共生網絡視角下工業園生態轉型治理機制研究

張鵬 菅利榮 王丹丹

摘要：規范制造企業與環保企業的廢棄物處理行為，形成共生治理機制，是工業園生態轉型的基礎。基于互惠共贏的理念，借助網絡演化博弈仿真不同規模與結構下各企業的決策行為對建立共生進程的影響。結果表明：制造企業與環保企業對政府補貼的敏感度存在差異，合理的補貼政策能同時激發雙方的積極性。政府在前期的引導監督工作一方面能培養兩類企業自身的責任意識，另一方面能有效防止投機行為的產生，對加快共生關系的建設進程起著關鍵作用。

關鍵詞：工業園生態轉型；共生網絡；共生行為；網絡演化博弈

中圖分類號： F205文獻標識碼： A

收稿日期：2021-07-19；修回日期：2022-02-23

基金項目：國家自然科學基金（71573124）；江蘇高校哲學社會科學研究重大項目（2019SJZDA036）；江蘇省社會科學基金（18EYB015）

第一作者：張鵬（1997-），男，江蘇南通人，碩士研究生，主要研究方向為戰略性新興產業集群發展。

Research on the Governance Mechanism of Industrial Park′s Ecological Transformation from the Perspective of Symbiosis Network

ZHANG Peng， JIAN Lirong， WANG Dandan

（College of Economics and Management， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 211106， China）

Abstract：Standardizing the waste disposal behavior of manufacturing enterprises and environmental protection enterprises and forming a symbiotic governance mechanism are the basis for the ecological transformation of the industrial park. Based on the concept of mutual benefit and win-win， the network evolutionary game is used to simulate the influence of the decision-making behavior of enterprises under different scales and structures on the establishment of symbiosis process. The results show that there are differences in the sensitivity of manufacturing enterprises and environmental protection enterprises to government subsidies， and a reasonable subsidy policy can stimulate the enthusiasm of both parties at the same time. On the one hand， the government′s guidance and supervision in the early stage can cultivate the sense of responsibility of the two types of enterprises. On the other hand， it can effectively prevent the occurrence of speculative behavior， which plays a key role in speeding up the construction process of symbiotic relationship.

Key words： ecological transformation of industrial park; symbiotic network; symbiotic behavior; network evolutionary game

0 引言

工業共生描述了不同產業間交換資源而產生經濟與環境效益的相互作用，是對未來綠色增長至關重要的系統性創新^[1-2]，如何有效促進工業共生進程是推動中國工業園生態轉型的關鍵所在。2016年8月發布的《循環發展引領計劃》明確了要初步構建綠色循環低碳產業體系，推進工業園區循環化發展^[3]。截至目前為止，中國工業園生態轉型還處于探索階段，企業的排污行為得到了規范，但廢棄物的回收利用率還比較低。如何確保有效回收工業廢棄物提高資源利用率，也是工業園生態轉型過程中要考慮的重要問題。

相關研究發現工業共生在相對簡單的市場條件和需求驅動下是有望自發發展的^[4]，而目前絕大多數工業綜合體結構關系比較復雜，因此僅依靠市場與需求推動工業共生相對困難。相關案例^[5-8]表明，政策工具的設計和持續推廣對共生系統的形成具有推動作用，如Kim^[9]強調推行自上而下的政策，比如明確的監管和稅收制度，可能促進工業共生。同時，政府應對一些支持共生項目的關鍵技術進行補貼，同時持續監管企業行為，否則將不能確保企業會切實履行自身的環保責任^{[5，7，10-11]}。但是目前政府針對生態園區管制和激勵方面的相關政策仍不完善^[12]。

面對政府關于控制污染排放的要求，企業仍會不同程度地選擇一些投機手段，以降低污染治理成本，確保自身利益。Simpson^[13]研究發現企業往往不知道如何在環境領域采取行動，這使他們對再循環壓力做出負面反應，因為他們沒有足夠的知識來遵守要求，這對于工業共生的建立十分不利。后來提出“建立吸引社會資本投入生態環境保護的市場化機制，推行環境污染第三方治理”，構建具備“生產者-消費者-分解者”結構的生態鏈，將環境污染交由第三方處理的方式從試點探索向實踐應用不斷深入發展^[11，14]。

