基于完全信息静态博弈的城市地下空间开发风险分担.pdf

第 卷第 期 年 月土木工程与管理学报 .:./.收稿日期:修回日期:作者简介:吴东平()男湖北宜昌人教授级高级工程师研究方向为城市地下空间开发与应用(:.)基于完全信息静态博弈的城市地下空间开发风险分担吴东平 刘 磊 杨 琳(.中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北 武汉.武汉大学 土木建筑工程学院 湖北 武汉)摘 要:城市地下空间开发建设规模大、建设时间长需要投入大量人力、财力与时间具有许多难以预计的风险因素 本文以城市地下空间开发风险为研究对象运用文献研究法充分识别各阶段共 个风险因素后对风险损失进行分析并建立完全信息静态博弈模型并对各参与方具体的风险分担比例进行博弈 最后结合武汉市光谷中心地下开发项目进行实例验证经专家访谈打分得到 个核心风险其中包括 个双方共担风险 个三方共担风险再基于各方的风险偏好根据博弈模型求解出各方对 个风险具体的分担比例从而给城市地下空间开发项目的风险分担提出建议 本文研究结果与项目实际情况相符能够给其他城市地下空间开发的风险分担提供决策参考关键词:城市地下空间开发项目 风险损失 风险分担 完全信息静态博弈理论中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:土木工程与管理学报 年 由于我国人口密度的急剧增长可使用土地面积相对不充裕我国对城市地下空间的开发利用也开始进入一个新的阶段城市地下空间项目也随之得到快速发展 城市地下空间开发项目属于重大公共基础设施项目项目的社会价值和环境生态价值特别重要其项目风险因素繁多风险结构十分复杂具有高度复杂和不确定性等特点其风险高度复杂的原因主要在于:第一项目需要多元社会主体共同参与投资和管理不同主体的价值判断和预期目标差异很大相互之间存在激烈的利益博弈使得项目风险的形成和演化具有很强的主体行为性第二重大基础设施项目建设领域的技术日新月异所以在项目建设过程中面临的风险也越来越多样化第三风险复杂性还源于众多不同的分项目平台、不同所有权人的合作条款和开放的交流网络第四项目风险会随内外环境变化和项目多元主体信念和行为策略互动的改变而演化在这种情况下对城市地下空间开发项目风险进行科学评价计算各方对风险的分担比例为风险的控制和应对提供科学依据在理论和实践上都具有重要意义 既丰富了城市地下空间的风险管理理论推动完全信息静态博弈法在城市地下空间开发项目中的应用又给其他城市地下空间开发项目的风险分担提供决策参考 研究现状及理论.城市地下空间开发项目风险研究现状 等在之前学者对城市地下空间开发项目风险研究总结的基础上提出风险应由政府公共部门与项目开发者共同承担 和通过研究权威学术期刊中关于风险因素的文献提出对项目面临的风险进行合理的风险分配和控制方案是城市地下空间开发项目首要关键成功因素 胡文宏运用 方法识别出 项城市地下空间开发项目风险如环境风险、土地获取风险、政治风险、技术风险、经济风险、建设风险、运营管理风险、市场风险、信用风险等 翟越等将风险对城市地下空间开发项目的影响归纳为成本利用描述不确定条件下决策行为的有效用理论来确定各参与方共担风险的分担比例 葛伟亚等总结了城市地下空间开发项目在不同进程中存在的风险以及不同参与方的风险分担他认为依据合理的风险分担原则建立科学的风险分担机制才能更好对该类项目进行风险分担总的来说这些研究大多还存在两方面的不足:一方面多采用定量定性分析法、工作分解结构法()、专家分析法等很少有学者考虑到城市地下空间开发项目中政府公共部门与社会投资者投入成本比例的差异运用博弈法的思维来定量分析风险其二大多研究只针对社会私营部门与政府公共部门的差异进行研究较少考虑到其他参与方(如承包单位、银行机构、设计单位等)对项目风险的影响.