基于三方演化博弈的建筑業碳減排治理研究

劉亞臣,戶姍姍,劉 寧

(沈陽建筑大學管理學院,遼寧 沈陽 110168)

在中國大力推行碳減排的背景下,加強低碳技術在建筑業中的推廣與應用已成為主流趨勢[1]。綜合國內外研究成果,多位學者立足于低碳行為涉及的利益相關者,從不同行業角度研究了行業主體的博弈關系,探討了行為策略對低碳發展的影響。陸春菊等[2]提出了政府環境規制力度和低碳生產時的額外技術成本是影響建筑企業對低碳技術進行投資的主要因素。王波等[3]認為政府在綠色建筑市場化推廣中起到了關鍵性作用,政府激勵與懲罰雙重機制有利于推動綠色建筑向規?；c市場化方向快速發展。羅福周等[4]認為第三方力量的監督使企業更傾向于低碳生產模式。劉小蘭等[5]指出了政府的獎懲制度能有效提高企業成員及消費者的低碳旅游意識。張倩[6]在探究利益相關者對企業技術創新行為的影響這一問題上,得出了企業、政府和公眾的行為決策受到其收益和成本影響的結論。

總體來看,學者們在建筑業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。筆者基于演化博弈論(Evolutionary Game Theory),采用動態復制方程,推導三方博弈的穩態平衡點,進行數值仿真,并針對仿真結果提出了相關建議,以期促進建筑業低能耗可持續發展。

一、演化博弈模型的構建

1.研究假設

根據研究的實際需要、相關文獻研究和現場調研結果,在模型建立前作如下假設:

假設1:假設各主體均為有限理性,且經過反復博弈后將選取最優策略。

假設2:政府作為監管者、建筑企業作為執行者、消費者作為第三方的監督主體,在進行策略選擇時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3:當建筑企業選擇“建造傳統建筑”策略時,企業仍可以從消費者處獲得收益。

假設4:政府、建筑企業與消費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,政府對碳減排治理的態度是積極的,因此,政府期望在低成本的監管下使建筑企業建造低碳建筑、消費者購買低碳建筑,以此獲取最大利益。建筑企業是否選擇建造低碳建筑策略取決于其對收益與成本的衡量,降低建筑能耗在一定程度上會增加成本,致使其對建造低碳建筑的積極性不高。消費者在對碳減排治理所體現的環境治理效果和潛在環保價值認知程度不足時,會過度依賴政府治理能力。張鐸[7]認為消費者對環境的關注增加了其綠色消費行為,但其偏好存在波動,消費者的參與程度確實會顯著影響低碳治理效果[8-9]。劉文龍等[10]認為低碳認知水平高的消費者更傾向于購買低碳產品。

政府、建筑企業和消費者從自身利益出發,會選擇使自身利益最大化的博弈策略,而各市場主體都不愿主動承擔低碳減排帶來的利益損失,故市場主體之間的利益均衡是實現建筑業碳減排的關鍵。

二、碳減排治理主體的演化博弈分析

1.參數變量的設定

政府有“嚴格監管”或“不嚴格監管”兩種策略。當政府采取“嚴格監管”策略時,政府需要付出的管理成本為C1。與此同時,當建筑企業、消費者積極參與政府的“嚴格監管”策略時,政府獲得的潛在社會收益為V1;當建筑企業或消費者其中一方選擇不參與時,政府獲得的社會負收益為S1。

建筑企業有“建造低碳建筑”或“建造傳統建筑”兩種策略。當建筑企業選擇“建造低碳建筑”策略時,其增量成本為C2,獲得的利益為V3,給消費者造成的潛在損失為R2;當建筑企業選擇“建造傳統建筑”策略時,企業收益為V2,額外收益為V4,政府對其的罰款為S2,給自身造成的潛在損失為R1。

消費者有“購買”或“不購買”低碳建筑兩種策略。當消費者選擇“購買”策略時,購買成本為C3,獲得的收益為V5。與此同時,當政府或企業其中一方積極參與時,給消費者帶來的長遠收益為V6。

由上述假設和參數設定,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.主體的復制動態方程及其均衡點

利用演化博弈支付矩陣計算三方主體的期望收益與平均收益,根據Malthusian模型構建各主體的復制動態方程。政府嚴格監管時的期望收益為Ux1,不嚴格監管時的期望收益為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Malthusian模型,構建政府選擇“嚴格監管”策略時的復制動態方程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“嚴格監管”策略的概率隨時間t的變化率。同理,建筑企業采取混合策略時的平均期望收益Uy為

Uy=yUy1+(1-y)Uy2

(5)

式中:Uy1為建筑企業建造低碳建筑的期望收益;Uy2為建筑企業建造傳統建筑的期望收益。

消費者采取混合策略時的平均期望收益Uz為

Uz=zUz1+(1-z)Uz2

(6)

