綠色建筑項目供給側主體行為演化博弈分析

黃定軒,陳夢嬌,黎昌貴

(1.重慶理工大學 管理學院，重慶 400054；2.桂林理工大學 商學院,廣西 桂林 541004)

0 引 言

建筑項目消耗了全球40%的原材料,建筑運營消耗了全球32%的可再生與不可再生資源、12%的水、40%的能源,并且產生了40%的CO2排放量[1]。如何實現經濟和社會的可持續發展是一個重要的研究課題,佟賀豐等構建中國可持續發展模型,選擇森林、綠色建筑、城市交通等7個行業進行情景仿真分析,結果顯示走綠色發展道路中國可以實現質量更高的經濟增長[2]。金占勇等的研究表明,大力發展“四節一環保”的綠色建筑能夠在一定程度上緩解中國社會對能源的旺盛需求[3]。Zhao等通過實證研究發現,基于綠色建筑的全生命周期,消費者導向、社會和人道主義需求等因素應在綠色建筑的概念設計、規劃設計、運營和維護中一并考慮,從而提高消費者的幸福感和效率[4]。然而,中國城市科學研究會提供的資料表明,截至2015年12月31日,全國綠色建筑評價標識項目總面積為4.6億m2,2015年綠色建筑評價標識項目總面積為1.65億m2[5]。如果將這個數字與中國每年的建筑竣工面積相比,同《國家新型城鎮化規劃》(2014—2020年)的規劃目標——2020年50%的新建建筑要達到綠色建筑標準相比,中國建筑業任重道遠。

針對綠色建筑發展的影響因素, 國內外學者開展了一系列的研究。 王敏等分析現階段參與綠色建筑開發所面臨的技術-設計、 經濟、 社會-文化、 制度等四方面的挑戰, 結果表明經濟挑戰因素中綠色建筑的建設成本高，排名第一, 技術-設計挑戰因素中新材料/新技術/新設備的應用缺乏施工經驗、 缺乏有關綠色建筑的專業教育和培訓、 缺乏對綠色建筑項目全壽命周期的集成設計分別排名第二到四[6]。 秦旋等發現無綠色建筑經驗的專家比有綠色建筑經驗的專家對綠色建筑的風險態度更悲觀,通過一維組間方差分析發現不同單位的5類專家(包括建設單位、 施工單位、 設計單位、 咨詢單位和研究單位)除“項目的綠色目標定位不準確”的觀點存在顯著差異之外,其他的風險因素看法基本一致,無顯著性差異[7]。Zhou利用生態現代化觀點分析了中國綠色建筑項目, 研究結果表明, 自上而下的國家方式并不能有效解決綠色建筑項目發展過程中的矛盾和房地產開發過程中的利益動機[8]。Yang等選擇中國和澳大利亞的綠色建筑項目,利用社會網絡分析方法研究基于不同利益相關者的綠色建筑項目風險網絡,結果表明聲譽風險在兩個國家同等重要,中國政府在促進綠色技術推廣和社會意識上扮演著重要的作用[1]。Kasai等實證分析發現技術因素和文化因素是阻礙巴西綠色建筑發展的兩個最明顯的因素[9]。Olubunmi等研究發現綠色建筑激勵因素對于促進綠色建筑發展至關重要,綠色建筑的激勵因素可以歸納為外部因素和內部因素兩類,政府是最大的外部激勵因素來源[10],同樣,Elias等研究發現政府在促進綠色建筑發展和住宅技術進步方面有著十分重要的作用[11]。Dwaikat等統計研究綠色建筑與傳統建筑成本差異是否具有一致性結論時,卻沒有得到期望結果[12]。Hopkins實證分析大學綠色認證建筑與普通建筑是否有額外的前期成本和全生命周期的成本節約問題[13]。Shi等提出綠色建筑全生命周期多目標潛在沖突的理論框架,利用粗集理論從利益相關者角度去識別不同項目目標的沖突大小[14]。Azouz等從承包商的角度研究綠色建筑發展過程中存在的問題,結果發現主要存在的問題是增加時間需求、害怕變化、增加設備投資、害怕建筑文檔審計等[15]。

