耗散结构理论视角下绿色建筑EPC系统风险研究

赵 丽 杜 昕 李海波 郭凤宇 赵 伟

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 引 言

“双碳”目标的提出，是中国为应对气候变化，向全世界做出的庄严承诺.“双碳”是指2030年我国实现二氧化碳排放量达峰，2060年前实现碳中和.随着国家城镇化的推进，我国绿色建筑的发展逐渐加快，与传统建筑相比，绿色建筑具有节约资源、保护环境、风险众多等特点，现有管理模式、技术等方面的局限性阻碍了绿色建筑的发展，基于此，我国引入了合同能源管理模式，将项目全过程中的大多数节能减排风险转移到节能服务公司.自1998年合同能源管理引入我国以来，在节能减排方面的有效性和灵活性已经得到普遍认同[1].合同能源管理项目是一个涉及多主体、多阶段的复杂系统工程[2]，其研究和发展机制时间不长，机制仍不成熟，导致合同能源管理项目在实施过程中面临极大的风险，合同能源管理项目成功与否关键在于实施过程中对各种风险的控制和管理[3].合同能源管理(Energy Performance Contracting，以下简称EPC)模式，是用能单位由于自身技术不足，为达到节能效果，与节能服务公司(Energy Service Company，以下简称ESCO)签订能源管理合同，ESCO对用能公司提供诊断、管理、改造等服务，通过节能节约的项目效益和项目利润来支付给ESCO的新型市场化机制.绿色建筑的合同能源管理风险较多，需要进行相应指标体系的构建和评价.绿色建筑EPC可看作是一个耗散系统，在一系列相互关联的子系统作用下，可以自发地由无序向有序发展.

合同能源管理项目的核心是减少能源的使用，提高能源利用率，建筑业作为耗能较大的行业，节能降碳成为建筑业高质量发展的必要手段，合同能源管理是降低我国绿色建筑能源使用的一种有效途径.由于绿色建筑EPC管理模式和技术等方面的局限性，建筑业合同能源管理发展相对缓慢.Zhang和Wang[4]、Lee[5]指出制约建筑能源服务行业发展的原因有很多，包括政策支持不足、节能审计不确定、行业专业人员少、建筑能源改造的复杂性等，对此，Hansen[6]、Zhang et al.[7]对EPC风险和成功关键因素进行了具体的研究，并提出了一些建议.陈为公[8]基于霍尔三维结构思想对既有建筑节能改造项目风险初步分担研究，张晓[9]采用层次分析法构建了建筑合同能源管理项目风险测度指标体系，万亚辉[10]、刘晓君[11]构建了合同能源管理的公共建筑能耗监测风险模型和建筑节能改造项目合同能源管理风险评价模型.

现有文献对公共建筑和节能改造项目合同能源管理[12-15]研究较多，缺乏对绿色建筑合同能源管理项目的研究.本文基于耗散结构理论的视角，对绿色建筑合同能源管理的全过程建立风险指标体系，利用Brusselator模型对绿色建筑合同能源管理全过程风险进行实证研究，根据熵值法建立方程验证绿色建筑合同能源管理系统是否耗散，并在法律法规、节能技术等方面给出相应的建议.

1 研究理论和方法

耗散结构最早由Prigogine教授在1968年提出，是指一个开放的复杂系统会不断与外部环境进行物质、信息和能量交换，当系统内部参数突破临界阈值时，系统通过涨落导致突变，此时形成的时间、空间和功能上的有序结构，称为耗散结构[16].绿色建筑EPC系统具有多个风险因素，且因素间可相互影响，若系统为耗散结构状态，改变其中某些因素，可将系统从无序变得有序，因此，利用耗散结构理论分析绿色建筑EPC系统的稳定性.

1.1 绿色建筑EPC的特征

绿色建筑的EPC是一个周期长、复杂度高、风险因素多的项目.对于绿色建筑合同能源管理系统来说，存在着外部和内部的信息、能量的交换，且系统各要素之间既存在着差异，又有着复杂的非线性关系.随着一些风险因素的变动，绿色建筑EPC系统的稳定性也会随之变动.

1.2 Brusselator模型

普利高津根据化学反应的系统动力学过程，提出了Brusselator模型，即三分子反应模型，其是研究系统耗散结构演化过程的一种工具，为判断耗散结构系统的稳定性提供了一种理论依据.Brusselator模型的公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

上述式中，A、B代表反应物，其浓度保持不变，D、E代表生成物，生成就立即消除，X、Y是中间生成物，浓度随时间变化而变化，K1、K2、K3、K4代表反应条件，加速反应生成.

