预制构件质量监管的演化博弈与仿真

王志强，徐洋洋

(1.青岛理工大学 管理工程学院，山东 青岛 266520；2.智慧城市建设管理研究中心(新型智库)，山东 青岛 266520)

随着中国人口红利的逐渐消失，施工企业已经出现“用工荒”问题，同时传统现场施工方式存在环境污染、资源浪费等问题[1]。为此，2016年中共中央发布的《中共中央 国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》和国务院办公厅发布的《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》相继指出，要大力推广装配式建筑。全国各地开始不断出台激励政策，装配式建筑占新建建筑的比例开始逐步上升[2]。与此同时，预制构件生产企业数量在全国范围内不断增多，据初步估计，国内的预制构件生产企业已有100多家。但在构件的生产制作过程中，生产企业的质量管理意识缺失以及政府监管部门监管不力，导致构件在生产制作过程中的质量无法保证，预制构件质量问题频发，如构件尺寸偏差、观感体验差、预埋件偏差、平整度等。作为装配式建筑的基本组成部分，如果预制构件的质量无法保证，那么装配式建筑的整体质量和安全也就无从谈起[3-4]。

针对预制构件质量管理方面的研究，曹新颖等通过实地调研，指出当前在构件质量管理方面存在的问题，并提出将BIM和RFID技术应用到构件生产过程中，以此来提高构件追踪管理效率和信息交流准确性[5]；刘杏红等基于全面质量管理的“PDCA循环理念”，结合BIM技术，建立包括事前指导、事中控制、事后反馈的装配式建筑质量管理系统[6]；瞿富强等对预制构件在设计生产、施工维护等过程中的质量风险因素进行分类和阐述，建立质量风险评价模型，并根据采集的13家江苏省构件生产企业的数据，进行质量风险评价[7]；刘敬爱基于预制构件生产企业视角，对预制构件在生产过程中不同阶段的质量风险因素进行识别，并根据识别出的主要风险因素，按照不同阶段，提出相对应的防范风险的针对性措施[8]。

针对政府监管部门在产品质量监管方面的研究，朱立龙等以政府监管部门和生产企业为参与者，建立质量监管的静态博弈模型，并通过对模型中不同类型纳什均衡的分析，揭示出博弈双方在产品质量监管博弈的运行规律，并对政府如何有效监督和生产企业如何提升产品质量提出针对性建议[9]；赵荧梅等以企业、经销商、政府为参与者，建立产品质量监管的不完全信息静态博弈模型，经过对模型的分析研究，找出影响质量监管的主要因素，得出博弈各方策略选择与各自监管成本及对方监管力度有关的结论[10]；于涛等基于有限理性条件下，以政府监管部门和第三方监测机构为参与者，构建双方参与的演化博弈模型，并对模型进行MATLAB仿真，找出影响双方质量监管行为的关键因素，提出了降低监管成本、加大惩罚力度和建立补贴机制等措施[11]。

文中主要有以下两点不同于以前的研究：

1)以前的研究者主要集中在构件生产企业如何进行质量管理和政府监管部门如何进行质量监管，得出的结论只是针对某一方面；且构建的博弈模型多为静态博弈模型，这种博弈模型的前提和假设跟现实情况具有很大不一致。文中基于有限理性条件下，建立构件生产企业和政府监管部门为参与者的演化博弈模型，把监管部门和构件生产企业的行为选择过程当作一个渐进学习的动态调整过程，更符合现实情况，得出的结论对监管部门和企业来说更加切合实际。

2)通过变化政府监管成本b1、构件生产企业建立质量管理体系成本a1、未进行质量管理的罚款额a4等参数，运用Vensim对博弈模型进行仿真分析，更加直观地反映出质量监管过程的演化趋势，并根据影响双方质量管理行为的关键因素，提出针对性建议。

1 基本假设与模型构建

1.1 基本假设

对政府监管部门和预制构件生产企业的损益参数进行如表1所示的设定和解释。

1.2 模型构建

根据以上假设，建立双方支付矩阵，如表2所示。

表1 博弈双方损益参数值设定及解释

表2 博弈双方支付矩阵

根据复制动态公式，分别建立质量监管部门和预制构件生产企业的复制动态方程，如式(1)、式(2)所示。

x(1-x)[a4+b2+b3-b1-y(a4+b3)],

(1)

y(1-y)[a2-a1+xa4].

