1. 引言
随着全球气候环境问题的日益严峻,绿色建筑的建设成为可持续发展的重要一环。多年来,建筑业增加值占国内生产总值的比例始终保持在6.85%以上[1]。然而,建筑业也带来了不容忽视的建筑能耗问题。2021年,《关于推动城乡建设绿色发展的意见》[2]提出建设高品质绿色建筑、实现工程建设全过程绿色建造。2022年,“十四五”规划[3]提出激励市场主体参与绿色建筑。
绿色建筑供应链的关键主体有开发商、施工单位、政府和消费者四方。政府是引导者和监管者,其制定政策和标准,利用奖惩措施促使开发商、施工单位提供绿色建筑、消费者购买绿色建筑。开发商和施工单位是供给方,开发商通过制定绿色建筑规划和设计方案,推动绿色建筑的发展和服务创新;施工单位则采用绿色施工技术和方法,降低施工过程中的能耗和环境污染,将绿色建筑变为现实。消费者是需求方和使用者,通过购买和使用绿色建筑产品,支持绿色建筑供应链的发展。这四方有着不同的职责,只有四方共同努力才能推动绿色建筑的发展。面对房地产市场低迷、绿色建筑的成本又较高的现状,市场三方往往并不愿主动参与到绿色建筑供应链中。如何让政府的奖惩措施更有效,使开发商、施工单位参与绿色建筑供应链的建设、消费者购买绿色建筑供应链的产品,对促进建筑业的节能减排,推动绿色建筑的发展具有重要意义。
近年来,众多学者对绿色建筑供应链进行了大量研究。周俊等[4]从生产系统、消费系统、分解系统的角度构建三方演化博弈模型,认为开发商不可能始终稳定地利用传统建筑占领建筑市场;张娜和陆克斌[5]对政府、承包商和业主的三方演化进行仿真,提出降低补贴和增加处罚可以使得三方共同参与绿色建筑供应链;凤亚红[6]分析业主和承包商的博弈行为,建议通过完善环保法律、绿色建筑价格体系等措施来充分发挥绿色供应链的市场配置作用;张中隆等[7]基于奖惩机制构建政府、开发商、消费者的三方演化博弈模型,分析了市场发展初期阶段和市场大环境形成下的奖惩对绿色建筑发展的影响;胡涛[8]构建关于绿色建筑溢价分配的三方决策模型,认为绿色建筑需要市场供给侧和需求端的共同参与;魏心融等[9]围绕施工单位和区域供应商构建绿色建筑供应链,建议以约束为主、激励为辅来促进绿色建筑供应链高效运行;孙彬彬[10]等研究建设单位、施工单位和监理单位之间的博弈关系,认为政府的奖惩和各方的绿色技术是影响各方发展绿色建筑的因素;王波等[11]对比研究了有无政府参与下的政府、开发商和消费者三方的博弈,认为激励与处罚双重机制下开发商和消费者选择绿色建筑的倾向性更强;Zhao R等[12]研究外部环境变化下绿色建筑利益相关者之间的协同演化,表明在有无政府补贴情况下,各主体之间的决策依赖存在差异;Yongsheng J等[13]考虑了政府、开发商和消费者之间的相互作用,认为补贴比例和溢价降低是绿色建筑市场扩张的重要调节因素;Xiaochun Z等[14]探讨了不同力度下的政府税收优惠、政府对基础设施建设的支持和环境污染处罚对政府、供应商和建筑企业行为的影响。
通过对现有研究成果的梳理,发现以往研究主要聚焦于政府、开发商、施工单位和消费者之间两方或三方的博弈关系。为更深入探讨这四大关键主体间的博弈以及政府规制对系统的影响,本文基于演化博弈理论,构建四方演化博弈模型,得到不同情形下的稳定策略;对仅政府愿意参与绿色建造供应链的情形进行数值仿真,分析各方演化路径和变化趋势,探究奖惩参数变化对各方决策的影响,为促进绿色建筑供应链可持续发展提供一定的理论支持。
2. 模型构建
2.1. 基本假设
绿色建筑供应链模型由开发商、施工单位、政府和消费者构成,博弈关系如图1所示。开发商主要负责规划、设计建筑项目,可以基于成本考虑选择开发传统建筑,也可以在政府奖惩和消费者需求的影响下,选择开发绿色建筑。施工单位主要负责建筑项目的施工,受到开发商的合同约束和政府的奖惩的影响,可以选择对项目提供成本高、技术难度大的绿色施工,也可以采用传统施工。政府对市场进行引导和监管,可以选择对市场进行积极规制,运用奖惩制度促进开发商和施工单位建设绿色建筑、提高消费者对绿色建筑的购买意愿;也可以实行消极规制,但这可能使市场向传统建筑的方向发展。消费者可以购买环保性能和节能效果好的绿色建筑,也可以购买传统建筑以节约购房成本。综上,设定开发商的决策集为{开发绿色建筑,开发传统建筑},施工单位的决策集为{绿色施工,传统施工},政府的决策集为{积极规制,消极规制},消费者的决策集为{购买绿色建筑,购买传统建筑}。