綜上，以往的研究為工業共生的政策制定、系統構建以及綜合評價等方面做出了很大的貢獻，但仍存在一定不足。一方面，轉型階段企業之間已存在生態合作意愿時的行為約束問題鮮有研究，達成合作后企業的行為是否還需要政府的調控、制造企業的廢棄物管理行為對共生進程有無影響、環保企業是否會妥善處理廢棄物仍值得思考；另一方面，鮮有文獻研究企業群數量和結構特征不相同對建立共生關系的影響。為此，本文借助網絡博弈的理論方法，并構建了反映實際企業群結構的雙層網絡模型，進一步分析了規模和結構不對等時各規則對演化穩定策略的影響，為促進工業園的生態轉型提供了理論依據。

1 共生網絡的構建及不同類型參與主體行為決策分析

1.1 問題描述

目前中國的工業園區的生態轉型分為3種類型：全新規劃型、自有改造型和虛擬生態工業園。其中自有改造型是指對已存的大量工業企業進行技術改造、引入環保企業、建立區域廢物交換機構等，解決工業園區污染嚴重、企業間缺少合作等問題的一種改造模式，也是目前研究最多且最具有實際價值的方式^[12]。

根據產業生態學理論，工業共生系統是按照“廢棄物關系”，由多個企業參與組建的系統。環境法規的更新與資源匱乏的加劇促進了資源的循環再利用。目前，中國工業園內各生產企業搭建的廢水廢氣處理系統能基本滿足其處理排放需求，而共生系統的構建則為其提供了固體廢棄物的處理途徑，即依靠第三方環保企業負責處理難處理的固體廢棄物。至此，中國建立了如圖1所示的工業園區廢棄物處理模式。

1.2 制造企業集群-環保企業集群的雙層共生網絡建立

工業共生網絡是包含工業共生關系的新型生產組織結構，它是產業生態與網絡有機融合的產物^[15]。在生態工業園共生網絡中，企業間關系的直接表現形式為“上游企業為下游企業提供廢棄物或副產品作為它們的生產原料”。因此，上游制造企業與下游環保企業之間的關系為合作關系，而任一企業群的內部關系則為普通社會關系。本文構建的雙層網絡模型將上游企業群作為上層網絡，將下游環保企業群作為下層網絡，網絡中的每一個節點代表一個企業，節點的連接代表企業間的關系，由此構建工業共生網絡^[16]。具體如下：

1）上、下層子網絡構建。相關研究表明^[15，17-18]，中國工業園區承載了產業集群的發展，集群內企業之間具有關聯性，且呈現出中小企業依附大企業的企業布局情況，表明企業在選擇合作對象時會優先考慮目標企業的規模實力，因此園區發展成熟后的產業布局結構具有鮮明的無標度性。其中，基于規模實力越強大的企業其社會關系越復雜的考慮，用各個節點的度表示各個節點的規模實力情況。考慮到廢棄物的種類繁多但單位價值極低，為了獲取規模經濟，不宜設置多個同類型的環保企業^[19]。不同類型的環保企業之間因為原材料不同，會由于上游廢棄物的分類質量導致它們之間產生一定的物資交換。由此可見，環保企業群網絡不存在中心節點與周邊節點。基于上述情況，考慮用全連通網絡表征工業園區環保企業群的網絡結構。

2）上、下層網絡的連接。相對于從無到有建立生態工業園區，中國生態工業園的建立主要是依托已經成熟的工業園區，是一種自有改造型的轉型模式^[12]，因此上游制造企業與下游環保企業建立共生關系前，均已經形成了完整的網絡結構。制造業核心企業對其產業鏈比較熟悉，能快速匹配滿足其產業鏈上的企業固廢治理要求的環保企業。

