建筑固體廢棄物物流運營管理三方博弈*

楊香傳　楊家其　王海燕　趙學彧

(武漢理工大學交通學院　武漢　430063)

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建筑固體廢棄物物流運營管理三方博弈*

楊香傳楊家其王海燕趙學彧

(武漢理工大學交通學院武漢430063)

隨著逆向物流的發展，建筑固體廢棄物物流的研究已成為熱點，通過分析在建筑固體廢棄物回收物流系統運營過程中各利益實體的行為特點和影響因素及其所追求的利益，建立了政府、企業、社會民眾的三方博弈模型,討論其利益均衡關系.以武漢新港集裝箱碼頭改建項目為例,對環境效益的價格量化進行了驗證.對模型中重要參數進行敏感性分析，挖掘了各利益主體間的潛在關系，為優化建筑固體廢棄物物流運營管理系統提供依據.

建筑固體廢棄物物流；完全信息靜態博弈；三方博弈；敏感性分析

0　引　　言

目前，我國建筑固體廢棄物物流領域面臨物流體系不完善；回收、處理企業間組織協調力度不夠；專業物流公司稀缺；監管部門經濟引導、監督懲罰不清晰等問題.進行建筑固體廢棄物物流運營過程中相關主體行為的研究，可為建立城市固體廢棄物回收網絡和加強科學管理手段提供理論依據，有重要的現實意義.

關于固體廢棄物的回收處理，陳云敏等[1]通過總結其有機質的分解規律,提出相應公式,并根據實驗獲得的原位壓縮曲線，提出了填埋場容量計算方法.Pires等[2]從戰略管理的角度將系統工程模型和系統評估工具納入分析框架，以歐盟各國為例，對歐洲固體廢棄物管理進行了詳細分析，并針對歐洲不同區域給出技術選擇和管理策略.Wang等[3]以大連為例研究了固體廢棄物運營管理體系存在的問題，建立了一套城市固體廢棄物綜合管理框架.二者都未從物流管理的角度對固體廢棄物物流進行深入討論.薛順利等[4]從再制造方面的固體廢棄物物流結構中發現，臨近消費端的零售商從事固體廢棄物收集的活動，對整個固體廢棄物物流供應鏈的對象實體最有利.王婷婷等[5]運用博弈論的方法對不同供應鏈形態下的零售商產品回收決策進行研究，建立了逆向物流產品回收決策模型，論證了在何種供應鏈形態下能夠達到共同利潤的最大化，但未涉及政府及民眾等主體.劉冬林[6]將固體廢棄物物流作為逆向物流的一種納入綠色物流體系進行了分析，針對固體廢棄物物流從政府監督、政府激勵和基于生產者責任延伸制度的企業自律3個方面進行制度設計.王世磊等[7]運用演化博弈理論探究政府管制在企業實施逆向物流中的作用,但只分析了政府和企業兩個對象，未將民眾納入博弈主體范圍.李佳書[8]分析了工業固體廢棄物回收網絡中主體間的合作動力因素，構建合作主體之間的協調機制，基于博弈法對和主體間的利益分配，提出構建集政府、企業于一體的管理體系，同時建立了公眾與企業的合作博弈模型.

文中在現有研究的基礎上，對多個分散模型進行整合，建立固體廢棄物物流運營時期政府、固體廢棄物物流運營企業、群眾三方博弈模型，并通過實例計算進行敏感性分析，探索物流主體之間的深層影響.

1　廢棄物物流運營時期三方博弈實體分析與模型假設

1.1模型假設

1) 假設參與博弈的3大利益主體：政府、固體廢棄物物流運營企業、群眾，都是理性的投資者.

2) 政府對運營企業的廢棄物回收行為做出規定：若達到一定回收比例(設該比例為I)，則政府會對運營企業給予獎勵與補貼；否則，做出罰款.