Figure 1. Game diagram
图1. 博弈关系图
假设一 开发商、施工单位、政府、消费者作为四方博弈的主体,均是“有限理性”的决策主体。各方主体在决策时对于其他决策各方的信息获取具有局限性,并从己方利益出发做出独立决策。
假设二 开发商选择“开发绿色建筑”的概率为x,“开发传统建筑”的概率为
;施工单位选择“绿色施工”的概率为y,选择“传统施工”的概率为
;政府选择“积极规制”的概率为z,政府选择“消极规制”的概率为
;消费者选择“购买绿色建筑”的概率为w,消费者选择“购买传统建筑”的概率为
;
。
假设三 由于绿色建筑所需规划设计、建材、人员、以及智能化设备运营维护等要求更高,选择绿色建筑的开发商和选择绿色施工的施工单位均会产生增量成本,其中前者会支付给后者更高的施工费用,使施工单位产生额外收益;而选择传统建筑的开发商和选择传统施工的施工单位则会带来资源浪费和环境污染,增大政府环境治理的压力。
假设四 当政府选择积极规制时,购买绿色建筑的购房者能为政府带来推动绿色建筑产业发展、环境保护和良好的社会公信力等效益;此时,政府需要承担监管成本,并对选择绿色建筑的开发商、购房者和绿色施工的施工单位进行补贴,对选择传统建筑的开发商和传统施工的施工单位进行处罚。
假设五 由于绿色建筑的溢价现象,消费者购买绿色建筑比购买传统建筑的成本更高。购买绿色建筑会产生增量购置成本,但也会获得水电成本降低、居住体验提升的生活效用以及房屋市场价值提升的增量效用。
假设六 当开发商选择开发绿色建筑时,由于合同的制约,施工单位只能选择“绿色施工”;当开发商开发传统建筑时,其不会支付施工单位绿色施工的增量成本,也不能给消费者提供绿色建筑,并且开发商会因此产生一定的经济损失。
2.2. 四方支付矩阵
为建立四方演化博弈模型、分析各方演化路径,设定相关参数如表1所示。据各方收益情况构建四方演化博弈支付矩阵,如表2所示。
Table 1. Main parameter settings and their definitions
表1. 主要参数设置及其定义
参数 |
定义 |
S1 |
开发商开发传统建筑的利润 |
S2 |
开发商开发绿色建筑的额外收益 |
C1 |
开发商开发绿色建筑的增量成本 |
S3 |
施工单位传统施工的利润 |
S4 |
开发商开发绿色建筑时,施工单位绿色施工的额外收益 |
C2 |
施工单位绿色施工增量成本 |
C3 |
消费者购买传统建筑的成本 |
C4 |
消费者购买绿色建筑的增量成本 |
q1 |
消费者购买传统建筑的效用 |
q2 |
绿色建筑的消费者得到房屋市场价值提升的增量效用 |
q3 |
绿色建筑的消费者得到生活成本与居住水平等生活效用 |
C5 |
政府积极规制的成本 |
C6 |
消费者购买绿色建筑时,开发商开发传统建筑的损失 |
R1 |
开发商开发传统建筑的污染给政府带来的损失 |
R2 |
施工单位传统施工的污染给政府带来的损失 |
M |
消费者购买绿色建筑给政府带来的社会效益 |
B1 |
政府给绿色建筑开发商的补贴 |
B2 |
政府给绿色建筑施工单位的补贴 |
B3 |
政府给绿色消费者的补贴 |
F1 |
政府给传统建筑开发商的处罚 |
F2 |
政府给传统施工单位的处罚 |
Table 2. Four-way game payment matrix
表2. 四方博弈支付矩阵
开发商 |
施工单位 |
政府 |
积极规制 |
消极规制 |
消费者 |
购买绿色建筑 |
购买传统建筑 |
购买绿色建筑 |
购买传统建筑 |
开发绿色建筑 |
绿色施工 |
S1 + S2 + B1 − C1 |
S1 + B1 − C1 |
S1 + S2 − C1 |
S1 − C1 |
S3 + S4 + B2 − C2 |
S3 + S4 + B2 − C2 |
S3 + S4 − C2 |
S3 + S4 − C2 |
M − C5 − B1 − B2 − B3 |
−C5 − B1 − B2 |
0 |
0 |
q1 + q2 + B3 − C3 − C4 |
q1 + q2 − C3 |
q1 + q2 − C3 − C4 |
q1 + q2 − C3 |
传统施工 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
开发传统建筑 |
绿色施工 |
−F1 − C6 |
S1 − F1 |
