基于三方演化博弈的建筑業(yè)碳減排治理研究

劉亞臣,戶姍姍,劉 寧

(沈陽建筑大學(xué)管理學(xué)院,遼寧 沈陽 110168)

在中國大力推行碳減排的背景下,加強(qiáng)低碳技術(shù)在建筑業(yè)中的推廣與應(yīng)用已成為主流趨勢(shì)[1]。綜合國內(nèi)外研究成果,多位學(xué)者立足于低碳行為涉及的利益相關(guān)者,從不同行業(yè)角度研究了行業(yè)主體的博弈關(guān)系,探討了行為策略對(duì)低碳發(fā)展的影響。陸春菊等[2]提出了政府環(huán)境規(guī)制力度和低碳生產(chǎn)時(shí)的額外技術(shù)成本是影響建筑企業(yè)對(duì)低碳技術(shù)進(jìn)行投資的主要因素。王波等[3]認(rèn)為政府在綠色建筑市場(chǎng)化推廣中起到了關(guān)鍵性作用,政府激勵(lì)與懲罰雙重機(jī)制有利于推動(dòng)綠色建筑向規(guī)?；c市場(chǎng)化方向快速發(fā)展。羅福周等[4]認(rèn)為第三方力量的監(jiān)督使企業(yè)更傾向于低碳生產(chǎn)模式。劉小蘭等[5]指出了政府的獎(jiǎng)懲制度能有效提高企業(yè)成員及消費(fèi)者的低碳旅游意識(shí)。張倩[6]在探究利益相關(guān)者對(duì)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新行為的影響這一問題上,得出了企業(yè)、政府和公眾的行為決策受到其收益和成本影響的結(jié)論。

總體來看,學(xué)者們?cè)诮ㄖI(yè)演化博弈方面取得了豐碩的研究成果,為本研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。筆者基于演化博弈論(Evolutionary Game Theory),采用動(dòng)態(tài)復(fù)制方程,推導(dǎo)三方博弈的穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn),進(jìn)行數(shù)值仿真,并針對(duì)仿真結(jié)果提出了相關(guān)建議,以期促進(jìn)建筑業(yè)低能耗可持續(xù)發(fā)展。

一、演化博弈模型的構(gòu)建

1.研究假設(shè)

根據(jù)研究的實(shí)際需要、相關(guān)文獻(xiàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果,在模型建立前作如下假設(shè):

假設(shè)1:假設(shè)各主體均為有限理性,且經(jīng)過反復(fù)博弈后將選取最優(yōu)策略。

假設(shè)2:政府作為監(jiān)管者、建筑企業(yè)作為執(zhí)行者、消費(fèi)者作為第三方的監(jiān)督主體,在進(jìn)行策略選擇時(shí)可以選擇積極或消極采取措施,主體積極采取措施記為1,消極采取措施記為0,策略集合記為(1,0)。

假設(shè)3:當(dāng)建筑企業(yè)選擇“建造傳統(tǒng)建筑”策略時(shí),企業(yè)仍可以從消費(fèi)者處獲得收益。

假設(shè)4:政府、建筑企業(yè)與消費(fèi)者采取行為的概率分別為x、y、z,不采取行為的概率分別為(1-x)、(1-y)、(1-z),其中,x、y、z的取值范圍都為[0,1]。

2.多主體利益訴求分析

基于目前的氣候變化情況和國際輿論壓力,政府對(duì)碳減排治理的態(tài)度是積極的,因此,政府期望在低成本的監(jiān)管下使建筑企業(yè)建造低碳建筑、消費(fèi)者購買低碳建筑,以此獲取最大利益。建筑企業(yè)是否選擇建造低碳建筑策略取決于其對(duì)收益與成本的衡量,降低建筑能耗在一定程度上會(huì)增加成本,致使其對(duì)建造低碳建筑的積極性不高。消費(fèi)者在對(duì)碳減排治理所體現(xiàn)的環(huán)境治理效果和潛在環(huán)保價(jià)值認(rèn)知程度不足時(shí),會(huì)過度依賴政府治理能力。張鐸[7]認(rèn)為消費(fèi)者對(duì)環(huán)境的關(guān)注增加了其綠色消費(fèi)行為,但其偏好存在波動(dòng),消費(fèi)者的參與程度確實(shí)會(huì)顯著影響低碳治理效果[8-9]。劉文龍等[10]認(rèn)為低碳認(rèn)知水平高的消費(fèi)者更傾向于購買低碳產(chǎn)品。

