趙 輝，石 芳，崔嘉晉

(1.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，山東 青島 266520; 2.廣聯(lián)達(dá)科技股份有限公司，北京 100089)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，我國(guó)從以往的粗放式發(fā)展向綠色化、低碳化、智慧化、集約化方向發(fā)展。粗放式的發(fā)展破壞了人與自然之間的動(dòng)態(tài)平衡，一方面雨季城市內(nèi)澇現(xiàn)象頻發(fā)，另一方面城市缺水嚴(yán)重，造成旱澇并存的現(xiàn)象，所以雨水資源高質(zhì)量管理的新概念——“海綿城市”應(yīng)運(yùn)而生[1]。海綿城市在國(guó)際上被稱為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”，將系統(tǒng)工程和可持續(xù)發(fā)展理念融入雨水利用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)雨水利用效率的最大化。

關(guān)于海綿城市的研究，國(guó)外以美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、德國(guó)、瑞士等為代表，目前已形成了成熟的雨水系統(tǒng)理論體系，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[2]。Zhu等[3]提出了多目標(biāo)管理下低影響開發(fā)有效性評(píng)估，創(chuàng)造性地提出了雨水管理模型并將其與宏觀環(huán)境的分析耦合以自動(dòng)校準(zhǔn)模型的參數(shù)。Leimgruber等[4]提出選擇具有成本效益的低影響開發(fā)策略，該策略作為一種多目標(biāo)評(píng)估措施被引入，為項(xiàng)目決策提供了合理的依據(jù)。

我國(guó)海綿城市的概念最早可以追溯到2012年4月，在“2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇”中被提及，經(jīng)過近十年的發(fā)展，從國(guó)家到地方出臺(tái)了一系列政策。究其發(fā)展歷程，可以劃分為政策制定期、試點(diǎn)建設(shè)期、試點(diǎn)驗(yàn)收期、持續(xù)發(fā)展期。海綿城市項(xiàng)目建設(shè)既有市政項(xiàng)目的公共影響屬性，也有生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目的可持續(xù)性，具有很強(qiáng)的公益性，但營(yíng)利性和經(jīng)營(yíng)性較弱。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提供的數(shù)據(jù)表明，從投資成本來看，海綿城市建設(shè)成本高達(dá)1.6億～1.8億元/平方公里[2]。為緩解政府財(cái)政壓力，提升海綿城市建設(shè)和運(yùn)營(yíng)效率，2015年我國(guó)發(fā)布《關(guān)于開展海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃與PPP模式投融資戰(zhàn)略合作的若干意見》，提出海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作流程，見圖1。自此政府和社會(huì)資本結(jié)合的模式開始助力海綿城市建設(shè)運(yùn)營(yíng)[5]。

圖1 海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作流程

通過對(duì)海綿城市PPP項(xiàng)目的相關(guān)文獻(xiàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，研究熱點(diǎn)主要集中在融資風(fēng)險(xiǎn)、物有所值評(píng)價(jià)、績(jī)效評(píng)價(jià)等方面，對(duì)于影響項(xiàng)目全生命周期的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)效率的PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇研究，多以公共基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目為主，缺乏針對(duì)海綿城市PPP項(xiàng)目的選擇指標(biāo)和方法的研究。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)關(guān)于PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇的研究時(shí)間短，主要集中在大型公共基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目、城市軌道交通項(xiàng)目，研究領(lǐng)域覆蓋面不全。

基于這種研究現(xiàn)狀，有必要構(gòu)建適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特色且與海綿城市特性契合的PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)和方法。

本研究立足政府視角，結(jié)合PPP項(xiàng)目的分類及運(yùn)作模式實(shí)施特點(diǎn)，參考《海綿城市建設(shè)績(jī)效評(píng)價(jià)與考核評(píng)價(jià)辦法(試行)》，分析構(gòu)建具有海綿城市建設(shè)特色的PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)體系。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)的實(shí)施步驟“建立評(píng)價(jià)指標(biāo)→獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)(預(yù)處理、一致化、無量綱化)→確定權(quán)重系數(shù)→選擇評(píng)價(jià)模型→計(jì)算評(píng)價(jià)值→方案排序→實(shí)例研究”展開研究，探討海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇，通過指標(biāo)構(gòu)建和選擇模型優(yōu)化，推進(jìn)我國(guó)海綿城市PPP項(xiàng)目快速健康發(fā)展。

