城鎮(zhèn)供水BOT項目的運營成本影響因素分析

王守明 紀明輝 武楊凱

(1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南分局，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學，河南 鄭州 450000)

0 引言

水資源的合理利用是保障城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提條件。合理利用不僅是指水資源的節(jié)約與供給，也包括供水安全、飲用水安全等。2006年底，衛(wèi)生部正式頒布了新版《生活飲用水衛(wèi)生標準》，水質(zhì)指標由原先的35項增加至106項。在這一背景下，大批供水水廠、配套管網(wǎng)等進行了新建、改建、擴建和提標改造。而建設(shè)-經(jīng)營-轉(zhuǎn)讓(Build-Operate-Transfer，BOT)作為政府與社會資本為建設(shè)和運營基礎(chǔ)設(shè)施項目、提供公共服務(wù)而建立的一種投融資模式，在供水項目中也得到了廣泛的應(yīng)用。BOT模式具有緩解政府財政壓力、提高項目管理水平和運作效率等作用[1]。

在BOT項目的全生命周期中，運營期是一個重要的階段。由于BOT項目運營階段具有周期長、風險高的特點，因此科學合理地分析運營成本的影響因素對于項目降低成本和成功運營均具有重要的影響。近年來，對BOT項目運營成本的研究已經(jīng)取得了一定成果。例如，呂萍等[2]將運營成本引入收費公路的Pareto有效BOT合同，通過構(gòu)建雙目標規(guī)劃模型，分析特許經(jīng)營期、容量及定價的決策；宋金波等[3]將建設(shè)成本、運營成本、中水回用率、折現(xiàn)率等變量作為敏感性分析參數(shù)，構(gòu)建污水處理BOT項目特許定價系統(tǒng)，通過應(yīng)用Vensim軟件進行模擬仿真，從而分析各參數(shù)對特許定價的影響。然而，在以上研究中都是將運營成本作為變量進行研究，對運營成本本身的影響研究不足。本文使用@RISK風險分析軟件系統(tǒng)，利用分布擬合及蒙特卡洛模擬等方法構(gòu)建基于供水BOT項目運營成本的影響因素分布區(qū)間模型，從而對供水BOT項目的運營成本進行分析。

1 影響因素分析

供水項目的一般運作流程可以概括為：水源-水廠-分區(qū)用戶[4]。具體來說就是將原水通過管線輸送至水廠，經(jīng)過一系列物理及化學處理，達到國家政策法規(guī)要求的水質(zhì)標準后，再通過管網(wǎng)輸送至分區(qū)用戶?；谝陨瞎ぷ髁鞒?，結(jié)合現(xiàn)實中大量供水工程的案例，本文將供水BOT項目的運營成本分為5類，共計18項影響因素，見表1。

表1 供水BOT項目運營成本的影響因素

2 方法及模型構(gòu)建

2.1 方法概述

@RISK軟件是一款與Excel電子表格完全集成的Microsoft Excel插件，不僅可以利用數(shù)據(jù)進行分布擬合，還可以利用隨機模擬法(蒙特卡洛模擬、拉丁超立方體抽樣等)對各種可能出現(xiàn)的結(jié)果利用適宜的概率分布進行模擬，并通過高分辨率圖像顯示輸出分布。本文主要應(yīng)用分布擬合及蒙特卡洛模擬，其基本步驟如下：

(1)通過對已知數(shù)據(jù)進行分布擬合確定其概率分布函數(shù)。

(2)根據(jù)研究內(nèi)容建立概率分布模型ψ(x)。

(3)設(shè)置模擬迭代次數(shù)n,依據(jù)概率分布ψ(x)生成n組隨機數(shù)x，并依據(jù)函數(shù)模型計算β(x)。

(4)進行蒙特卡洛模擬，顯示輸出分布圖像。

(5)總結(jié)輸出結(jié)果，得出結(jié)論。

2.2 成本分布區(qū)間模型構(gòu)建

傳統(tǒng)的成本計算公式為

成本=數(shù)量×單價(C=Q×P)

計算公式中的兩個變量Q和P均為固定值，所得到的結(jié)果C也是一個單一數(shù)字。然而實際上，無論是Q還是P都會隨著時間和空間的推進而產(chǎn)生波動。因此，這種計算方法不能靈活表現(xiàn)相關(guān)影響因素對成本的影響，往往會導(dǎo)致對真實成本的誤判或誤導(dǎo)。

