行仿真模擬與靈敏度分析，提出有關(guān)特許經(jīng)營協(xié)議定性與定量相結(jié)合的措施建議，同時具有理論和實踐意義。

3PPP項目收益SD模型構(gòu)建

3.1PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)框架

PPP項目收益SD模型是由成本子系統(tǒng)、收入子系統(tǒng)和期望收益率結(jié)合而成的復(fù)雜開放系統(tǒng)，具有高階次、非線性、多重反饋的特性。PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)框架見圖1，其中成本子系統(tǒng)主要包括建設(shè)成本和運營成本。建設(shè)成本包括自籌資金、貸款資金和貸款利息。運營成本主要包括原材料費、維修運行費、保險費和稅費。收入子系統(tǒng)主要包括銷售收入、政府補貼和額外收入，額外收入主要涉及廣告、物業(yè)和綠化等收入。PPP項目兩個子系統(tǒng)之間既相互獨立，又相互聯(lián)系，形成了多重因果反饋回路，共同作用于私人部門投資決策。

圖1　PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)框架

3.2PPP項目收益因果關(guān)系分析

梳理眾多項目收益影響因素之間多重因果關(guān)系是構(gòu)建SD模型的基礎(chǔ)，根據(jù)PPP項目成本與收入構(gòu)成特質(zhì)的系統(tǒng)動力學(xué)框架，繪制PPP項目收益因果循環(huán)圖(見圖2)。其中“+”號箭頭表示某變量的增加將引起另一變量的增加，“-”號箭頭表示某變量的增加將引起另一變量的減少。

PPP項目收益SD模型由成本子系統(tǒng)和收入子系統(tǒng)所決定的最終收益凈現(xiàn)值來反映，而凈現(xiàn)值又受到期望收益率影響。成本子系統(tǒng)中，自籌資金的增加將引起貸款資金的減少，貸款利息也隨之減少；建設(shè)成本的增加將引起項目規(guī)模的增大，進而運營成本和總成本也將增加。收入子系統(tǒng)中，年加氣量的增加將引起特許期和特許價格的減少，特許期的減少又將會引起特許價格的增加，最終特許價格和年加氣量的增加、政府補貼、額外收入將會共同引起總收入的增加。

圖2　PPP項目收益因果循環(huán)圖

3.3PPP項目收益SD流量與存量分析

基于因果關(guān)系定性梳理，分析項目收益影響因素中流量與存量的變化機制，構(gòu)建PPP項目收益SD流圖(見圖3)，其中主要變量與關(guān)系式如下：

(1)狀態(tài)變量。PPP項目收益SD模型中凈現(xiàn)值為最終輸出量，總成本與總收入為項目特許期內(nèi)各個年份的累積量，利用系統(tǒng)動力學(xué)INTEG(a，b)函數(shù)計算，a為變化量、b為初始值。

(2)決策變量。由于天然氣PPP項目收益中年加氣量具有不確定性，因此政府通常在特許經(jīng)營協(xié)議中與私人部門約定最低年加氣量標(biāo)準(zhǔn)。如果某年天然氣項目實際加氣量低于最低年加氣量標(biāo)準(zhǔn)，政府將給予私人部門補貼，否則無政府補貼。利用系統(tǒng)動力學(xué)IF THEN ELSE(c，d，e)計算政府補貼，c為條件、d為條件成立時的變量取值、e為條件不成立時的變量取值，年加氣量為時間的動態(tài)表函數(shù)。

銷售收入=特許價格×年加氣量Time

政府補貼=IF THEN ELSE(年加氣量Time<最低年加氣量標(biāo)準(zhǔn)，政府補貼，0)

建設(shè)成本=自籌資金+貸款資金+貸款利息

運營成本=原材料費+維修保養(yǎng)運行費+固定資產(chǎn)折舊+保險費+稅收

(3)輔助變量。PPP項目收益SD模型貸款資金中設(shè)備融資、地上建筑物融資和項目收益抵押融資特許期內(nèi)各年貸款金額為時間的動態(tài)表函數(shù)，因而各年貸款利息也都不同。