风险因素识别、评价与分担理论正确识别风险是进行风险评价的前提 比较常用的风险识别方法有头脑风暴法、流程图法、检查表法、专家打分法、情景分析法、文献研究法、故障树法、态势分析法(即 分析法、)和 分析法等 每种风险识别的方法都有其优点和局限在实际城市地下空间开发项目风险识别过程中通常需要针对性地选择适当的多种风险识别方法对其风险进行识别否则容易遗漏部分繁杂且特殊的风险因素 项目风险按时间维度可分为立项、设计、招投标、施工建设、竣工验收和运营六个阶段的风险按性质可分为经济风险、社会风险、政治风险、技术风险、运营风险和环境风险等等 每个地区建设的城市地下空间开发项目都是特殊的并且在每个阶段面临的风险也是不同的因此风险识别要基于特定项目的动态调查得到风险因素的综合排序从而找出关键风险要素 本文从风险发生概率、风险影响程度和主体的风险偏好这三个维度对风险进行组合均衡评价风险分担是指对项目发展过程中可能出现的各种风险要素以某种形式在参与者之间进行明确和划分 在进行风险分担时需要满足三个原则:承担风险所获得的收益相对较大方承担、支付与收益相匹配以及承担风险有上限.完全信息静态博弈与纳什均衡理论完全信息静态博弈是指项目的参与方约定在同一时刻一起选择行动互相之间不知道彼此的具体行动但能准确了解彼此的支付与收益、策略等情况 纳什均衡是完全信息静态博弈中存在的一般平衡状态是指一场博弈中在其他博弈方都保持自己的策略和行动的情况下一旦自己改变行动策略就会造成更大的利益损失此时所有局中人的策略组合就叫做纳什均衡 目前越来越多领域的学者开始应用博弈论来探讨学科问题如计算机学、生物学、政治学、经济学等 孟祥 第 期吴东平等:基于完全信息静态博弈的城市地下空间开发风险分担林用完全信息静态与动态博弈这两种方法分析城市化进程的最优决策 徐建闽等基于博弈参与方地位、信息、行动与理性程度构建了不同的博弈模型对城市交通运行状态的风险评价分析 徐杰等通过战略管理论与博弈论从风险收益动态视角对政府与社会资本进行了合作演化博弈分析 综合国内学者已有的研究完全信息静态博弈理论在建立模型分析最优决策和得到共赢方案等方面的研究较为成熟而将完全信息静态博弈理论用于风险分析与分担的研究较少在城市地下空间开发项目中政府公共部门、社会投资者与承包单位同时选择行动且对彼此的特征及策略空间有准确的认识 因此本文将构建完全信息静态博弈模型根据各方的风险偏好得到合理的风险分担比例 城市地下空间开发项目风险研究.风险因素识别本文主要运用文献研究法查阅 篇国内外学者对城市地下空间开发项目风险识别的结果并综合了 个城市地下空间开发项目实际案例中出现的风险因素整合归类得到初始风险清单共 个风险因素 本文为保证风险识别结果能适用于一般的城市地下空间开发项目从中筛选出了频次大于“”的风险因素另为保证风险识别过程的准确性本文聚焦于项目全生命周期各个阶段对风险因素进行二次查阅搜集对初始风险清单进行整合最后得到最终风险清单(如表)共 个风险表 城市地下空间开发项目最终风险清单项目阶段因素序号风险因素阶段序号风险因素项目立项阶段融资风险项目规划风险公众反对风险勘察风险土地获取风险项目审批风险项目运营阶段项目竞争风险项目移交风险项目被征用风险运营成本风险残值风险项目收益风险项目招投标阶段项目设计阶段项目施工阶段项目运营阶段招投标风险设计不当风险设计变更风险施工安全风险施工技术风险施工质量风险设备风险劳务风险成本超支风险工期延误风险完工风险材料价格风险材料供应风险入廊需求风险入廊费用收取风险入廊意愿不足风险项目全阶段通货膨胀风险利率变动风险汇率变动风险第三方违约风险合同变更风险环境保护风险税收调整风险法律风险政府腐败风险政府干预风险政府信用风险政府稳定风险行政决策失误风险相关政策变动风险不可抗力风险.