基于貝葉斯網絡模型的海綿城市建設風險機理研究
——以5個國家海綿試點城市為例

李 莉，董寒凝，李丹君

（1.浙江長征職業技術學院 財務與會計學院，浙江 杭州 310023；2.浙江省發展規劃院，浙江 杭州 310013；3.杭州醫學院 臨床醫學院，浙江 杭州 311399）

自2015 年以來，國家先后分4 批投入巨資推進了30 個國家試點海綿城市以及45 個系統化全域海綿示范城市的建設，其中前兩批30 個國家試點海綿城市都已通過驗收。然而，在“城市火爐”愈燒愈旺、洪澇災害頻頻發生、水體黑臭反復無常、“海綿城市依舊看?！钡痊F實面前——尤其是2021洪災之后，海綿城市建設一時間陷入了“萬能論”“無用論”的社會拷問與輿論窘境。究其原因，由于系統化的風險管控經驗不足，試點城市缺乏對各類潛在風險因素的識別，以及對風險來源與擴散路徑的準確判斷，最終導致海綿建設效果不如預期。因此，加強海綿城市建設的風險因素及其機理機制的探究的具有重要的理論與現實意義。

國外關于低影響開發（LID）設施的研究已相對成熟，在建設風險方面的相關研究主要集中于風險識別和評估兩方面。首先，學者們采用多種調查分析手段進行風險識別，如Olorunkiya等［1］的調查發現，制度、技術、社會、經濟以及合同等五方面風險因素是影響LID 建設推廣的主要原因；Benzerra等［2］的案例分析表明，技術、經濟、制度規范和社會是可持續排水系統管理的主要風險因素；Matthews 等［3］則認為氣候變化是影響城市綠色基礎設施規劃建設的主要風險因素。其次，一些學者通過構建風險評估模型的方式試圖定量測度各風險因素，如Thorne 等［4］借助相關不確定（RDU）方法的研究發現，在俄勒岡州波特蘭，藍綠基礎設施的主要實施障礙在于技術和社會政治方面的不確定性，且社會政治方面的影響更大；Sullivan 等［5］則在建立全生命周期評價模型（LCA）基礎上，通過量化分析不同雨水收集處理系統中構造、材料、運輸、操作和維護過程對環境造成的影響，為可持續雨洪管理提供優化方案。

國內關于海綿城市建設風險管理的理論探索與實踐應用研究相對較晚，目前尚處于起步階段。如一些學者從多維視角識別相關風險［6-8］，但系統性仍顯不足。楊雪鋒等［9］從可持續發展角度審視海綿城市建設存在的經濟、社會和生態三個維度風險，提出要建立起包括成果轉化、協同決策、系統治理、風險防范、風險管控等五大方面在內的協同治理機制；杜曉麗等［10］從生態風險視角提出應高度重視海綿城市建設中生物滯留設施建設這一關鍵環節。與此同時，部分學者從科學度量風險目標出發構建了風險指標體系［11-13］，但對風險機理機制的探索仍待加強。張麗［14］在對PPP融資模式下海綿城市建設風險因素分析的基礎上建立了風險分擔機制；陳前虎等［15］從全生命周期視角，構建了包括法規、管理、技術和資金四維度因素在內的海綿城市建設風險指標體系，并利用SEM 模型分析探究了各風險因素的因子荷載及其關聯性；夏檸萍等［16］從融資結構、項目特征、融資環境三方面識別融資風險來源，運用FAHP-CIM模型構建海綿城市建設項目融資風險指標體系并對其進行度量研究。

可見學界在海綿城市風險識別與度量評估方面已形成了較為成熟的理論基礎，但缺少對風險傳導過程中關鍵風險因素的量化分析，尤其是缺乏對各風險因素之間作用機理的系統研究。為此，以文獻檢索為基礎，結合我國嘉興、寧波、池州、貴陽和鎮江5個典型國家海綿試點城市的實地調研結果，識別風險因素，構建貝葉斯網絡模型，厘清風險因素之間的關聯機理，揭示關鍵風險因素及其風險致因鏈，完善風險管控體系，以持續推進海綿城市建設。

一、貝葉斯網絡模型可行性分析及研究步驟

貝葉斯網絡基于概率論理論，是一種描述隨機變量之間依賴關系的圖形模式，目前被廣泛應用于智能化求解和推理不確定問題領域胡春玲［17］。貝葉斯網絡關聯診斷推理基于現有知識對未知事件進行預測，根據生成結果反推出原因關系。推理公式如下：

