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1、第22卷第2期2017年4月工业工程与管理Industrial Engineering and ManagementV0122 No2ADr2017文章编号：10075429(2017)02007607 DOI：1019495jcnki10075429201702011基于Shapley值的基础设施工程融资联盟合作机制研究孙蕾，孙绍荣(上海妥2_r-大学管理学院，上海200093)摘要：以特许经营基础设施工程为研究对象，建立了公共部门，建设及服务提供方和私人投资方的三方合作博弈模型，利用Shapley值法分析了三者在基础设施z-程融资联盟中的合作收益分配问题。计算了三种融资模式下各参与方的合作
2、收益分配值，并对不同融资联盟模式对利益分配的影响进行了分析。研究表明：如果融资联盟参与方实际承担的风险大于期望风险时，其原合作收益分配量会增加，如果小于期望风险则原合作收益分配量会减小。同时，在特许经营管理的基础设施工程融资联盟中当参与方的合作形式发生变化时，其各方所承担的实际风险会发生转移，从而影响联盟参与方的最终合作收益分配量。对于基础设施工程中融资联盟及参与方的合作机制与利益分配方式的研究对解决基础设施工程管理中的合作协调问题具有重要的启发意义和参考借鉴作用。关键词：合作博弈；利益分配；Shapley值；融资联盟；基础设施工程中图分类号：F273 文献标识码：AResearch on C
3、ooperation Mechanism of Infrastructure Proj ect FinancingAlliance Based on Shapley ValueSUN Lei，SUN Shaorong(Business School，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China)Abstract：A game model of the public sector，construction and service providers，and privateinvestors was
4、set up with franchise infrastructure projects as the research objectThe Shapley value wasapplied to analyze three partiescooperation benefit distribution in financing infrastructure projectsCalculated cooperate benefit distribution value of participants under three financing modelsAnalyzed theimpact
5、 of different financing model on the distribution of benefitsThe result show that when the riskcarried by financing alliance participants is greater than the expected risk，its original cooperation benefitdistribution will increaseWhen the risk iS 1ess than the expected，the amount of the original dis
6、tributionof cooperation benefit will decreaseAdditionally，when the way of cooperation changes，actual risk infinancing alliance of franchise management infrastructure projects transfers，which will affect the amountof the benefit distribution of participantsThe research marks significance in solving c
7、ooperation issues ininfrastructure project managementKey words：cooperative game；benefit distribution；Shapley value；financing alliance；收稿日期：20160822；修回日期：20161118基金项目：国家自然科学基金资助项目(71171134)；上海市一流学科建设项目(S1201YLXK)；上海市高原学科(管理科学与工程)资助项目；沪江基金资助项目(A14006)作者简介：孙蕾(1990一)，女，甘肃临洮人，博士研究生，主要研究方向为工程管理，决策理论与方法，Em