风险损失分析城市地下空间开发项目中存在的风险可从宏观上分为金融、社会、政治、技术、运营与环境这六个层面 本文将从风险影响后果、风险损失等级和风险发生概率对识别出的 个风险因素进行风险等级评比其中风险损失等级用“”表示风险发生概率用“”表示“风险损失等级风险发生概率”来评比风险等级:“”为一级风险“”为二级风险“”为三级风险“”为四级风险“”为五级风险由表 分析可知识别出的 个风险中包含 这 个一级风险、等 个二级风险、等 个三级风险、等 个四级风险和、这 个五级风险.风险分担在城市地下空间开发项目中 政府公共部门 土木工程与管理学报 年表 城市地下空间开发项目风险损失分析风险宏观分类风险因素风险损失/后果风险损失程度 风险发生概率 风险损失 风险等级金融风险融资风险 融资失败或融资成本过高导致资金链受损二级招投标风险 招标文件、图纸不合格投标失败三级设计变更风险 由于业主或政策要求变更设计二级设备风险 设备采购质量不合格二级成本超支风险 成本增加延误工期二级材料价格风险 价格上涨增加成本支出四级通货膨胀风险 物价上涨、货币贬值四级利率变动风险 利率变动致成本发生变化五级汇率变动风险 汇率变动致成本发生变化四级第三方违约风险 某方不合理违约致项目中止三级合同变更风险 合同内容调整致成本增加施工进度滞后二级税收调整风险 国家税收政策调整致成本发生变化四级社会风险项目规划风险 项目投资、工期等规划不合理四级公众反对风险 社会民众对项目强烈反对四级劳务风险 项目重要人才流失二级材料供应风险 材料供应不足致施工进度滞后四级项目竞争风险 同类型项目竞争五级项目被征用风险 项目被政府征用归为国有三级法律风险 相关法律条例变动四级不可抗力风险 不可抗力因素导致项目风险一级政治风险项目审批风险 项目审批不及时、不合格三级政府腐败风险 政府官员腐败致项目风险四级政府干预风险 政府对项目不合理干预四级政府信用风险 政府缺乏信用导致项目风险四级政府稳定风险 政府重要部门、人员调整四级行政决策失误风险 政府决策失误致项目风险四级相关政策变动风险 国家相关政策、规范调整致项目风险四级技术风险勘察风险 勘察失误、勘探进度滞后二级设计不当风险 设计有缺陷、设计进度滞后三级施工安全风险 施工安全保障、发生事故二级施工技术风险 部分新型施工技术不成熟三级施工质量风险 施工质量不达标二级工期延误风险 施工工期延误滞后二级完工风险 项目未按要求完工三级项目移交风险 项目未能按要求成功移交三级运营风险入廊需求风险 入廊需求过低未达预期四级入廊费用收取风险 入廊费用定价不合理无法按期收回成本二级入廊意愿不足风险 部分管线单位拒绝入廊致项目风险四级运营成本风险 运营成本增加导致额外风险四级残值风险 项目使用期满时预计能够回收到的残余价值折损三级项目收益风险 项目的收益回收期太长或收益不足未达预期三级环境风险土地获取风险 规划阶段土地征用受阻四级环境保护风险 环境破坏增加环保措施从而增加项目成本二级希望将项目的效用最大化以最经济的方式给社会、人民提供最好的公共服务效果社会投资方希望将项目的经济效益最大化以最低的成本获得最高额的经济收益承包单位希望将项目的实际建设最简化以最短的工期完成项目的所有建设要求因此为保证项目能在不同参与方有着不同风险偏好的情况下仍然拥有良好的整体效益和较低的风险发生概率需要能准确地识别风险、科学地评估风险损失及发生概率并能科学地计算出 第 期吴东平等:基于完全信息静态博弈的城市地下空间开发风险分担不同参与方之间合理的风险分担比例本文对城市地下空间开发项目的风险分担思路如图?PPP?？?