基于云模型的水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)PPP項(xiàng)目為例
——以河南省許昌市水環(huán)境治理

汪倫焰,夏 晴,李慧敏,馬 瑩

(1.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院,河南 鄭州450045;2.河南省水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)院士工作站,河南 鄭州450002; 3.河南省水環(huán)境模擬與治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州450045)

1 引言

隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大、人口急劇增加、水環(huán)境污染與水生態(tài)系統(tǒng)破壞等問(wèn)題日益突出,因此改善城市水環(huán)境成為城市快速發(fā)展道路中亟需解決的問(wèn)題。在傳統(tǒng)環(huán)境治理模式中,政府全權(quán)負(fù)責(zé)環(huán)境治理的費(fèi)用和管理工作,不僅導(dǎo)致政府巨大的財(cái)政壓力,還對(duì)政府的管理能力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。政府和社會(huì)資本的合作(PPP)模式,作為一種融資方式,更是一種治理方式,是提高環(huán)境公共產(chǎn)品與服務(wù)供給質(zhì)量的有效途徑之一。

近年來(lái),采用PPP模式的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目在發(fā)展中國(guó)家受到了歡迎。我國(guó)對(duì)PPP型基礎(chǔ)設(shè)施的需求在增加,截至2018年9月底入庫(kù)(財(cái)政部)項(xiàng)目個(gè)數(shù)達(dá)到8287個(gè),總金額達(dá)12.309萬(wàn)億元。其中,城鎮(zhèn)水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目的個(gè)數(shù)占比為9.6%,成交總金額占5.8%。

可持續(xù)發(fā)展理念自20世紀(jì)70年代首次提出以來(lái),已成為包括我國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)廣泛接受的全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的核心概念和中軸原理。它強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,要求在滿足當(dāng)代人需求的同時(shí)又不對(duì)后代人滿足其需要的能力構(gòu)成危害的代際平衡[1]。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè),PPP模式被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的潛在措施和手段[2],但由于社會(huì)資本的逐利性,導(dǎo)致社會(huì)資本只重視短期經(jīng)濟(jì)效益,忽視了對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境的長(zhǎng)期影響,不利于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),因此需要將可持續(xù)發(fā)展理念納入通過(guò)PPP模式交付的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中[3]。

對(duì)這一問(wèn)題，有學(xué)者進(jìn)行了深入研究。吳慶華認(rèn)為PPP項(xiàng)目的可持續(xù)性包括兩方面含義：一是基礎(chǔ)設(shè)施PPP項(xiàng)目要與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相一致,能持續(xù)滿足消費(fèi)者的長(zhǎng)期有效需求,同時(shí)對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和資源可持續(xù)發(fā)展起促進(jìn)作用;二是基礎(chǔ)設(shè)施PPP項(xiàng)目本身的發(fā)展是可持續(xù)的,即項(xiàng)目本身的耐用性、服務(wù)的市場(chǎng)性、維護(hù)的快捷性、需求的穩(wěn)定性和使用的可持續(xù)性[4]。

可持續(xù)發(fā)展逐漸成為各國(guó)政府、組織和行業(yè)都渴望遵守的概念,但要使這一概念成為現(xiàn)實(shí),需要對(duì)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià),到底什么樣的發(fā)展是可持續(xù)的?？沙掷m(xù)性評(píng)價(jià)成為幫助轉(zhuǎn)變成可持續(xù)的一種重要工具,因此本文采用云模型理論對(duì)水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目進(jìn)行可持續(xù)性評(píng)價(jià)。

2 模型構(gòu)建

2.1 云模型基本理論

云模型是由Li L、Fam F、MaL[5]等于1995年提出的，它是一種基于概率論與模糊數(shù)學(xué)理論的特定結(jié)構(gòu)算法所形成的定性概念到定量表示之間的相互轉(zhuǎn)換模型。