8、ail：telesasun163com。孙绍荣(联系人)，教授，E-mail：sunshaoron8：163com。一76万方数据工业工程与管理 第2期1 引 言随着我国经济的高速增长以及城镇化建设的加强对基础设施融资的需求不断增大。基础设施建设成为经济与投资发展的重要组成部分和决定因素。要满足如此快速增长的需求，仅靠政府资金投入十分有限，特许经营工程融资(BOTPFIPPP)是越来越流行的适用于基础设施、公用事业和自然资源开发等大中型工程项目的重要模式，其能发挥政府和私营企业的各自优势，加快上述基础设施工程的建设并能提高效率。基础设施工程具有利益标的比较大、涉及的方面比较广、利益主体比较多、
9、投人大、建设期和回收期长等特征，因此针对基础设施工程的研究1叫，例如合作机制、利益分配等内容得到学者的广泛关注。文献7讨论在大型基础工程中合作存在的条件及必要性，学者通过对工程管理Partnering模式的合作博弈分析研究，证明合作能够实现资源互补、降低交易成本，符合多方参与的长期战略发展。无疑合作博弈模型可以为分析这类问题提供一定的理论方法。近年来国内外学者在合作博弈的理论83及应用9-10方面开展了大量的研究14_1 5|，研究主要集中在三个方面，一是为保证基础设施工程顺利实施过程中的不同参与方之间的合作研究；二是有关经济利益方面参与方之间的合作博弈研究；三是合作方之间利益分配的研究16_
10、1 8。孑L祥荣等1朝通过计算按照合作博弈规则划分的运输网络，提出了新型的运输分配方法。周韬等2叼以合作博弈理论为分析工具，构建巨项目组织联盟合作博弈分析模型，建立巨项目组织联盟中合作伙伴的有效磋商机制、公平合理的效益贡献分配机制，以及促进巨项目组织联盟合作实现优势互补。Abednego M P等2，Woodward D G等22就基础设施及公共项目不同融资模式方面进行了研究。利益分配方面GiovanniM等2 3。，从成本分摊的角度研究了合作博弈中参与方的收益问题，孙慧等24从不完全契约角度研究了剩余控制权角度与投入对收益分配比例的影响。Shapley值作为合作博弈利益分配的优秀机制，应用到
11、各个方面瞳5q 0I，文献31323从风险角度出发研究了风险的分担对收益的影响。文献33-36是关于风险分担的研究，文献通过对PPP项目的研究，构建了政府与私人集团的最优合作博弈模型，实现了最优风险分担比例的确定，从而达到双方有效地合作。文献37提出了一种基于Shapley值的风险因子修正算法，研究了动态联盟伙伴企业利益分配的策略。文献E38建立了治理大气污染的省际合作博弈模型，应用Shapley值法获得了相对公平的合作收益分配方案，文献39根据动态博弈论的方法，利用Shapley值法分析了合作治污成本在各合作国家间的公平分配。这些利用Shapley值分析合作收益分配的方法给本文研究提供了很好
12、的参考和借鉴。以上在基础设施工程和合作博弈方面的研究主要针对一种合作机制或模式进行了利益分配的研究，但没有就不同的合作模式下，因风险承担不同合作方式变化而导致收益发生变化的方面进行研究，这正是本文的主要研究内容。本文从一个新的视角，不同融资模式下的收益分配合作机制展开，主要研究在BOT，PPP，PFI三种形式的融资方式下各利益主体最终获得的合作收益的分配量与不同融资模式的关系。2特许经营工程特许经营管理是指政府把应当由政府控制或实施的项目工程，通过特许授权，在一定的期限和范围内，交给私人部门投资、建设或运营以提供公共产品或公共服务的制度安排。以高速铁路为例，一般政府会就某段高速公路项目与企业签
13、订特许经营协议，授予签约企业对签约段的高速公路的投资、融资、建设、经营和管理权。基础设施领域的特许经营制度安排经过实践被证明是一种创新、规范，较为成功的公共部门与私人部门的合作模式和制度安排，对国外及国内的基础设施体系构建发挥了重要作用。充分利用私人部门的资金来弥补政府公共部门财政预算的不足是政府实施基础设施特许经营的目的之一。同时政府作为基础设施特殊的投资人，对工程利益也有着不同的诉求，既要通过基础工程提供公共产品及服务，也要均衡各经济利益相关者各自利益。公众是基础设施工程真实的投资者，也是其最终的用户及业主。私人部门中影响较大的参与方为建设服务方和私人投资方，建设服务方完成施工建设及提供产
14、品及服务，私人投资方以资金方式参与融资，取得相应的收益权益。社会公众及用户投入资源环境，获得便利，或降低出行成本。随着经济、社会的发展，对市政基础设施项目建一77万方数据第22卷 孙蕾，等：基于Shapley值的基础设施工程融资联盟合作机制研究设产生了巨大的需求。以及与此伴随着金融体系的完善和市场化改革，越来越多的资金却找不到合适而又稳妥的投资与融资渠道。目前，我国在基础设施项目建设和发展方面，普遍存在投融资不足以及投融资效率低下问题，并已成为制约经济和社会发展的瓶颈。3基于合作博弈的基础设施工程各参与方融资联盟模型建立Shapley值是合作博弈理论中一种主要的合作收益分配方法33q 4【，1
