基于Shapley值的绿色建筑合同能源管理收益分配

何立华，杨然然，马芳丽

（中国石油大学（华东）经济管理学院，山东 青岛 266580，E-mail：lihuahesd@163.com）

基于Shapley值的绿色建筑合同能源管理收益分配

何立华，杨然然，马芳丽

（中国石油大学（华东）经济管理学院，山东 青岛 266580，E-mail：lihuahesd@163.com）

面对日益严峻的环境问题，发展绿色建筑已成为社会可持续发展的必然趋势之一。但是，由于开发成本上升、施工技术约束和融资困难等因素的影响，使得绿色建筑在我国的发展仍受到诸多限制。将合同能源管理模式应用于发展绿色建筑之中，可以有效解决融资困难等问题。本文针对绿色建筑合同能源管理的具体利益相关方，引入Shapley值法对各合作单位进行收益分配，使各利益相关方所得收益与其在整个项目中的贡献相对应，从而促进绿色建筑的推广实施。

绿色建筑；合同能源管理；利益分配；Shapley值

随着我国经济的持续增长以及人口的不断增加，环境问题日益严重，发展绿色建筑已成为社会可持续发展的必然趋势。绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约能源，节能、节地、节水、节材、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[1]。

近年来，欧美发达国家对绿色建筑进行了广泛研究，并且取得了显著的成效，研究的内容主要包括政府相关政策制定、项目融资途径开拓、社会绿色建筑知识普及、发展绿色建筑技术等。相比国外，我国绿色建筑发展比较晚，但也取得了一定的研究成果。李启明[2]给出了绿色建筑的概念，分析了绿色建筑全寿命周期的构成，并且深入剖析了实现绿色建筑的主要手法。秦旋[3]从技术、成本、制度和社会4个方面分析制约绿色建筑发展的因素。张智慧等[4]应用可持续发展理论界定了绿色建筑全生命周期的度量范围，并且对绿色建筑的建设、使用到拆除的各个阶段进行了全方位分析，提出了绿色建筑评价体系。张仕廉等[5]通过分析我国绿色建筑现阶段的市场状况，指出现阶段我国绿色建筑在政策、制度、技术等方面仍存在障碍。

合同能源管理（Energy Management Contracting，EMC）作为一种先进的能源管理模式和市场化运作的节能新机制，是近几年学者们关注的热点问题。将合同能源管理模式引入绿色建筑的发展中，可以有效促进绿色建筑的推广实施。其中，应用合同能源管理模式最为重要就是利益相关者的收益分配问题。李翔鹏[6]认为节能收益分配过程就是一个讨价还价的过程，通过引入鲁宾斯坦讨价还价理论，构建了客户和节能服务公司收益分配的讨价还价模型。曾芝红[7]针对分享型合同能源管理项目利益分配问题，运用层次分析法与模糊综合评价法，建立利益分配指标体系，构建了利益分配模型。但是，以上利益分配方法都仅仅考虑了用能单位和节能服务公司两类主体的收益分配问题，而在绿色建筑合同能源管理收益分配中融资机构占有重要的地位。

为了解决多人合作中的博弈分配问题，Shapley[8]最先提出了解决该问题的Shapley值法，近几年很多学者将其用于讨论企业利益相关者的利益分配问题。杨之雷[9]从合作博弈的角度出发，利用Shapley值分析讨论了企业利益相关者间的利益分配问题。杨从明等[10]引入Shapley值法针对矿产资源开发中利益分配不均的问题建立一种有效的利益分配模式。郭俊雄[11]借助Shapley值理论对传统的动态联盟收益分配方法进行了改进。上述研究表明Shapley值理论在解决企业合作博弈中可以有效地保障各利益主体的收益公平。

因此，本文针对绿色建筑合同能源管理的具体利益相关方，引入Shapley值法对主要相关方进行收益分配，使各利益相关方所得收益与其在整个项目中的贡献相对应，从而进一步推广绿色建筑的实施。

1 绿色建筑应用合同能源管理的适用性

（1）在资金支持与运维成本方面中，由于节能服务公司在整个项目前期的资金投入，在一定程度上缓解了开发商的融资压力；而且在后期运维过程中，节能服务公司可以发挥其优势，为用能单位提供更为专业的支持，有效地节约了项目后期运维的成本。

（2）弥补节能方案不足。作为一种先进的能源管理模式，合同能源管理可以发挥自身优势，弥补绿色建筑开发商在节能方案中存在的不足与缺陷，例如前期设计、设备采购、运维等方面。