云模型定義與數(shù)字特征:假設(shè)U為一個(gè)定量論域,可用精確數(shù)值表示,C為U上的定性概念。若定量值x∈U,并且為定性概念C的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn),對(duì)C的確定度μ(x)∈[0,1]是具有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù),則稱(chēng)x在論域U上的分布為“云”,每個(gè)x稱(chēng)為一個(gè)“云滴”(x,μ(x))。云模型通過(guò)期望Ex、熵En和超熵He三個(gè)數(shù)字特征來(lái)共同表示一個(gè)定性概念。其中,期望Ex是定性概念中最具有代表性的“點(diǎn)”;熵En是表征定性概念不確定度的“量”,它不僅反映了定性概念云滴的離散程度,也是度量論域中能被概念接受的云滴的取值范圍;超熵He是云模型中“云滴”凝聚程度的反映[6]。

云發(fā)生器:本文主要采用正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器。通過(guò)正向云發(fā)生器[7]將定性概念轉(zhuǎn)化為定量數(shù)值,具體過(guò)程主要為:將云模型的云滴數(shù)、期望熵和超熵依次輸入到發(fā)生器中,得到“云滴”在論域U中的定量數(shù)值以及其表示概念的確定度。正向云發(fā)生器需要滿足以下條件:一是X的分布滿足以E為均值、N2為方差的正態(tài)分布;二是正態(tài)隨機(jī)數(shù)N的分布滿足以N為均值、H2為方差的正態(tài)分布;三是X滿足對(duì)定性概念C的確定度。具體的計(jì)算公式為:

u=exp{-(x-E)2/[2(N′)2]}

(1)

通過(guò)逆向云發(fā)生器[8,9]將定量數(shù)值轉(zhuǎn)化為定性概念,利用統(tǒng)計(jì)的“云滴”來(lái)計(jì)算云模型的期望、熵和超熵,具體過(guò)程為:首先計(jì)算樣本的均值和方差,然后利用式(2)得到云模型的期望、熵和超熵。計(jì)算公式為：

(2)

2.2 構(gòu)建水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系:雖然現(xiàn)有大量研究提出了在實(shí)施基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的過(guò)程中實(shí)踐可持續(xù)發(fā)展原則的各種方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,但是大多數(shù)學(xué)者都是從可持續(xù)的三重底線——經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三方面出發(fā)的[10-12],缺乏更加全面的評(píng)估指標(biāo),這對(duì)有效評(píng)估基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的可持續(xù)性構(gòu)成了障礙。例如，如何實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)和如何進(jìn)行管理會(huì)決定一個(gè)項(xiàng)目的成功或失敗,而項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要有效的項(xiàng)目管理,但以往的研究主要側(cè)重于項(xiàng)目中的環(huán)境可持續(xù)性方面,對(duì)項(xiàng)目中的其他方面例如項(xiàng)目管理可持續(xù)關(guān)注較少[13],因此不利于對(duì)項(xiàng)目的可持續(xù)評(píng)價(jià)。此外,Armanios認(rèn)為如果我們要對(duì)可持續(xù)性有一個(gè)更完整和整體的看法,需要更多地考慮工程可持續(xù)[14]。

本文在設(shè)計(jì)水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),借鑒前人的研究結(jié)果[11,12,15-17],分別從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源與環(huán)境、工程和項(xiàng)目管理可持續(xù)的五個(gè)方面出發(fā)。其中,經(jīng)濟(jì)可持續(xù)是指PPP項(xiàng)目要給社會(huì)資本帶來(lái)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、合理的投資回報(bào);社會(huì)可持續(xù)是指PPP項(xiàng)目要能給社會(huì)公眾提供優(yōu)質(zhì)的公共產(chǎn)品和服務(wù),提高人們的生活質(zhì)量,實(shí)施弱勢(shì)群體的技能培訓(xùn)和能力提升,尋求代際公平;資源與環(huán)境可持續(xù)是指PPP項(xiàng)目要改善對(duì)城市的資源、環(huán)境的影響，提高居民的生活質(zhì)量;工程可持續(xù)是指在工程的全壽命周期內(nèi),在保證工程質(zhì)量的同時(shí),最大限度地節(jié)約資源,包括節(jié)能、節(jié)材等,保護(hù)環(huán)境和減少污染,為人們提供優(yōu)質(zhì)環(huán)保的工程;項(xiàng)目管理可持續(xù)是指通過(guò)管理,維持項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性和使用最少資源的同時(shí)滿足利益相關(guān)者的需求,具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)圖1。