15、953年由罗伊德夏普利(Lloyd Shapley)提出，Shapley值因其满足相对直观的公理体系而被普遍接受，用于解决多人合作对策问题的一种数学方法。31模型假设不同利益诉求的各参与方符合个体理性和集体理性。联盟参与主体的博弈是合作的及各参与方能达成有效的约束协议。参与人效用可转移。联盟博弈的特征函数是博弈参与人的公共知识，每个参与人都知道每个联盟的保证水平。设B(N；勘)，为有n个参与主体的联盟博弈，N一1，2，3，扎)，P(N)表示参与人集合N的所有非空子集的集合，即所有联盟的集合。B(N；u)一sl，S。；cl，C。；可1，秽。)耽一fi(sl，5。；C1，C。)s1，一，5。表示各
16、个参与方的策略空间；Cl，一，c。表示参与方联盟所达成的协议；让表示第i个参与方的特征函数，它是联盟协议和各参与方策略的多元函数；V(S)为联盟保证水平，表示联盟中成员合作时所能获得的最大利益或者节约的成本，V(S)：P(N)一R。设(“。(s)，“。(s)是联盟博弈的一个可行的配置效用，可行结果sS。联盟成员分到的收益，需要满足个体理性，每个成员在联盟中的分配都不小于其不参加联盟的收益，即使在收益不确定的情况下，每个成员还是愿意参加联盟。V(s)。c甜：一般为期望收益Eu(z：)眈(R(i)。各融资参与方在联盟中所得到的利益分配至少不小于他们不参加联盟时的保留收益，即参与者之间自行形成的任何
17、小联盟都不能带给联盟比原分配方式更大的效用。一7832风险因子与融资成本整合的Shapley值Shapley的构思为博弈者i在(N；口)博弈下可能形成各种联盟，只要将它对不同联盟的边际贡献平均起来就是它在全体联盟N下应得的最终效用分配(N；口)，称馈(N；可)为(N；u)博弈的Shapley值。 伫(N：坐止旦竿业z匝N ”：(V(S)一V(S(i)叫(1 S I)一业止型粤2二卫越7z!式中，l sI为联盟s中的参与人个数；能(N；才)为联盟博弈中参与者i的效益或贡献的分配值。(V(S)一V(Si)为参与人i加入到联盟S 7一(Si)后形成联盟S时，为联盟增加的效益。V为特征函数，每个联盟S
18、都对应着一个实值函数V(S)。Shapley值法的前提假设是各参与主体承担的风险均相等，各方承担的风险均为：1R。一三，i一1，2，咒，但在基础设施工程的实际合作过程中，及各参与方在各阶段所承担的风险都不均等。设参与方实际承担的风险为PR 7。，R 7：一PR 7：一，R 7：=0，PR 7。一1儿 F1 F1当R 7：o时，则表示参与方i在实际合作中承担的风险比理想情况下要高，承担风险较多的主体应该分得较多的合作收益所得。其利益增值为A8iu(N)R 7i，则实际利益分配为9 7：一9：+妒。一似+口(N)R 7：式中u(N)为合作的最大收益。同理，当R 7。V(1，2)，妒2+仍V(2，3
19、)，垆。+咖V(1，3)。参与联盟获得客观的合作收益，与单独行动相比联盟参与方投资成本有所降低。42基于风险分担不同模式下的收益分配根据图1示意的各参与方及参与形式，可以得到可行的融资联盟有如下6种，表示三方愿意形成合作联盟共同完成某基础设施工程。本文选取典型的三种模式进行研究，分析由于不同的融资联盟组合方式，各方所承担的风险对合作收益、成本节约的影响，以建设期风险为例。79万方数据第22卷 孙蕾，等：基于Shapley值的基础设施工程融资联盟合作机制研究PR 7一(PR 7l，PR 7 2，PR 73)，PR 7厦玎一(PR7，PR 1 7，PRj 7)PRPPP 7一(PR7，PR；7，P
20、Ri 7)，PRPFJ 7一(PR7，PR；7，PRi 7)(1)PFI模式下的收益分配PFI是”私人主动融资”的模式，由私人资金启动，投资兴建，政府授予私人委托特许经营权，通过特许协议政府和项目的其他各参与方之问分担建设和运作风险。设PRPF，7一(PR7，PR；7，PRi 7)一(o，丢，詈)。表5 PFI融资模式下合作收益分配计算结果伫 妒161 仁=48 妒一37PR，7(刚)何一u(N)(PR：7一：一伫+伍融资联盟中，政府方和建设及服务方承担的风险均小于实际承担的风险，因此其合作收益原分配应该减小，而私人投资方由于承担了较大的风险，应该从合作收益中分配到更多的收益。政府承担的实际风
21、险与期望风险的差值的绝对值大于建设方及服务方实际承担的风险与期望风险的差值的绝对值， 1、l l， 1、I|(PR7一去)lI(PR；7一音)l，因此政府原合作收益分配值的减小量大于建设服务方。(2)BOT模式下的收益分配在BOT模式下，建设一经营转让是政府通过契约授予私营企业以一定期限的特许专营权，许可其融资建设和经营特定的公用基础设施。在整个B()T项目中，私人投资者是B()T项目风险的第一承担者，相比较而言，政府所承担的风险是比较小的。这个过程全部由项目公司为主体进行操作，风险也完全由项目公司承担。另外通过BOT项目招标，中标者成为项目业主，承包商一般必须带资承包。因此建设方也承担相应的
