（工商管理专业论文）基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析及其简化方法.pdf

中文摘要 随着我国投资体制的多元化发展，国家逐步在污水处理行业引入竞争机制。 按照“谁投资、谁决策、谁收益、谁承担风险”的原则，决策者更加关注投资效 果和风险，项目决策中的经济评价和风险分析变得越来越重要，污水处理项目 投资风险分析方面的研究与应用有着重要意义。 本文首先对风险、工程项目风险、投资风险分析以及投资风险分析理论研 究进展与常用方法进行了综述；而后简要介绍了城市污水处理行业概况和蒙特 卡洛模拟方法。蒙特卡洛法是解决不确定性因素随机概率问题的有效方法，适 用于侧重经济评价指标分析的投资风险分析，本文将蒙特卡洛模拟技术引入污 水处理项目风险分析中，并对经济评价判别指标进行模拟的过程进行了研究， 分析了试验次数对模拟结果的影响；然后以工程实例“郑州马头岗污水处理厂 工程投资风险分析”作为案例进行了蒙特卡洛模拟应用，给出了整个模拟分析 过程，得出项目可行的概率，可以看出采用这种方法进行风险概率分析是适宜 的；再者，通过工程实例进行深入研究与推导，得出在净现值准则下不进行抽 样模拟直接近似求解项目可行的概率的简化模拟方法。经过深入验证与误差分 析，这种方法的计算结果与蒙特卡洛模拟结果相差甚小，具有手工计算简单快 速、可以写出计算过程等优点，可以在可行性研究报告风险概率分析中普及应 用；最后提出应重视风险概率分析、正确对待风险分析结论和必须针对风险分 析结论采取必要的应对措施的建议。 关键词：污水处理经济评价风险分析蒙特卡洛模拟投资决策 a b s t r a c t w i t ht h ei n v e s t m e n t s y s t e md e v e l o p i n gd i v e r s i f i e d ，t h eg o v e m m e n th a s i n t r o d u c e dc o m p e t i t i v em e c h a n i s mi n t ow a s t e w a t e rp r o j e c tb yd e g r e e s b a s e do nt h e r u l eo f “w h oi n v e s t ，w h od e c i s i o n ，w h o g a i ni n c o m e ，w h ot a k et h er i s k ， t h e d e c i s i o n 。m a k e rp a ym o r ea t t e n t i o nt oi n v e s t m e n te f f e c ta n dr i s k i nr e s u i t ，e c o n o m i c e v a l u a t i o na n dr i s ka n a l y s i si np r o j e c td e c i s i o nb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t ，s o r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fi n v e s t m e n t s i g n i f i c a n t r i s k a n a l y s i so fw a s t e w a t e rp r o j e c ti s 1 nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ec o n c e p t so ft h ep r o j e c tr i s k ，i n v e s t m e n tr i s ka n a l y s i sa n d t h ea c a d e m i cs t u d ya n da p p l i c a t i o nm e t h o d sw e r ef i r s t l ys u m m a r i z e d s e c o n d t h e o v e r a l ls i t u a t i o no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dm o n t ec a r l os i m u l a t i o n w e r eb r i e f e d t h e nt h ea u t h o ra p p l i e dt h em o n t ec a r l om e t h o dt o r i s kp r o b a b i l i t v a n a j y s i so fw a s t e w a t e rp r o j e c t ，a n ds t u d i e d s i m u l a t i n gp r o c e s s ，a n a l y z e dt h e m t j u e n c eo fe x p e r i m e n tt i m e so nt h es i m u l a t i n g r e s u l t s t h i r d ，t h em o n t ec a