政府、建筑企業(yè)和消費(fèi)者從自身利益出發(fā),會(huì)選擇使自身利益最大化的博弈策略,而各市場(chǎng)主體都不愿主動(dòng)承擔(dān)低碳減排帶來的利益損失,故市場(chǎng)主體之間的利益均衡是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)碳減排的關(guān)鍵。

二、碳減排治理主體的演化博弈分析

1.參數(shù)變量的設(shè)定

政府有“嚴(yán)格監(jiān)管”或“不嚴(yán)格監(jiān)管”兩種策略。當(dāng)政府采取“嚴(yán)格監(jiān)管”策略時(shí),政府需要付出的管理成本為C1。與此同時(shí),當(dāng)建筑企業(yè)、消費(fèi)者積極參與政府的“嚴(yán)格監(jiān)管”策略時(shí),政府獲得的潛在社會(huì)收益為V1;當(dāng)建筑企業(yè)或消費(fèi)者其中一方選擇不參與時(shí),政府獲得的社會(huì)負(fù)收益為S1。

建筑企業(yè)有“建造低碳建筑”或“建造傳統(tǒng)建筑”兩種策略。當(dāng)建筑企業(yè)選擇“建造低碳建筑”策略時(shí),其增量成本為C2,獲得的利益為V3,給消費(fèi)者造成的潛在損失為R2;當(dāng)建筑企業(yè)選擇“建造傳統(tǒng)建筑”策略時(shí),企業(yè)收益為V2,額外收益為V4,政府對(duì)其的罰款為S2,給自身造成的潛在損失為R1。

消費(fèi)者有“購買”或“不購買”低碳建筑兩種策略。當(dāng)消費(fèi)者選擇“購買”策略時(shí),購買成本為C3,獲得的收益為V5。與此同時(shí),當(dāng)政府或企業(yè)其中一方積極參與時(shí),給消費(fèi)者帶來的長遠(yuǎn)收益為V6。

由上述假設(shè)和參數(shù)設(shè)定,得出不同策略組合下博弈主體的支付矩陣(見表1)。

表1 三方博弈主體支付矩陣

2.主體的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程及其均衡點(diǎn)

利用演化博弈支付矩陣計(jì)算三方主體的期望收益與平均收益,根據(jù)Malthusian模型構(gòu)建各主體的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程。政府嚴(yán)格監(jiān)管時(shí)的期望收益為Ux1,不嚴(yán)格監(jiān)管時(shí)的期望收益為Ux2。

其中,Ux1與Ux2分別為

Ux1=yz(-C1+V1-V3-V5)+y(1-z)(-C1-S1-V3)+z(1-y)(-C1-S1-V5+S2)+(1-y)(1-z)(-C1-S1+S2)

(1)

Ux2=y(1-z)(-S1)+z(1-y)(-S1+S2)+(1-y)(1-z)(-S1)

(2)

由式(1)、式(2)可知,政府的平均期望收益Ux為

Ux=xUx1+(1-x)Ux2

(3)

根據(jù)Malthusian模型,構(gòu)建政府選擇“嚴(yán)格監(jiān)管”策略時(shí)的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程F(x)為

F(x)=dx/dt=x(1-x)(Ux1-Ux2)=x(1-x)[y(-V3-S2)+z(-V5-S2)+yz(V1+S2)-C1+S2]

(4)

其中,dx/dt為政府選擇“嚴(yán)格監(jiān)管”策略的概率隨時(shí)間t的變化率。同理,建筑企業(yè)采取混合策略時(shí)的平均期望收益Uy為

Uy=yUy1+(1-y)Uy2

(5)

式中:Uy1為建筑企業(yè)建造低碳建筑的期望收益;Uy2為建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑的期望收益。

消費(fèi)者采取混合策略時(shí)的平均期望收益Uz為

Uz=zUz1+(1-z)Uz2

(6)

式中:Uz1為消費(fèi)者購買低碳建筑的期望收益;Uz2為消費(fèi)者不購買低碳建筑(即購買傳統(tǒng)建筑)的期望收益。

根據(jù)式(1)～式(6),建立政府、建筑企業(yè)和消費(fèi)者的三方主體復(fù)制動(dòng)態(tài)方程F(x)、G(y)和H(z),分別為

(7)