系统只有在不稳定时，才会出现耗散结构，系统中，内外部因素互相传递，并发生作用，发生的变化会引起系统熵值的涨落，当达到某个临界点时，系统将会从无序向有序发展，因此，Brusselator模型适用于我国绿色建筑EPC系统的风险研究.下面将各符号赋予新的含义：

A代表绿色建筑EPC中促进系统稳定性的正熵浓度.

B代表绿色建筑EPC中抑制系统稳定性的负熵浓度.

D代表绿色建筑EPC在A、B作用下，系统可能进入非耗散结构状态.

E代表绿色建筑EPC在A、B作用下，系统可能进入耗散结构状态.

X代表在绿色建筑EPC系统中正熵的可量化因子.

Y代表在绿色建筑EPC系统中负熵的可量化因子.

绿色建筑EPC系统的稳定性在X、Y的影响下，A、B发生了变化，使得系统可能进入耗散结构或非耗散结构.由Brusselator模型可知：

|B|-(1+A2)<0时，绿色建筑EPC系统处于非耗散结构状态

(5)

|B|-(1+A2)=0时，绿色建筑EPC系统处于临界状态;

(6)

|B|-(1+A2)>0时，绿色建筑EPC系统处于耗散结构状态

(7)

2 绿色建筑EPC风险评价指标的构建

绿色建筑EPC系统存在众多内外部因素，各因素之间相互作用相互影响，为评价绿色建筑EPC系统风险的稳定性，从全过程角度将风险因素分为正熵指标和负熵指标，建立合适的评价体系，并对各指标进行熵值计算，判断绿色建筑EPC风险系统是否属于耗散结构，最后针对各个指标提出改进建议，使绿色建筑EPC系统向有序方向改变.

2.1 绿色建筑EPC风险评价指标的建立原则

绿色建筑合同能源管理风险因素众多，且存在于全过程各个阶段，有效识别风险因素对于绿色建筑EPC项目的顺利实施具有决定性作用，本研究从绿色建筑EPC全过程角度出发，运用全生命周期理论，采用专家访谈法和文献研究法来识别绿色建筑EPC全过程风险，指标体系应该遵循以下原则：

(1)系统性原则.绿色建筑合同能源管理是一个复杂的、周期较长的系统，系统内部外部有着众多风险因素，要评价其风险稳定性，需要全面地，系统地识别风险因素.

(2)科学性原则.绿色建筑EPC全过程风险的识别要力求科学性，在尽可能贴合实际的情况下有效识别风险因素，对于系统风险的稳定性有着至关重要的作用.

(3)动态性原则.绿色建筑EPC过程时间较长，对于一些风险因素来说，可能会随着外部环境的改变而改变，因此，保持系统风险因素的动态性对于建立风险评价体系来说有着重要意义.

(4)针对性原则.绿色建筑EPC系统涉及风险因素较多，对于社会环境，经济效益等方面都有影响，因此，对于绿色建筑EPC风险指标体系的建立要有针对性和实际性，要充分考虑项目的特征和现状，以保证资料的真实性.

2.2 绿色建筑EPC风险指标体系的确立

为计算绿色建筑EPC全过程系统风险的稳定性，需要建立相应的熵指标，现将指标分为正熵指标9个和负熵指标8个，共17个指标，评价指标中风险因素均来源于各文献，指标体系如下图所示：

表1 全过程风险因素指标体系

3 绿色建筑EPC系统风险实证研究

绿色建筑EPC风险系统符合耗散理论的特征，下面将运用Brusselator模型对上述风险指标体系进行分析.

3.1 系统熵的计算

本研究邀请十位专家根据风险高低对上述17个指标进行10分制打分，评价结果取平均值.根据上述指标体系分析，分为正熵指标9个和负熵指标8个，因此m取9或8，本文将绿色建筑EPC全过程分为四个阶段，因此n取4，下面计算系统正熵和负熵.

(1)在(9,4)评价体系中，第i个正熵指标计算公式如下：

(8)

绿色建筑EPC正熵系统中第i个指标的熵权公式如下：

(9)

因此绿色建筑EPC系统正熵公式如下：

(10)

(2)在(8,4)评价体系中，第i个负熵指标计算公式如下：

(11)

绿色建筑EPC负熵系统中第i个指标的熵权公式如下：

(12)

因此绿色建筑EPC系统正熵公式如下：

(13)

3.2 绿色建筑EPC系统风险的熵值计算

由上述公式计算出绿色建筑EPC系统中各风险指标的熵值及权重，计算结果如下表所示：

表2 正熵指标

由上表得：正熵值A=1.3614.