貸款資金=設(shè)備融資Time+地上建筑物融資Time+項目收益抵押融資Time

貸款利息=貸款資金×利率Time

原材料費=原材料單價Time×年加氣量Time

3.4SD模型有效性檢驗與仿真模擬

21世紀(jì)初，中國政府為了打造綠色生態(tài)城市,控制愈演愈烈的汽車尾氣污染，引進“天然氣燃料及配套加氣站技術(shù)”來改變汽車燃料結(jié)構(gòu)，使汽車尾氣排放指標(biāo)大幅度高于國家相關(guān)行業(yè)規(guī)范要求。但由于天然氣加氣站進口設(shè)備投資大，工藝流程要求苛刻，維護成本較高，各地項目建設(shè)初期普遍存在資金到位情況差的問題。西北某地方政府在與私人部門充分協(xié)商的基礎(chǔ)上，利用國產(chǎn)高壓壓縮機和低溫泵技術(shù)，采用PPP模式，成立項目公司負責(zé)加氣站的融資、建設(shè)和運營，特許期滿后加氣站無償移交當(dāng)?shù)卣?/p>

圖3　PPP項目模式SD流圖

本項目總投資3000萬元，其中項目公司自籌資金765萬元；以項目收益為抵押向銀行貸款935萬元，一次性支付，回收期5年，年利率5.5%；天然氣加氣設(shè)備融資700萬元，6年內(nèi)等額支付，年利率7%；加氣站地上建筑物融資600萬元，6年內(nèi)等額支付，年利率6%。運營期每年維修保養(yǎng)運行費177.4萬元、保險費60萬元、固定資產(chǎn)利用平均年限法(10年)每年計提折舊175.1萬元和稅率5.5%。天然氣加氣站當(dāng)年設(shè)計施工，當(dāng)年就投入運營，設(shè)計規(guī)模為24000m3/天，實際加氣量為30000m3/天，比原設(shè)計提高了25%，零售價格隨原材料價格每階段略有浮動，折現(xiàn)率采用同期銀行基準(zhǔn)年利率，期望收益率參照行業(yè)平均收益率10%的標(biāo)準(zhǔn)，特許經(jīng)營期為22年，運用Vensim PLE軟件凈現(xiàn)值仿真模擬結(jié)果見表1，SD模型中凈現(xiàn)值隨成本子系統(tǒng)和收入子系統(tǒng)變化趨勢見圖4。

表1　加氣站凈現(xiàn)值仿真模擬結(jié)果

圖4　加氣站凈現(xiàn)值、總收入和總成本趨勢圖

現(xiàn)有資料列舉了加氣站特許期前9年凈現(xiàn)值的真實記錄，將仿真模擬結(jié)果與之作為比較，考察實際歷史數(shù)據(jù)與模型仿真結(jié)果之間的擬合度，對此SD模型進行有效性檢驗，保證模型一定程度上的正確性和可靠性。相對誤差分析見圖5，橫坐標(biāo)表示特許期年數(shù)，縱坐標(biāo)表示仿真值與真實凈現(xiàn)值之間的相對誤差率，氣泡大小表示仿真值與真實值之間的歐式距離誤差率。其中最大相對誤差率為10.81%，最小相對誤差率為0.50%，平均相對誤差率為6.45%，均小于15%，可認為此SD模型基本符合有效性檢驗條件。

圖5　SD模型相對誤差分析圖

3.5SD模型的靈敏度分析

靈敏度分析是考察參數(shù)變量或模型結(jié)構(gòu)改變對輸出結(jié)果的影響程度，通過循環(huán)調(diào)試尋找影響程度較大的參數(shù)變量，以此作為模型的杠桿作用點，為實際系統(tǒng)決策提供針對性建議。天然氣PPP項目收益SD模型中，在可靠的法律效力下，特許期和特許定價是政府與私人部門博弈的重要對象，年加氣量在整體系統(tǒng)中不確定性較大，并且不同私人部門對同一項目的期望收益率存在差異，因此對特許期、特許價格、年加氣量和期望收益率這四類參數(shù)變量做靈敏度測試，進行實際系統(tǒng)的決策分析。