因此,設計有效的綠色建筑項目激勵機制也是研究綠色建筑發展的重要內容之一。Qian等根據再生觀點建立考慮額外交易成本的綠色建筑投資者與終端消費者動態博弈模型,研究結果表明額外交易成本是阻礙綠色建筑發展的最大障礙[16]。王景慧等運用演化博弈理論建立單種群房地產開發商群體開發綠色建筑行為的動態模型,結果表明開發綠色建筑產生的超額收益、開發商的貼現因子、未開發綠色建筑錯失銷售機會所造成的利益損失及市場未成規模時開發綠色建筑所造成的凈損失是影響房地產企業開發綠色建筑行為的4個關鍵因素[17]。陳小龍等就3種市場情景下的交易成本對綠色建筑開發決策影響進行研究,通過靜態博弈模型構建和推導論證不同情形下的決策模型并給出了政策建議[18]。林敏在分析綠色建筑項目的利益主體范圍和層次的基礎上,研究綠色建筑涉及的多方利益主體的主要行為[19]。金占勇等研究認為經濟效益是房地產開發商是否開發綠色建筑的關鍵影響因素,經濟激勵額度是影響房地產開發商決策的重要影響因素[3]。孫金穎等根據綠色建筑評價標識制度現階段存在的主要問題,建立供給側主體消費者和房地產開發商的進化博弈模型,分析制度中供給側主體的運行機理[20]。黃定軒建立開發商與業主具有有限理性的綠色建筑需求側演化博弈模型,借助數據仿真分析典型情形下綠色建筑需求側博弈雙方行為的動態變化[21]。Teng等為評估綠色建筑發展政策的生態足跡和生態環境質量特征,建立“綠色建筑生態環境”模型,利用系統動力學軟件研究綠色建筑不同發展政策情形下的影響及其趨勢[22]。

總體而言,對綠色建筑項目影響因素、激勵機制的研究,相關學者已經展開了一系列的工作。研究者對中國發展綠色建筑項目相關因素的實證研究也為開展綠色建筑項目激勵研究提供了可靠基礎。然而,相關研究對中國綠色建筑項目行為主體假設要么是建立在經典博弈的理論基礎之上,要么僅考慮有限單種群的行為。在綠色建筑發展過程中,尤其是綠色建筑項目前期推廣過程中政府的積極參與關系重大,需要政府部門從各方面給予支持和激勵才能有效促進綠色建筑項目的發展,有限理性的開發商與政府之間的博弈是持續反復進行的,不可能通過一次博弈就能達到均衡狀態。因此需要從動態的角度出發，探尋以政府和開發商為主體的供給側博弈行為的演進規律才能獲得更為科學的最優策略點。

1 綠色建筑供給側模型構建與分析

1.1 演化博弈模型

在演化博弈中,核心概念是演化穩定策略(ESS)和復制動態(RD)。ESS表示一個種群抵抗變異策略進入的一種穩定狀態。演化穩定策略意味著當博弈參與者隨機配對進行博弈時,在位種群成員的支付水平高于入侵者的支付水平。每個博弈參與者都有(1-ε)的概率遇到選擇策略x的參與者,同時, 其還有ε的概率遇到入侵者。ESS被定義為

u[x,(1-ε)x+εx′]>u[x′,(1-ε)x+εx′],

(1)

復制動態方程實際上是描述一個特定策略在一個種群中被采用的頻數或頻度的微分方程。其基本思想是:如果策略x的結果優于平均水平,那么選擇該策略的那些群體在整個種群中的比例就會上升。復制動態的微分方程為

(2)

1.2 綠色建筑項目供給側博弈模型假設

根據我國建筑管理體制的現狀,作如下假設:① 有2個有限理性的局中人: 一個為是否對開發綠色建筑項目行為進行激勵的政府部門，另一個為是否開發綠色建筑項目的開發商；② 開發商可以選擇的行動集合假設為A1={開發，不開發}，政府部門可以選擇的行動集合假設為A2={獎勵，不獎勵}；③ 局中人的信息是不完全信息；④ 由于綠色建筑的社會收益和環境收益在目前技術條件下難以準確測度和計量,因此把這兩種收益用經濟收益替代并統一用經濟收益表示。政府部門能從開發綠色建筑項目中獲得諸如完成節能減排指標等利益F, 其對相應綠色建筑項目激勵成本為S(R), 當政府部門不對綠色建筑項目進行稅收或土地政策優惠等激勵時, 開發商通常不會開發綠色建筑項目行為, 則政府部門的收益假設為0。 開發商按《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2006)進行綠色建筑項目開發的增量成本為ΔC, 而其開發綠色建筑項目的增量利益為R。 根據前文綠色建筑開發風險的研究結論, 再假定開發商開發綠色建筑項目失敗的概率為f, 如果開發項目失敗, 開發商的損失為H, 二者的乘積稱為增量風險損失; 同時假定開發商開發普通建筑項目時能夠獲得收益r； 再者開發商如果與政府部門簽訂了綠色建筑項目激勵合同而因各種原因無法執行該開發合同時, 政府部門將對開發商違約行為處罰款A, 此時政府無法獲得開發綠色建筑項目的收益, 項目開發商的收益為r+S(R)-A,政府部門的收益為-S(R)+A。