表3 负熵指标

由上表得：负熵值B=-2.9572

因此，由耗散结构理论的数据分析公式：

|B|-(1+A2)=0.1038>0

(14)

3.3 数据分析

由上述公式可知，绿色建筑EPC风险系统的风险熵为0.1038，大于0，此系统为耗散结构，表明系统可以由无序自发的向有序改变.由耗散理论可知，系统的正熵会导致系统的混乱，负熵则会抑制系统向混乱的方向改变.

表2中，正熵指标最大的为政策风险，最小的为人才风险和经营风险.正熵指标越大，该因素越容易使绿色建筑EPC系统向无序发展.对于耗散结构中的各因素来说，正熵指标是系统风险的源泉，因此，有效降低正熵指标中的较大值，有助于降低绿色建筑EPC系统的整体风险.

绿色建筑EPC模式将大部分风险转移到节能服务公司，所以国家法律法规对节能服务公司的支持对于绿色建筑EPC模式的推广有着至关重要得作用.由于我国EPC模式发展起步较晚，面对国外节能服务公司的竞争力相对较小.鉴于绿色建筑EPC模式的快速发展，新技术和新型管理方法也在不断优化，各节能服务公司若能及时掌握新技术信息，将会在市场竞争中占有很大优势，同时，在双方履行合同时，诚信风险将直接决定着项目的成败.

表3为负熵指标的分散值，其中，负熵指标绝对值最小的是项目决策风险，绝对值最大的为方案先进性设计和组织风险.对于一个耗散系统来说，负熵是促进系统有序发展的关键，需要改变绝对值最小的项目决策风险，才能抑制绿色建筑EPC系统向无序发展.

在项目调控与运营阶段，高效精准的决策对于项目的进行有着重要的推动作用，节能技术和节能效果是评判绿色建筑EPC项目成功与否的重要因素，对于方案设计阶段的技术质量和节能效果预测来说，只有把节能技术方面设计好，准确预测节能效果，才能使项目后期的运行产生正效益.

4 总结及建议

节能服务公司的出现为业主方和施工方分担了大部分风险，可以有效促进绿色建筑EPC的推广实施.本研究在耗散理论视角下，运用了Brusselator模型，对绿色建筑EPC系统风险进行了研究，研究表明，我国绿色建筑EPC系统处于耗散状态下，可以由无序向有序发展，因此，需要降低正熵指标，增大负熵指标，才能使系统减少风险、趋于平稳，下面根据上述研究结果提出几点建议：

(1)完善相关法律法规和政府政策.我国绿色建筑EPC发展起步较晚，政府对于该项目关注较少、支持不足，相关法律法规政策不完善，导致许多法规政策相较落后，因此需要提高政府对绿色建筑EPC项目的关注度，使之出台相应的政策来支持项目的发展，而对于节能服务公司来说，承担着大部分的风险，也需要法律法规来保障ESCO的合法权益.

(2)注重发展绿色建筑EPC项目相关人才.我国正处于快速发展绿色建筑和合同能源管理的阶段，但此领域相关人才稀少，对于绿色建筑和合同能源管理的复合型人才则更为缺乏，因此，发展相关技术型人才迫在眉睫.节能服务公司应注重人才的吸引，各公司间应多进行合作交流学习.只有足够的人才储备，才能使绿色建筑EPC项目发展迅速.

(3)提高各方公司的诚信度，将诚信作为贷款时的重要依据.对于绿色建筑EPC项目来说，是用能公司与节能服务公司签订的相关合同，对于项目的成功与否来说，双方诚信具有十分重要的作用，若是一方因诚信问题中止合同，则对于项目来说都是不利的，因此，要制定相关的惩罚措施来保障双方的利益风险，避免因一方毁约造成另一方的亏损.

(4)规整市场秩序，建立和谐的绿色建筑EPC竞争市场.各行业都有相应的市场体系，良好的市场环境对于一个行业的发展有着至关重要的作用.政府部门要出台相应的法规政策来保障绿色建筑EPC市场的稳定性，对恶意竞争等行为要有惩罚措施，才能使之向健康的方向发展.

(5)提高节能服务公司的节能技术.节能服务公司是绿色建筑EPC的核心参与方，节能服务公司的节能技术直接影响着ESCO在节能市场的核心竞争力，ESCO不仅要有技术整合和研发能力，还要从绿色建筑全生命周期综合考虑风险因素，及时设计出应对措施和方案，对于不同类型的能源管理项目，要有不同的设计方案，以提高项目的成功率.

本文基于全生命周期理论和耗散结构理论，对绿色建筑EPC全生命周期环境、技术和管理等风险的不确定性，建立了绿色建筑合同能源管理全过程风险指标评价体系，利用Brusselator模型对绿色建筑合同能源管理全过程风险进行实证研究，研究表明：我国绿色建筑EPC系统目前处于耗散状态，各方应积极做好风险保障措施，尽可能降低绿色建筑EPC项目风险.