3) 政府的收益，主要體現在群眾對政府的支持；運營企業需要遵守法規，保護環境，但廢棄物回收的成本可用于投資產生額外效益，因而會有機會主義的行為；群眾的收益，主要為廢棄物回收利用為日常生活帶來的社會效益與環境效益.

4) 政府可采用的策略為檢查罰款，或不檢查不罰款；運營企業可采用的策略為按規定比例進行廢棄物回收或低于規定的廢棄物回收比例；群眾可采用的策略為監督舉報，或不監督不舉報.

5) 由于事先博弈3方不會知道對方的舉動，而策略與反應函數均為公共知識，因此該博弈模型為完全信息的靜態博弈模型.

6) 假設運營企業建立廢棄物物流的成本函數與在低于規定回收比例所得的額外效益函數分別為關于運營企業實際回收比例i的函數，其中，成本隨i增加而增大，效益則相反(此時i

1.2模型描述

1) 由以上假設可知，該模型為完全信息的靜態博弈模型.

2) 作為理性的投資者，博弈3方均追求利益的最大化.

3) 若運營企業回收比例大于I，則會對社會與環境帶來利益；否則，會造成損失，這里用外部性函數表示.

4) 若群眾對運營企業行為進行監督，但政府卻不作出檢查策略，則會降低群眾對政府的支持程度，政府會損失一定的社會利益；否則，群眾對政府的支持程度上升，則政府可以獲得一定的社會利益.

1.3參數設定

P為政府對運營方進行檢查的概率；q為運營方回收比例低于I的概率；r為群眾對運營方進行監督的概率；CM為政府對運營方進行檢查所用成本；CP為群眾對運營方進行監督所用成本;FM為政府對回收比例未達到I的運營方所給予的罰款;E為因運營方回收策略而對環境與社會造成的損失或利益，損失為負，利益為正;H為因政府檢查策略對民眾支持與社會效益的影響，上升為正，下降為負;BM為政府對回收比例達到I的運營方所給予的獎勵與補貼；BP為政府在檢查后對群眾監督行為的獎勵；C(i)為運營方建立廢棄物物流的成本函數，當回收比例高于i時，成本為C(I);B(i)為運營方低于規定回收比例所得的額外效益函數，當回收比例高于i時效益為B(I);Q(a,b,c)為博弈3方采取相應策略時，所得收益.其中：a,b,c=0,1.0為不采取;1為采取.

2　廢棄物物流運營時期3方博弈模型建立與求解分析

2.1模型的建立

當政府采取檢查運營企業回收情況策略，運營企業采取低于規定比例I策略時.政府會對運營企業進行罰款，運營企業所采取的策略會使環境與社會蒙受損失，政府會支付檢查成本，對群眾監督行為進行獎勵，群眾對政府的支持會使得政府獲得一定的社會效益.運營企業受到罰款，但因采取低于規定比例I策略，獲得了額外收益并付出了相應的物流成本.3方博弈后公示為

(1)

當政府采取檢查運營企業回收情況策略，運營企業采取不低于規定比例I策略時.政府會對運營企業進行獎勵與補貼，運營企業所采取的策略會使環境與社會得到利益，政府也會支付檢查成本，對群眾監督行為進行獎勵，群眾對政府的支持會使得政府獲得一定社會效益.運營企業得到獎勵與補貼，但因采取達到不低于比例I策略，獲得了一定的收益同時付出了相應的物流成本.

(2)

以此類推，對后面幾種策略進行分析，可得

(5)

(6)

(7)

(8)

經過以上分析，得到圖1的三方博弈樹狀圖.

圖1　3方博弈樹狀圖

2.2模型的求解

由以上矩陣，可以分別求得群眾、政府和運營企業的期望效用，將以上各策略所得利益值乘以策略發生概率，再分別求和，即可求得各個期望效用.