確定指標(biāo)權(quán)重:AHM是一種新的無(wú)結(jié)構(gòu)決策層次分析方法。一般而論，AHM算法的權(quán)重只需要做加乘運(yùn)算,算法簡(jiǎn)單,同時(shí)又不需要做判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。在解決指標(biāo)之間相互影響的問(wèn)題時(shí),可以避免大量的計(jì)算,使決策和分析更容易實(shí)現(xiàn)。雖然AHM中的比較判斷矩陣通常難以求出,但是可由AHP的判斷矩陣A=(aij)n×n轉(zhuǎn)化得到[18]。具體的計(jì)算公式為:

(3)

uij滿足：

(4)

式中,aij表示按照1—9標(biāo)度理論得出的第i比第j的相對(duì)重要值(表1);β表示常數(shù),一般取1或2,本文取2;K表示AHP中1—9比例的標(biāo)度，1/K表示其倒數(shù)。

由AHM的比較判斷矩陣可以計(jì)算出屬性的權(quán)重:wG=(wGu1,wGu2,…，wGun)T,而相對(duì)屬性的權(quán)向量計(jì)算公式為:

(5)

2.3 水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)

定性評(píng)語(yǔ)集的云模型可表示為:首先，利用云模型賦予項(xiàng)目的可持續(xù)性一組評(píng)語(yǔ)集,將評(píng)語(yǔ)集劃分為五個(gè)級(jí)別:{弱,較弱,一般,較強(qiáng),強(qiáng)}。其中，“弱”和“強(qiáng)”屬于單方面約束,“較弱、一般、較強(qiáng)”屬于雙邊約束。苫后，對(duì)雙邊約束評(píng)價(jià)通常選擇對(duì)稱(chēng)云模型進(jìn)行描述，云模型的數(shù)字特征可以通過(guò)以下公式獲得[19]。

(6)

式中,Amin和Amax分別為可持續(xù)評(píng)價(jià)級(jí)別下的評(píng)語(yǔ)取值邊界的下限值和上限值;k為常數(shù),憑經(jīng)驗(yàn)取得。

一般而論，對(duì)單邊約束評(píng)價(jià)可用半云模型進(jìn)行描述。分別用“0”和“10”來(lái)描述模型“弱”和“強(qiáng)”的評(píng)價(jià),選擇對(duì)應(yīng)的對(duì)稱(chēng)云熵的1/2作為它們各自的熵,假設(shè)評(píng)語(yǔ)集的相應(yīng)理論域?yàn)閇0,10],則每個(gè)評(píng)語(yǔ)的相應(yīng)區(qū)間和云模型數(shù)字特征值見(jiàn)表2[19]。

表2 每個(gè)評(píng)語(yǔ)的相應(yīng)區(qū)間和云模型數(shù)字特征值

二級(jí)指標(biāo)的云模型表示:鑒于水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目涉及到的利益相關(guān)者較多、公益性較強(qiáng)等特點(diǎn),為了全面考慮指標(biāo)的可持續(xù)性,通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型的評(píng)價(jià)人員發(fā)放問(wèn)卷,確定各指標(biāo)的定性意見(jiàn)，使用逆向云發(fā)生器得到每個(gè)指標(biāo)的云模型數(shù)字的特征值(Ex,En,He)。

一級(jí)指標(biāo)的云模型確定:每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)基本上是相互獨(dú)立的,各指標(biāo)之間的相關(guān)性很低。因此,一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合云可利用已確定的二級(jí)指標(biāo)的云模型數(shù)字特征值來(lái)確定。

(7)

式中,ωi為各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重;(Exi,Eni,Hei)為各個(gè)二級(jí)指標(biāo)云的數(shù)字特征值;n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù),i =1,2,…,n。