r l o m e t h o dw a sa p p l i e di nt h ef e a s i b i l i t y s t u d yo faw a s t e w a t e rp r o j e c t ，z h e n g z h o u m a t o u g a n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，a n dt h es i m u l a t i o no fr i s ka n a l y s i sf o rt h i s p l a n tw a sp r o v i d e d f o u r t h ，t h r o u g hf u r t h e rs t u d ya n di l l a t i o nf r o ma ne n g i n e e r i n g m s t a n c eo fr i s kp r o b a b i l i t ya n a l y s i sw h i c hu s e dt h e a n a l o g ym e t h o do fm o n t ec a r l o ar a p l ds i m p l i f i e dc o m p u t a t i o n a lm e t h o dw i t h o u ts a m p l i n g s i m u l a t i n gw a sp r o p o s e d w n l c nc a nb ea p p l i e dt oe v a l u a t ea p p r o x i m a t e l yt h e p r o b a b i l i t yt h a tt h ep r o j e c tw a s f e a s i b l e i tw a sd e e p l yv a l i d a t e db yt h ee r r o ra n a l y z i n gt h a tt h e r ei sl i t t l ed i f r e r e n c e b e t w e e nt h er e s u l t sf r o mt h i ss i m p l i f i e d c a l c u l a t i o nm e t h o da n dt h a tf 而mm o n t e 乙a r i o s i m u l a t i n g ，a n dt h i sm e t h o di sf e a s i b l et ob ea p p l i e dt ot h er i s ka n a l y s i si n t i ：a s i b i l i t ys t u d ye x t e n s i v e l y f i n a l l y , i tw a s s u g g e s t e dt h a tt h ed e c i s i o n m a k e rs h o u l d r e g a r dr i s kp r o b a b i l i t ya n a l y s i s ，t r e a tt h ec o n c l u s i o no fr i s ka n a l y s l sr i g h t iv a n dt a k e n e c e s s a r ya c t i o no nt h ec o n c l u s i o no fr i s ka n a l y s i s k e yw o r d s ：w a s t e w a t e r ，e c o n o m i ce v a l u a t i o n ，r i s kp r o b a b i l i t ya n a l y s i s ，m o n t e c a r l os i m u l a t i o n ，i n v e s t m e n td e c i s i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨奎态堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：叠印呜謦签字目期： 幻7 年，月节日 学位论文版权使用授权书 本学垃论文作者完全了解墨窒盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 争授权一叁凄叁堂i 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索；j f ：采用影邓缩翻或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 陵川羽：玎关酃ij 或挑，构送交论文的复印件和磁盘。 ii 果密的? 爹；r 色之在解密后适用本授权说明) 一。7 沦交作挎签钐：二妻埽呜乞 导师签名： j o ：2 啼卜f 川2 夕日 签字眦加7 年7 日 日u吾 刖舌 给排水行业是我国近年来日益受到重视的投资领域，其中污水处理项目是 政府主导投资的市政公用基础设施中的重要内容，但长期以来的政府投资模式 导致了项目投资决策的形式化，可行性研究报告往往成为可批报告，报告研究 内容和深度不足，缺少诸如风险概率分析等决策依据的内容。