三方主體通過調(diào)整策略來實(shí)現(xiàn)期望收益最大化。根據(jù)微分方程的穩(wěn)定性定理,若某一策略為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),x,y,z需要滿足F(x)=0,G(y)=0,H(z)=0的條件。對(duì)方程(7)進(jìn)行求解,可以得到以下8個(gè)均衡點(diǎn):(0,0,0)、(0,0,1)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,0,0)、(1,0,1)、(1,1,0)、(1,1,1)。當(dāng)均衡點(diǎn)滿足李雅普諾夫穩(wěn)定性條件時(shí),三方博弈主體才處于演化穩(wěn)定狀態(tài)。在滿足穩(wěn)定性條件的情況下,(0,0,0)、(1,0,0)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,1,1)都可能是演化穩(wěn)定策略點(diǎn),詳細(xì)判別過程參見文獻(xiàn)[11]。

三、數(shù)值實(shí)驗(yàn)與仿真分析

1.演化穩(wěn)定策略

對(duì)于均衡點(diǎn)(0,0,0),在滿足-C1+S2<0,-C2-V4+R1<0,且-C3<0的穩(wěn)定性條件下,假設(shè):V3=2,V5=1,C1=5,V1=1,C2=4,S2=4,V4=6,R1=2,C3=3,V6=1。政府的監(jiān)管成本過高或?qū)ζ髽I(yè)懲罰金額過低時(shí),政府會(huì)選擇“不嚴(yán)格監(jiān)管”策略,導(dǎo)致建筑企業(yè)的外在壓力降低,而企業(yè)為了獲得更高的收益會(huì)選擇“建造傳統(tǒng)建筑”策略,消費(fèi)者只能選擇“不購買”策略來降低自己的成本。因此,政府“不嚴(yán)格監(jiān)管”、建筑企業(yè)“建造傳統(tǒng)建筑”和消費(fèi)者“不購買”的策略達(dá)成了演化穩(wěn)定策略(見圖1)。

圖1 均衡點(diǎn)(0,0,0)的仿真分析結(jié)果

對(duì)于均衡點(diǎn)(1,0,0),在滿足C1-S2<0,V3+S2-C2-V4+R1<0,且V6+V5-C1<0的穩(wěn)定性條件下,假設(shè):V3=2,V5=1,C1=5,V1=2,C2=4,S2=6,V4=6,R1=1,C3=3,V6=1。企業(yè)采取“建造傳統(tǒng)建筑”策略時(shí)受到的懲罰金額對(duì)于政府而言是“嚴(yán)格監(jiān)管”策略下的收益,所以政府自然會(huì)選擇“嚴(yán)格監(jiān)管”策略。政府對(duì)企業(yè)的罰款在一定程度上會(huì)影響建筑企業(yè)的策略選擇,在利益最大化目標(biāo)的驅(qū)使下,企業(yè)鋌而走險(xiǎn)選擇“建造傳統(tǒng)建筑”策略以獲得更高的利潤。此外,政府對(duì)企業(yè)的罰款不會(huì)對(duì)消費(fèi)者行為產(chǎn)生影響。因此,政府“嚴(yán)格監(jiān)管”、企業(yè)“建造傳統(tǒng)建筑”和消費(fèi)者“不購買”的策略達(dá)成了演化穩(wěn)定策略(見圖2)。

圖2 均衡點(diǎn)(1,0,0)的仿真分析結(jié)果

對(duì)于均衡點(diǎn)(0,1,0),在滿足C2+V4-R1<0且V6-C3<0的穩(wěn)定性條件下,假設(shè):V3=2,V5=1,C1=5,V1=4,C2=4,S2=4,V4=6,R1=12,C3=3,V6=1。建筑企業(yè)選擇“建造傳統(tǒng)建筑”策略所致潛在損失(企業(yè)形象損壞和市場(chǎng)認(rèn)可度降低)的增加是促使其選擇“建造低碳建筑”策略的重要因素。建筑企業(yè)的潛在損失不會(huì)對(duì)政府和消費(fèi)者的決策產(chǎn)生影響。因此,政府“不嚴(yán)格監(jiān)管”、企業(yè)“建造低碳建筑”和消費(fèi)者“不購買”的策略達(dá)成了演化穩(wěn)定策略(見圖3)。

圖3 均衡點(diǎn)(0,1,0)的仿真分析結(jié)果

對(duì)于均衡點(diǎn)(0,1,1),在滿足-V3-V5-C1+V1<0,-S2+C2+V4-R1<0,且C3-V6<0的穩(wěn)定性條件下,假設(shè):V3=2,V5=1,C1=5,V1=7,C2=4,S2=4,V4=6,R1=12,C3=3,V6=4。當(dāng)收益足夠高時(shí),企業(yè)會(huì)選擇“建造低碳建筑”策略。此時(shí),政府選擇任一策略的結(jié)果相同,而政府為了降低監(jiān)管成本會(huì)選擇“不嚴(yán)格監(jiān)管”策略。收益的提高與成本的降低會(huì)促使消費(fèi)者選擇“購買”策略。因此,政府“不嚴(yán)格監(jiān)管”、企業(yè)“建造低碳建筑”和消費(fèi)者“購買”的策略達(dá)成了演化穩(wěn)定策略(見圖4)。

