政府和社会资本合作(Public-Private Partnership,PPP)模式作为公共基础设施项目和服务供给的重大创新,在交通领域得到了广泛推广和应用。交通PPP项目具有投资大、周期长的特点,需求波动、路面状况恶化、成本超支等不确定性因素导致许多项目在运营中面临超额收益或者收益不足问题。在实践中,由于缺乏有效公平的收益风险分担方法,社会资本可能获得暴利,损害公众的利益,或政府可能面临巨额财政压力。因此,如何提高PPP项目收益预测准确性以及如何公平、合理设计收益的调节机制具有重要的理论研究意义和实践研究价值。首先,通过对交通PPP项目收益关键影响因素的分析,梳理出交通需求量、公路通行费、路面状况以及与养护维修(Maintenance&Rehabilitation,M&R)措施相关的路面粗糙度等各因素的交互关系,利用数学建模提出交通PPP项目的收益预测函数。采用蒙特卡罗模拟对影响项目收益的不确定性影响因素进行概率拟合,基于累积概率的视角确定出项目的预期收益。结合具体的案例数据验证PPP项目收益预测模型的有效性,并量化和揭示了不同影响因素的准确预测对项目收益预测的重要程度。然后,针对超额收益情形,识别PPP项目收益调节机制的期权属性,综合考虑基于预期收益累积概率浮动范围的收益波动阈值、项目最低投资回报率等因素,运用Black-Scholes(B-S)期权定价模型构建收益上下临界值对冲的决策模型,确定出超额收益的上临界值。在此基础上,引入平均消费者剩余率指标作为超额收益风险分担的指标,构建了政府和社会资本双赢的超额收益动态分配决策模型。利用算例分析验证模型的有效性,并将动态分配方法与阶梯分配、平均分配、不分配等常见的超额收益分配方法进行对比分析。最后,针对收益不足情形,运用委托-代理理论构建政府和社会资本的最优决策模型,确定出最优公路通行费和社会资本达到预期收益所要投入的最优M&R措施水平。在此基础上,考虑社会资本实际投入的M&R措施水平,构建政府的补贴激励决策模型;以社会资本最优M&R措施水平、实际投入的M&R措施水平等作为衡量其努力系数的指标,分析了努力系数与补贴系数之间的关系。利用算例分析验证模型的有效性,并进行不同社会资本努力系数下的补贴系数模拟分析。本论文抓住交通PPP项目运作的最本质问题—“收益调节”展开研究,以期为政府和社会资本进行合理、公平的超额收益分配和收益不足的补贴确定提供决策参考。