随着我国投资体 制的多元化发展，b o t 、t o t 等特许经营投融资模式逐渐被引入到污水处理项目 中，按照“谁投资、谁决策、谁收益、谁承担风险”的原则，项目决策中的经济 评价和风险分析变得越来越重要，污水处理项目投资决策风险分析方面的研究 与应用有着重要意义。 蒙特卡洛法是解决不确定性因素随机概率问题的有效方法，适用于侧重经 济评价指标分析的投资风险分析。自2 0 0 4 年以来，我们开展了将蒙特卡洛模拟 技术引入污水处理项目风险分析的研究尝试，进行了计算机程序的编制工作； 于2 0 0 5 年作者所在单位承担的郑州马头岗污水处理厂工程可行性研究报告 中进行了实践应用，采用这种方法进行风险概率分析是适宜的、可行的，之后 又提出进行简化模拟的构想；并于2 0 0 6 年3 月在所在单位一一天津市市政工程 设计研究院作为科研项目正式立项研究。该课题题目为蒙特卡洛模拟技术在 污水处理项目风险分析中的应用与简化模拟研究，全部研究工作由本文作者独 立承担，主要研究内容为：通过编制蒙特卡洛风险概率分析模拟计算程序，将 蒙特卡洛模拟技术引入污水处理项目风险分析中，形成可行性研究报告风险分 析内容范本，并研究蒙特卡洛风险概率分析的简化模拟方法。本文为该科研课 题的主要研究成果，由五部分组成，主要内容包括： ( 1 ) 第一章为项目投资风险及其分析方法，简要介绍了风险、工程项 目风险、投资风险分析以及投资风险分析理论研究进展与常用方法。 ( 2 ) 第二章为基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析，简述了城市污 水处理行业概况和蒙特卡洛模拟方法概要，通过编制计算机程序，将蒙特卡洛 模拟技术引入污水处理项目经济评价风险分析的应用中，并分析了试验次数对 模拟结果的影响。 ( 3 ) 第三章为工程实例：郑州马头岗污水处理厂工程投资风险分析， 在天津市市政t 程设计研究院承担的郑州马头岗污水处理厂工程可行性研究工 日舌 作中，首次在污水处理项目可行性研究报告中引入蒙特卡洛模拟技术，采用计 算机程序进行了项目投资风险分析，得出项目可行的概率，进一步为投资决策 提供依据，同时作为污水处理项目进行风险概率分析的范例。本章从内容叙述 上与第二章有一定重复，以保证作为案例在结构上的完整性。 ( 4 ) 第四章为净现值准则下蒙特卡洛风险概率分析的简化模拟研究， 通过采用蒙特卡洛模拟技术进行项目风险概率分析的工程实例，进行深入研究 与推导，得出在净现值准则下不进行抽样模拟直接近似求解项目可行的概率的 快速计算方法，经过深入验证与误差分析，这种方法的计算结果与蒙特卡洛模 拟结果相差很小，可以在可行性研究报告风险概率分析中普及应用。 ( 5 ) 第五章为结束语，简要总结了本课题的研究内容，提出应重视风 险概率分析、正确对待风险分析结论和必须针对风险分析结论采取必要的应对 措施的建议。 第一章项目投资风险及其分析方法 第一章项目投资风险及其分析方法 1 1 项目风险与投资风险分析 1 1 1 风险 一般来说，风险是指在一定条件下和一定时期内可能发生的各种结果的变 动程度，或某种损失发生的可能性。许多学者对风险的含义有不同的描述，但 其要素可以概括为两个方面： ( 1 ) 风险是活动或事件发生的潜在可能性； ( 2 ) 风险是种消极的不良的后果。 归纳起来，风险一词包括了两方面的内涵：一是指风险意味着出现了损失， 或者是未实现预期的目标；二是指这种损失出现与否是一种不确定性随机现象， 可以用概率表示出现的可能程度，但不能对出现与否作出确定性判断。要全面 理解风险的含义，应注意以下几点： ( 1 ) 风险是与人们的行为相联系的，这种行为既包括个人行为，也包括群 体或组织的行为。行为受决策左右，因此风险与人们的决策有关。 ( 2 ) 客观条件的变化是风险的重要成因，尽管人们无力控制客观状态，却 可以认识并掌握客观状态变化的规律性，对相关的客观状态作出科学的预测， 这也是风险管理的重要前提。 ( 3 ) 风险是指可能的后果与目标发生的负偏离，负偏离是多种多样的，且 重要程度不同，需要根据具体情况加以分析。 ( 4 ) 尽管风险强调负偏离，但实际中也存在正偏离，属于风险收益的范畴， 它激励人们勇于承担风险，获得高风险收益。 风险产生的原因主要是由不确定活动或事件造成的，是由于人们无法充分 认识客观事物及其未来的发展变化而引起的。由于人们认识客观事物的能力有 局限性，以及信息本身的滞后性，决定了风险的这种信息的不完备性无法通过 主观努力去使其完备。风险已成为现代经济的一个重要特征。 第一章项目投资风险及其分析方法 1 1 2 工程项目风险 工程项目风险是指工程项目在项目规划、设计、施工、竣工验收、运营等 各个阶段可能遭到的风险，可以定义为在工程项目目标规定的条件下，该目标 不能实现的可能性。工程项目的一次性使其不确定性要比其他一些社会经济活 动大许多，因而项目风险识别分析和管理也就困难和迫切得多。 工程项目风险具有下列特性： ( 1 ) 工程项目风险的客观性和必然性。无论是自然界的风暴、洪灾、地震， 还是现实社会生活中的矛盾、冲突，甚至战争及一些重大的意外事故，都不是 以人的意志为转移的客观实在。随着人们认识世界水平的提高和对风险事件的 长期观察，人们对风险规律性的认识在不断提高，这为科学管理工程项目风险 创造了条件。 ( 2 ) 工程项目风险的不确定性。风险活动或事件的发生及其后果都具有不 确定性，表现在风险事件是否发生、何时发生、发生之后会造成什么样的后果 等均是不确定的，但人们可以根据历史数据和经验，对工程项目风险发生的可 能性和损失的严重程度做出一定程度上的分析和预测。 ( 3 ) 工程项目风险的可变性。当引起风险的因素发生变化时，必然会导致 风险的变化，表现在风险性质的变化、风险后果的变化、出现新的风险或风险 因素已经消除。 ( 4 ) 工程项目风险的相对性。表现在风险的主体是相对的、风险的大小是 相对的，同样的不确定事件对不同的主体有不同的影响，人们对于风险活动或 事件的承受能力因活动、人和时间不同而异。 ( 5 ) 工程项目风险的阶段性。风险的发展是分阶段的，通常分为潜在风险 阶段、风险发生阶段和造成后果阶段，每一阶段应对措施不同。 工程项目风险包括技术风险、经济风险( 包括市场、建设投资、经营成本、 融资、宏观经济等风险因素) 、资源风险、工程风险、配套条件风险、外部环境 风险以及其它风险因素等，以上风险因素之问经常是相互关联的，有时之问难 以分清，而且大多都影响经济风险。另外，识别各种风险应注意以下方面： ( 1 ) 建设项目的不同阶段存在的主要风险有所不同； ( 2 ) 风险因素依项目不同具有特殊性； ( 3 ) 对于项目的有关各方( 不同的风险管理_ t 体) 可能会有不同的风险： ( 4 ) 风险的构成具有明显的递阶层次，风险识别虑层层剖析，尽可能深入 到最基本的风险单元，以明确风险的根本来源： 第一章项目投资风险及其分析方法 ( 5 ) 需要正确判断风险因素间的相关性与独立性； ( 6 ) 识别风险应注意借鉴历史经验，要求分析者富有经验、具有创造性和 系统观念。 1 1 3 投资风险分析 项目风险分析就是要查明项目活动哪些方面、哪些地方、什么时候可能出 问题或潜在着风险，估计风险出现的可能性和损失有多大，以及如何应对风险 等活动的总称。风险分析内容可用图卜1 表示。 l 风险识别 i 1r l 风险估计 1 r f 风险评价 风险估计来自何方? 风险事件可归于哪一类? 风险事件后果有多大? 工程项目的哪一部分会遭受风险? 风险发生的可能性有多大? 哪些是可接受的风险? 哪些作法会使项目遭受风险? 这样的作法是否能被接受? 有别的作法可避免该风险? 图1 1 风险分析内容示意图 项目投资风险主要是指项目的经济风险，是工程项目风险分析中的主要内 容。项目风险分析主要是从政策、市场、资源、技术、工程、融资、配套条件、 组织管理等方面分析项目实施中可能发生的风险，估计风险发生的可能性和危 害，提出应对方案；而投资风险分析则是与可能产生项目风险的各方而有关， 分析各种风险因素对项目经济评价指标的影响，判断项目投资能否进行。投资 风险分析是决策的科学依据，其目的是为了避免盲目的、失误的决策，是投资 决策必不可少的一部分。投资项目的决策者要进行科学的投资决策，就需要对 未来的情况进行估计和预测，特别是在对投资项目的经济效果进行计算和评价 时，其所涉及的投资额、利率、寿命期、建设年限、产量、价格、成本、收益 等等，很多情况下是不确定的，预测的结果可能与实际情况有较大的出入，甚 第一章项目投资风险及其分析方法 至有时不可能预测出各种变量的准确数值，加之在执行过程中上述各个因素也 不可能完全按照预测的数值发生，因而就产生了未来情况的不确定性，这些不 确定正是投资风险的根源。因此，在工程项目前期规划、可行性研究过程中， 对工程项目进行财务分析、经济分析之外，还要对投资风险进行分析，可以对 经济评价中存在的不确定性进行定量的分析与估计，反映风险因素的综合影响， 较真实地估计或评价项目的经济效益，从而使决策者能够清楚地了解和认识存 在的风险，并最大限度地避免风险或控制风险。 投资风险分析也应通过风险识别、风险估计、风险评价的过程进行。首先 应从影响投资效果的各种斟素中识别出影响财务与经济分析的主要风险凶素， 通过风险估计估算风险事件发生的概率及其后果的严重程度，最后对项目经济 风险进行综合分析，或者以经济指标的累积概率、标准差为判别标准判断项目 风险大小。 1 2 投资风险分析理论研究进展与常用方法 1 2 1 国外研究进展与常用方法 1 8 世纪法国管理学家亨利法约尔( h e n r if a y 0 1 ) 在一般管理与工业管 理一书中正式把风险管理思想引进企业经营领域；2 0 世纪7 0 年代以来西方许 多经济学家积极研究并取得了很多有价值的成果，风险管理基本上形成一个体 系较完整的新学科和独立的研究领域，逐步使风险分析在大型投资项目中开始 得到应用。1 9 7 5 年美国保险管理协会( a s i m ) 改名为风险与保险管理协会( r i s k & i n s u r a n c em a n a g e m e n ts o c i e t y , r i m s ) ，这标志着风险管理学科的逐步成熟。 1 9 8 3 年在r i m s 大会上，各国专家学者经过广泛深入的讨论，通过了“风险管理 1 0 1 准则 ，其中包括风险识别与衡量、风险控制、风险财务处理、索赔管理、 国际风险管理等，作为各国风险管理的一般原则。1 9 8 6 年1 0 月，在新加坡召开 风险管理国际学术研讨会，这表明风险管理已走向全球，已在全世界范围内开 始掀起。