條件概率：設兩隨機事件為X和Y，且P（Y）＞0，在Y一定發生時X發生的概率為

可以得到

若P（Y）＞0，根據式（1，2），同樣可以定義P（X|Y），則有

先驗概率：設事件Y1，Y2，…，YN屬于樣本空間C，P（YI）可通過已有數據進行計算獲得，則先驗概率為P（Yi）。

后驗概率：Yi在X發生的情況下的概率為P（Yi|X），依據P（Yi）和觀測數據對其進行改正可得P（Yi|X）為后驗概率。

貝葉斯定理Y1，Y2，…，Yn互不相容但能構成一個完整事件，且P（X）＞0，P（Yi）＞0（i＝1, 2,…,n），根據乘法定理和條件概率，有

式中：P（Yi）為先驗概率；P（Yi|X）為后驗概率。

（一）貝葉斯網絡分析法的可行性分析

貝葉斯網絡分析相較于其他方法的優勢在于：用構建網絡結構圖形模式的方式描述變量之間關系，表達直觀，邏輯清晰，便于理解；定性描述和定量分析相結合，結論的準確性和可信度高；可以處理不完備數據集，在數據缺少情況下尤為適用；可以較為簡便地持續修正信息，使研究更接地氣；有較強的預測能力，各因素之間關系得到深入挖掘，從而對不確定問題進行有效的智能化求解和推理，更好地掌握事物發展的客觀性和規律性。

我國海綿城市建設剛起步，建設過程動態復雜，涉及面廣，風險及不確定因素多，數據不完備且不易獲取，具有明顯的非典型系統風險特性，貝葉斯網絡方法對于海綿城市建設風險研究具有較好的適用性。

（二）貝葉斯網絡分析法的研究步驟

1.根據文獻、實地訪談等方法識別出風險因素，列出風險因素清單。

2.依據清單構建貝葉斯網絡模型，得到網絡結構，根據專家意見進行調整優化。

3.分析網絡結構圖中的風險因素關系及其作用機理，識別關鍵風險因素及風險鏈。

二、海綿城市建設風險因素清單

梳理現有截至2023 年4 月的文獻，將海綿城市建設風險因素進行歸納整理，結合對5 個試點城市的實地訪談印證，發現大部分風險因素可歸于管理、資金、社會、技術、環境及法規這六個維度（表1，2）。分析因素出現的文獻頻率和調研頻次，發現有16 個因素大于等于3 次，接近九成，這一現象說明，海綿城市建設風險因素在學界和實踐一線已基本達成共識。頻率最高的是技術類因素，反映了當前海綿城市正處如火如荼建設期及其面臨諸多問題的現實情況。

表1 海綿城市相關中文文獻檢索主要主題分布

表2 國家層面海綿城市建設風險因素清單

三、建立海綿城市建設風險因素及其致因鏈分析

（一）海綿城市建設的貝葉斯網絡風險模型

選取表1的16個海綿城市建設風險因素作為變量，利用GeNle 2.3軟件構建模型。通過貝葉斯網絡結構學習，得出網絡拓撲結構，再根據專家建議進行修正和優化。

圖1 為優化后的海綿城市建設風險貝葉斯網絡結構圖。

圖1 海綿城市建設風險的貝葉斯網絡結構

（二）模型驗證

借助“留一交叉”檢驗方法（leave-one-out cross-validation）來模擬測試構建的海綿城市建設風險貝葉斯網絡模型性能，以確保模型的準確性和科學性，貝葉斯網絡模型交叉驗證結果見表3。

表3 貝葉斯網絡模型交叉驗證結果

從表3 可見：絕大多數節點的預測精度高于0.800，其中運維資金來源不穩定因素的預測精度達到了0.897。與此同時，模型整體的節點預測精度達到了0.830，說明本模型具有較高的預測精度，可以用來分析與推理海綿城市建設風險的致因鏈。

（三）海綿城市建設風險致因鏈分析

由表1 可見：16 個風險因素形成了一個海綿城市建設風險的整體網絡，各風險因素之間的因果風險鏈共有11 條。其中，海綿城市未納入國家立法體系、管理制度與工作機制不健全、社會宣傳教育不到位、配套法規體系不健全和自然環境的隨機性和不可預見性均處于父節點的位置，說明這5 個風險因素是致因型風險因素，是主要的風險源頭，會產生其他風險因素；位于子節點位置的惟有海綿城市建設風險，位于中間節點的則是剩余的其他因素。另外，海綿城市建設風險子節點與5 個父節點之間也會形成各自局部的網絡結構，并且形成了“牽一發而動全身”的狀態關系。