（3）风险管控与分担。由于提供了多种节能服务模式，开发商可以针对自身利益选择合适的节能服务合同，并且可以不同程度地对开发商的风险进行分担；同时，由于节能服务公司的专业性及经验丰富，有利于在节能方面的风险控制，在一定程度上为项目的顺利实施开展提供了保障。

总之，合同能源管理不但可以解决绿色建筑开发商在项目中的资金问题，而且还可以在节能服务方案中提供专业知识，对风险进行合理的分担与控制，这样极大地提高了绿色建筑开发商的积极性。因此，合同能源管理是绿色建筑节能市场化和商业化的有效途径之一。

2 绿色建筑应用合同能源管理的利益相关者分析

合同能源管理模式下的绿色建筑项目的实施涉及多方的利益，各利益相关方在参与实施合同能源管理的过程中，不仅存在合作共赢，而且也会有利益冲突，只有处理得当，绿色建筑项目才能顺利实施。绿色建筑合同能源管理涉及的利益相关者主要有：

（1）用能单位。用能单位是合同能源管理模式中的主要参与者，从长远来看，也是最终节能效益收益的最大者。在建设项目的前期，从用能单位自身的角度来看，首先是否选择对项目进行节能建造就是一个对自身的博弈，其次，如果决定了对项目进行建造，是自己建造还是请节能服务公司参与实施建造又是另一个自身博弈。这需要用能单位计算自己建造的成本和请节能服务公司实施节能建造的成本。如果自身建造的成本大于邀请节能服务公司的成本，用能单位就会选择邀请节能服务公司参与建造，通过合作获取多方共赢。

（2）节能服务公司。节能服务公司在节能建造项目中是另一个主要参与者，如果用能单位是项目甲方的话，那么节能服务公司就是项目的乙方，负责提供节能设备、选择节能方案以及提供节能服务等工作。节能服务公司在与用能单位的合作前期和后期都有较为复杂的博弈思考。比如，在用能单位选择节能服务公司时，有些服务公司为了能够得到该项目可能会虚报本公司的财务状况、公司资质和公司信誉等。而在项目后期实施的过程中，由于节能服务公司处于信息不对称的有利方，可能会谎报节能量，提供不达标的设备等，损害用能单位利益[12]。

（3）金融机构。由于节能服务公司是近年发展起来的新公司，属于中小企业，公司信誉较低，在进行项目融资时比较困难。当然不能片面地认为融资困难完全是节能服务公司的问题，金融机构在此过程中也扮演着非常重要的角色，他们之间也存在着双方博弈关系。分析他们之间的博弈关系，才能找出解决融资困难的原因。金融机构从普通贷款中赚取的利差收益为：

式中，S1为金融机构从普通贷款中赚取的利差收益；L为金融机构提供的贷款额度；R1为无风险贷款利率；R2为无风险存款利率；K1为普通贷款风险溢价率；p为金融机构要求的收益率。

根据式（1），金融机构从节能服务公司赚取的利差收益表示为：

3 绿色建筑应用合同能源管理的融资模式类型

3.1 保证节能量模式

保证能量模式（Guarantee Saving Mode）是指用能单位、第三方金融机构、用能单位三者以用能单位为桥梁，三者形成的一种节能模式。其中，用能单位与第三方金融机构签署相关融资合同，其为项目提供资金支持及相应的风险承担；用能单位与节能服务公司签署相关节能服务合同，节能服务公司为项目提供一整套专业节能服务并且承担相应的节能责任，用能单位向节能服务公司支付相应的费用[13]，具体的模式如图1所示。

在保证节能量模式中，节能服务公司须履行合同中承诺的节能量或者效益量，如果未达到合同中承诺的量值，节能服务公司需要补偿未达到的节能效益；如果超合同量值完成该项目，节能服务公司可以与用能单位共享该超额效益，具体细节须按照合同承诺执行。合同结束后，节能服务单位收回节能设备，此后产生的效益归用能单位独享。

图1 保证节能量模式

3.2 共享节能量模式

共享节能量模式（Shared Saving Mode）是指节能服务公司为中间桥梁，节能服务公司、金融机构、用能单位三者通过节能公司建立的一种节能模式，其中节能服务公司与第三方金融机构签署融资协议，并且承担融资风险和信用风险；节能服务公司与用能单位通过签订节能服务合同，共享该项目产生的节能收益[13]，具体的模式如图2所示。