一、海綿城市PPP項(xiàng)目發(fā)展現(xiàn)狀

截至2021年6月，根據(jù)財(cái)政部全國(guó)PPP綜合信息平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)可知，海綿城市PPP項(xiàng)目入庫數(shù)量71個(gè)，儲(chǔ)備清單項(xiàng)目12個(gè)，多數(shù)為關(guān)系民生的重要項(xiàng)目，投資金額大，以政府付費(fèi)為主，合作期限長(zhǎng)，建設(shè)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較大。項(xiàng)目實(shí)施過程中，不同的PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施影響深遠(yuǎn)，所以初期合理確定PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式對(duì)社會(huì)資本的全面激活及項(xiàng)目后期建設(shè)和運(yùn)營(yíng)效率的提升有重要價(jià)值。

二、PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式分類探討

由于世界各國(guó)國(guó)情和政策的差異，對(duì)PPP模式的分類也各不相同。世界銀行將PPP項(xiàng)目劃分為服務(wù)外包、特許經(jīng)營(yíng)、租賃、管理外包、資產(chǎn)剝離和BOT等6種模式[6]。加拿大PPP國(guó)家委員會(huì)按照私人部門在項(xiàng)目中風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的不同將其分為12種模式[7]。

本研究結(jié)合2014年財(cái)政部發(fā)布的《政府和社會(huì)資本合作模式操作指南(試行)》及現(xiàn)階段PPP項(xiàng)目的發(fā)展特點(diǎn)和相關(guān)文獻(xiàn)研究，歸納了目前我國(guó)大眾對(duì)于PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式分類中比較認(rèn)可的分類模式，將PPP項(xiàng)目按照私有化程度分為外包類、特許經(jīng)營(yíng)類、私有化類共三大類，每一大類下設(shè)二級(jí)和三級(jí)分類，具體見表1。

表1 我國(guó)PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式分類

三、政府視角下海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)體系構(gòu)建

海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇屬于多目標(biāo)屬性決策，政府視角下的決策指標(biāo)體系的確定應(yīng)當(dāng)立足于項(xiàng)目全壽命周期，公正客觀地突出社會(huì)公眾的利益需求，符合可持續(xù)發(fā)展的需要，同時(shí)考慮海綿城市的項(xiàng)目特點(diǎn)及區(qū)域適應(yīng)性。本研究根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，結(jié)合文獻(xiàn)研究[8-11]和海綿城市入庫項(xiàng)目特征，初步選定28個(gè)選擇指標(biāo)，按照李克特五分量表進(jìn)行問卷統(tǒng)計(jì)分析，共計(jì)發(fā)放問卷150份，回收144份，其中有效問卷123份。利用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件計(jì)算問卷的可靠性，通過計(jì)算得到問卷信度指標(biāo)克隆巴赫Alpha=0.901>0.7，問卷效度指標(biāo)KMO為0.831>0.8，證明問卷，通過因子可靠性良好。經(jīng)過KMO和Bartlett檢驗(yàn)(見表2)，說明問卷數(shù)據(jù)適用因子分析法，然后分析提煉主成分因子，最終從項(xiàng)目特性、政府能力、技術(shù)框架、綜合效益、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)影響6個(gè)準(zhǔn)則層確定17個(gè)指標(biāo)組成海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)，具體見表3。

表2 KMO和Bartlett檢驗(yàn)

表3 政府視角下海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)

四、海綿城市 PPP 項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇模型的構(gòu)建

由表3可知，基于政府視角進(jìn)行海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式?jīng)Q策需立足多個(gè)目標(biāo)，基于系統(tǒng)工程的思路考慮多參與方、多指標(biāo)、多要素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。政府項(xiàng)目發(fā)起方在準(zhǔn)備階段進(jìn)行運(yùn)作模式?jīng)Q策時(shí)，基于主觀想法或已有經(jīng)驗(yàn)片面評(píng)價(jià)模式優(yōu)劣顯然不夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。通過對(duì)上文確定的6個(gè)維度17個(gè)選擇指標(biāo)的分析可以發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)運(yùn)作模式的確定不是簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃或定性分析，而是一種多目標(biāo)非線性決策。通過對(duì)文獻(xiàn)研究可知，傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型無法實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，泛化能力和容錯(cuò)能力有限，對(duì)解決運(yùn)作模式的選擇問題可用性一般。為克服以上缺點(diǎn)，本研究擬采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建完整有效的海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇模型，見圖2。

圖2 政府視角下海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇模型

(一) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定及激活函數(shù)選取

多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，與生物神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)系統(tǒng)類似,可以模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)外界信息的傳遞和處理模式對(duì)信息進(jìn)行分類、預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)。該模型在1986年被提出[12]，通過設(shè)定相關(guān)訓(xùn)練參數(shù)和自主學(xué)習(xí)訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)滿足誤差要求的非線性擬合，其中誤差反饋型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最多。