圖4 均衡點(diǎn)(0,1,1)的仿真分析結(jié)果

對(duì)于均衡點(diǎn)(1,1,1),在滿足V3+V5+C1-V1<0,-S2+C2+V4-R1<0,且C3-V6-V5<0的穩(wěn)定性條件下,假設(shè):V3=2,V5=1,C1=5,V1=10,C2=4,S2=4,V4=6,R1=12,C3=3,V6=5。在建筑企業(yè)和消費(fèi)者都傾向于積極策略時(shí),提高政府的潛在收益(公共形象和公信力)便可以使三方博弈進(jìn)入良性循環(huán)。因此,政府“嚴(yán)格監(jiān)管”、建筑企業(yè)“建造低碳建筑”和消費(fèi)者“購買”的策略達(dá)成了演化穩(wěn)定策略(見圖5)。

圖5 均衡點(diǎn)(1,1,1)的仿真分析結(jié)果

2.參數(shù)敏感性分析

目前,中國建筑企業(yè)在選擇“建造低碳建筑”策略時(shí),仍需政府的財(cái)政支持。消費(fèi)者購買低碳建筑的選擇會(huì)激勵(lì)更多建筑企業(yè)從“要我做”向“我要做”轉(zhuǎn)變,同時(shí)可以幫助政府減少監(jiān)管成本。由此可見,政府“不嚴(yán)格監(jiān)管”、建筑企業(yè)“建造低碳建筑”和消費(fèi)者“購買”是更加合適的策略,即均衡點(diǎn)(0,1,1)。

對(duì)均衡點(diǎn)(0,1,1)中的以下參數(shù)進(jìn)行敏感性分析:建筑企業(yè)建造低碳建筑的增量成 本C2、政府嚴(yán)格監(jiān)管時(shí)建筑企業(yè)建造低碳建筑獲得的利益V3、建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑獲得的額外收益V4和受罰金額S2。當(dāng)分析其中任何一個(gè)參數(shù)對(duì)三方主體演化路徑的敏感性時(shí),其他參數(shù)的取值均保持不變。

(1)對(duì)建筑企業(yè)建造低碳建筑的增量成本C2的敏感性分析如圖6所示。在滿足-V3-V5-C1+V1<0,-S2+C2+V4-R1<0且C3-V6<0的條件下,將C2的值分別設(shè)為4、6和8。由圖6(a)可知,建筑企業(yè)建造低碳建筑的增量成本的增加對(duì)政府決策影響較小。由圖6(b)可知,當(dāng)增量成本較低時(shí),建筑企業(yè)傾向于選擇“建造低碳建筑”策略。然而隨著增量成本的增加,建筑企業(yè)選擇“建造低碳建筑”策略的概率先增后減,最終將選擇“建造傳統(tǒng)建筑”策略。由圖6(c)可知,當(dāng)增量成本較低時(shí),消費(fèi)者將選擇“購買”策略。隨著增量成本的增加,消費(fèi)者最終將選擇“不購買”策略。

圖6 增量成本C2對(duì)演化路徑的影響

(2)對(duì)政府嚴(yán)格監(jiān)管下企業(yè)建造低碳建筑獲得的收益V3的敏感性分析如圖7所示。在滿足-V3-V5-V1+V1<0,-S2+C2+V4-R1<0且C3-V6<0的條件下,將V3的值分別設(shè)為2、6和10。由圖7(a)可知,建造低碳建筑獲得的利益會(huì)影響政府的選擇策略,隨著利益的增加,政府選擇“不監(jiān)管”策略的收斂速度也隨之加快。由圖7(b)可知,隨著建筑企業(yè)建造低碳建筑利益的增加,企業(yè)選擇“建造低碳建筑”策略的概率也隨之增大,表明企業(yè)建造低碳建筑所獲得的利益正向促進(jìn)了企業(yè)選擇建造低碳建筑。由圖7(c)可知,建筑企業(yè)建造低碳建筑獲得利益的變化對(duì)消費(fèi)者的決策選擇幾乎沒有影響。