图 风险分担思路设计 博弈模型构建城市地下空间开发项目的风险结果由机会点和该机会点出发的 个机会枝的概率以及相应的后果构成 通过该博弈模型的基本要素可对城市地下空间开发项目的风险分担博弈模型做出以下假设:城市地下空间开发项目中存在的各个风险因素互相都是独立存在的互不影响:该博弈的参与者和行动者都是“理性的经济人”即参与者目标明确都希望能够努力运用自己的策略从而使自己的利益最大化:该博弈中的局中人所获信息共享为完全信息状态:承担某风险得到的收益与承担该风险付出的成本成线性函数关系.风险分担过程该博弈模型的基本要素如下:()参与人:本文城市地下空间开发项目的参与人为政府公共部门、社会投资者和承包单位分别记为()信息:本文中政府公共部门、社会投资者与承包单位三方之间的合作意愿即所签订的合同属于共同信息双方对该项目中存在的风险所造成的的损失以及发生的概率都有一定的了解可以自己选择是否承担风险()策略:本文中政府公共部门、社会投资者和承包单位对城市地下空间开发项目过程中存在的风险均有承担或者不承担两种策略()效用:本文中政府公共部门、社会投资者和承包单位三方因承担城市地下空间开发项目过程中存在的风险所得收益或支付成本该收益或损失仅与该风险有关且与该风险成线性关系设该项目最终风险清单有 种风险因素对于需要两方以及三方共同承担的风险用 表示第 个参与方承担风险所获得的风险收益用()表示则有:()为常数()第 个参与方承担风险所付出的风险成本用()表示则有:()为常数()第 个参与方承担风险所获得的风险净收益用()表示第 个参与方承担风险的满意度即风险偏好系数用 表示且 则有:()()风险偏好系数决定着博弈均衡的结果当满意度 时第 方会因承担该风险收益从而主动选择承担该风险当满意度 时第 方会因承担该风险遭受损失从而选择不承担该风险在该博弈模型中为得到各风险因素分担的最优结果风险分担方要在风险收益与支付之间寻求一个平衡点即找到唯一的博弈均衡点易知最优的状况为风险净收益最大化即最大当 时第 方承担风险否则不承担对于某项风险各参与主体均可选择承担风险或不承担风险 承担风险所付出的代价用 表示不承担风险所付出的代价用 表示则有:()()()()()第 个参与方承担风险的代价用 表示第 个参与方对某共担风险的风险分担比例用 表示且 该项目的产出利益是由三个参与主体所作出的共同决定用 表示则有:()()/()式中:为团队合作度各参与方承担该风险所获得的风险净收益与三方共同合作的产出利益 共同组成获得收益 即有:().博弈模型构建及分析在完全信息静态博弈过程中政府公共部门(甲)、社会投资者(乙)以及承包单位(丙)三方对于每个风险因素都有“承担风险()”或者“不承担风险()”两种策略其策略集合共有 土木工程与管理学报 年种其中存在着共担风险的 种情况如表 所示表 政府公共部门、社会投资者(私人部门)以及承包单位风险共担情况分担主体序号 甲乙丙策略满意度策略满意度策略满意度 注:为不同策略的满意度.纳什均衡求解纳什协商解是在有效用集 中选择一点()使得 ()()其中 为决策者的现状点在各方协商之前就已经确定本文在构建相关模型时将根据纳什协商理论有关原则标准具体步骤如下:()找出该城市地下空间开发项目中三个参与方即政府公共部门、社会投资者与承包单位的利益冲突点确定该项目各格参与方的决策目标向量()确定各参与方的目标向量空间()找到各参与方的分价值函数()找到适用于该模型的分价值函数合并规则并将分价值函数 根据准确的合并规则合并并写出多价值函数()根据模型找到每个参与主体的威胁点()对函数求解从而可以得到该城市地下空间开发项目中的三个参与方各自应分担的风险分担比例.博弈模型求解在城市地下空间开发项目的风险博弈中政府公共部门、社会投资者与承包单位对某风险的偏好互相独立不会随其他参与方的变化而改变对于三方共担的风险由表 可知博弈模型的纳什策略是()则三方的收益为:()在计算城市地下空间开发项目的最终收益时由于最终收益是由三方共同博弈的结果故在确定该项目的效用函数时采用乘法原则即:建立最优化模型有:()()()()()该最优化问题的 函数为:()()()()()式中:为 乘数为政府、社会投资者和承包单位三方的风险概率式()的最优解为:()()()()()()()整理可得:()实证研究.