1 9 8 7 年，为推动风险管理理论在发展中国家的推广和应用，联合国 b 版了关于风险管理的研究报告：t h ep r o m o t i o no fr i s km a n a g e m e n ti n d e v e l o p i n gc o u n t r i e s ) ) 。1 9 9 1 年，学者j 0 1 r u k w n 出版了著作( ( r i s km a n a g e m e n t i nd e v e l o p i n gc o u n t r y ) ) ，系统地阐述了风险管理的基本理论，并结合发展中国家 的国情进行了剖析和说明。 第一章项目投资风险及其分析方法 现代数学和计算机技术的迅猛发展为风险分析提供了极大支持，在风险分 析中常用的评价技术见表卜1 。该表为英国里丁大学( u n i v e r s i t yo f r e a d i n g ) 教 授s t e v e j s i n i s t e r 就常用风险管理技术及其应用情况于二十世纪9 0 年代对英国 项目管理者协会的3 7 名会员的调查结果，可以看出目前风险分析技术已较多， 而且专家调查法、蒙特卡洛模拟技术、计划评审技术、敏感性分析等已有较为 广泛的应用，这些技术的特点是方法简单、易于理解，数据采集较容易，有比 较成熟的计算机软件支持。 表1 - 1工程项目风险评价技术应用情况调查表 评价技术a ( )b ( )c ( )d ( )e ( ) 调查打分法 7 6840 ：8l ：5 62 ：4 4 c i m 模型 84 83 20 ：2 81 ：82 ：43 ：1 6 决策树4 44 80 ：1 6l ：1 62 ：1 63 ：1 6 模糊数学6 42 40 ：3 6 影响图2 84 81 20 ：2 4i ：1 22 ：2 03 ：8 蒙特卡洛模拟 7 241 61 ：4 02 ：5 63 ：5 2 多目标决策模型 2 43 62 8l ：1 62 ：2 0 p e r t ( 计划评审技术) 6 44 2 4l ：3 62 ：5 63 ：5 2 4 ：4 敏感性分析 6 042 081 ：3 62 ：4 03 ：2 4 效用理论 44 83 61 ：42 ：4 注：a 一经常使用；b 一过去使用，但已不再用；c 一知道该技术，但不用；d _ 还未听说过； e 一每一技术在项目各阶段应用情况( 0 ：没使用：1 ：立项投标；2 ：设计计划；3 ：实施；4 ： 后评估) 。 近年来随着项目评价、风险管理等相关理论研究的深入、计算机技术和模 拟技术的发展，传统风险分析技术在不断改进和提高，新的风险管理技术也开 始得到发展和应用。在投资风险评价方面，风险量化分析方法从风险概率叠加 模型( c i m 模型) 、蒙特卡洛模拟方法等，到风险评价矩阵、层次分析法等新的 评价方法的提出，以及一些新的模型技术也开始取得应用成果，如综合应急评 审与响应技术( s c e r t ) 、风险评审技术( v e r t ) 、影响图技术( i n f l u e n c ed i a g r a m ) 等，风险分析模型技术在不断发展并目趋完善，多平台梯度式的发展模式是风 险分析模型技术的重要特征。 第一章项目投资风险及其分析方法 1 2 2 国内风险分析方法的应用 我国风险分析研究的起步较晚，2 0 世纪8 0 年代逐渐引入西方风险管理理 论，投资项目风险分析在石油勘探、矿山开采以及三峡工程等高风险行业或大 型项目中得到了研究应用与发展，风险概率叠加模型( c i m 模型) 、蒙特卡洛模 拟方法的应用研究对投资项目风险分析起到开创性作用。到9 0 年代中后期，有 关风险分析的论著开始增加，但国内风险分析的理论方法体系仍然没有成熟， 缺乏有效的整体风险分析框架，对能够指导项目风险分析实践、具有较强操作 性的方法研究方面落后于实践的需要，项目风险分析应用仍然缺乏强大的理论 方法支撑，具有实际操作指导价值的实证分析与应用研究不多，成功的实际应 用研究案例较少。另外，国内投资项目风险分析涉及的领域主要集中在石油勘 探、矿山开采、水利开发等行业，涉及其他领域的项目风险分析的专门研究较 少。据中国国际工程咨询公司的问卷调查统计结果( 见表1 - 2 ) ，不同行业进行 投资风险分析的频度有所不同，被调查者在参与的项目前期工作中对个别项目 进行风险分析所占比例较高；另外，在定量分析方法上，概率树法应用最多， 有6 4 2 被调查者采用过，有3 0 5 的人采用过蒙特卡洛模拟，仅有6 3 的人采 用过其他分析方法，包括a h p 和c i m 模型。 表卜2 各行业的风险分析频度分布情况 淤 农林水利 能源交通资源加工社会事业 合计 是否进行风险分析 基础设施 与制造业及其他 每个项t l 都做( ) 9 14 2 91 0 1 8 82 2 2 经常做( ) 1 8 22 3 84 02 9 22 7 8 个别项目做( ) 5 4 52 3 83 03 9 63 6 7 基本f i 做( ) 1 8 29 2 2 01 2 51 3 3 合计( ) 1 0 0 ，1 0 01 0 01 0 01 0 0 注：表中数据米自文献 1 5 作为投资项月经济评价工作的指南，1 9 8 7 年原国家计委和建设部联合颁布 的建设项目经济评价方法与参数虽然要求在建设项目经济评价中进行敏感 性分析和概率分析，以预测项目可能承担的风险，确定项目在财务、经济上的 可靠性，但没有可具体实施的概率分析的理论与方法，风险概率分析的应用比 第一章项目投资风险及其分析方法 较少见。