圖7 建造低碳建筑的收益V3對(duì)演化路徑的影響

(3)對(duì)建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑獲得的額外收益V4的敏感性分析如圖8所示。在滿足-V3-V5-C1+V1<0,-S2+C2+V4-R1<0且C3-V6<0的條件下,將V4的值分別設(shè)為6、7.5和9。由圖8(a)可知,對(duì)于政府而言,建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑的收益增加對(duì)政府決策影響較小。由圖8(b)可知,當(dāng)建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑獲得的收益增加時(shí),建筑企業(yè)選擇“建造低碳建筑”策略的收斂速度會(huì)降低。由圖8(c)可知,隨著建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑的收益增加,消費(fèi)者選擇“購買”策略的收斂速度不斷降低。

圖8 建造傳統(tǒng)建筑的額外收益V4對(duì)演化路徑的影響

(4)對(duì)建筑企業(yè)建造傳統(tǒng)建筑所受到的懲罰金額S2的敏感性分析如圖9所示。在滿足-V3-V8-C1+V1<0,-S2+C2+V4-R1<0且C3-V6<0的條件下,將S2的值分別設(shè)為5、6和7。由圖9(a)可知,增加對(duì)建筑企業(yè)的罰款會(huì)促使政府選擇“不嚴(yán)格監(jiān)管”的策略。由圖9(b)和圖9(c)可知,演化路徑曲線幾乎重疊,表明建筑企業(yè)選擇建造傳統(tǒng)建筑所受到的懲罰金額的改變對(duì)建筑企業(yè)和消費(fèi)者的決策幾乎沒有影響。

圖9 建造傳統(tǒng)建筑所受的懲罰金額S2對(duì)演化路徑的影響

四、結(jié)論與建議

1.結(jié) 論

通過構(gòu)建三方主體演化博弈模型,分析了建筑業(yè)碳減排治理的主體利益關(guān)系和影響因素,得出了以下研究結(jié)論:從碳減排治理的實(shí)際情況來看,(0,1,1)為最合適的策略;在(0,1,1)均衡點(diǎn),建筑企業(yè)建造低碳建筑的增量成本會(huì)影響建筑企業(yè)和消費(fèi)者的決策,而其對(duì)政府的決策影響程度較低;在政府的嚴(yán)格監(jiān)管下,改變建筑企業(yè)建造低碳建筑獲得的利益、建造傳統(tǒng)建筑獲得的額外收益和受到的懲罰金額僅會(huì)改變?nèi)街黧w決策概率的收斂速度,不會(huì)改變?nèi)街黧w的最終決策。

2.建 議

(1)對(duì)政府而言,應(yīng)通過制定完善的信息公開制度、提高監(jiān)督人員的專業(yè)水平、加強(qiáng)政策制定及監(jiān)督管理工作等措施,降低政府的監(jiān)督成本。應(yīng)科學(xué)制定建筑全生命周期的碳減排標(biāo)準(zhǔn),加快構(gòu)建行業(yè)的綠色低碳技術(shù)體系,推動(dòng)建筑行業(yè)低碳發(fā)展的制度創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和工程創(chuàng)新,對(duì)開展低能耗、低碳(零碳)建筑工程的企業(yè)予以通報(bào)表揚(yáng)并給予財(cái)政補(bǔ)貼,對(duì)落實(shí)不力的建筑企業(yè)予以通報(bào)批評(píng)并處以罰款。

(2)對(duì)建筑企業(yè)而言,低碳技術(shù)的開發(fā)或引進(jìn)都需要大量的資金作為支撐,研發(fā)資金不足和建筑增量成本過高均會(huì)制約低碳建筑的發(fā)展。建筑企業(yè)應(yīng)積極與高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)合作以促進(jìn)相關(guān)低碳技術(shù)的研究,推動(dòng)以建筑設(shè)計(jì)為主體的技術(shù)方法創(chuàng)新,改變建筑施工大多仍處于高能耗和高排放的現(xiàn)狀。

(3)對(duì)消費(fèi)者而言,居住需求已經(jīng)從“有得住”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白〉煤谩?。但就整體而言,目前大多數(shù)消費(fèi)者對(duì)于環(huán)境的認(rèn)識(shí)和關(guān)注度不夠,參與低碳生活的意識(shí)不強(qiáng)?？赏ㄟ^加強(qiáng)對(duì)低碳建筑的宣傳,提高消費(fèi)者的低碳意識(shí),從而實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的生活消費(fèi)低碳化。對(duì)購買低能耗建筑的消費(fèi)者進(jìn)行減稅或提供補(bǔ)貼,不僅能提高消費(fèi)者參與低碳環(huán)保行為的積極性,而且將促使消費(fèi)者購買低碳建筑。