图2 共享节能量模式

该节能模式中，由于是节能服务公司与第三方金融机构签署的相关融资协议，因此需要用能单位承诺所签署的节能服务合同，并且将项目节能效益与节能单位共享，用于支付第三方金融机构和项目运营所产生的相关费用。在该节能模式中，节能服务公司承担的风险最大，因为不仅要承担与第三方金融机构产生的经济风险，还需要承担用能单位效益共享的风险，因此，节能服务公司通常会索取较高的服务费用。在项目合同结束后，与上一种节能模式一样，节能设备归还节能服务公司，此后产生的效益归用能单位所有。

4 基于Shapley值的绿色建筑合同能源管理收益分配原理及模型

应用合同能源管理发展绿色建筑，最为重要的问题就是各利益相关者收益分配方案的确定。节能服务公司和用能单位对未来收益的分配不清，或对收益分配方案的不满，会造成双方甚至多方合作不利的情况。本文引入Shapley值法对绿色建筑合同能源管理模式下的各利益相关者进行收益分配，从而实现各方合作公平与效率，实现多方共赢。

4.1 基于Shapley值的收益分配原理

设集合I＝{1，2，3，…，n}中任意一个子集S都有对应的函数值U(S)，若满足以下条件[14]：

则说明[U，I]为多人合作机制，称U为多人合作的特征函数，并且随着参与者人数的增加，特征函数的收益值会随之增加。单个个体在合作过程中的收益值用Y来表示，其中Y=（Y1，Y2，Y3，…，Yn）。如果各个参与者合作顺利，则满足下式：

式（5）中，U(I)表示所有参与者合作时的收益值，U( i)表示单个参与者独自完成任务时的收益值。则单个参与者在合作时的收益值为[15]：

式中，|S|是参与合作者的个数；W(|S|)是加权因子；U(Si)是所有参与者除去i时的收益值。

4.2 基于Shapley值的收益分配模型

假设参与绿色建筑合同能源管理的参与者有用能单位、节能服务公司和金融机构，则设他们合作博弈关系为（N，V），其中N=（用能单位，节能服务公司，金融机构），V为Shapley值的特征函数，也可以理解为V是用能单位、节能服务公司或者金融机构的任意组合所产生的项目收益值。为表示方便，用A、B、C分别代表用能单位、节能服务公司和金融机构。设S为N的子集，则S的所有可能范围有：S=(A)，S=(B)，S=(C)，S=(A，B)，S=(A，C)，S=(B，C)，S=(A，B，C)。根据Shapley值的收益分配原理，计算节能服务公司、用能单位和金融机构的收益值。由于节能服务公司赚取的收益必须依托于用能单位，只有在用能单位有需求的情况下服务公司才会有市场，所以，如果节能服务公司单独做这项工作，其收益必然为零，同样可以得出金融机构单独做这项工作的收益值也为零，即V(B)=0， V(C)=0，V(B，C)=0。根据上述假设，可以分别得出用能单位、节能服务公司和金融机构的节能收益，如表1～表3所示。

表1 用能单位（A）的节能收益

表2 节能服务公司（B）的节能收益

表3 金融机构（C）的节能收益

根据表1～表3，可以得出用能单位、节能服务公司和金融机构的Shapley值，如下：

5 算例分析

本文引用文献[11]中的算例来具体分析用能单位、节能服务公司和金融机构的收益分配情况。某水泥公司为响应国家“节能减排”的号召，主动实施节能改造，由于改造初期需要投入较多资金，且该水泥公司是一家信用度较高的企业，因此成功邀请到某银行参与节能项目的合作，同时该公司通过招标的方式达成了与某节能服务公司的合作。

在改造过程中，经测算，如果该水泥公司自行实施节能改造获得的节能收益V(A)=20万元，该水泥公司与节能服务公司合作实施节能改造获得的节能收益V(A，B)=50万元；银行与该水泥公司合作实施节能改造获得的节能收益为V(A，C)=60万元；节能服务公司、银行及该水泥公司合作实施节能改造获得的节能收益为V(A，B，C)=80万元[11]。根据式（8）、式（9）和式（10），可以得出以下收益分配方案：

用能单位A的收益值为：

服务公司B的收益值为：

金融机构C的收益值为：

根据上述计算结果，比较用能单位、节能服务公司和金融机构在合作前后的收益分配情况，比较结果如表4所示。

表4 各利益相关方在合作前后的收益比较

可以看出，引入Shapley值进行绿色建筑合同能源管理利益相关者收益分配，可以使得节能总收益由原来的20增加到80，明显提高了总的节能收益。同时，针对各利益相关方，通过引入Shapley值法进行收益分配，其各自的节能收益也都有所提高，分别增加了31.67、11.67和16.67。因此，在绿色建筑合同能源管理中，引入Shapley值法对各主要利益相关者进行收益分配是一种有效的分配方式，既可以提高节能总效益，又可以保证分配的相对公平性。