中国国际工程咨询公司组织编写并于2 0 0 2 年出版的投资项目可行性 研究指南中明确风险分析是投资项目前期研究的重要内容，将风险分析提到 重要位置上来，并重点介绍了概率树法、蒙特卡洛模拟法等风险概率分析方法。 2 0 0 6 年修编后重新发布的建设项目经济评价方法与参数( 第三版) 正式增加 了风险分析的内容，指出常用的风险分析方法包括专家调查法、层次分析法 ( a h p ) 、概率树、c i m 模型及蒙特卡洛模拟等，可根据项目具体情况选用一种方 法或几种方法组合使用，进一步推动国内投资项目风险分析的研究与应用。 1 2 3 常用风险分析方法比较 本文作者对各种风险分析方法进行了比较，几种常用的风险分析方法的特 点与适用范围见表1 - 3 。 表1 - 3 常用风险分析方法比较表 分析方法技术要点优点缺点适用范围 调查 列出可能风险，专家打 简单易懂，节约时间 结果粗略，对专主要用r 识别风 打分法 分 家依赖性强险因素 层次分析 目标系统分解，建立层既有定性又有定量， 依赖专家知识、 进行风险整体评 次递阶模型，构造风险结合专家经验，全面估，综合判断风 法( a h p )经验和判断 凶素矩阵，计算与检验了解伞过程风险险高低 在已知各种情况发生概 各种情况发生 简单概率分析或 概率树 率条件下，直观运用概结构简单，层次清晰的概率和结果 用于方案比较 率分析的图解方法均需估计 用直方图代表示概率分能处理变量相互独评估项目单一 适合某一风险因 布，用和代替概率函数立或相关问题，进行方面的风险，不 c i m 模型 素的量化分析， 的积分，按串联或并联风险因素组合、量化能用于整体风 响应模型进行概率叠加评价险 如投资、工期等 通过数学模型对风险变需要风险变量评估多个风险冈 蒙特卡洛量随机取值确定总体目 应用广泛、结果精确 相互独立且能素对项目总体日 模拟标值，计算机模拟、统 用概率分布表标影响，适于经 计试验- f 济评价指标分析 p e r t ( 计 在关键线路法( c p m ) 上 划评审技 按照3 点估计法考虑每分析工期风险简单 假设项目总工 一活动的时间变化，计适用 期服从正态分 处理工期风险的 术)布 评估问题 算按期完工的概率 敏感性 计算每种风险变量的变 简单易行地确定风 不能表明风险用于风险识别， 化对项目目标的影响幅发生的可能性找出关键风险冈 分析险变量的敏感性 度有多大素 第一章项目投资风险及其分析方法 从上表可以看出，各种风险分析方法分别适用于风险识别、风险估计和风 险评价不同阶段，个别方法用于综合风险分析，在建设项目进行专题风险分析 时应按风险识别、风险估计、风险评价的步骤选择适宜的分析方法或几种方法 组合使用；侧重于经济评价指标分析的投资风险分析，包括财务风险和经济风 险分析，可在敏感性分析的基础上采用概率树分析或蒙特卡洛模拟分析法，确 定各风险变量( 如收益、投资、工期、经营成本等) 的变化区间及概率分布， 经过计算或模拟统计，确定经济评价指标的概率分布、期望值及标准差，并根 据计算结果进行风险评估。 第二章基于蒙特膏洛的污水处理投资风险分析 第二章基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析 2 1 城市污水处理行业概况 2 1 1 城市污水处理业的技术经济特征 “城市污水处理”，是指净水经使用后，废弃污水流入城市排污系统，由管 网回收后输送至污水处理厂，经过处理后的污水作为再生资源，通过管网由污水 处理厂送至供水加工厂，生产出不同分类的水循环再用，从而提高城市水资源 的利用率。目前我国各城市排污管网系统的建设与运营仍由国家垄断，城市污 水处理项目系指正在引入竞争的城市污水处理厂的建设及运营，不包括排污管 道。 ( 1 ) 区域性 根据现有的技术，污水的传输成本非常高，不可能建立全国性的长途传输 管网，调解全国污水处理市场的平衡。另外，由于不同污水的成分复杂，混合传输 不仅使污染雉以控制，而且会产生难以预见的化学反应，所以污水处理市场具有 典型的区域性特征。同时，污水处理厂的布局必须考虑合理半径，在一定区域 内通常只能布局一家，在相当长的时间内，它供应的区域内不宜再建第二家。 这种区域内的自然垄断性成为新企业进入污水处理市场的自然障碍。在我国，受 地域及经济环境的影响，大部分农村地区尚未建立污水处理系统，我国各个地方 的污水处理厂实际上是以城市为中心建立起来的，这就决定了城市的规模决定 着污水处理厂的经营规模和经营的区域范围。 ( 2 ) 资产专用性与沉淀成本 污水处理产业具有很强的资产专用性和显著的沉淀成本特征，而且一般来 讲，当期运营成本在总成本中所占的比例比较低。这个特征意味着，相对于总成 本来讲，污水处理业维持再生产或者回收运营成本所需要的运营收入比较低。 沉淀成本带来的主要问题是，投资形成的资产在事后容易受到侵占，即投资最后 可能得不到合理的补偿。由于运营商的相当一部分投资属于沉淀性投资，一旦 投资完成以后，只要营业收入超过运营成本，或者说，即使污水处理费低于平均 成本，运营商仍然愿意继续提供服务。