對獎勵成本不妨設定條件S′(R)>0,S″(R)<0。這一假定條件的含義是:當政府部門能從開發綠色建筑項目獲得利益F時,地方政府有動力為開發綠色建筑行為提供獎勵,地方政府從開發綠色建筑項目中收益越大,其提供的獎勵程度也將越大,則相應博弈支付矩陣見表1。

表1 綠色建筑項目供給側博弈支付

1.3 綠色建筑項目供給側演化博弈模型

假設:開發商開發綠色建筑的比例為x, 開發普通建筑的比例為(1-x); 政府選擇激勵綠色建筑策略的比例為y, 選擇不激勵策略的概率為(1-y)。 結合博弈支付矩陣可得開發商開發綠色建筑策略時的適應度

UDg=y·(r+R+S(R)-ΔC-f·H)+

(1-y)·((r+R-ΔC-f·H))

=R+r-ΔC-f·H+S(R)·y;

(3)

開發商選擇普通建筑策略時的適應度

UDo=y·(r+S(R)-A)+(1-y)·r

=r-y(A-S(R));

(4)

開發商的平均適應度

(5)

因此,開發商選擇開發綠色建筑策略時的復制動態方程:

(R-ΔC-f·H))。

(6)

同理,政府選擇激勵綠色建筑策略時的適應度

UGI=x(F-S(R))+(1-x)(A-S(R))

=(A-S(R))-x·(A-F);

(7)

政府選擇不激勵策略時的適應度

UGN=x·F+(1-x)·0=x·F;

(8)

政府的平均適應度

=y·(A-S(R))-x·(A·y-F);

(9)

因此,政府選擇激勵綠色建筑策略時的復制動態方程

(10)

微分方程式(6)和式(10)描述了這個演化系統的復制動態,該系統的復制動態方程整理成

(11)

穩定性分析主要根據該系統雅可比矩陣的行列式及跡的符號組合。式(11)對應的雅可比矩陣為

(12)

通過方程(12)計算出該矩陣對應的行列式值

detJ={(1-2x)(A·y+(R-ΔC-f·H))}·

{(1-2y)(A-S(R)-A·x)}+{A·y·(1-y)}·

{x(1-x)·A}。

(13)

同理,通過方程(12)可計算出該矩陣對應的跡

trJ=-{(1-2x)·(A·y+(R-ΔC-f·H))+

(1-2y)·(A-S(R)-A·x)}。

(14)

2 綠色建筑項目供給側演化博弈模型穩定點分析

上述假設和條件是基于演化穩定策略的原則,即開發商與政府之間基于相互學習的有限理性行為。這種情況雖然與一些地方的現實不完全符合,但通過綠色建筑供給側雙方博弈過程分析,可以從中揭示出雙方行為取向及其穩定點。基于開發商和政府本位利益界定的假設,由此可以引伸出博弈雙方的下列6種情形。

情形1:政府激勵大于違約罰款和開發商總體成本高情形下的行為演化博弈

由方程(11)可知,AA+R時, 復制動態方程有4個平衡點:O(0,0)、A(1,0)、B(1,1)、C(0,1), 對應點行列式與跡的表達式和符號見表2, 其所對應的相圖如圖1所示 。由相圖和雅可比行列式的分析可知, 情形1的穩定點為O(0, 0)。當開發商開發綠色建筑項目的增量收益加上政府激勵之和小于其開發綠色建筑項目增量成本與增量風險損失之和時,開發商最終選擇開發普通建筑項目;當政府激勵大于其處理企業違約罰款時,政府也缺乏動力。本情形存在某些綠色建筑項目政府和開發商均無利可圖時。