1.以“海綿城市未納入國家立法體系”為風險源形成了以下風險鏈：

（1）海綿城市未納入國家立法體系→制度執行不到位→建設資金籌措困難→海綿城市建設風險。我國雖然已發布了海綿城市建設工程技術、績效考核等方面的指導性文件，但尚未出臺強制性法律法規，缺乏系統的法律保障，而現有“一刀切”的規范不能有效解決各地面臨的實際問題，地方積極性不高，上述制度的執行力不強。同時，海綿城市建設主要集中于道路、廣場、公園等公益性項目，投資規模大，但經濟效益不明顯，對社會資本的吸引力較弱，建設資金籌措困難，而地方政府執行力弱，尚未建立起多元化海綿城市建設投融資機制，進一步加大了建設資金籌措的難度，極易引發海綿城市建設風險。（2）海綿城市未納入國家立法體系→制度執行不到位→智慧化監管平臺未搭建→海綿城市建設風險。智慧化監管平臺的主要功能在于便捷交換各專業部門之間的信息、監測海綿城市、對海綿城市建設效果進行定量化評估、綜合調度管理已建成設施等。平臺建設需要政府投入，若地方政府不重視，則信息集成與完善很困難，部門之間信息不暢通或建成設施調度不合理，從而影響海綿城市建設效果。（3）海綿城市未納入國家立法體系→制度執行不到位→科研投入力度不足→海綿產業發展不足→海綿城市建設風險。目前海綿城市尚未納入國家立法體系，意味著地方海綿城市建設缺乏上位法保障，相關制度難以有效落地，造成海綿城市科研激勵制度執行不到位，主要表現在未能設立獎勵和補助資金以鼓勵和支持海綿城市相關領域的研發，進而影響企業、高校及科研機構對海綿城市關鍵技術的科研投入，阻礙自主創新能力提升，影響產業技術結構的優化升級，最終導致海綿產業發展不足，帶來海綿城市建設風險。（4）海綿城市未納入國家立法體系→制度執行不到位→行業環境不穩定→海綿產業發展不足→海綿城市建設風險。由于未能在國家立法層面建立健全海綿城市建設的法制化、標準化、常態化、社會化實施機制，導致地方政府對海綿城市建設相關制度執行不到位，不能引起參與建設方的足夠重視，致使海綿城市試點熱度下降、規劃編制重點轉移，加劇了海綿城市相關行業環境不穩定性，最終引發海綿城市建設風險。

2.以“管理制度與工作機制不健全”為風險源形成了以下風險鏈：

（1）管理制度與工作機制不健全→組織架構不合理→海綿城市建設風險。海綿城市建設全過程管理涉及財政、水利、規劃、住建等多個部門，經歷從規劃、設計、建設、考核到運維等多個階段，程序多且復雜。然而，截至目前，海綿城市建設未設立專職管理機構，組織架構不合理，管理制度與工作機制不健全，各職能部門權責不明，不能統籌兼顧、協調發展，導致政出多門、職責交叉、多頭管理、相互推諉的“九龍治水”亂象，使海綿城市建設效果難達預期。（2）管理制度與工作機制不健全→社會參與程度較低→規劃設計方案不合理→海綿城市建設風險。海綿城市建設管理制度與工作機制不健全，還表現在政府管理部門尚未建立有效的公眾參與機制，公眾對海綿城市的了解度和認可度相對不足，參與海綿城市建設程度低。如果設計方案未能咨詢公眾的意見與需求，在實施過程中就無法得到公眾的支持，最終引發海綿城市建設風險。

3.以“社會宣傳教育不到位”為風險源形成了以下風險鏈：

社會宣傳教育不到位→參與程度較低→規劃設計方案不合理→海綿城市建設風險。作為一項民生工程，海綿城市建設涉及老舊小區改造、廣場公園與公共停車建設等項目，亟需公眾參與和支持。影響社會參與程度有兩個主要因素：（1）有效的公眾參與機制是否建立，百姓有無提供建議和反映問題的暢通渠道。（2）公民素養和公眾的社會責任意識，這與社會發展階段和水平相關，但是也離不開社會的宣傳教育。海綿城市建設理念的宣傳教育可以有效地提高公眾認可度，增強公民責任意識；但若地方政府和社會媒體不作為，則易導致公眾“主人翁”意識缺失，對海綿城市建設的設計方案不聞不問，一旦建設過程中觸及自身利益則會極力阻撓，給海綿城市可持續推進帶來社會風險。