(1)特許期調(diào)整。如表1和圖4所示，私人部門對天然氣項目期望收益率為10%時，其余影響因素不變的情況下，第11年凈現(xiàn)值為-208.66萬元，第12年凈現(xiàn)值即為36.54萬元，動態(tài)投資回收期(即標(biāo)準(zhǔn)特許期)約為11.8年，實際特許期為22年，私人部門收益遠超預(yù)期，分析主要原因有兩方面：一是實際年加氣量達到30000m3/天，比預(yù)期高出25%，致使收入大大增加，回收期縮短；二是期望收益率取10%為天然氣項目行業(yè)平均收益率，私人部門對案例中加氣站投資期望收益率一般高于行業(yè)平均收益率水平，實際此項目最終內(nèi)部收益率達到38.22%。

(2)特許價格調(diào)整。如圖6所示，Current曲線代表凈現(xiàn)值初始水平，Run1曲線為特許價格下調(diào)10%時凈現(xiàn)值水平，Run2曲線為特許價格上漲10%時凈現(xiàn)值水平，凈現(xiàn)值與特許價格同方向變化。由此可見其余影響因素都不變的情況下，特許價格下調(diào)10%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為15年，比初始標(biāo)準(zhǔn)特許期提高27.12%；特許價格上漲10%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為9.3年，比初始標(biāo)準(zhǔn)特許期降低21.19%：特許價格在當(dāng)前水平，下調(diào)比上漲對標(biāo)準(zhǔn)特許期的影響大。根據(jù)初始標(biāo)準(zhǔn)特許期已經(jīng)偏低的情況，特許價格繼續(xù)上漲是不合理的，通過反復(fù)調(diào)試SD模型發(fā)現(xiàn)，Run3曲線中當(dāng)特許價格下調(diào)約20%時標(biāo)準(zhǔn)特許期可達到實際特許期即22年。因此不考慮其余影響因素變動，政府對特許價格合理下調(diào)范圍應(yīng)為(0,20%)。

圖6　特許價格調(diào)整的凈現(xiàn)值趨勢圖

(3)年加氣量調(diào)整。如圖7所示，Current曲線代表凈現(xiàn)值初始水平，Run4曲線為年加氣量增加10%時凈現(xiàn)值水平，Run5曲線為年加氣量減少10%時凈現(xiàn)值水平，凈現(xiàn)值與年加氣量同方向變化。由此可見其余影響因素都不變的情況下，年加氣量增加10%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為9年，比初始標(biāo)準(zhǔn)特許期降低23.73%；年加氣量減少10%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為14.8年，比初始標(biāo)準(zhǔn)特許期提高25.42%：年加氣量在當(dāng)前水平，減少比增加對標(biāo)準(zhǔn)特許期的影響略大。根據(jù)實際年加氣量已經(jīng)遠超預(yù)期的情況，基于市場風(fēng)險的考慮，通過階段性持續(xù)減少年加氣量發(fā)現(xiàn)，Run6曲線中年加氣量減少20%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為18.6年，Run7曲線中年加氣量減少25%時標(biāo)準(zhǔn)特許期達到實際特許期即22年。因此不考慮其余影響因素變動，私人部門對年加氣量風(fēng)險防范的減少范圍為(0,25%)。