(2)

根据式(1)和式(2)可得二维动力系统方程

(3)

2 政府部门与预制构件生产企业质量监管的演化博弈分析

根据式(1)、式(2)可得政府监督部门和预制构件生产企业的博弈均衡点为(0，0)、(1，1)、(0，1)、(1，0)、(α，β)。其中，α=(a1-a2)/a4，β=(a4+b2-b1+b3)/(a4+b3)。下面利用雅克比(Jacobi)矩阵对式(3)均衡点进行稳定性分析[12-13]。对式(3)求雅可比矩阵J，可表示为

如果同时满足以下两个条件,则复制动态方程的均衡点就是演化稳定策略(ESS)[14]。

1)trJ=a11+a22(迹条件) 。

因此，可得5个局部均衡点处a11，a12，a21，a22具体取值,如表3所示。

由表3可知，(α,β)一定不是ESS，因为有a11+a22=0，不符合迹条件。系统的ESS必须是同时符合迹条件和行列式条件的均衡点[14]。因此，只需考虑剩余4个均衡点的情况即可。下面利用系统动力学方法(SD)仿真不同参数条件下，均衡点(0，0)，(0，1)，(1，0)，(1，1)的稳定状态。

表3 均衡点a11，a12，a21，a22取值

3 演化仿真研究

借助系统动力学模型(SD模型)，可以更好地分析博弈过程的均衡点及其稳定性[15]。通过改变外部环境的信息，模拟现实情况下与质量监管有关的费用要素的改变，预测各方的行为变化。

3.1 SD模型的建立与描述

根据所构建的二维动力系统方程，借助Vensim PLE 7.2a建立预制构件质量监管SD模型，如图1所示。

该SD模型中有2个状态变量，分别为政府监管(1Y)和企业建立质量管理体系(2Y)；2个速率变量，分别为政府监管速率和企业建立速率；7个外部变量，分别与表2中规定的损益参数一一对应。

3.2 演化仿真研究

系统动力学仿真是以时间为变量进行仿真分析的，模型模拟前需确定时间范围，根据精度需要，对各参数作如下设置：INITIAL TIME = 0，FINAL TIME = 50，TIMESTEP = 0.007 812 5，Units for Time 为Month。根据现阶段预制构件质量监管状况，令SD模型中政府监管概率x=0.3，预制构件生产企业建立质量管理体系概率y=0.3，外部变量根据上文分别进行参数设置。

情形1：当b2

情形2：当b2+b3

图1 预制构件质量监管SD模型

图2 演化博弈仿真结果

情形3：当b2

图3 稳定点(0，0)的演化仿真结果

图4 稳定点(0，1)演化仿真结果

情形4：当b2

图5 稳定点(1，0)演化仿真结果

情形5：当b1

图6 稳定点(1，1)演化仿真结果

4 结束语

基于有限理性条件，构建以政府监管部门和预制构件生产企业为参与者的构件质量监管博弈模型，并运用SD对模型进行仿真分析，得出政府监管成本b1、上级惩罚额度b2、企业进行质量管理的成本a1、企业进行质量管理的收益a2以及企业未进行质量管理的罚款额度a4是影响双方演化博弈行为的关键因素。

经过对上述关键因素分析可知，对于政府监管部门而言，政府监管成本b1和监管失职时缴纳的罚款额度b2是两个关键变量，将直接对政府监管部门是否进行监管产生决定性的影响。现实中，政府监管部门可以通过建立企业质量信用等级制度，根据构件生产企业的质量绩效对企业类型进行综合评判，对遵守相关法律、法规和行业质量标准的企业，可以给予政策支持或经济奖励，对违反有关法律法规、质量抽查不合格或造成严重质量安全问题的企业，及时降低企业信用等级并进行处罚，必要时可吊销其生产资质。同时，针对政府监管部门失职行为，上级部门要增加惩罚额度，并建立有效的绩效评估体系和完善的责任追究制度，避免监管部门玩忽职守，提升政府监管部门的监管积极性。

对于构件生产企业而言，其行为主要受其自身建立质量管理体系的成本a1、建立质量管理体系的收益a2以及未建立质量管理体系时缴纳的罚款额a4影响。企业可以通过建立质量管理信息系统(QMIS)来降低质量管理的成本。对于未建立质量管理体系的构件生产企业，政府监管部门要加大惩罚力度，提高罚款额度，结合企业质量信用等级制度降低违规企业的质量等级，限制其生产规模，并利用网络和媒体来揭露违规企业，并建立构件生产企业激励机制，对认真施行质量管理行为的构件生产企业，给予一定的政策补贴，增加企业的收益和社会认可度，从而不断提高企业质量管理的积极性。