案例背景本文选取武汉市光谷中心城地下开发项目作为实际研究对象该项目是目前武汉市在建规模最大的城市地下空间开发项目建成后其容纳量能满足该地区 万常住人口的综合商业需求因此本文以该项目作为实证研究具有典型意义给其他城市地下空间开发项目的风险管理带来参考价值.风险清单以及偏好系数的确定前文识别出的城市地下空间开发项目全生命周期潜在的风险因素较多但对于不同工程不同风险因素的发生概率和产生的后果都有所不同本文设计了专家打分表对已经形成的最终风险清单进行调整筛选出在武汉市光谷中心城地下开发项目中发生可能性在“”以上且为多方共担的风险因素并根据专家意见确定项目中不同参与方对于某共担风险因素的风险偏好系数专家打分表主要发放给中交第一航务工程局有限公司、中冶南方工程技术有限公司、武汉光谷 第 期吴东平等:基于完全信息静态博弈的城市地下空间开发风险分担中心城建设投资有限公司的 名高层管理人员以及武汉理工大学、湖南大学、华中科技大学、武汉大学从事相关学习和研究的 名专家表 专家打分调研受访者背景资料统计特性分类标准问卷统计数量占比/受教育程度本科硕士.博士及以上.从事相关行业年限 年及以下 年.年以上.工作/学习单位中交第一航务工程局有限公司.中冶南方工程技术有限公司.武汉光谷中心城建设投资有限公司.武汉理工大学.湖南大学.华中科技大学(老师).武汉大学(老师).此次专家打分收回有效打分表 份有效回收率为 打分表的内容主要为判断在武汉市光谷中心城地下开发项目中潜在风险的发生概率以及各方对风险的偏好系数 其中风险发生的可能性标度为:发生概率极低发生概率较低有一定发生概率发生概率较高很大程度上会发生取 份问卷结果的平均值风险偏好系数 按 份打分表数值的中位数取值范围在 之间数值越大表示该参与方对该风险的偏好越大若为 则表示该参与方不分担该风险.风险分担比例确定根据专家打分结果和式()最终确定了 个在武汉市光谷中心城地下开发项目中存在的共担风险因素 具体如表.研究结果分析本文通过定向发放专家打分表格的方法确定了 个武汉市光谷中心综合管廊的共担风险因素其中有 个双方共担风险 个三方共担风险 再利用完全信息静态博弈法根据各参与方对风险的偏好程度计算出了各方的风险分担具体比例通过上述对武汉市光谷中心综合管廊项目的调研分析最终可得到以下结论:()“融资风险”由政府公共部门与社会投资方共同分担融资环节属于项目前期主要由政府部门与社会投资者负责资金的贷款与周转而承包单位主要负责中期项目的建设工作与后期维护表 武汉市光谷中心城地下空间开发项目风险分担序号风险因素政府公共部门 社会投资者承包单位融资风险通货膨胀风险材料价格风险材料供应风险第三方违约风险合同变更风险相关政策变动风险成本超支风险工期延误风险运营成本风险残值风险项目收益风险环境保护风险不可抗力风险工作等与项目自身有关的环节故该类风险需要政府部门与社会投资者特别是后者做好前期投入大量资金的准备有序实现资金周转与安排防止资金链断裂给项目造成不可估量的损失()“通货膨胀风险”“材料价格风险”“不可抗力风险”等由三方共同分担且三方分担比例不相上下 该类风险因素发生的原因较为复杂多变无法准确评估其发生概率以及带来的不良后果需要各方都积极主动承担该类风险因素才能争取将其带来的损失降到最低实现利益最大化()与项目自身建设相关的风险如“工期延误风险”“环境保护风险”主要由承包单位承担需要承包单位在建设前期对工期做好规划综合全面考虑各类主观客观因素对工期的影响以确保在风险发生的第一时间就能采取措施降低风险带来的损失 土木工程与管理学报 年()“相关政策变动风险”这类与政策相关的风险主要由政府部门承担由于城市综合管廊 