智慧城市背景下政企合作博弈仿真分析

许 莹，陈 莉

(安徽建筑大学 经济与管理学院，合肥 230601)

随着社会的发展和人类的不断进步，城市承载的人口越来越多，为打击日益复杂的“城市病”，实现城市绿色、宜居、高效率发展，建设智慧城市已是破解当今社会困境、建设现代化国家的重要途径。特别今年年初发生的重大公共卫生事件，更加引发了对于智慧城市治理模式的思考。党的十九大报告曾明确提出，建设“智慧社会”应该涵盖四个层面的要求：一是统筹城乡发展；二是实现万物感知数字化；三是实现万物互联网络化；四是实现全社会的融合、协同、共享智慧化。

如今，智慧城市建设已进入新的发展阶段，更多元的主体参与智慧城市建设的重要性不断凸显，政企合作开发“智慧项目”将逐渐成为主要趋势。一方面，政企合作可以有效利用地区政府的数据资源优势，为城市数据集成与动态分析平台的建立奠定基础，缓解政府的财政压力；另一方面，能充分发挥企业的技术优势，为政府提升社会各方面服务能力提供支撑，形成可持续发展的智慧城市生态环境。随着智慧城市布局的深入，各地政府都在积极推动企业投资来建设智慧城市，政府的角色已经由之前的主导转变为引导。这不仅更加符合市场经济的规律，也可以给企业带来更多主动性。

1 研究综述

1978年，在钱学森与许国志、王寿云联合发表的《组织管理的技术：系统工程》这一理论文章中，将城市概括为：以人类为核心，集约商业、经济、文化、生态的多功能系统。智慧城市也是在集合了原始城市应有功能的基础上，融合了最新一代的信息技术，使其与社会各领域资源优化整合配置共同发生作用，形成具有智能特性、可持续成长、美好和谐的城市系统[1]。美国学者安东尼·汤森曾在《智慧城市》一书中用前沿性的发展眼光描绘了城市的未来：由于信息技术的成熟及普及，它将与我们日常生活相融合，以提高社会生活的效率，创造更加美好的生活[2]。许庆瑞院士曾提出智慧城市是社会和谐、经济繁荣、生态文明全方位可持续发展的城市，以提供有安全感和幸福感的生活为目标追求[3]。赛迪信息时代总裁赵刚认为智慧城市不仅要考虑到城市基本运营的智能化，还要结合到其内在理念和模式[4]。可以看出，智慧城市的实现需要以海量数据资源的共建、整合、共享为基础，以完善的信息网络布局为支撑，需要政府、非政府机构等各方的共同参与、协同合作。

目前，国内外对于“政企合作”的研究也较为丰富。Sumney[5]针对美国DRAMs和高清电视市场，提出政府与企业牺牲特权，接受共同目标并记录优先事项，在此前提下政企合作运营可以提高技术的竞争力。Wang等[6]认为电子政务在协助应对危机方面具有诸多优势，政企合作化解公共危机体系的建立应以电子政务平台为基础。Vaivode[7]通过对企业(生产)和政府(治理)之间关键行动关系网络的研究，提出补贴对政企合作研发投资和企业创新绩效影响的新途径。赵黎明等[8]通过建立政企合作的微分博弈模型的方式，提出政企合作能够推动企业更大程度地投入低碳经营,区域低碳效益得到显著提升。袁安琳等[9]提出利用企业信息化的技术和政府可共享的大数据来共同应对自然灾害。张毅[10]认为在开放的经济环境中，政企合作可以有效抵御金融风险。钟诚等[11]针对我国工业园区发展的特点，基于演化博弈的理论基础，提出了政企合作的稳定政策。

基于上述研究，本文在建设新型智慧城市大背景下，结合演化博弈模型和系统动力学模型的研究方法，借助于Vensim6.4E软件，对该模型做出仿真分析。

2 演化博弈模型

演化博弈理论(Evolutionary Game Theory)是在德国经济学家西蒙(Simon.H.A.)的有限理性理论基础上提出的，将博弈论与动态演化理论相结合的方法。传统的博弈论认为人是完全理性的，且是在完全信息环境中进行决策，这显然与实际经济社会决策条件是不符的。因此，西蒙提出博弈的有限理性参与者通过具体的动态学习过程，使博弈结果达到一种稳定的状态，博弈的均衡状态就是在不断演化的以寻找最优的决策[12-13]。