群眾的期望效用為

E(P)=(E-2qE)-rCP+rpBP

(9)

政府的期望效用為

2Ph-H-rpBP

(10)

運營企業的期望效用為

可假設企業構建廢棄物物流所得的額外凈收益W(i)=B(i)-C(i)，則W(i)也是隨i增大而減小的線性函數，且i達到規定比例時，W(I)=B(I)-C(I)，因此，

E(O)=PBM+pq(FM+BM)+

(12)

(13)

(14)

由以上可見，當P*=q*時，政府和運營企業收益同時達到最大，此時可得：

即

(17)

3　模型的算例分析

根據武漢市廢棄物物流發展的現狀與模型的要求，以武漢新港集裝箱碼頭基礎設施建設項目中的建筑廢棄物物流為實例對象，通過對政府環衛部門與武漢新港的調研數據，其基礎數據見表1，對該項目進行環境效益、治理成本、經濟效益與社會效益的測算.

表1　項目配套及輔助工程情況一覽表

3.1建筑固體廢棄物的環境效益和政府治理成本分析

為避免可能會對環境所造成的嚴重破壞與自然資源的浪費，政府在成本效益分析中必須包括對自然資源價值進行合理的估算，決策中投入的資金所得到的產出是環境質量的改善，可將環境效益看作是工程中造成的環境質量惡化或生態環境破壞所帶來的經濟損失，測算這些損失，也可看作避免環境質量惡化所帶來的經濟收益.

3.1.1環境效益分析

環境效益是由通過回收處理的建筑固體廢棄物而獲得的資源效益和治理建筑固體廢棄物以避免其帶來的環境損失從而獲得的環境收益構成的，即

環境效益=資源效益+環境治理收益(18)

1) 資源效益 據統計，每立方米建筑產生1%～4%的建筑固體廢棄物，我國2007年建筑施工面積為4.73×109m2，按年建4.73×109m2，房屋平均層高3 m計算，則每年建筑固體廢棄物產生量為1.4×108～5.6×108m3.如果按建筑固體廢棄物的表觀密度為1.5 t/m3，則計算的結果與按580 t/萬m2來計算所得結果相近，因此該項目建筑固體廢棄物產出比取580 t/萬m2來計算.考慮到我國建筑裝飾實際情況和近年建筑技術的進步，將拆除固體廢棄物量和拆除面積的產出比定為1 t/m2.

其中，建筑施工固體廢棄物總體包括了渣土、樁頭、混凝土、碎磚、砂漿、木材、鋼材等，不同類型建筑物中所構成比例，以及建筑固體廢棄物占材料購買量的組成比例略有不同.從近年拆毀建筑物的組成上看，混凝土與砂漿占30%～40%，磚瓦占35%～45%，陶瓷和玻璃占5%～8%，不可回收部分為10%.在混凝土中，鋼筋約占20%，粗骨料占45%～50%.由建筑固體廢棄物的處理流程所得到的資源材料價格見表2，項目施工期建筑固體廢棄物產量約為91 824 t，則產生的資源價值總量約為3 438.81萬元，平均374.5元/t.

表2　材料市場價格表

2) 環境治理收益根據中國2010年環境經濟核算研究報告得出，中國建筑固體廢棄物總量為15.6億t.其中造成的廢水污染損失為1 781.2億元，大氣污染損失為1.47億元，固體廢棄物損失為2.31億元，總量為1 784.98億元.武漢新港陽邏350萬TEU集裝箱碼頭配套基礎設施建設項目施工期產生的建筑固體廢棄物的總重量約為91 824 t，按其占整個行業的比例計算，該項目所產生的建筑固體廢棄物造成的環境損失為1 050.67萬元.綜上，回收該項目建筑固體廢棄物，能為社會帶來的環境效益為4 489.48萬元，平均488.92元/t.

3.1.2政府治理成本

當前處理固體廢棄物的主要包括焚燒和填埋2種處理方式，但焚燒方式在具體技術和經濟成本方面存在著復雜性，難以直接測算，因此以填埋為例，對政府的治理成本進行分析.