−C6 |
S1 |
S3 + B2 − C2 |
S3 + B2 − C2 |
S3 − C2 |
S3 − C2 |
−C5 + F1 − B2 − R1 |
−C5 + F1 − B2 − R1 |
−R1 |
−R1 |
0 |
q1 − C3 |
0 |
q1 − C3 |
传统施工 |
−F1 − C6 |
S1 − F1 |
−C6 |
S1 |
S3 − F2 |
S3 − F2 |
S3 |
S3 |
−C5 + F2 + F1 − R1 − R2 |
−C5 + F2 + F1 − R1 − R2 |
−R1 − R2 |
−R1 − R2 |
0 |
q1 − C3 |
0 |
q1 − C3 |
3. 四方演化博弈稳定策略分析
3.1. 复制动态方程
开发商选择开发绿色建筑和传统建筑预期收益分别是
和
,平均收益为
。
开发商所选策略的复制动态方程
为:
(1)
同理,施工单位、政府和消费者的复制动态方程
、
、
分别为:
(2)
(3)
(4)
3.2. 均衡点判断
联立求解方程
、
、
、
,可得16个纯策略均衡点,即E1~E16。考虑到多种群演化博弈的稳定解是严格的纳什均衡[15],故而四方演化博弈的均衡解只能是纯策略均衡点。根据Lyapunov第一法则,利用Jacobian矩阵(5)判断博弈策略的稳定性,计算得16个均衡点特征值如表3。
(5)
除均衡点E1、E3、E9、E10、E14、E16外,其他均衡点均存在特征值为正或零,此时均衡点不稳定或稳定性不确定,故而判断(1, 1, 1, 1)、(1, 1, 0, 1)、(0, 1, 1, 1)、(0, 1, 1, 0)、(0, 0, 1, 0)、(0, 0, 0, 0)为稳定点。各均衡点代表不同的决策选择集合,以E3 (1, 1, 0, 1)为例,E3代表的决策选择集合为{开发绿色建筑,绿色施工,消极规制,购买绿色建筑}。
Table 3. Table of eigenvalues of equilibrium points
表3. 均衡点特征值表
均衡点 |
特征值 |
特征值 |
特征值 |
特征值 |
E1 (1, 1, 1, 1) |
C1 − B1 − C6 − F1 − S1 − S2 |
C2 − B2 − S3 − S4 |
B1 + B2 + B3 + C5 − M |
C4 − B3 − q2 |
E2 (1, 1, 1, 0) |
C1 − B1 − F1 |
C2 − B2 − S3 − S4 |
B1 + B2 + C5 |
B3 − C4 + q2 |
E3 (1, 1, 0, 1) |
C1 − C6 − S1 − S2 |
C2 − S3 − S4 |
M − B1 − B2 − B3 − C5 |
C4 − q2 |
E4 (1, 1, 0, 0) |
C1 |
C2 − S3 − S4 |
−B1 − B2 − C5 |
q2 − C4 |
E5 (1, 0, 1, 1) |
−C6 − F1 |
B2 − C2 + S3 + S4 |
0 |
0 |
E6 (1, 0, 1, 0) |
S1 − F1 |
B2 − C2 + S3 + S4 |
0 |
0 |
E7 (1, 0, 0, 1) |
−C6 |
S3 − C2 + S4 |
0 |
0 |
E8 (1, 0, 0, 0) |
S1 |
S3 − C2 + S4 |
0 |
0 |
E9 (0, 1, 1, 1) |
B1 − C1 + C6 + F1 + S1 + S2 |
C2 − B2 − F2 |
B2 + C5 − F1 |
q1 − C3 |
E10 (0, 1, 1, 0) |
B1 − C1 + F1 |
C2 − B2 − F2 |
B2 + C5 − F1 |
C3 − q1 |
E11 (0, 1, 0, 1) |
C6 − C1 + S1 + S2 |
C2 |
F1 − C5 − B2 |
q1 − C3 |
E12 (0, 1, 0, 0) |
−C1 |
C2 |
F1 − C5 − B2 |
C3 − q1 |
E13 (0, 0, 1, 1) |
C6 + F1 |
B2 − C2 + F2 |
C5 − F1 − F2 |
q1 − C3 |
E14 (0, 0, 1, 0) |
F1 − S1 |
B2 − C2 + F2 |
C5 − F1 − F2 |
C3 − q1 |