情形2:政府激勵大于違約罰款和開發商總體成本低情形下的行為演化博弈

當A

表2 情形1條件下的穩定性分析

圖1 情形1時相圖Fig.1 Phase diagram under Situation 1

情形3:政府激勵大于違約罰款和開發商總體成本中間情形下的行為演化博弈

當A

表3 情形2條件下的穩定性分析

表4 情形3條件下的穩定性分析

圖2 情形2時相圖Fig.2 Phase diagram under Situation 2

圖3 情形3時相圖Fig.3 Phase diagram under Situation 3

情形4:政府激勵小于違約罰款和開發商總體成本高情形下的行為演化博弈

當A>S(R)且ΔC+f·H>A+R時, 局部穩定點有4個:O(0,0)、A(1,0)、B(1,1)、C(0,1)， 對應點行列式與跡的表達式和符號見表5, 對應的相圖如圖4所示。 由相圖和雅可比行列式的分析可知, 情形4的穩定點為C(0, 1)。當開發商開發綠色建筑項目的增量收益加上政府激勵之和小于其開發綠色建筑項目增量成本與增量風險損失之和時, 開發商最終選擇開發普通建筑項目; 當政府激勵小于其處理企業違約罰款時,政府具有激勵綠色建筑項目發展動力。 此情形下開發商采取一種混合行為狀態, 即以xS=1-S(R)/A的概率開發綠色建筑項目, 系統最終穩定于政府激勵， 而開發商開發普通建筑項目。 本情形存在于綠色建筑項目對開發商缺乏吸引力而政府具有罰款動力時。

表5 情形4條件下的穩定性分析

圖4 情形4時相圖Fig.4 Phase diagram under Situation 4

情形5:政府激勵小于違約罰款和開發商總體成本低情形下的行為演化博弈

當A>S(R)且ΔC+f·H

圖5 情形5時相圖Fig.5 Phase diagram under Situation 5

情形6:政府激勵小于違約罰款和開發商總體成本中間情形下的行為演化博弈

當A>S(R)且R<ΔC+f·H

(15)

相應地,系統各平衡點的穩定性分析見表7，系統演化相圖如圖6所示。該相圖描述了開發商與政府博弈的動態演化過程。當開發商開發綠色建筑項目增量成本與增量風險損失之和介于開發綠色建筑項目增量收益與政府激勵加開發綠色建筑項目增量收益之和之間時，同時政府激勵小于其處理違約企業罰款時，在本位利益的驅動下開發商與政府部門各自采用了混合策略,系統缺乏穩定點。

表6 情形5條件下的穩定性分析

表7 情形6條件下的穩定性分析

圖6 情形6時相圖Fig.6 Phase diagram under Situation 6

4 模型仿真分析

4.1 SD 演化博弈模型的建立

結合上述分析,為反映模型參數對綠色建筑供給側的動態影響過程,采用系統動力學建模軟件Vensim 6.4建立綠色建筑供給側兩個主體的系統動力學仿真模型如圖7所示。該模型主要有2個狀態變量x和y、 2個流率變量dx/dt和dy/dt、8個外部初始變量和6個中間變量構成。各個外部初始變量在系統動力學仿真模型與理論模型中的對應關系、初值設置見表8。

4.2 模型仿真分析

模型初始值假設為:仿真起始時間INITIALTIME=0,仿真結束時間FINAL TIME=100年,仿真步長TIME STEP=0.007 812 5。分析在情形6條件下開發商的綠色建筑開發率x和政府部門激勵率y在系統初始條件設置后的變化特性。博弈雙方采用混合戰略納什均衡值時,開發商的綠色建筑開發行為比例和政府激勵綠色建筑項目行為比例博弈演化過程如圖8、圖9所示。當系統的初始值和混合戰略納什均衡值不等時,隨著時間及博弈次數的增加,博弈雙方的策略選擇是圍繞中心點存在著比較大的波動。

為進一步分析政府罰款力度對博弈雙方行為的影響,現假設Time=50年時減少對違約建筑企業的懲罰力度, 即A由初始假設值3減少到1, 此時系統的演化條件由情形6演變成情形3,演化系統激勵比例和開發比例模擬結果如圖10和圖11所示,圖11顯示了博弈系統中的開發商綠色建筑項目開發比例和和政府激勵綠色建筑比例如何從轉繞中心點的動態均衡向原點演化過程。

圖7 綠色建筑供給側SD模型Fig.7 SD model of supply side in green building

理論模型中符號仿真模型圖7中符號仿真初值理論模型中符號仿真模型圖7中符號仿真初值r開發商普通建筑收益r2.0H開發商綠色建筑對應風險損失H6.0R開發商綠色建筑增量收益R4.0F開發綠色建筑政府獲利F1.0S(R)政府激勵S(R)2.0A罰款A3.0ΔC開發商綠色建筑增量成本deltC2.0y激勵綠色建筑比例y0.2f開發商綠色建筑失敗概率f0.4x開發商開發綠色建筑的比例為x0.4