运营商因为担心管制机构会利用这种激 第二章基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析 励特征，可能根本就不会在事前进行这样的投资。为了解决这种时间不一致问 题，政府需要有效的承诺工具，保证投资者的投资激励；否则，私有部门就会 缺乏相应的投资激励，最后只能由国家进行投资。 ( 3 ) 公益性与外部经济性 相对其他基础设施服务而言，污水处理提供的服务具有广泛的社会公益性 和外部经济性。因此在衡量污水处理项目的投资效益时，首先要考虑其社会效 益。也正因为如此，污水处理业中污水处理费长期被人为规定低于其实际成本， 这使得政府必须以不同形式向污水处理企业提供大量补贴。 ( 4 ) 投入与质量的正相关性 污水处理业是资本密集型产业，污水处理质量与采用的处理设备和技术紧 密相关，而采用的设备与技术好坏则关系到初始投资的多少，对投资者的盈利 有非常重要的影响。在污水处理价格一定的情况下，特许商有降低处理质量以 减少运营成本的冲动。同时，污水处理的目的是减少污染，节约水资源，其质 量好坏对城市环境有非常大的影响。 ( 5 ) 超前性 污水处理属于基础设施，这种基础性地位也决定了污水处理行业的发展必 须具有超前性。基础设施是一个国家或地区经济发展的必要前提。1 9 5 9 年 m s c h a u e r d d 对基础设施与经济增长关系进行过专门研究，结果表明：公共基础 设施，特别是水、交通和能源供应，对经济发展有十分重要的作用。一般而言， 经济起飞阶段基础设施投资至少为总投资的2 5 ，基础设施发展的超前系数应在 0 5 0 8 之间。而我国改革开放以来，基础设施投资约为总投资的1 3 ，发展 超前系数停留在0 卜0 3 之问，由于长期投资不足，经济效益低下，基础设施 已成为制约经济增长的“瓶颈”。 从以上的论述可以看出，污水处理业是一个比较特殊的行业：首先，该产 业具有区域垄断的特征，竞争不充分。从经济管制的角度，为了更好地利用地 方信息，减少信息不对称的影响，管制权力虑该是分散化的，即主要由地方政 府行使管制职能，因此需要一定程度的地方政府管制；其次，该产业的投资者( 无 论是国有还是私有) 的资产容易受到侵占，具体表现在污水处理费问题常常被政 治化，被人为限制在较低的水平上，不能保证回收总成本；再次，污水处理企 业之间不可能面向消费者进行竞争，但是争夺经营权的竞争是可能的；而且这 种竞争可以促使污水处理企业提高经营管理水平和投资效率；最后，对于污水 处理业，除了价格管制以外，质量管制显得非常重要。 第二章基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析 ( 注：以上主要内容摘自文献 2 3 1 ，来自互联网) 2 1 2 我国污水处理行业的发展 随着改革开放的不断深入，我国的污水处理事业也得到了快速的发展。国 外污水处理新技术、新工艺、新设备被引进到我国，在活性污泥工艺应用的同 时，a b 法、a o 法、a a o 法、c a s s 法、s b r 法、氧化沟法、稳定塘法、土地处 理法等也在污水处理厂的建设中得到应用。一批大型的城市污水处理厂相继建 成投产，如我国2 0 世纪最大的污水处理规模为6 0 万m 3 d ；天津东郊污水处理 厂、成都三瓦窑污水处理厂、沈阳北部污水处理厂、郑州王新庄污水处理厂处 理规模均为4 0 万m 3 d 。这些人型污水处理厂的建设标志着我国污水处理事业的 不断壮大和污水处理技术在我国发展的成果，体现出我国政府对污水处理事业 的重视，也标志着我国污水处理事业发展到了一个崭新的阶段。 经济发展与水环境污染是成正比的，也就是说经济发展的速度越快，相应 带来的水环境污染就越严重。人民生活离不开水，工农业生产更离不开水，排 出来的无论是生活污水还是工业废水都会带来不同程度的污染。经济的发展是 需要资金投入的，保护环境不受污染同样也需要钱，当资金有限的时候，就需 要将经济发展和保护环境这两项硬指标进行有机的协调，不能造成顾些失彼或 厚此薄彼的局面。因此，随着我国经济发展的不断提高，污水处理行业的发展 仍将继续扩大，未来将注重于：进一步扶植国内环保产业( 污水处理行业) 的 发展，包括污水处理专用设备国产化、污水处理专用仪表的开发研制；多方筹 资加速污水处理，一的建设，以最短的时间控制、治理己造成污染的水环境：改 变污水处理行业的运营机制，由事业型向企业经营型转变；寻求政府给予污水 处理行业优惠的政策；加强再生水回用，污水经过不同深度的处理后，用于农 业用水、工业用水、市政园林用水、生活杂用水、城市二级河道景观用水、以 及地下水回灌用水；污泥最终处置要向无害化、资源化方向迈进。 2 1 3 污水处理项目风险分析 污水处理项目属于市政公用设施项目中的排水专业，有其特定的行业特点。 虽然新发布的建设项目经济评价方法与参数( 第三版) 正式增加了风险分析 的内容，但建设部标准定额研究所正在组织编制的城市市政公用设施建设项 目经济评价方法与参数实施细则( 笔者作为在市政行业从业多年的技术经济专 家，受标准定额研究所委托，对征求意见稿中综合篇、给水篇、排水篇、 第二章基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析 垃圾处理篇等部分进行了多次审核并提出修改意见) ，作为特定行业经济评价工 作的实施细则，其中关于风险分析的内容仅仅几句话带过，并没有具体要求。 