2.1 模型假设

本文中参与博弈的双方是：政府和企业。在建设智慧项目中，政府和企业只存在两种策略选择，即“合作”和“不合作”。对政府而言，假设其采取“合作”策略的概率为x(0≤x≤1)，采取“不合作”策略的概率为1-x。对企业而言，假设其采取“合作”策略的概率为y(0≤y≤1)，采取“不合作”策略的概率为1-y。具体的参数设定，见表1。

表1 博弈双方损益参数值设定与解释

2.2 模型建立

根据前文中的假设和对博弈各方参数的设定，建立政府和企业有关“智慧项目”合作的反复博弈支付矩阵，详见表2。

表2 双方博弈支付矩阵

从支付矩阵中可以看出，政府方在博弈中有两种策略：合作、不合作。“合作”或“不合作”策略的期望收益分别为：

UY1=y(a1+ɑЛ-θC)+(1-y)(a1-θC+c2)

UN1=y[a1+a2-θC-c1]+(1-y)a1

政府方选择策略的平均收益为：

企业方在博弈中有两种策略：合作、不合作。选择“合作”或“不合作”策略的期望收益分别为：

UY2=x[b1+(1-ɑ)Л-(1-θ)C]+(1-x)[b1-(1-θ)C+c1]

UN2=x[b1+b2-(1-θ)C-c2]+(1-x)b1

企业方选择策略的平均收益为：

2.3 模型分析

演化博弈论中有关演化稳定策略(Evolutionary Stable Strategy,ESS)的观点认为：由于博弈双方的认知有限，博弈模型在一开始不会找到最优解。因此，博弈方需要不断学习或改变，修正博弈的过失，在动态中逐渐达到稳定状态，即模型在演化过程中，寻找最有利的策略。复制动态方程(Replication Dynamics)就是对博弈中某一动态策略调整的描述，用动态微分方程表示。

由此得到，政府采用“合作”策略下的动态变化率dx/dt：

dx/dt=x(UY1-U1)

=x(1-x)[y(αЛ-c2-a2+θC+c1)+c2-θC]

企业采用“合作”策略下的动态变化率dy/dt：dy/dt=y(UY2-U2)

=y(1-y)[x((1-ɑ)Л+(1-θ)C+c2-c1-b2)+c1-(1-θ)C]

用动态变化率表示模型的复制动态方程，政府策略的复制动态方程为：

F(x)=dx/dt=x(1-x)[y(αЛ-c2-a2+θC+c1)+c2-θC]

企业策略的复制动态方程为：

F(y)=dy/dt=y(1-y)[x((1-ɑ)Л+(1-θ)C+c2-c1-b2)+c1-(1-θ)C]

令F(x)=F(y)=0，可得模型的5个稳定点：(0,0)，(1,0)，(0,1)，(1,1)，(x*,y*)。

此时，博弈方对稳定策略的选择要求对微小的干扰可以具有稳健性。在数学表达上需要满足：当干扰x0才能使偏离x恢复到x*；当干扰x>x*时，dx/dt<0才能使偏离x恢复到x*。根据美国经济学家Milton Friedman提出的对博弈稳定性的分析方法：当博弈模型的雅可比矩阵中，当detJ> 0且trJ< 0时，系统处于稳定状态，对应着演化稳定策略(ESS)。

雅可比矩阵：

其中，d11=(1-2x)[y(αЛ-c2-a2+θC+c1)+c2-θC]

d12=x(1-x)(αЛ+θC-c2-a2+c1)

d21=y(1-y)[(1-ɑ)Л+(1-θ)C+c2-c1-b2]

d22=(1-2y)[x((1-ɑ)Л+(1-θ)C+c2-c1-b2)+c1-(1-θ)C]