政府將作為單獨的因素考慮，不在網絡的構建中有所體現。具體的構建算法為：1）生成規模為M₀的上游制造企業群網絡T^S，與規模為N的下游環保企業群網絡T^X；2）建立下游環保企業與上游制造企業中核心企業之間的聯系，即上層網絡T^S中的一個核心節點i^S，在下層網絡T^X中選擇n₀個節點進行連接；3）建立下游環保企業與上游制造企業中非核心企業之間的聯系，即第M₀+k個上層網絡中的節點獲取與之相連的同質節點在下層網絡T^X中所建立的p個連接關系，并在其中選擇q個進行連接。

據此構建的制造產業集群與環保產業集群雙層網絡結構如圖2所示。

1.3 不同參與主體行為決策分析

相對于自發形成更有利于工業共生關系的建立，中國由政府牽頭的工業共生關系的建立被證明是可行的。政府是工業園生態轉型的參與者、監督者以及引導者。通過制定各種補貼政策，鼓勵環保企業入駐工業園區并與園區已有制造企業建立共生關系，利用稅收、財政補貼等方法降低環保企業的成本，制定相應的監督機制，防止環保企業的投機行為。同時政府也將引導制造企業對其產生的廢棄物進行類別劃分，降低環保企業獲取所需原材料的難度，并對制造企業提供一定的補貼，培養雙方互惠互利的習慣。

環保企業屬于工業園生態鏈中的分解者，將回收的上游制造企業產生的各種廢棄物作為其生產的原材料。作為園區生態轉型的關鍵企業，享受政府給予的各項優惠政策。但優惠政策是有限的，部分企業可能會因為規模實力比較薄弱，不可避免出現各種經營問題，但又想繼續享受政府的優惠政策，因此就會進行一些投機行為，將超出產能的部分進行填埋、偷運等違規處理，如2016年河北幾家危險廢物處理單位就曾擅自轉移危廢，造成相關危害。

制造企業在園區生態鏈中屬于生產者，生產過程產生工業三廢，其中固體廢棄物屬于企業難處理廢棄物。2020年9月份新《固廢法》對工業固廢的處理提出了新要求，其中就涉及到工業垃圾的分類問題。企業通過分類將一部分可用于再生產或其他方面的廢棄物回收利用可以獲得經濟效益，剩余存在一定附加值的難處理廢棄物交由第三方機構處理。當然企業也可以將廢棄物統一交給擁有更完善的廢棄物分類、分揀體系的第三方機構處理，但因為廢棄物的種類多，統一交付的廢棄物中可能存在部分環保機構處理能力之外的成分，將造成環保企業二次抉擇的情況，增加了環保企業違規處理行為發生的幾率。

本文考慮了生態園區建設初期環保企業的生存問題，由政府引導制造企業與環保企業之間的共生關系建立，不將廢棄物視為“商品”，即忽略兩類企業之間在廢棄物交付時的買賣關系。

2 共生網絡演化博弈模型構建與穩定性分析

網絡演化博弈最早由Nowak和May^[20]于1992年提出。隨著復雜網絡理論的深入研究，網絡博弈日益受到關注。在個體交互方面，復雜網絡博弈為個體策略的更新提供了更多的更新規則^[21-25]，在群體演化方面，更客觀地揭示了群體行為的變化過程^[23-24]。

2.1 博弈模型基本假設及參數設置

假設1 博弈中各方利益主體信息不完全對稱且各方均為有限理性，即政府、環保企業、制造企業的策略集分別為{監管；不監管}，{正規處理；投機}，{分類；不分類}。企業的目標是最大化自身利益，因此選取的策略與期望收益的大小有關，但是仍然有一定概率沒有選擇最優策略。

假設2 政府作為工業園生態轉型中企業間共生關系建立的引導者與監督者，對制造企業與環保企業的行為負責，對積極參與配合建設生態園的行為進行補貼激勵，對環保企業為騙取財政補貼而發生的投機行為進行處罰。當一方的策略調整時，另外兩方的策略也會相應進行調整。