建立綜合云模型:借助虛擬云中的綜合云理論[19],生成綜合云模型,其數(shù)字特征可由5個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)字特征值進(jìn)行計(jì)算,具體的計(jì)算公式為:

(8)

式中,ωi為每個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重;(Exi,Eni,Hei)為各個(gè)一級(jí)指標(biāo)的云模型的數(shù)字特征值;n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù),i =1,2,…,n。

利用綜合云模型的數(shù)字特征值繪制水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目的可持續(xù)性評(píng)價(jià)云圖,可得到水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目整體可持續(xù)性的具體信息,運(yùn)用云模型理論對(duì)水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

3.2 許昌市水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)

數(shù)據(jù)收集:本文選取可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域、水環(huán)境治理領(lǐng)域?qū)＜夜?0位,通過(guò)信函方式邀請(qǐng)各位專(zhuān)家對(duì)許昌市水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)的相對(duì)權(quán)重做出客觀分析和判斷。根據(jù)專(zhuān)家們對(duì)評(píng)估指標(biāo)之間的重要性進(jìn)行兩兩對(duì)比打分,采用AHM計(jì)算權(quán)重值結(jié)果(表3)。同時(shí)，選取項(xiàng)目參與人員(包括政府、社會(huì)資本、咨詢公司等人員)作為問(wèn)卷調(diào)研對(duì)象,采用9標(biāo)度的李克特量表收集被調(diào)研者對(duì)每個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行可持續(xù)評(píng)價(jià)。其中,1表示項(xiàng)目的可持續(xù)性弱,3表示項(xiàng)目的可持續(xù)性較弱,5表示項(xiàng)目的可持續(xù)性一般,7表示項(xiàng)目的可持續(xù)性較強(qiáng),9表示項(xiàng)目的可持續(xù)性強(qiáng)。共發(fā)放問(wèn)卷200份,回收有效問(wèn)卷124份,問(wèn)卷回收率為62%。

水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目二級(jí)指標(biāo)的云模型表示:我們對(duì)回收的問(wèn)卷進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理,并使用逆向云發(fā)生器得到每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的云模型數(shù)字特征值,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的云模型數(shù)字特征值及相應(yīng)權(quán)重

表4 每個(gè)一級(jí)指標(biāo)的云模型數(shù)字特征值

環(huán)境治理PPP項(xiàng)目一級(jí)指標(biāo)的云模型確定:將每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下的各二級(jí)指標(biāo)的數(shù)字特征值和權(quán)重代入式(7),進(jìn)行綜合云計(jì)算,得到5個(gè)一級(jí)指標(biāo)的云模型數(shù)字特征值,見(jiàn)表4。

水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目綜合云模型:通過(guò)式(8)對(duì)虛擬云中的各個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行綜合云計(jì)算,可得到許昌市水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目綜合可持續(xù)性評(píng)價(jià)的云模型數(shù)字特征值 (6.3388,1.6224,0.5785)。

水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展水平的確定:在許昌市水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目綜合可持續(xù)性評(píng)價(jià)的綜合云模型數(shù)字特征值中,He=0.5785。為了比較每個(gè)評(píng)論的集成云模型和相應(yīng)的云,我們首先調(diào)整了表中的k值,并且取k=0.3。然后,將綜合云模型的數(shù)字特征值和每個(gè)評(píng)語(yǔ)的相應(yīng)云模型數(shù)字特征值輸入到正向云發(fā)生器中,再利用Matlab軟件畫(huà)出相應(yīng)的云圖,具體見(jiàn)圖2。該項(xiàng)目的整體可持續(xù)性處于“一般”和“較強(qiáng)”水平之間,更接近“較強(qiáng)”的水平。