本文充分考慮運營成本的各影響因素，將成本計算公式設(shè)計為

單因素成本概率分布=單因素數(shù)量概率分布×單因素單價概率分布

即

Qr(x)=單因素數(shù)量概率分布

Pr(y)=單因素單價概率分布

Cr=單因素成本概率分布

Cr=Qr(x)×Pr(y)

(1)

運營成本等于各單因素成本概率區(qū)間相加，即

Qrn(xn)=第n項成本影響因素數(shù)量概率分布

Prn(yn)=第n項成本影響因素單價概率分布

TCr=總運營成本概率分布

(2)

考慮資金的時間價值，則

(1+折現(xiàn)率)n

(3)

在本模型中，各成本影響因素均不固定，運營總成本是通過各影響因素的概率分布函數(shù)相互運算構(gòu)建出來的一個合理的概率范圍。其中，各成本影響因素的概率分布函數(shù)若確定，可以直接通過定義函數(shù)得到；若不確定，則通過對大量影響因素的歷史數(shù)據(jù)進行分布擬合，從而得出其概率分布函數(shù)。

3 實例分析

ZH縣城市供水BOT項目是某省已落地的市政工程BOT項目，總采購預(yù)算價格為2億元。ZH縣城市供水BOT項目的特許經(jīng)營期為30年，建設(shè)期為2年。項目的凈水廠水源以水質(zhì)良好的引江地表水為主。項目的建設(shè)目的是滿足ZH縣工業(yè)及居民綜合用水的需求，且項目于2016年1月正式進入運營階段。有關(guān)項目運營階段成本數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 ZK縣城市供水BOT項目運營成本因素分析

由于ZK縣縣城市供水BOT項目水源以水質(zhì)良好的引江地表水為主，且根據(jù)目前實際運營結(jié)果，產(chǎn)生污泥量甚少可忽略不計，因此本文在運營成本中暫不考慮污泥處置費。

三角分布是工程領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一種復(fù)合分布，有最大值、最小值及最可能值。其他參數(shù)限定在最大值與最小值之間，并趨向于接近最可能值[5]。本文綜合考慮三角分布的復(fù)合特點，以及ZK縣縣城市供水BOT項目藥劑及輔料成本、電費成本和項目常駐職工人數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，將V1～V7等幾項影響因素的概率分布確定為三角分布。

表2中待確定的V8、V9等影響因素的概率分布需通過對各影響因素的歷史數(shù)據(jù)(表3、表4)分布擬合確定。

表3 生產(chǎn)設(shè)備檢修維護費歷史數(shù)據(jù)

表4 2017年度城市居民消費價格指數(shù)(CPI)

通過分布擬合得出生產(chǎn)設(shè)備檢修維護費的概率分布函數(shù)為

Risk Extvalue(1.183 71，0.247 44)

城市居民消費價格指數(shù)(CPI)的概率分布函數(shù)為

Risk Laplace(1.7，0.436 05)

根據(jù)式(1)及式(2)計算

K1=V1×V2×365.25(天)

K2=V3×V4× 365.25(天)

K3=C1+V8×4(季)

K4=V5×V6×12×(1+14%)

K5=C2+C3

總運營成本為

總TCr=(K1+K2+K3+K4+K5)×(1+折現(xiàn)率)n

在模擬運行之前，需要對存在相關(guān)性的各影響因素設(shè)置相關(guān)矩陣。在本文中，藥劑及輔料單價、電費單價及職工薪酬標準會隨著城市居民消費價格指數(shù)的增加而上漲。

設(shè)置模擬迭代次數(shù)為1000次，進行蒙特卡洛模擬，K1、K2、K3、K4、K5以及年運營總成本的分布圖像如圖1所示。

在實際項目中，折現(xiàn)率參考當?shù)?0年期地方政府債券收益率3.58%,則總運營成本的分布圖像如圖2所示。

4 結(jié)語

本文通過@RISK軟件，主要應(yīng)用分布擬合及蒙特卡洛模擬方法對城鎮(zhèn)供水BOT項目運營成本的影響因素進行模擬分析，將運營成本及各因素均用概率區(qū)間表示，使結(jié)果更加具有彈性。同時，城鎮(zhèn)供水BOT項目的特許經(jīng)營期一般在10年以上，通過對其運營成本的影響因素進行詳細的模擬分析，可以指導(dǎo)項目在實際運作中調(diào)整各成本影響因素，從而實時調(diào)整運營成本。

圖1 K1、K2、K3、K4、K5、年運營總成本的分布圖像(@RISK軟件截圖)

圖2 運營總成本分布圖像(@RISK軟件截圖)