我國城市固體廢棄物處理技術現狀表明，建筑固體廢棄物處理成本為15～30元/t，根據武漢市實際情況，取20元/t.該項目的建筑固體廢棄物總量為91 824 t，總處理成本為183.64萬元.根據2001年頒布的《城市生活固體廢棄物衛生填埋處理工程項目建設標準》，固體廢棄物填埋場進行污水處理并達到二級排放標準時的運行費為20～45元/t，取運行費為30元/t，總處理費用為275.5萬元.由于采用人工襯層的填埋場，填埋場容積投資為8.79～22.77元/m3，取投資費用為15元/m3.按建筑固體廢棄物的表觀密度為1.5 t/m3計算，即總成本為91.8萬元.由此可得采用填埋的處理方式對工程的建筑廢棄物進行處理時，政府處理的單位價格約為275.44萬元.

綜上，政府對該項工程建筑固體廢棄物的回收，可給出的補貼上限為4 764.92萬元，平均518.91元/t.

3.2武漢市建筑廢棄物回收經濟效益分析

1) 測算條件與參數

條件1我國的經濟平穩增長，城市建設固定資產投資的提升呈現穩定性，建筑固體廢棄物的產量持續增加.

條件2隨著建筑材料的回收率與再利用率的不斷提升，建筑固體廢棄物的單位處理成本也會逐漸降低，最終趨向于常數，因此將再處理成本Cr與回收噸數的關系表示為線性函數

(19)

條件3企業逃脫責任而獲得的機會成本，計算方法為企業總投資乘以社會折現率，按2006年發改委與建設部所頒布的《建設項目經濟評估方法與參數》(第三版)的相關規定，社會折現率定為8%.

條件4文中以該項目作為回收周期進行研究，所產生的建筑固體廢棄物是91 824 t，額定利用率為80%.

式中：Cy為建筑垃圾回收費用取20元/t，Ct為運輸成本取15元/t，Cr為再處理價格取270元/t，V為無法利用而直接填埋的費用.i

對建筑固體廢棄物提取出的材料效益計算，該項工程的建筑固體通過廢棄物回收得到的最高收益可達到895.89萬元，而企業若想得到更高的利潤，則需要減少廢棄物物流回收處理比例，而將資金投入到其他領域獲得利潤，但采取該種策略會有遭受罰款的風險.

4　模型敏感性分析

1) 對p*的數值分析與結論圖2為政府檢查成本與補貼罰金之和間的敏感性分析.

圖2　政府檢查成本與補貼罰金之和間的敏感性分析

由圖2可見，當額外利潤為定值時，運營方獲得的罰款或者獎勵越小，政府檢查的幾率越大，檢查成本越高,因此，政府盡可能提高獎勵或懲罰力度，可以減少政府檢查成本，但政府通過轉移支付行為來實現補貼，會造成社會成本增高，而過高的罰款，最終要由社會來承擔，增加了社會成本.所以，必須制定有效和合理的激勵機制，以使得政府和社會的成本最低.

2) 對p′的數值分析與結論圖3為群眾單次監督成本與政府檢查總成本間的敏感性分析.

圖3　群眾單次監督成本與政府檢查總成本間的敏感性分析

由圖3可見，當BP恒定時，政府選擇檢查運營企業的策略幾率上升，會導致群眾監督成本的上升，此時群眾的監督主動性下降，因此為了保證對企業構建固體廢棄物物流的監督效果，政府也會更多地付出檢查成本.因此，需要尋求一種兼顧降低政府與群眾成本和提高檢查與監督效率的方法.

3) 對r的數值分析與結論圖4為群眾總監督成本與政府補貼間的敏感性分析.

圖4　群眾總監督成本與政府補貼間的敏感性分析

由圖4可見，當額外效益為定值時,政府對企業投入的補貼越小，群眾所付出的監督成本越大.政府的補貼能使企業加大廢棄物物流投入，使回收率超過規定比例I.經過多回合的博弈之后，社會民眾與政府投入的監督與檢查成本會逐步減少，但過多的政府補貼也會加大政府的財政壓力.