圖2 整體可持續(xù)云圖

我們將5個(gè)一級(jí)指標(biāo)的數(shù)字特征值(即經(jīng)濟(jì)可持續(xù)B1、社會(huì)可持續(xù)B2、資源與環(huán)境可持續(xù)B3、工程可持續(xù)B4、項(xiàng)目管理可持續(xù)B5)和每個(gè)一級(jí)指標(biāo)的數(shù)字特征值輸入到云模型中,并利用Matlab軟件繪制出相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、社會(huì)可持續(xù)、資源與環(huán)境可持續(xù)、工程可持續(xù)和項(xiàng)目管理可持續(xù)的云圖,見(jiàn)圖3—7。

圖3 經(jīng)濟(jì)可持續(xù)云圖

圖4 社會(huì)可持續(xù)云圖

圖5 資源與環(huán)境可持續(xù)云圖

圖6 工程可持續(xù)云圖

圖7 項(xiàng)目管理可持續(xù)云圖

從圖3—5中可見(jiàn),經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、社會(huì)可持續(xù)、資源與環(huán)境可持續(xù)處于“一般”和“較強(qiáng)”水平之間,更接近“較強(qiáng)”水平，而圖6—7的工程可持續(xù)、項(xiàng)目管理可持續(xù)更接近于“一般”水平,說(shuō)明項(xiàng)目在工程和管理方面仍然存在著一些不足,可持續(xù)性有待提高。此外,通過(guò)表2中每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的云模型數(shù)字特征值發(fā)現(xiàn),在工程可持續(xù)方面,工程配套設(shè)施完備性和工程可更新改造的能力分值較低;而在項(xiàng)目管理可持續(xù)方面,人力資源的專(zhuān)業(yè)性分值較低。

通過(guò)分析可見(jiàn)，這些信息可為提高項(xiàng)目可持續(xù)提供指導(dǎo)。因此,今后應(yīng)更加重視水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目在工程和項(xiàng)目管理方面,通過(guò)完善工程配套設(shè)施和注重工程的可更新改造能力,并在管理方面采取各種積極措施,通過(guò)各種形式的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)來(lái)提升項(xiàng)目管理人員的素質(zhì)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文將可持續(xù)發(fā)展的思想融入基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的理念受到了人們的廣泛關(guān)注,在考慮實(shí)施時(shí),應(yīng)適當(dāng)評(píng)估其可持續(xù)性表現(xiàn)。隨著國(guó)家對(duì)水污染問(wèn)題的關(guān)注,出現(xiàn)了越來(lái)越多的水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目。為了這些項(xiàng)目持續(xù)健康地發(fā)展,應(yīng)對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行可持續(xù)評(píng)價(jià)。

本文從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源與環(huán)境、工程和項(xiàng)目管理五個(gè)方面構(gòu)建了水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并在此基礎(chǔ)上,利用云模型對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的可持續(xù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。為了證明評(píng)價(jià)方法的可行性,本文對(duì)河南省許昌市水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目進(jìn)行了相關(guān)案例分析。實(shí)證研究結(jié)果表明,許昌市水環(huán)境PPP項(xiàng)目整體可持續(xù)性處于“一般”和“較強(qiáng)”水平之間,更接近于“較強(qiáng)”水平;經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、社會(huì)可持續(xù)、資源與環(huán)境可持續(xù)高于工程可持續(xù)性和項(xiàng)目管理可持續(xù)。

4.2 討論

本文提出了通過(guò)完善工程配套設(shè)施、注重工程的可更新改造能力、提高管理人員的素質(zhì)等來(lái)提高工程可持續(xù)性和項(xiàng)目管理的可持續(xù)水平。本文提出的指標(biāo)體系可以幫助綜合考慮可持續(xù)發(fā)展的多維度,運(yùn)用云模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)定性評(píng)價(jià)到定量表示之間的轉(zhuǎn)換,通過(guò)“云滴”圖能直觀簡(jiǎn)單地反映出評(píng)估項(xiàng)目的可持續(xù)性程度,為水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目的可持續(xù)性評(píng)價(jià)提供了有益的借鑒?？沙掷m(xù)的水環(huán)境治理PPP項(xiàng)目,不僅有助于實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的長(zhǎng)效治理,對(duì)城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展也具有非常重要的意義。