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

根據式(1)～式(6),建立政府、建筑企業和消費者的三方主體復制動態方程F(x)、G(y)和H(z),分別為

(7)

三方主體通過調整策略來實現期望收益最大化。根據微分方程的穩定性定理,若某一策略為穩定狀態時,x,y,z需要滿足F(x)=0,G(y)=0,H(z)=0的條件。對方程(7)進行求解,可以得到以下8個均衡點:(0,0,0)、(0,0,1)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,0,0)、(1,0,1)、(1,1,0)、(1,1,1)。當均衡點滿足李雅普諾夫穩定性條件時,三方博弈主體才處于演化穩定狀態。在滿足穩定性條件的情況下,(0,0,0)、(1,0,0)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,1,1)都可能是演化穩定策略點,詳細判別過程參見文獻[11]。

三、數值實驗與仿真分析

1.演化穩定策略

對于均衡點(0,0,0),在滿足-C1+S2<0,-C2-V4+R1<0,且-C3<0的穩定性條件下,假設:V3=2,V5=1,C1=5,V1=1,C2=4,S2=4,V4=6,R1=2,C3=3,V6=1。政府的監管成本過高或對企業懲罰金額過低時,政府會選擇“不嚴格監管”策略,導致建筑企業的外在壓力降低,而企業為了獲得更高的收益會選擇“建造傳統建筑”策略,消費者只能選擇“不購買”策略來降低自己的成本。因此,政府“不嚴格監管”、建筑企業“建造傳統建筑”和消費者“不購買”的策略達成了演化穩定策略(見圖1)。

圖1 均衡點(0,0,0)的仿真分析結果

對于均衡點(1,0,0),在滿足C1-S2<0,V3+S2-C2-V4+R1<0,且V6+V5-C1<0的穩定性條件下,假設:V3=2,V5=1,C1=5,V1=2,C2=4,S2=6,V4=6,R1=1,C3=3,V6=1。企業采取“建造傳統建筑”策略時受到的懲罰金額對于政府而言是“嚴格監管”策略下的收益,所以政府自然會選擇“嚴格監管”策略。政府對企業的罰款在一定程度上會影響建筑企業的策略選擇,在利益最大化目標的驅使下,企業鋌而走險選擇“建造傳統建筑”策略以獲得更高的利潤。此外,政府對企業的罰款不會對消費者行為產生影響。因此,政府“嚴格監管”、企業“建造傳統建筑”和消費者“不購買”的策略達成了演化穩定策略(見圖2)。

圖2 均衡點(1,0,0)的仿真分析結果

對于均衡點(0,1,0),在滿足C2+V4-R1<0且V6-C3<0的穩定性條件下,假設:V3=2,V5=1,C1=5,V1=4,C2=4,S2=4,V4=6,R1=12,C3=3,V6=1。建筑企業選擇“建造傳統建筑”策略所致潛在損失(企業形象損壞和市場認可度降低)的增加是促使其選擇“建造低碳建筑”策略的重要因素。建筑企業的潛在損失不會對政府和消費者的決策產生影響。因此,政府“不嚴格監管”、企業“建造低碳建筑”和消費者“不購買”的策略達成了演化穩定策略(見圖3)。

圖3 均衡點(0,1,0)的仿真分析結果

對于均衡點(0,1,1),在滿足-V3-V5-C1+V1<0,-S2+C2+V4-R1<0,且C3-V6<0的穩定性條件下,假設:V3=2,V5=1,C1=5,V1=7,C2=4,S2=4,V4=6,R1=12,C3=3,V6=4。當收益足夠高時,企業會選擇“建造低碳建筑”策略。此時,政府選擇任一策略的結果相同,而政府為了降低監管成本會選擇“不嚴格監管”策略。收益的提高與成本的降低會促使消費者選擇“購買”策略。因此,政府“不嚴格監管”、企業“建造低碳建筑”和消費者“購買”的策略達成了演化穩定策略(見圖4)。

圖4 均衡點(0,1,1)的仿真分析結果

對于均衡點(1,1,1),在滿足V3+V5+C1-V1<0,-S2+C2+V4-R1<0,且C3-V6-V5<0的穩定性條件下,假設:V3=2,V5=1,C1=5,V1=10,C2=4,S2=4,V4=6,R1=12,C3=3,V6=5。在建筑企業和消費者都傾向于積極策略時,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入良性循環。因此,政府“嚴格監管”、建筑企業“建造低碳建筑”和消費者“購買”的策略達成了演化穩定策略(見圖5)。

圖5 均衡點(1,1,1)的仿真分析結果

2.參數敏感性分析

目前,中國建筑企業在選擇“建造低碳建筑”策略時,仍需政府的財政支持。消費者購買低碳建筑的選擇會激勵更多建筑企業從“要我做”向“我要做”轉變,同時可以幫助政府減少監管成本。由此可見,政府“不嚴格監管”、建筑企業“建造低碳建筑”和消費者“購買”是更加合適的策略,即均衡點(0,1,1)。

