近年来,政府和社会资本合作(Public Private Partnership,PPP)模式在我国基础设施建设中得到大力发展,而收费公路PPP项目在交通运输基础设施PPP模式的推广应用中处于优先地位。收费公路PPP项目投资大且特许经营期长,设立合理的投资回报机制以保障政府和社会资本的合理利益是收费公路PPP项目实施中的重要问题,也是保障其顺利发展的关键。为此,本文对收费公路PPP项目的投资回报机制进行研究。首先,研究收费公路PPP项目投资回报机制的内涵和制定流程。本文结合PPP模式的实践经验和收费公路PPP项目投资回报的特点,分析指出收费公路PPP项目投资回报机制需要体现的内容。在此基础上,本文先提出收费公路PPP项目投资回报机制的内涵,即收费公路PPP项目投资回报机制由项目风险的识别、分担和评价,项目投资回报分配方法和项目损益分担方法等三部分组成,并分析各部分的功能及其相互联系;再提出与之对应的收费公路PPP项目投资回报机制的制定流程。其次,研究收费公路PPP项目的风险识别、风险分担和项目风险评价方法。本文基于文献分析法归纳出PPP项目的风险因素,结合我国收费公路PPP项目的特点,分析得出收费公路PPP项目的风险因素。在基于文献分析法分析归纳出PPP项目的风险分担方式的基础上,依据PPP项目的风险分担原则和我国收费公路PPP项目的特点,分析得出收费公路PPP项目的风险分担方案。在收费公路PPP项目的风险评价上,提出模糊综合评价与人工神经网络集成的收费公路PPP项目智能风险评价模型,并验证了其有效性。然后,研究收费公路PPP项目的投资回报分配方法。投资回报分配方法包括投资回报分配模型以及应对社会资本道德风险的惩罚机制两方面内容。从政府能否确定社会资本的服务表现偏好的角度,提出社会资本服务表现偏好能确定时和社会资本服务表现偏好不能确定时的两种基于博弈的投资回报分配模型。并且,提出应对社会资本道德风险的政府设置惩罚机制的决策分析,为政府设置惩罚机制的决策及方法提供建议。再次,研究收费公路PPP项目基于风险共担和收益共享的损益分担方法。基于风险共担收益共享原则,提出能应对收费公路PPP项目风险影响的损益分担模型,并根据实物期权理论分析损益分担模型的期权价值及其对政府和社会资本的投资决策的影响。针对收费公路PPP项目常见的建设材料价格变化风险和运营期间CPI变化风险,依据收费公路PPP项目损益分担模型提出应对这两个风险影响的损益分担方法。最后,采取数值模拟方法分析收费公路PPP项目投资回报机制的应用,验证了收费公路PPP项目投资回报机制内涵的合理性和收费公路PPP项目投资回报机制制定流程的应用可行性。