在各个大型市政设计院、咨询公司编制的污水处理项目可行性研究报告中，除 了进行一般性风险分析定性描述外，笔者未见过哪家进行过风险概率分析。 由于建设大型城市污水处理厂的投资很大，而且我国各个城市污水处理项 目建设仍然跟不上经济发展的需要，再生水回用、污泥处置等相关环节投资不 断加大，而我国的建设资金有限，无法适应水污染治理的需要。为此引进国外 资金、采取特许经营( 包括b o t 、t o t 、p p t 等) 建设模式筹集资金等成为众多 污水处理项目建设资金的筹措方式，国家逐步在污水处理行业引入竞争机制。 建设部于2 0 0 2 年1 2 月发布的关于加快市政公用行业市场化进程的意见，确 定了允许外资、民资同时进入、共同竞争全国市政公用行业，投资主体逐渐从 以政府为主转变为政府、企业多种投资主体共存，形成投资主体多元化、资金 来源多渠道、投资方式多样化、项目建设市场化的新格局。根据国家于2 0 0 4 年 7 月下发的国务院关于投资体制改革的决定，政府对企业投资的管理制度实 行“谁投资、谁决策、谁收益、谁承担风险”的原则，这就注定了项目前期策 划、可行性研究工作的重要性大大提高，使得决策者更加关注投资效果和风险， 将项目经济评价和投资风险分析提上更高要求。 对于污水处理项目来说，经过几十年的发展和建设经验，对其设计工艺、 投资控制、建设实施、运营维护等方面都积累了一定经验，但在前期决策阶段 项目经济评价采用的数据均来自预测，得出的评价指标及做出的决策往往具有 很大程度的风险，且不确定性冈素往往不只一个，每个变量又有无限多种可能 取值，适合采用蒙特卡洛模拟技术进行风险概率分析。本文作者自2 0 0 4 年开始 编制蒙特卡洛模拟计算程序，尝试将蒙特卡洛模拟技术引入污水处理项目风险 分析中，并在所在工作单位2 0 0 5 年承担的郑州马头岗污水处理厂工程可行性研 究报告中进行了实际应用。 2 2 蒙特卡洛模拟方法概要 2 2 1 蒙特卡洛法及其应用 蒙特卡洛模拟法( m o n t ec a r l os i m u l a t i o n ) 又称随机模拟( r a n d o m s i m u l a t i o n ) 方法，有时也称作随机抽样( r a n d o ms a m p l i n g ) 技术或统计试验 第二章基丁蒙特卡洛的污水处理投资风险分析 ( s t a t i s t i c a lt e s t i n g ) 方法。其名字来源于摩纳哥的蒙特卡洛城，源于美国在第 二次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”，v o nn e u m a n 和u l a m 对裂变物 质中子的随机扩散进行模拟研究，并以世界闻名的赌城蒙特卡洛作为该项目研 究的秘密代号。该方法最早起源于法国科学家普丰在17 7 7 年提出的一种计算圆 周率的方法随机投针法，基本思路是从不同变量的分布中随机抽样，由这些 随机抽样的值产生一组模拟的系统值，重复上述过程( 成百上千甚至数万次) 就会产生一系列系统值的分布，可以作为实际系统性能的指示，重复次数越多， 模拟结果与实际情况越相近。抽样模拟次数越多，蒙特卡洛模拟法的计算精度 越高，即需要很大的计算量才能达到较高的计算精度，不借助计算机程序，难 以普遍应用。在蒙特卡洛模拟中，是在确定的分布里面提取随机变量，这些随 机变数的计算结果的平均数不仅考虑到了所用变量的平均值，而且也考虑了这 些随机变量的分布和方差。在用传统方法难以解决的问题中，有很大的一部分 可以用概率模型进行描述，由于这类模型含有不确定的随机因素，分析起来通 常比确定性的模型困难；有的模型难以作定量分析，得不到解析的结果，或者 是虽有解析的结果，但计算代价太大以至不能使用。在这种情况下，采用蒙特 卡洛法是一个解决复杂问题的有效方法。近几十年来，随着电子计算机的出现 和迅速发展以及使用范围的日益广泛，人们有意识地、广泛地、系统地应用随 机抽样试验来解决数学、物理问题和统计学问题，已成为自然科学、工程技术 和社会经济发展等各个领域广泛应用的方法之一，并向各个学科越来越深入地 渗透。我国在核科学、真空技术、地质科学、医学统计、随机服务系统、系统 模拟和可靠性等方面都开展了m o n t ec a r l o 方法的研究与应用，解决了大量实际 问题，并取得了许多理论和应用的成果。 解决经济上的随机概率问题，蒙特卡洛法被公认为是一种经济而有效的方 法，在投资项目风险分析中很有实用价值。在风险概率分析各种方法中，m o n t e c a r l o 模拟法是一种简单直观的分析方法，它借助人对未来事件的主观概率估计 及计算机随机模拟，解决难以用数学分析方法求解的动态系统复杂问题，具有 极大的优越性，已成为当今风险分析的主要工具之一。 2 2 2 蒙特卡洛模拟实施步骤 采用蒙特卡洛模拟法进行风险分析的实施步骤一般是： ( 1 ) 通过敏感性分析，确定风险变量； ( 2 ) 通过特定的方法分析每一变量可能变化的范同并确定这些变化的概率 第二章基于蒙特卡洛的污水处理投资风险分析 分布，构造风险变量的概率分布模型： ( 3 ) 通过模拟试验，独立地为各风险变量抽取随机数，并将随机数按照概 率分布模型转化为各输入变量的抽样值； ( 4 ) 将抽样值组成一组