單個(gè)隱含層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過適當(dāng)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加對(duì)非線性映射函數(shù)在閉區(qū)間上進(jìn)行逼近[13]。本研究采用常用的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即輸入層、隱含層、輸出層數(shù)量均為一層。由于通過因子分析確定的17個(gè)指標(biāo)數(shù)值是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層數(shù)據(jù)來源，因而可以確定輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)m=17，其中矩陣每一列代表一個(gè)訓(xùn)練樣本。根據(jù)海綿城市入庫項(xiàng)目特征統(tǒng)計(jì)及前文PPP項(xiàng)目模式分類，選取外包類(DBO)、特許經(jīng)營(yíng)類(ROT、BOT、TOT)、私有化類(BOO)5種運(yùn)作模式作為選擇對(duì)象，用(x，y，z)三維向量作為5種運(yùn)作模式的表征，每種運(yùn)作模式采用3個(gè)歸一化坐標(biāo)值表示，所以輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)n=3。給3個(gè)輸出神經(jīng)元分別賦值0或1代表不同的運(yùn)作模式，其中：(1，0，0)代表ROT模式，(0，1，0)代表DBO模式，(0，0，1)代表BOT模式，(1，0，1)代表TOT模式，(0，1，1)代表BOO模式。

隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算公式為

(1)

式中：h為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，目前沒有統(tǒng)一的確定規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，已有經(jīng)驗(yàn)公式較多，其中式(1)應(yīng)用最為廣泛[14]，經(jīng)多次嘗試訓(xùn)練，可找到合適的取值；m和n分別為根據(jù)指標(biāo)和輸出值特征確定的輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)和輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)；a為常數(shù)，取值范圍通常為1～10。激活函數(shù)選取原則為方便求導(dǎo)、不易陷于極端值及利于量綱規(guī)劃，故選擇雙極S形函數(shù)tansig：

(2)

隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)過多會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)計(jì)算復(fù)雜化，增加訓(xùn)練時(shí)間，其確定的基本原則是在滿足誤差范圍和計(jì)算精度的前提下,取盡可能少的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，以方便迭代訓(xùn)練，加快訓(xùn)練速度。通過經(jīng)驗(yàn)公式和多次嘗試訓(xùn)練，本研究最終選取隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置見表4。

表4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置

(二)訓(xùn)練及測(cè)試樣本數(shù)據(jù)獲取及歸一化處理

邀請(qǐng)政府部門專家5人、高校海綿城市研究領(lǐng)域?qū)＜?人和PPP項(xiàng)目領(lǐng)域?qū)＜?人，對(duì)文中5種運(yùn)作模式根據(jù)打分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，將原始打分歸一化后，作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層值，專家打分參考標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 專家打分參考標(biāo)準(zhǔn)

因隱含層激活函數(shù)tansig的值域?yàn)?-1，1)，為消除數(shù)據(jù)量綱影響和方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，本研究用matlab中mapminmax函數(shù)將原始打分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化至[-1，1]，將歸一化后的數(shù)值作為輸入層數(shù)據(jù)。

(3)

(三) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始化和訓(xùn)練驗(yàn)證

根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本和驗(yàn)證樣本數(shù)量分配經(jīng)驗(yàn)值，本研究從上述三個(gè)領(lǐng)域的各5名專家中再各選3名專家，將9名專家的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，其余6名專家的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證樣本。訓(xùn)練樣本指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化后形成17×45(以9位專家對(duì)5種運(yùn)作模式按17個(gè)指標(biāo)的打分?jǐn)?shù)據(jù)作為列向量)的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣作為輸入層數(shù)據(jù)A，9名專家運(yùn)作模式?jīng)Q策值構(gòu)成 3×45矩陣(與P對(duì)應(yīng)的三維向量)作為輸出層數(shù)據(jù)B；通過訓(xùn)練得到收斂誤差滿足小于0.001時(shí)訓(xùn)練結(jié)束，訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為目標(biāo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，為下一步的模型驗(yàn)證提供基礎(chǔ)。經(jīng)過129次訓(xùn)練，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)累計(jì)誤差達(dá)到0.00098383，滿足訓(xùn)練目標(biāo)誤差要求(見圖3、圖4)。利用Matlab 2018a進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置及驗(yàn)證代碼如下：

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練圖

圖4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練性能曲線

net=newff(minmax(p),[17,10,3],{′tansig′,′tansig′,′purelin′},′trainlm′)；

net.trainParam.epochs=5000;

net.trainParam.goal=0.001;

[net,tr]=train(net,inputn,outputn);

inputn_test=mapminmax(′apply′,input_test,inputps);

an=sim(net,inputn_test)