與之相反，要維持一定的監督概率，除了可以降低檢查成本和監督獎勵之外，可以考慮讓運營企業為群眾的損失承擔一定的責任.此外，雖然提高監督概率會在一定程度上減少政府檢查成本，但為了能取得社會效益H，政府也必須提高檢查概率，政府檢查成本也會上升.因此，需統籌安排政府的檢查與群眾的監督.

4) 對q*的數值分析與結論圖5為處理噸數與罰金額度間的敏感性分析.

圖5　處理噸數與罰金額度間的敏感性分析

由圖5可見，當rBP與BM恒定時，提高對運營企業的懲罰力度會降低企業采用低于規定比例I的策略的概率，廢棄物的處理量會上升.但懲罰力度會隨著額度的提高，對處理量的影響越來越小，因此提高懲罰力度需適當.政府檢查成本的下降也會促使運營企業選擇高于規定比例I的策略，因此還需尋求降低檢查成本的方法.

5　結 束 語

通過對城市固體廢棄物物流運營的問題進行描述，引進社會群眾作為博弈的第3方，建立多目標的3方博弈優化模型，并推導出政府、企業和社會民眾間重要參數變化時對各自決策的影響.對武漢新港集裝箱碼頭改建項目中建筑固體廢棄物環境效益和政府治理成本及回收經濟效益分析，驗證了模型的可行性.針對3方博弈模型中的主要參數進行敏感性分析，對建筑固體廢棄物物流的發展策略進行了探討，為政府解決固體廢棄物回收問題提供了機理依據.由分析可知構建建筑固體廢棄物物流運營管理體制要積極推進專業第3方物流企業的建立、實現政企分開及末端的全民監督.

[1]陳云敏,柯瀚.城市固體廢棄物的壓縮性及填埋場容量分析[J].環境科學學報,2003(5):694-698.

[2]PIRES A,MARTINHO G,CHANG N. Solid waste management in European countries: A review of systems analysis techniques [J]. Journal of Environmental Management, 2011,92:1033-1050.

[3]WANG Xinbei, GENG Yong. Municipal solid waste management in Dalian: practices and challenges[J]. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2012,6(4):540-548.

[4]薛順利,徐渝,宋悅林.再制造逆向物流結構整合優化[J].系統工程,2006(4):13-17.

[5]王婷婷,南國芳.基于博弈論的零售商產品回收決策模型[J].系統工程學報,2015(6):790-803.

[6]劉冬林.綠色物流的制度研究[D].武漢：武漢理工大學,2010.

[7]王世磊,嚴廣樂,李貞.逆向物流的演化博弈分析[J].系統工程學報,2010(4):520-525.

[8]李佳書.工業固體廢棄物回收網絡規劃研[D].大連：大連海事大學,2014.

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The Game Research for the Management of the Building Solid Waste Logistics Operation

YANG XiangchuanYANG JiaqiWANG HaiyanZHAO Xueyu

(DepartmentofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

With the development of reverse logistics, the research on Building Solid Wastes logistic has been hot spot of research. By analyzing the behavior characteristics and influencing factors as well as the interests pursued by each interest entity in the solid waste recycling logistics system, the complete information static game model for the establishment of MSW logistics of government and enterprise is established in this paper. By taking Wuhan New Port Container Terminal renovation project as an example, using price to quantify the environmental benefits is verified. At last, The sensitivity analysis of important parameters is done and the potential relationship between the various stakeholders is taped, in order to provide evidence for optimizing the construction of building solid waste logistics operations and management system.

building solid wastes logistic; the complete information static game; the triple-entity game; sensitivity analysis

2016-06-20

U116.1

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.018

楊香傳(1993- )：女，碩士生，主要研究領域為物流管理和交通運輸規劃

*國家社會科學基金資助(14BGL133)