22、风险。设PR聊7一(PR7，PR；7，PRj 7)=(去，告，丢)。在这种联盟下，私人投资方承担较多的风险，应获得更多的合作收益，而建设方所承担的实际风险与期望风险相等，因此其实际获得的合作收益与原分配一致，政府承担的实际风险小于期望风险，其最终的合作收益分配量小于原分配量。私人投资方承一80担最大的实际风险也获得最多的合作收益增加量。表6 BOT融资模式下合作收益分配计算结果伍 P1=61 妒一48 59337PR，7(眠L去)伍一口(N)(PR。7驴7，一掣+伫(3)PPP模式下收益分配PPP模式为“公共私营合作制”，是指政府与私人组织之间，为了合作建设城市基础设施项目。或是为了提供某种公
23、共物品和服务，以特许权协议为基础，彼此之间形成一种伙伴式的合作关系，并通过签署合同来明确双方的权利和义务，以确保合作的顺利完成，最终使合作各方达到比预期单独行动更为有利的结果。风险主要由政府与私人投资方共同承担。设， 1 、PRPPP 7一(PR7，PRi 7，PRi 7)一(者，去，高)。表7 PPP融资模式下合作收益分配计算结果卿 卿一61 弘=48 印=37PR，7fPRI-上1弘一u(N)(PRi 79 z2弘+何在例如PPP模式下的基础设施工程融资过程中，风险共担的政府和私人投资方实际承担的风险大于期望风险，应该获得更多的合作收益。建设服务方实际承担的风险小于期望风险，其原合作收益分
24、配值应该减少，最终获得较小的分配量。43收益分配结果分析联盟三的最终合作收益计算结果表5表明融资联盟中，政府方和建设及服务方承担的风险均小于实际承担的风险，因此其合作收益原分配应该减小，而私人投资方由于承担了较大的风险，应该从合作收益中分配到更多的收益。联盟四，表6计算结果表明在这种联盟下，私人投资方承担较多的风险，应获得更多的合作收益，而建设方所承担的实际风险与期望风险相等，因此其实际获得的合作收益与原分配一致，政府承担的实际风险小于期望风险，其最终的合作收益分配量小于原分配量。私人投资方承担最大的实际风险也获得最多的合作收益增加量。在联盟六，表7计算结果表明该模式下的基础设施工万方数据工业
25、工程与管理 第2期程融资过程中，风险共担的政府和私人投资方实际承担的风险大于期望风险，应该获得更多的合作收益。建设服务方实际承担的风险小于期望风险，其原合作收益分配值应该减少，最终获得较小的分配量。表8 实际承担的风险与合作收益分配量之间的关系PF。PR7一(。，音)(，T1)A驴。i。=。(。-用48，,PRI 7PRi 7PRl 7 弘伫l由表8可知，在原来分配的基础设施工程合作收益的增加量取决于实际承担的风险与期望风险的差值，差值越大，收益分配增加量越大，差值越小其合作收益分配增加量越小。如果实际承担的风险小于期望风险，则合作收益分配值会减小，实际承担的风险与期望风险的差值的绝对值越大，
26、合作收益分配值的减小量越大，绝对值越小其合作收益分配值的减小量越小。由于参与方数目是一个定值，也就1是期望风险R。一土是个已知量，因此合作收益的最，终分配方式取决于参与方实际承担的风险。按照风险来确定基础设施融资联盟的合作收益分配是一种行之有效的方法。保证了各参与方的利益。5 结束语基础设施工程融资联盟合作参与方的最终合作收益分配不只受到联盟成员的边际贡献的大小的影响，也受到在每个可行联盟中各参与方实际承担风险的影响。参与方实际承担的风险大于期望风险时其原合作收益分配增加，如果小于期望风险则原合作收益分配会减小。同时根据三种联盟方式的变化，可以得出在特许经营管理的基础设施工程融资联盟中，当参与
27、方的合作形式发生变化时，其各方所承担的实际风险会发生转移，从而影响最终合作收益的分配量。反过来说，利益分配机制的变化也会影响其合作方式，特许经营的基础设施工程选择什么样的融资方式也会影响各参与方的合作收益及利益分配方式。按照不同融资的形式进行利益分配，应该引起合作方注意的是在各种模式变化或融合情况下，风险承担责任的转变而导致的利益分配的机制变化，应该根据融资的形式确定利益分配机制。这样才能降低风险保证投资者收益。为提高重大基础工程的投资建设效率，促进工程有效运行，则需建立促进基础设施工程融资联盟合作的机制和体制。机制设计理论有助于深入理解重大基础工程中各参与方联盟利益分配制度的优点和在制度建设
28、方面遇到的许多现实问题，有助于各参与方联盟把握联盟内各参与主体及合作伙伴的个体理性与集体理性的和谐一致，从而达到降低联盟参与主体的交易成本，实现社会资源与公共资源的有效配置。综上所述，对于基础设施工程的融资联盟及各参与方的合作机制与利益分配方式的研究对解决基础设施工程管理中的合作协调问题具有重要的启发意义和参考借鉴作用。参考文献：Eli Evangelos K C，Glikeria KAn economic evaluation model forconcession on convention infrastructure projects in GreeceEJOperational Re
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