輸入驗(yàn)證數(shù)據(jù)，對(duì)得到的仿真選擇結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)位于[0，1]，說明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在訓(xùn)練誤差，本研究設(shè)定輸出結(jié)果數(shù)據(jù)位于[0，0.35]，近似為0，輸出結(jié)果數(shù)據(jù)位于[0.65，1]，近似為1。經(jīng)過驗(yàn)證，仿真選擇結(jié)果與實(shí)際結(jié)果數(shù)據(jù)之間匹配精度為95.43%，證明模型精度較高。

五、案例分析

山東省青島市海綿城市試點(diǎn)區(qū)(李滄區(qū))建設(shè)PPP項(xiàng)目位于李滄區(qū)，北起湘潭路—重慶路—遵義路，南到汾陽路—唐山路，西起衡陽路—四流路一帶，東到城陽區(qū)交界，面積10.16平方公里。該試點(diǎn)區(qū)及海綿城市項(xiàng)目類型包括管網(wǎng)建設(shè)、水系生態(tài)、建筑小區(qū)改造、公園綠地等，總投資規(guī)模21.7億元，合作期限20年(建設(shè)期2年，合作經(jīng)營(yíng)期18年)，運(yùn)營(yíng)期采用可行性缺口補(bǔ)助，采用BOT運(yùn)作模式[15]。社會(huì)資本方包括北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司、北京泰寧科創(chuàng)雨水利用股份有限公司，政府方為青島市李滄區(qū)園林綠化工程有限公司，三方組建項(xiàng)目公司，名稱為青島京建城市建設(shè)投資有限公司。

依據(jù)前文確定的海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇評(píng)價(jià)體系，邀請(qǐng)10名專家按照打分表根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況對(duì)17項(xiàng)選擇指標(biāo)進(jìn)行打分。10名專家包括政府部門相關(guān)人員4人，高校海綿城市研究專家3人，PPP項(xiàng)目領(lǐng)域?qū)＜?人，專家打分詳情見表6。

表6 專家打分表

將專家打分矩陣歸一化，計(jì)算每行指標(biāo)數(shù)據(jù)均值，將該列向量作為目標(biāo)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層數(shù)據(jù)，P=(1.0000，-0.2000，0.4000，0.4667，-0.4667，0.0667，0，-0.2000，-0.2000，-0.0667，-0.2000，-0.2000，-0.2000，-0.4667，-0.2000，-0.2000，0.3333)，經(jīng)過選擇評(píng)價(jià)，得到輸出向量T=(0.0824，0.0059，0.9146)。根據(jù)近似規(guī)則，對(duì)應(yīng)的預(yù)選向量為(0，0，1)。根據(jù)前文，對(duì)應(yīng)的運(yùn)作模式為BOT，與該項(xiàng)目準(zhǔn)備階段確定的運(yùn)作模式相同。

六、結(jié)論及建議

本研究分析了海綿城市及PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式研究現(xiàn)狀，對(duì)財(cái)政部PPP項(xiàng)目中心入庫海綿工程項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，立足政府視角，參考公共基礎(chǔ)設(shè)施、城市軌道交通、地下綜合管廊等PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)，初步構(gòu)建了海綿城市PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)體系。然后通過因子分析降維，構(gòu)建了項(xiàng)目特性、政府能力、技術(shù)框架、綜合效益、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)影響6大類17個(gè)指標(biāo)，完善了具有海綿城市特色的PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇指標(biāo)體系。在選擇方法上，本研究基于專家打分法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反饋訓(xùn)練功能，對(duì)連接輸入層、隱含層、輸出層的權(quán)重和閾值進(jìn)行修正，訓(xùn)練出滿足誤差需求同時(shí)具有運(yùn)作模式選擇功能的目標(biāo)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。最后通過青島市海綿城市試點(diǎn)區(qū)(李滄區(qū))建設(shè)PPP項(xiàng)目實(shí)例驗(yàn)證模型有效性，為后續(xù)海綿城市建設(shè)PPP項(xiàng)目運(yùn)作模式選擇提供參考。在研究過程中，由于海綿城市PPP項(xiàng)目相關(guān)參考數(shù)據(jù)不夠充足，因而相關(guān)研究仍存在一定缺陷。在后續(xù)的研究中，可針對(duì)不同的海綿城市項(xiàng)目建設(shè)類型，考慮不同地區(qū)特性，完善指標(biāo)體系，尋找關(guān)鍵指標(biāo)，優(yōu)化指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)，探索其他有效的選擇評(píng)價(jià)模型，以求進(jìn)一步推動(dòng)海綿城市PPP項(xiàng)目精細(xì)化管理水平提升和可持續(xù)發(fā)展。