對均衡點(0,1,1)中的以下參數進行敏感性分析:建筑企業建造低碳建筑的增量成 本C2、政府嚴格監管時建筑企業建造低碳建筑獲得的利益V3、建筑企業建造傳統建筑獲得的額外收益V4和受罰金額S2。當分析其中任何一個參數對三方主體演化路徑的敏感性時,其他參數的取值均保持不變。

(1)對建筑企業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的值分別設為4、6和8。由圖6(a)可知,建筑企業建造低碳建筑的增量成本的增加對政府決策影響較小。由圖6(b)可知,當增量成本較低時,建筑企業傾向于選擇“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“建造傳統建筑”策略。由圖6(c)可知,當增量成本較低時,消費者將選擇“購買”策略。隨著增量成本的增加,消費者最終將選擇“不購買”策略。

圖6 增量成本C2對演化路徑的影響

(2)對政府嚴格監管下企業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的值分別設為2、6和10。由圖7(a)可知,建造低碳建筑獲得的利益會影響政府的選擇策略,隨著利益的增加,政府選擇“不監管”策略的收斂速度也隨之加快。由圖7(b)可知,隨著建筑企業建造低碳建筑利益的增加,企業選擇“建造低碳建筑”策略的概率也隨之增大,表明企業建造低碳建筑所獲得的利益正向促進了企業選擇建造低碳建筑。由圖7(c)可知,建筑企業建造低碳建筑獲得利益的變化對消費者的決策選擇幾乎沒有影響。

圖7 建造低碳建筑的收益V3對演化路徑的影響

(3)對建筑企業建造傳統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的值分別設為6、7.5和9。由圖8(a)可知,對于政府而言,建筑企業建造傳統建筑的收益增加對政府決策影響較小。由圖8(b)可知,當建筑企業建造傳統建筑獲得的收益增加時,建筑企業選擇“建造低碳建筑”策略的收斂速度會降低。由圖8(c)可知,隨著建筑企業建造傳統建筑的收益增加,消費者選擇“購買”策略的收斂速度不斷降低。

圖8 建造傳統建筑的額外收益V4對演化路徑的影響

(4)對建筑企業建造傳統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的值分別設為5、6和7。由圖9(a)可知,增加對建筑企業的罰款會促使政府選擇“不嚴格監管”的策略。由圖9(b)和圖9(c)可知,演化路徑曲線幾乎重疊,表明建筑企業選擇建造傳統建筑所受到的懲罰金額的改變對建筑企業和消費者的決策幾乎沒有影響。

圖9 建造傳統建筑所受的懲罰金額S2對演化路徑的影響

四、結論與建議

1.結 論

通過構建三方主體演化博弈模型,分析了建筑業碳減排治理的主體利益關系和影響因素,得出了以下研究結論:從碳減排治理的實際情況來看,(0,1,1)為最合適的策略;在(0,1,1)均衡點,建筑企業建造低碳建筑的增量成本會影響建筑企業和消費者的決策,而其對政府的決策影響程度較低;在政府的嚴格監管下,改變建筑企業建造低碳建筑獲得的利益、建造傳統建筑獲得的額外收益和受到的懲罰金額僅會改變三方主體決策概率的收斂速度,不會改變三方主體的最終決策。

2.建 議

(1)對政府而言,應通過制定完善的信息公開制度、提高監督人員的專業水平、加強政策制定及監督管理工作等措施,降低政府的監督成本。應科學制定建筑全生命周期的碳減排標準,加快構建行業的綠色低碳技術體系,推動建筑行業低碳發展的制度創新、技術創新和工程創新,對開展低能耗、低碳(零碳)建筑工程的企業予以通報表揚并給予財政補貼,對落實不力的建筑企業予以通報批評并處以罰款。

(2)對建筑企業而言,低碳技術的開發或引進都需要大量的資金作為支撐,研發資金不足和建筑增量成本過高均會制約低碳建筑的發展。建筑企業應積極與高?；蚩蒲袡C構合作以促進相關低碳技術的研究,推動以建筑設計為主體的技術方法創新,改變建筑施工大多仍處于高能耗和高排放的現狀。

(3)對消費者而言,居住需求已經從“有得住”轉變為“住得好”。但就整體而言,目前大多數消費者對于環境的認識和關注度不夠,參與低碳生活的意識不強?？赏ㄟ^加強對低碳建筑的宣傳,提高消費者的低碳意識,從而實現消費者的生活消費低碳化。對購買低能耗建筑的消費者進行減稅或提供補貼,不僅能提高消費者參與低碳環保行為的積極性,而且將促使消費者購買低碳建筑。