此时，要同时满足detJ=d11×d22-d12×d21>0，trJ=d11+d22<0，演化博弈模型才能处于稳定状态，此时对应稳定策略(ESS)。由于在点(x*，y*)时，trJ=0，显然不符合稳定条件，因此不在研究的范围内。

表3 博弈稳定结果

根据表3，对平衡点进行稳定性分析：(1)当c1+c2

3 SD模型仿真

系统动力学(System Dynamics,SD)是美国J.W.Forrester教授于20世纪50年代末提出的，是基于系统学、信息学、控制学等学科理论和系统内部机制和结构，通过数学建模和计算机仿真的方法，研究得出总系统及其子系统形态变化的方法。由系统论的观点可知，系统由要素、运动、信息三部分组成，这三个部分之间相互作用、相互耦合产生了系统的总体功能。SD从系统的微观入手，将复杂的社会经济问题构造成可以反映其基本结构的模型，以进行定性与定量相结合的分析。SD的基本原理：收集实际系统状态的信息，根据这些信息进行决策，决策作用于实际系统，改变系统的状态。这一改变还向系统提供新的信息以形成系统的反馈环路[14]。

3.1 模型建立

系统动力学的“内生”观点认为：系统所有功能的发挥主要取决于系统的内部因素，只有内因才可以决定系统的演化方向。也就是说系统内部反馈结构与机制决定了系统行为的性质，系统外部的因素只能在一定程度上影响系统的行为。基于该理论，确定了SD模型的时间边界：INTIALTIME=0，FINALTIME=24，单位：month(月)。同时，基于前文中的复制动态方程和系统动力学理论，在仿真软件Vensim6.4E平台上，绘制“智慧城市”背景下的政企合作的SD模型，具体模型如图1。模型初始假设值为：a1=3，a2=0.7，C1=1.2，Л=3.2，C=2，b1=0.7，b2=1.1，C2=1，α=0.5，θ=0.5，x=0.5，y=0.5。

一般认为，“智慧项目”的政企合作模式可以分为以下几种类型：(1)政府与企业合资建设，即政府与目标企业联合投资、共享股权、共担风险，也可以是双方共同出资建立一个新的企业，共享资源，按规定比例分配利润。(2)政府独立投资建设，即政府直接注入资金，一般来说这种模式是被应用于涉及公共安全的项目。(3)企业独立投资建设，即完全利用社会资本建设运营，也可以是企业独立建设，政府购买的方式[15]。根据以上3种模式及演化博弈模型均衡点，在SD模型的初始值之外，另外假设了仿真模型的4种情景，即(合作，合作)(合作，不合作)(不合作，合作)(不合作，不合作)。合作模式见表4。

图1 “智慧城市”背景下的政企合作的SD模型

表4 合作模式设置

3.2 模型仿真分析

3.2.1期望收益分析

当博弈双方都采取“合作”策略时，从图2中可以看出，本项目对于企业的经济收益较高，可见，政府的支持和合作可以为企业建立良好的外部政策环境，促进企业的生存和发展。而政府的效益不仅体现在经济收益上，作为社会治理的调控者、公共服务的提供者，出于对地区发展的考虑，政企合作使政府的影响力和形象得到树立和传播。因此，相比于政府，企业是经济发展的微观基础和最直接的参与者，依托于政企合作关系的企业发展过程中，政府的形象会有更为真实的构建，这对于政府影响力提升有重要帮助。

图2 博弈双方期望收益

3.2.2“智慧项目”收益分配比例α对政企合作演化博弈的影响

借助于仿真软件Vensim6.4E，将收益分配比例α在初始值的基础上提高20%(见图3)，即在政企合作项目时，将政府收益比例提高。在这种情况下，政府合作意愿显然在(合作，不合作)的策略下最高，企业相对来说不愿意参与合作。

图3 合作收益比例对博弈双方合作意愿影响

3.2.3独立开发收益对“智慧项目”的影响

借助于仿真软件Vensim6.4E，将企业独立开发收益b2在初始值的基础上降低20%(见图4)。在这种情况下，企业选择“不合作”的意愿增高。而在此模型中，(1，0)策略的期望收益明显增高，即政府方独立完成项目的收益提高。