假設3 新《固廢法》對制造企業污染處理行為做了進一步約束，企業違規處理廢棄物的成本已經遠超通過正規途徑處理的成本。為了維持企業正常運作，維護企業聲譽，認為園區內制造企業的固體廢棄物處理行為是規范的，不存在違規處理（如填埋、偷運等）的情況。

假設4 共生行為發生在代表園區結構的雙層共生網絡內，即上下游企業的收益只來源于其所構成的雙層網絡，其策略學習、策略更新規則相同，都是基于上一輪博弈收益的對比結果。并且上（下）層網絡中的個體只與其鄰居進行收益的比較。

結合上述表述及相關假設，綜合設定模型參數及其符號，如表1所示，轉移支付矩陣如表2所示。

2.2 共生網絡博弈算法設計

對于制造企業集群-環保企業集群的雙層網絡，記子網絡為W_a（i^a，l^a_i，s^a_i），其中a=1，2表示網絡的編號（1表示的網絡是上游制造企業的網絡，2表示的網絡是下游環保企業的網絡），i^a（i=1，2，3，…，N）表示一個網絡中的成員，l^a_i表示該成員的度，s^a_i代表了該成員的博弈策略。雙層網絡博弈算法為：

步驟1 博弈。網絡1中的成員i¹與它在網絡2中的所有鄰居進行一次博弈，并綜合它的博弈總收益，其博弈總收益為

其中，Ω²_i¹表示網絡1中的個體i在網絡2中的所有鄰居的集合，A_i¹j¹表示網絡1中的成員i和網絡2中的成員j的博弈收益矩陣。同理可求得網絡2中的成員博弈總收益函數。

步驟2 更新策略。經過一輪博弈之后，網絡中的成員會以均勻分布的概率隨機抽取與之在同一子網絡中的鄰居進行收益比較，當所選擇的鄰居的總收益值大于該成員的總收益時，該成員以一定的概率決定是否學習對方的策略，根據費米規則，這個概率表示為

步驟3 重復步驟1和步驟2一定次數，觀察網絡合作水平的變化情況。

2.3 演化穩定策略分析

設定政府選擇監管的概率為xx∈[0，1]，不監管的概率為1-x；環保企業正規處理廢棄物的概率為yy∈[0，1]，投機的概率為1-y；制造企業愿意對廢棄物類別進行劃分的概率為zz∈[0，1]，不愿意的概率為1-z。

2.3.1 演化博弈求解過程

政府監管和不監管的期望收益分別為LW₁和LW₂，平均期望收益為LW，由表2收益矩陣可得：

環保企業正確處理和投機的期望收益分別為LX₁和LX₂，平均期望收益為LX，由表2收益矩陣可得：

制造企業分類和不分類的期望收益分別為LS₁和LS₂，平均期望收益為LS，由表2收益矩陣可得：

根據演化博弈原理可得，政府、環保企業、制造企業的復制動態方程分別為

令Fx=Fy=Fz=0，求得系統各局部均衡點，分別為X₁=（0，0，0），X₂=（0，1，0），X₃=（0，0，1），X₄=（0，1，1），X₅=（1，0，0），X₆=（1，1，0），X₇=（1，0，1），X₈=（1，1，1）。將上述8個均衡點代入雅克比矩陣中，求得相應的特征值，如表3所示。

2.3.2 演化模型穩定性分析

假設f-a-d>0，g-h+e+f>0，此時若h-g>0，即環保企業的投機收益不低于正確處理廢棄物的綜合收益，可以對均衡點的穩定性分4種情況討論。表4總結了這4種情況下的均衡點穩定性。

情境1 當m-k>0，且c-e-a-d>0時，制造企業的廢棄物分類行為提高廢棄物回收效率，導致了廢棄物管理、儲存等成本降低產生的正效益大于實施廢棄物分類所需工藝改進、設備購買等的成本；對政府而言，此時監管上下游企業間建立互利共生關系的收益大于其監管成本和對外財政補貼。只有在點X₈=（1，1，1）時才滿足穩定條件，此時三方的均衡策略集為{監管，正規處理，分類}。