圖7　年加氣量調(diào)整的凈現(xiàn)值趨勢圖

(4)期望收益率調(diào)整。如圖8所示，Current曲線代表期望收益率為10%時凈現(xiàn)值初始水平，Run8曲線代表期望收益率為5%時凈現(xiàn)值水平，Run12曲線代表期望收益率為15%時凈現(xiàn)值水平，凈現(xiàn)值與期望收益率反方向變化。由此可見其余影響因素都不變的情況下，期望收益率為5%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為11年，比初始標(biāo)準(zhǔn)特許期降低6.78%；期望收益率為15%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為12.5年，比初始標(biāo)準(zhǔn)特許期提高5.93%：期望收益率變動程度小于標(biāo)準(zhǔn)特許期變動程度，大于凈現(xiàn)值變動程度。根據(jù)私人部門期望收益率一般高于行業(yè)平均收益率水平的情況，通過階段性持續(xù)提高期望收益率發(fā)現(xiàn)，Run9曲線中期望收益率為20%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為14年，Run10曲線中期望收益率為30%時標(biāo)準(zhǔn)特許期約為17.8年，Run11曲線中期望收益率為40%時標(biāo)準(zhǔn)特許期達到實際特許期即22年。因此不考慮其余影響因素變動，在實際特許期22年下，私人部門最大期望收益率約為40%。

圖8　期望收益率調(diào)整的凈現(xiàn)值趨勢圖

4結(jié)語

以項目收益為研究對象，通過針對天然氣項目成本與收入構(gòu)成因果關(guān)系分析，構(gòu)建PPP項目收益變量間的系統(tǒng)動力學(xué)模型，運用Vensim PLE軟件對案例進行仿真模擬與靈敏度分析，得出以下三方面結(jié)論：

(1)政府和私人部門考察項目時應(yīng)著重對年加氣量進行深入調(diào)查研究，制定實際年加氣量在預(yù)期水平上的浮動率，當(dāng)實際年加氣量超過上限時，應(yīng)有超額收益分享機制，防止私人部門暴利導(dǎo)致社會效益下降；當(dāng)實際年加氣量低于下限時，應(yīng)有最低限收益政府擔(dān)保，防止私人部門損失導(dǎo)致公共服務(wù)產(chǎn)品供給困難，類似此案例中下限不應(yīng)超過25%。

(2)特許經(jīng)營協(xié)議應(yīng)明確特許價格調(diào)整機制，特別是當(dāng)項目投資回收期遠小于實際特許期時，特許價格可適當(dāng)下調(diào)以便利公眾，類似此案例中可下調(diào)范圍不超過20%。

(3)制定特許期應(yīng)關(guān)注特定私人部門的期望收益率，不同私人部門參與天然氣PPP項目期望收益率存在差異，私人部門期望收益率較高則對特許期要求較長，反之亦然。一般私人部門期望收益率將高于行業(yè)平均收益率水平，類似此案例中私人部門期望收益率約為40%。

PPP項目收益系統(tǒng)動力學(xué)模型可適用于交通水利不同類型的PPP項目中，為政府推廣PPP模式提供參考。后續(xù)研究可進一步探索年加氣量預(yù)測以及政府監(jiān)督管理、特許經(jīng)營者法律責(zé)任等方面對項目收益的影響。

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(責(zé)任編輯沈蓉)

System Dynamic Analysis on Revenue for PPP Projects:A Case of Gas Projects

Sun Chunling，Ren Fei，Zhang Mengxiao

(School of Management，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China)

Abstract：According to the cost and income structure of gas projects and the causality analysis of project revenue，system dynamic analysis on revenue for PPP gas projects uses the software of Vensim PLE for the model effectiveness test，to analogue simulation and sensitivity analysis with the combination of northwest stations case studies.Simulation results demonstrate that concession period,concession price,gas volume annually and expected yield of the private sector have a comprehensive effect on project revenue,and then it makes qualitative and quantitative suggestions of franchise agreement.

Key words:Gas projects；PPP；Project revenue；System dynamics

中圖分類號:F223

文獻標(biāo)識碼:A

作者簡介：孫春玲(1975-)，女，天津人，碩士生導(dǎo)師，教授，博士；研究方向：工程管理。

收稿日期：2015-08-07

基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目“共同代理約束下工程項目經(jīng)理授權(quán)賦能作用機理研究”(71371137)，國家自然科學(xué)基金青年項目“建設(shè)工程項目經(jīng)理人力資本貢獻價值計量體系研究”(71001078)。