E15 (0, 0, 0, 1) |
C6 |
−C2 |
F1 − C5 + F2 |
q1 − C3 |
E16 (0, 0, 0, 0) |
−S1 |
−C2 |
F1 − C5 + F2 |
C3 − q1 |
3.3. 稳定性条件分析
情形1 E1 (1, 1, 1, 1)的稳定条件是C1 − B1 − C6 − F1 − S1 − S2 < 0,C2 − B2 − S3 − S4 < 0,B1 + B2 + B3 + C5 − M < 0,C4 − B3 − q2 < 0。开发商和施工单位综合考虑获益与政府的奖惩,选择绿色建筑;消费者因购买绿色建筑获得的补贴及效用大于成本,购买绿色建筑;政府因获得的社会效益大于规制成本,对市场各方进行积极规制。综上,市场三方均愿意参与到绿色建筑供应链中,政府也愿意对市场进行监管和规制,该情形是理想的稳定状态。
情形2 E3 (1, 1, 0, 1)的稳定条件是C1 − C6 − S1 − S2 < 0,C2 − S3 − S4 < 0,M − B1 − B2 − B3 − C5 < 0,C4 − q2 < 0。市场三方均选择绿色建筑;政府由于难以承受补贴和监管成本的开销,不愿意积极规制市场。该情形短期能够维持良好的局势,但长期的消极规制可能诱发开发商和施工单位出现投机行为,故该情形不能算是理想的稳定状态。
情形3 E9 (0,1,1,1)的稳定条件是B1 − C1 + C6 + F1 + S1 + S2 < 0,C2 − B2 − F2 < 0,B2 + C5 − F1 < 0,q1 − C3 < 0。绿色建筑增量成本过高,开发商开发传统建筑;政府的奖惩作用大于增量成本,施工单位选择绿色施工;消费者因购买传统建筑的成本大于效用,转而选择绿色建筑;政府能够负担补贴和监管成本,政府选择积极规制。该情形下,开发商从供给端影响了供应链的稳定。
情形4 E10 (0, 1, 1, 0)的稳定条件是B1 − C1 + F1 < 0,C2 − B2 − F2 < 0,B2 + C5 − F1 < 0,C3 − q1 < 0。由于增量成本高于补贴和处罚,开发商不愿开发绿色建筑。施工单位和政府的稳定条件同E9相同;消费者的稳定条件同E16相同。此情形下,政府的积极规制激励了施工单位的绿色施工,但由于成本、技术、市场接受度等多种因素,开发商和消费者仍然倾向于传统建筑。
情形5 E14 (0, 0, 1, 0)的稳定条件是F1 − S1 < 0,B2 − C2 + F2 < 0,C5 − F1 − F2 < 0,C3 − q1 < 0。开发传统建筑的获益大于处罚,开发商选择开发传统建筑。施工单位的绿色增量成本大于补贴和处罚,施工单位选择传统施工。消费者的稳定条件同E16相同。政府的处罚获益大于规制成本,选择积极规制策略。此时,即使政府对各方进行积极规制,各方也依旧选择传统建筑。
情形6 E16 (0, 0, 0, 0)的稳定条件是−S1 < 0,−C2<0,F1 − C5 + F2 < 0,C3 − q1 < 0。该情形下,开发商能从开发传统建筑能获益,施工单位不愿为绿色施工花费增量成本,消费者购买传统建筑的效用大于成本,市场三方均不选择绿色建筑;而政府也负担不起监管成本,是最不利于绿色建筑供应链发展的情形。
4. 演化博弈仿真分析
4.1. 系统仿真初始设置
为更直观地观察政府的奖惩参数对市场三方演化路径的影响,选择在市场三方均不愿参与供应链即情形5下,对系统各主体的演化决策进行仿真分析。设初始状态下,开发商、施工单位、政府、消费者分别选择开发绿色建筑、绿色施工、积极规制、购买绿色建筑的概率为[0.5, 0.5, 0.5, 0.5]。根据已有研究及相关文献[8] [16]对参数进行赋值,令S1 = 13.5,S2 = 11,C1 = 2.5,S3 = 3.2,S4 = 2.5,C2 = 2,C3 = 149,C4 = 11,q1 = 160,q2 = 12,q3 = 2,C5 = 1.2,C6 = 5,M = 6,B1 = 1,B2 = 1,B3 = 0.5,F1 = 2,F2 = 1。使用MATLAB R2023b软件进行仿真如图2所示。
Figure 2. Initial strategy simulation
图2. 初始策略仿真