情境2 當m-k>0，且c-e-a-d<0時，制造企業的廢棄物分類行為提高廢棄物回收效率，導致了廢棄物管理、儲存等成本降低產生的正效益小于實施廢棄物分類所需工藝改進、設備購買等的成本；對政府而言，此時監管上下游企業間建立互利共生關系的收益小于其監管成本和對外財政補貼。此時均衡點X₆=（1，1，0）第一個特征值的符號無法確定，因此無法判斷系統是否存在均衡策略。

情境3 當m-k<0，且c-e-a-d>0時，制造企業的廢棄物分類行為提高廢棄物回收效率，導致了廢棄物管理、儲存等成本降低產生的正效益小于實施廢棄物分類所需工藝改進、設備購買等的成本；對政府而言，此時監管上下游企業間建立互利共生關系的收益大于其監管成本和對外財政補貼。此時均衡點X₅，X₆，X₇，X₈的第三個特征值符號不好判斷，因此無法判斷系統是否存在均衡策略。

情境4 當m-k<0，且c-e-a-d<0時，制造企業的廢棄物分類行為提高廢棄物回收效率，導致了廢棄物管理、儲存等成本降低產生的正效益小于實施廢棄物分類所需工藝改進、設備購買等的成本；對政府而言，此時監管上下游企業間建立互利共生關系的收益小于其監管成本和對外財政補貼。此時均衡點X₂，X₅，X₆，X₇，X₈的特征值符號難以判斷。若假設d+m-k<0，06=（1，1，0）滿足穩定條件，此時三方的均衡策略集為{監管，正規處理，不分類}。

3 共生行為網絡仿真分析

蘇州高新區生態環境局于2019年提出要繼續強化生態環境監管執法力度，狠抓環境執法檢查，對不達標的企業進行處罰。同時強調推動固體廢棄物的防治工作，優化了固體廢棄物的處理流程，要求區分工業廢物與城市垃圾，劃分危險廢物與一般廢物，對廢物的可回收性做了補充。突出了廢棄物分類對廢棄物資源利用、處置量的重要性。另外，園區也認識到環保企業資金需求量大，回報周期長的特點，因此加大了企業環境資金的補助力度，h8促進了環保企業良性發展。本文結合了蘇州高新區生態環境管理辦法的現實情境與共生行為的博弈分析，對網絡演化博弈的參數進行設定。

因為模型相關參數的仿真數據較難獲取，且部分難以量化，故查閱相關資料文獻，咨詢了相關領域的仿真專家，綜合設置本文支付矩陣的仿真參數，參數賦值如表5所示。演化周期設置為20，統計上下游企業積極參與生態園區建設的比例。

3.1 政府激勵強度對上下游企業決策行為的影響

按照相關研究的政府補貼力度參數的設置方法^[25]，將補貼值分為低（10%），中（50%），高（90%）三種等級，即政府對上游制造企業分類行為的補貼值為0.3，1和1.8。根據圖3中的橫向子圖對比，政府對制造企業廢棄物分類行為的補貼值越高，則企業越傾向于對廢棄物進行分類。企業對下游環保企業的正規處理廢棄物的補貼值為0.5，1.5和2。對圖3中的縱向子圖進行對比分析，當政府對環保企業正規處理廢棄物的補貼越高則環保企業越傾向于認真負責處理廢棄物。對雙方來說，政府的補貼直接影響了他們的成本，在高的政府補貼下，企業在資金方面有更好的抗風險能力。

進一步分析圖3，當制造企業對是否進行廢棄物進行分類的意愿容易趨于一致時（無論是分類或者不分類），環保企業決策行為更容易達到穩定狀態，這是因為當制造企業對廢棄物分類行為意愿的比例趨于一致時，環保企業在廢棄物的回收成本上不再產生變化，方便環保企業快速調整自身的策略。