图4 独立开发收益对博弈双方期望收益影响

3.2.4日常收益对“智慧项目”的影响

在Vensim6.4E软件平台上，将SD模型中政府日常收益a1和企业日常收益b1分别提高20%(见图5)。显然，政府和企业参与合作的意愿都略有降低，其中政府更愿意选择独立完成项目，企业选择(0，0)策略的意愿更高。

4 结语

政企合作能够打造地区经济发展的利益共同体，从而为地区经济的迅速发展提供稳定的服务。建立良好融洽的政企合作关系，对于政府而言，需要从管理型政府向服务型政府转变，为企业发展创造良好发展环境；对于企业而言，需要主动参与到区域经济发展中，将自身发展深度融合地方发展中。此外，政企合作关系的建立需要因时制宜、因地制宜选择不同的政企合作模式，最终促进企业的健康发展和经济的持续增长。

(1)明确权责任务。智慧城市是可持续成长的，所以要用现代化的理念和先进的技术来规划，同时企业的健康发展也缺少不了政府政策的保障。在这个过程中，政府不仅要做好顶层设计，制定合理的发展规划，而且要探索整合各类企业的技术资源，与企业积极展开合作，密切配合形成工作合力，特别是对核心技术的研发。明确各方的权力与义务，避免一些本该由政府履行的行政权利，赋予了企业建设方，以致于企业建设方对某些领域行政资源形成垄断。同时，企业内部应有专与政府进行对接，切实反映问题的部门，不能让双方都不愿承担风险，这样也就很难形成公私合作伙伴关系，合力作用不明显。对于重大问题，政府应能同企业一起督促落实相关工作任务，真正做到“政府牵头、分工明确、落实有效、督查有方”的工作局面。

(2)拓宽融资渠道。智慧城市建设涉及到各个领域的信息化建设，每个领域“智慧项目”的落地开花都需要大量的资金支持。政企合作的资金来源是项目落地的根本保障，合作过程中容易遇到融资渠道受限，导致项目无法持续下去的问题。因此，在控制风险的前提下，政府应推进融资平台的建设，引进第三方资金参与，创新融资模式等降低融资成本的方式，以促进政企合作有利发展。例如，PPP模式的运用，不仅可以撬动社会资本参与智慧城市公共项目，还可以有效减轻政府公共财政的举债压力，既解决了智慧城市项目建设的资金不足问题，也会缓解政府增量债务。

(3)合理分配盈利。政企合作项目的收益能否得到合理分配是“智慧项目”能否可持续运营的关键。我国城镇化进程不断推进，智慧城市的需求非常迫切。实际建设中，由于一些智慧城市项目盈利方向不明确，容易存在企业参与积极性低的问题，而一些盈利明确的项目，政府更倾向于自身投资建设。想要吸引更多方主体参与合作，关键是如何保证项目收益的合理分配。因此，地方政府需要成立一个独立的智慧城市建设发展部门，统筹“智慧项目”建设和运营，用二层收益来承担项目方所需要的费用。比如说城市大数据，“城市大脑”系统建成以后，能收集很多与城市相关的数据，数据的增值服务有可能成为补充项目收益的重要来源。从企业的角度来说，最重要的是做好项目，在稳定第一层基础收益的基础上，通过创新性的服务，开发第二层的增值收益，保证整个项目有更好的收益回报。

(4)健全法规体系。智慧城市建设的过程中，一定会有这样或者那样的问题出现，要未雨绸缪，数据共享规则、数据采集规定、信息安全规定、智慧城市项目审核规则等，需要保障智慧城市按照法律、法规顺畅建设。在一些“智慧项目”中，存在因某一方单方面违约，而导致合作项目利益受损的情况。因此，为保障更多的“智慧项目”落地开花，应从市场出发多方面、全方位地制定配套法律法规，规划政府与企业之间的合理的责、权、利关系，建立完善的法律保障体系，以促进经济的可持续发展和实现政企合作的健康发展。