项目这类社会基础设施项目最终归属于政府故“残值风险”也主要由政府部门承担 结 论目前我国正处于城镇化高速发展的阶段城市居民人口的增多带来了各类民生需求的激增现有城市用地显得供不应求 城市地下开发项目的投资巨大且回收期长、建设规模大、建设时间长各地政府难以独自承受其所带来的财政压力故常采用与社会企业建立合作关系引入社会资本的方式来缓解政府财政压力 本文通过研究国内外相关文献以及对武汉市光谷中心综合管廊项目的风险分担进行调研分析得到以下结论:本文将城市地下空间开发项目的风险分为金融风险、社会风险、政治风险、技术风险、运营风险、环境风险这六大类综合运用文献研究法与案例研究法从 篇文献与 个具体案例中筛选得到了 个一般城市综合管廊 项目中存在的风险确定城市地下空间开发项目参与主体为政府公共部门、社会投资者与承包单位将风险分为单方承担风险与多方共担风险提出基于各方的风险偏好用完全信息静态博弈方法来对共担风险进行博弈从而求解出各参与方应承担的风险比例 以武汉市光谷中心地下开发项目为例在已识别出的最终风险清单的基础上通过专家打分法对其进行筛选得到适用于武汉市城市地下空间开发项目的 个共担风险的风险清单 再基于参与方的风险偏好根据博弈模型分别求解出政府公共部门、社会投资者与承包单位分别对这 项共担风险的分担比例 研究城市地下空间开发项目的风险分担情况能够为这类大型项目风险研究提供理论依据为其他相关项目风险分担提供决策参考 此外由于本文风险研究着重在于风险识别、风险损失理论分析、风险概率量化以及风险分担比例的确定未来进一步将着眼点放在城市地下空间的运作模式和运作程序上进行风险分析和研究总的来说本文研究所确定的风险分担比例与实际城市地下空间项目中风险的分担情况较为符合在一定程度上验证了模型的可行性和可靠性期望能给相关项目提供新的解决思路参考文献 .:.():.().():.胡文宏.城市地下空间开发特点与施工风险管理的探讨.中国质量():.翟 越 宗燕燕 侯亚楠 等.城市地下空间全寿命风险分析与防控体系构建.地学前缘():.葛伟亚周 洁常晓军 等.城市地下空间开发及工程地质安全性研究.工程地质学报 ():.杨 琳 娄嘉明.复杂项目组织的风险关联性 基于网络视角的实证分析.土木工程与管理学报 ():.胡志平 彭建兵 张飞 等.浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路.地学前缘():.李陈洋 雷爱国 吴啸宇 等.城市公共交通出行方式选择博弈模型.交通科技与经济 ():.孟祥林.中心地博弈与空间发展布局:城市化进程的小城市战略转向.江苏师范大学学报(哲学社会科学版)():.徐建闽 韦 佳 首艳芳.基于博弈论 云模型的城市道路交通运行状态综合评价.广西师范大学学报(自然科学版)():.徐 杰 李果林.风险收益动态视角下政府与社会资本合作演化博弈分析.软科学 ():.齐锡晶 杨本帅 李永超.沈阳城市地下空间寿命周期风险管理研究.地下空间与工程学报():.龙文琪.完全信息博弈下的最优产量选择 基于寡头竞争模型分析.廊坊师范学院学报(自然科学版)():.林洪波 李 峰.项目风险分担的博弈分析框架研究.人民论坛学术前沿():.:.(下转第 页)土木工程与管理学报 年:.():.:.:.中华人民共和国中央人民政府.中华人民共和国国务院令:第 号:生产安全事故报告和调查处理条例/.().:/./.许 娜 王文顺 王建平 等.城市轨道交通建设项目安全事故致因挖掘与重要度评估.科技进步与对策 ():.薛楠楠 张建荣 张伟 等.基于文本挖掘的建筑工人不安全行为及其影响因素研究.安全与环境工程 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