4.以“配套法規體系不健全”為風險源形成了以下風險鏈：

（1）配套法規體系不健全→規劃設計方案不合理→海綿城市建設風險。健全海綿城市規劃體系、完善規劃許可制度是科學規劃設計與有效管理的前提。若規劃體系缺乏或“一書兩證”等許可制度不完善，則極易導致規劃設計方案不合理，大中小海綿體布局無序混亂等技術問題，從而帶來海綿城市建設風險。（2）配套法規體系不健全→人才隊伍建設水平不高→海綿城市建設風險技術和人才是海綿城市建設的關鍵因素，人才隊伍建設水平不高會導致施工技術不到位，使海綿城市工程項目在建設過程中出現質量問題。人才隊伍建設水平的提升離不開地方配套法規體系的規范引領作用，一旦地方城市缺乏相應的實施和管理規定，在創新人才引進機制、優化人才培養模式和構建交流溝通平臺等方面不到位，便無法為海綿城市建設提供堅實的人才保障，最終影響海綿城市建設效果。（3）配套法規體系不健全→運維資金來源不穩定→海綿城市建設風險海綿設施建成后，需投入大量資金進行維護，以確保其持續發揮效用。然而，面對高額的海綿城市建設項目運維成本，公共財政撥款難以為繼。為此，海綿設施的運維亟需社會資本的共同參與。目前社會資本參與海綿設施運維的形式多以PPP 投融資模式為主，但我國海綿城市建設時間短，一方面，各地滯后的法律法規建設使得PPP建設模式缺乏有效規范；另一方面，已出臺的部分PPP規范性文件與當前法律法規沖突，極易出現諸如融資主體權責不清等金融風險問題，從而導致穩定的市場融資模式難以形成。此外，根據國外發達國家經驗，雨水排放收費也應作為海綿設施運維資金的重要來源，但我國目前還缺乏雨水排放收費的地方配套法規體系，民眾對此的接受度很低。（4）以“自然環境的隨機性和不可預見性”為風險源。自然環境的隨機性和不可預見性→海綿城市建設風險高溫、暴雨等極端天氣事件的頻發，對民眾生活造成了廣泛影響，致力于解決旱澇災害問題的海綿城市建設工程也由此成為民眾日益關注的焦點。例如，2021 年鄭州“7.20 極端暴雨事件”造成重大人員傷亡與財產損失，社會輿論因此就質疑海綿城市建設這一國家重大戰略了。然而，海綿城市在建設工程標準內才可保有效，若就極端強降雨帶來的內澇問題，對海綿城市建設橫加指責，甚至是簡單地否定，而沒有認識到海綿城市建設是一項復雜而長期的系統工程，并不能立竿見影、一蹴而就，則可能導致海綿城市建設風險的產生。

海綿城市建設是一項復雜的系統工程，面臨諸多風險因素，亟需加強風險因素的識別、內在機理分析與管控機制研究。在文獻研究結合實地調查訪談的基礎上識別出16 個海綿城市建設風險因素，構建了海綿城市建設風險的貝葉斯網絡拓撲結構模型，得到5 條風險致因鏈，厘清了各風險因素之間的作用機理，認為“海綿城市未納入國家立法體系”“配套法規體系不健全”“管理制度與工作機制不健全”“社會宣傳教育不到位”和“自然環境的隨機性和不可預見性”是導致海綿城市建設風險的最大致因源頭，加強對這5 大致因源頭的重點防控，可以最大程度減少海綿城市建設風險的發生。

從社會風險角度來看，對海綿城市建設風險影響最為顯著的是“社會宣傳教育不到位”，其次為“社會參與程度較低”。社會宣傳教育是公眾了解海綿城市建設的主要途徑，從試點城市民眾的訪談結果看，仍有很多民眾對海綿城市的認知度不足，說明目前的社會宣傳教育仍不到位。同時，從因果風險鏈可知，“宣傳教育不到位”處在風險源的位置，是致因型風險因素，一旦風險增大，會造成“社會參與程度較低”等其他因素的風險發生可能性大增。