圖8 綠色建筑開發比例與激勵比例時變過程Fig.8 Time-varying process of development and incentive proportion in green building

圖9 綠色建筑開發比例與激勵比例對應演化過程Fig.9 Relative evolutionary process on proportion of development and incentive in green building

圖10 具有突變的綠色建筑開發比例與激勵比例時變過程Fig.10 Time-varying process of development and incentive proportion with mutation in green building

圖11 具有突變的綠色建筑開發比例與激勵比例對應演化過程Fig.11 Relative evoluionary process on proportion of development and incentive with mutation in green building

5 模型參數變化對中心點的影響分析及政策建議

5.1 模型參數對中心點的影響分析

從綠色建筑供給側演化博弈模型相圖分析可知:在情形6條件下,政府和開發商的行為演化過程缺乏穩定點。因此,在政府部門與開發商博弈過程中,構成雙方博弈支付函數的參數如政府對綠色建筑項目激勵成本、政府對開發商違約行為罰款、開發商開發綠色建筑項目的增量成本、增量風險及其損失、增量收益等因素及其變化將導致演化系統向不同的中心點轉移。

將式(15)中的xS=1-S(R)/A對SR和A求導可得

(16)

(17)

式(16)說明在情形6條件下政府增加對開發綠色建筑項目的激勵將導致中心點向左移動,即開發商更多選擇開發普通建筑項目策略,此情形可以理解為政府激勵的項目基本上難度較大,開發商難以按約完成,同時這種激勵背后的處罰也較大。式(17)說明政府增加對開發綠色建筑項目違約處理將導致中心點向右移動,即加大對開發綠色建筑項目違約處理將導致開發商開發綠色建筑項目策略。中心點的左右移動取決于開發商應對政府激勵綠色建筑項目力度大小、政府對開發綠色建筑項目違約成本的綜合考慮。

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

式(18)說明開發商開發綠色建筑項目增量收益增加將導致中心點向下移動,即政府激勵概率減少;式(19)說明開發商在開發綠色建筑項目增量成本增加將導致中心點向上移動,即政府激勵概率增加;式(20)說明開發商在開發綠色建筑項目風險增加將導致中心點向上移動,即政府激勵概率增加;式(21)說明開發商在開發綠色建筑項目風險發生時損失增加將導致中心點向上移動,即政府激勵概率增加;式(22)說明政府加大對開發綠色建筑項目違約處理將使中心點向下移動,即政府激勵概率減少;中心點的上下移動取決于開發的增量收益、增量成本、風險大小、風險發生時損失及政府對綠色建筑項目違約處理力度的綜合影響。

5.2 政策建議

從模型參數對模型穩定點的影響分析可知,在開發商與政府部門相對理性條件下,二者中心點變化是不同參數共同作用的結果。根據上述分析結論可以得出以下發展綠色建筑的政策建議:

(1)增加綠色建筑發展初期政府對開發綠色建筑項目的激勵力度,保證政府相關激勵措施落實到位,同時依法依規懲處開發商在綠色建筑項目開發過程中的欺騙行為。

(2)大力加強綠色建筑相關技術攻關工作,減少綠色建筑項目的風險并降低綠色建筑項目失敗的風險損失,同時促進不同綠色建筑項目之間的技術共享,建立不同層級的綠色激勵措施從而促進綠色建筑項目的發展。

(3)通過稅收或其他有效措施,提高綠色建筑相比傳統建筑的收益。

6 結 論

(1)演化博弈論與系統動力學相結合克服了傳統博弈論局中人完全理性的局限性,可以更有效地擬合、解釋現實中的動態博弈現象,為研究綠色建筑項目這一復雜問題提供新的研究思路。

(2)通過建立綠色建筑項目供給側演化博弈的SD模型及數據仿真分析可知,普通建筑項目獲得大小、綠色建筑項目增量成本、綠色建筑項目增量利益、綠色建筑項目增量風險等因素、政府對開發綠色建筑項目的激勵力度、政府對開發綠色建筑項目違約處理力度會對開發商和政府部門的博弈行為產生影響,進而影響綠色建筑項目供給側最終演化結局。

(3)綜合運用演化博弈論和系統動力學方法研究綠色建筑項目供給側管理盡管是一種新的嘗試,但現實中情況常常更為復雜。因此,結合實際深化模型,將綠色建筑項目需求側的業主和開發商結合起來研究將能更好地詮釋和仿真現實中的雙層動態博弈現象,將是此類問題進一步研究的方向。