6 结语

我国是能源消耗大国，特别是在建筑能耗方面，对能源的消耗量更大。推广绿色节能建筑，对我国能源结构和可持续发展战略都有着不可估量的影响。本文将合同能源管理模式应用于绿色建筑中，针对绿色建筑合同能源管理的收益分配问题，引入Shapley值法对主要利益相关方的收益进行分配，使各主要利益相关方所得收益与其在整个项目中的贡献相对应，既保证了分配的公平性，又保证了各方的合作效率。但是，本文用Shapley值来分配收益还存在一些问题，比如Shapley值法在使用时需要各主要利益相关方各种组合的具体收益值，然而在实际项目中估算过程非常复杂。因此，对于合同能源管理项目利益相关方各种组合的收益核算尚需深入研究。

[1] 盘钦卿，陈 健．浅谈绿色建筑现状及对策建议[J]．价值工程，2015（5）：125-126．

[2] 李启明，欧晓星．低碳建筑概念及其发展分析[J]．建筑经济，2010（2）：41-43．

[3] 秦 旋，王 敏，刘艳刚．制约发展绿色建筑的障碍因素研究[J]．华侨大学学报（哲学社会科学版），2015（1）：48-56．

[4] 张智慧，尚春静，钱 坤．建筑生命周期碳排放评价[J]．建筑经济，2010（2）：44-46．

[5] 张仕廉，赵 锋．我国低碳建筑市场运行模式研究[J]．建筑经济，2010（2）：50-52．

[6] 李翔鹏．基于讨价还价理论的节能效益分享型EPC模式利益分配研究[D]．天津大学，2010．

[7] 曾芝红．基于综合评价法分享型合同能源管理项目利益分配[J]．武汉理工大学学报，2014，36（8）：144-148．

[8] Shapley，L．S．，A Value for N-Person Games，in Contributions to the Theory of Games，H．W．Kuhn and A．W．Tucker．1953，Princeton University Press：Princeton，New Jersey，307-317．

[9] 杨之雷．基于Shapley值法的企业利益相关者利益分配博弈分析[J]．经济论坛，2009（8）：14-16．

[10] 杨从明，朱海彬，任晓冬．基于Shapley值法的矿产资源开发利益相关者利益分配博弈分析[J]．地球与环境，2014，42（3）：424-429．

[11] 郭俊雄．基于Shapley值理论的合同能源管理利益相关者收益分配研究[D]．天津大学，2011．

[12] 张春梅，刘 勇．EMC模式项目利益相关者合作与博弈关系研究[J]．项目管理技术，2012（6）：67-71．

[13] 商惠敏，李朝庭．美国合同能源管理融资模式及经验探析与启示[J]．科技管理研究，2013（13）：48-51．

[14] 刁丽琳，朱桂龙，许 治．基于多权重Shapley值的联盟利益分配机制[J]．工业工程与管理，2011（4）：79-84，91．

[15] 戴建华，薛恒新．基于Shapley值法的动态联盟伙伴企业利益分配策略[J]．中国管理科学，2004（4）：34-37．

Profit Allocation of Green Building Contract Energy Management Based on the Shapley Value

HE LI-hua，YANG Ran-ran，MA Fang-li
（School of Economics and Management，China University of Petroleum（East China），Qingdao 266580，China，E-mail：lihuahesd@163.com）

Facing the increasingly severe environmental problems，the development of green building has become an inevitable trend for the sustainable development of society. However，due to the rising cost of developers，construction technology limitations and financing difficulties and so on，the development of green building is constrained in our country. Now the contract energy management model has been applied to the development of green building，which can solve the above problems effectively. And the most important problem of the application of contract energy management is profit allocation problems of stakeholders. In view of stakeholders of green building contract energy management，this paper introduced Shapley value method to allocate profits of each cooperative enterprise，making the profit equal to the contribution in whole project of each stakeholder. As a result，it has promoted the widespread implementation of green building.

green building；contract energy management；profit allocation；Shapley value

F206

A

1674-8859（2016）06-012-05

10.13991/j.cnki.jem.2016.06.003

何立华（1971-），男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：工程项目管理，多目标优化；

杨然然（1993-），女，硕士研究生，研究方向：工程管理与项目管理；

马芳丽（1992-），女，硕士研究生，研究方向：工程管理与项目管理。

2016-06-18．

国家自然科学基金项目（71501188）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（15CX05007B、15CX04102B、15CX08012A）；山东省自然科学基金项目（ZR2015GM009）．