3.2 政府懲罰力度對企業決策行為的影響

政府懲罰力度的大小直接影響了企業投機行為的產生。同理將政府的懲罰力度分為低中高3個等級，即政府對下游環保企業投機處理廢棄物的處罰f分別為1，2，3，演化結果如圖4所示。

由圖4可知，當政府的監察力度高，對投機行為采取低容忍態度，且懲罰力度高時，環保企業不愿意承擔罰款的風險，對比圖4a與圖4b，當懲罰力度高于能糾正企業行為的最低限度時，懲罰力度越大，越容易規范企業的行為，結果表現為企業集群內各企業采取一致決策的速度更快。當懲罰力度低于限度時，企業根據自身的趨利特性，不同程度地選擇了投機行為。因此在生態園區的轉型初期，需要政府加強監督，培養環保企業的責任意識，正規地處理園區內的各種難處理廢棄物，保護環境并促進資源的循環利用。

3.3 下游環保企業收益對其行為決策的影響

將下游環保企業正規處理廢棄物或投機的綜合收益設置為低中高3個檔次，即環保企業正規處理所獲的綜合收益g分別為5，6，7，投機行為獲得的綜合收益h分別為7，8，9。結果如圖5所示。

對圖5中各子圖進行橫向對比分析可知，當環保企業投機獲取的收益較多地超出正規處理所獲得的收益，那么在利益的驅動下，環保企業將更容易選擇投機行為，這種情況下兩種行為收益的差值越小，投機行為趨于一致的速率越慢。當投機獲取的收益未比正規處理獲取的收益超出很多時，出于社會責任以及政府的監督，環保企業傾向于選擇正規處理園區內的廢棄物。偶爾會發生有企業進行投機行為，對于這種情況的產生，需要政府的監督來降低其發生幾率。

3.4 上游制造企業收益及成本變化影響

將上游制造企業分類廢棄物的成本和產生的綜合收益設置為低中高3個檔次，即制造企業分類廢棄物所獲的綜合收益m分別為3，4，5，分類產生的成本k分別為3，4，5。結果如圖6所示。

一方面（由子圖橫向對比），只有當對難處理廢棄物進行分類的回報收益大于分類成本時，制造企業才會選擇進行分類。當收益和成本相抵時，需要其他外部刺激來提高制造企業進行廢棄物分類的積極性。另一方面，當制造企業決策行為趨于分類或者不分類時，其決策變化速度不會由于收益與成本的差值大小有較大的變化，這是由于實行廢棄物分類不屬于制造企業在園區中必須履行的責任。

4 結論

本文針對工業園區企業間的共生合作問題，借助復雜網絡與演化博弈理論，構建了政府調控下制造企業與環保企業參與的園區企業間共生合作的雙層網絡演化博弈模型，分析了不同情境下的演化穩定均衡策略，并通過仿真分析得出以下結論：

制造企業與環保企業對政府補貼激勵力度的敏感程度存在差異，制造企業對政府激勵表現得更敏感，這是因為兩類企業的目標導向不同。因此政府在初期應采取差異化補貼政策，以培養廢棄物分類意識與水平為目的對制造企業進行適當補貼與宣傳，以保證環保企業的良性發展為目的適當增加其初期發展時的補助力度。

環保企業是否正規處理廢棄物直接影響共生關系的建設進程，進而影響環境保護工作的好壞程度，因此政府在共生關系建立初期不能降低對環保企業廢物處理行為的監測力度。當環保企業存在違規行為時，較大的懲罰力度有助于其迅速整改，而懲罰力度較低時，企業的僥幸心理與趨利性不利于環保工作的有效開展。

企業的決策行為受綜合收益與社會責任意識的影響。對環保企業來說，在選擇正規處理廢棄物時，政府也不能放松監管，同時應該創造良好的社會環境，打擊投機收益的獲取途徑，拓寬其獲取正規收益的渠道。而有利可圖時制造企業更愿意主動進行廢棄物分類，因此前期的政府引導有助于培養企業主動分類的習慣，同時提高其廢物分類管理水平。

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（責任編輯 李 進）