开发商和施工单位先向绿色建筑的方向演进,而后由于消费市场的反馈不佳、政府的监管力度较小,两者的演进方向转向传统建筑,分别于t = 4.5和t = 9时趋于稳定;政府先向消极规制方向演进,但随着其余各方不断传统建筑的方向演进,政府于t = 5转向积极规制,开始增大对市场的监管和执法力度,于t = 12时趋于稳定;消费者一直向购买传统建筑的方向演进,于t = 2趋向于购买传统建筑。由此可见,消费者购买绿色建筑的意愿和政府规制力度的下降,会影响开发商和施工单位参与绿色建筑的积极性,绿色建筑市场的发展趋势将逐渐呈现消极态势。
4.2. 奖惩参数对系统的影响
4.2.1. 补贴参数对系统的影响
不同补贴值下的四方决策演化如图3~5。随着补贴的提高,市场三方的演化路径逐渐向绿色建筑的方向偏移,政府的演化路径则逐渐向消极规制的方向偏移。逐渐提高B1和B3的值,系统的演化稳定情形的变化均为情形5、情形5、情形1、情形2。提高B2时,系统的演化稳定情形的变化为情形5、情形4、情形1、情形2;情形4的出现说明,此时开发商和消费者决策未发生转变,施工单位的决策优先趋于绿色建筑。当系统趋于理想稳定状态情形1时,B1、B2、B3的值分别为2、2、1.5,演化稳定时间t分别为20、25、15。
Figure 3. Evolution of four-way decision making under different B1 values
图3. 不同B1值下的四方决策演化
Figure 4. Evolution of four-way decision making under different B2 values
图4. 不同B2值下的四方决策演化
Figure 5. Evolution of four-way decision making under different B3 values
图5. 不同B3值下的四方决策演化
由此可见,提高政府对市场任一方的补贴均可使得四方趋于绿色建筑,达到理想的稳定状态;提高对开发商和施工单位的补贴均能激励市场对绿色建筑市场的供给,并推动消费者购买绿色建筑;提高对消费者的补贴,能从需求端影响开发商和施工单位的市场策略。补贴额度上,小幅提高补贴能使施工单位优先改变自身决策;提高相同额度的补贴并使系统趋于理想稳定状态时,补贴施工单位的系统稳定时间最长,补贴消费者系统稳定时间最短;提高对市场各方的补贴均需注意补贴的额度,补贴过高反而不利于政府对市场的规制。
4.2.2. 处罚参数对系统的影响
不同处罚值下的四方决策演化如图6,图7。随着处罚的提高,四方的演化路径均逐渐向推动绿色建筑发展的方向偏移。当F1提高0.5和1时,演化稳定情形均为情形1,稳定时间分别为9、8;当F2的值提高0.5和1时,演化稳定情形为情形4、情形1,稳定时间t分别为35、13。
Figure 6. Evolution of four-way decision making under different F1 values
图6. 不同F1值下的四方决策演化
Figure 7. Evolution of four-way decision making under different F2 values
图7. 不同F2值下的四方决策演化
由此可知,提高对开发商和施工单位的处罚,均能使四方趋于理想稳定状态;其中,对开发商的处罚幅度调整更小、所需稳定时间也更短;小幅提高对施工单位的处罚只能使其优先改变自身决策。
5. 结论
本文通过建立开发商、施工单位、政府、消费者的四方演化博弈,分析其不同情形下的演化稳定策略,并进行仿真模拟分析奖惩参数对系统演化路径的影响。主要得出以下结论:
(1) 政府对任一方奖惩参数的调整均能影响市场三方的行为决策,各方决策均受到彼此的影响。当市场各方对参与绿色建筑的意愿较低时,政府应加强监管和政策引导,确保绿色建筑相关政策的有效执行和市场秩序的稳定。
(2) 补贴过高会增大政府的财政压力,使政府倾向于消极规制。政府应综合运用奖惩制度,合理控制规制成本,确保政策执行的可持续性。
(3) 奖惩参数对各方的影响存在差异,政府应设定不同对象的补贴与处罚的强度。例如:可适当提高对绿色购房者的购房补贴、对传统建筑开发商的处罚。此外,施工单位对补贴的调整最敏感,应加大对其的监管,避免其出现投机行为。
绿色建筑供应链所涉及的利益相关者众多,本文将施工单位这一项目实施者纳入博弈模型中,较双方、三方博弈相比更全面地对利益相关者行为进行了研究,但研究缺少了实际案例的支撑,后续还需根据实际场景对模型进行验证和优化。