既有工业建筑绿色改造市场主体行为策略研究——基于演化博弈视角

王文强，郭汉丁

（天津城建大学 经济与管理学院，天津 300384）

实施既有工业建筑绿色改造是应对我国传统工业建筑能耗问题的有效措施，是实现工业领域可持续发展的有力抓手.据统计，工业能耗约占全国能源消费总量的70%，工业建筑能耗占到工业能耗的10%以上，我国既有工业建筑总面积近100 亿m2，而绿色工业建筑面积仅为740.49 万m2，通过绿色改造达到绿色标准的工业建筑更是少之又少，既有工业建筑绿色改造潜力巨大[1-2].为推动既有工业建筑绿色改造进程，我国政府制定了《既有建筑绿色改造评价标准》《绿色工业建筑评价标准》保障绿色改造工作规范推进，开展既有建筑绿色化改造关键技术研究与示范项目为绿色改造提供科技支撑，但取得的效果并不显著，市场运行不畅、发展活力不足等弊端仍然存在.究其原因，一是相较于生产工艺改造，业主对既有工业建筑绿色改造认识不足、重视程度不够，致使业主改造积极性不高，市场内在需求不足；二是合同能源管理（energy performance contracting，EPC）模式下节能服务公司（energy service company，ESCO）需承担既有工业建筑绿色改造项目的大部分风险，其收益来源于改造完成后用能单位的节能量，风险与收益不匹配，导致ESCO 发展动力不足、服务质量不高；三是既有工业建筑绿色改造市场本身所具有的经济正外部性、信息不对称性及公共品属性等因素内在决定了市场发展离不开政府的干预，但既有工业建筑存量大，绿色改造完全依赖于政府主导难以实现.因此，以市场主体协同驱动为出发点，探索既有工业建筑绿色改造市场主体在博弈过程中的行为策略演化规律值得深入探究.

1 文献综述

近年来，国内外学者已从激励机制、影响因素及风险管理等不同方面对既有建筑绿色改造市场进行了多方位研究.在激励机制方面，Yang 等运用演化博弈分析，揭示了政府部门与私营部门在不同激励措施下的行为策略变化[3].陈旭等基于数值仿真实验发现政府实施税收减免、优惠贷款等激励措施能有效推进旧工业建筑绿色改造工作[4].马兴能分析了外部性、信息不对称及动力不足三种市场特性下的业主行为策略，提出可通过制定激励约束政策调动业主改造积极性[5].梁喜、赵倩倩等通过演化博弈理论分析了政府管制下ESCO 和业主的行为策略变化，指出政府可分阶段实施不同激励政策，以此激发市场活力[6-7].在影响因素方面，杨艳平等认为市场的正外部性阻碍了合同能源管理模式在我国的应用，政府应从社会收益最大化及市场可持续发展的角度适当加大激励力度，促进EPC 模式的推广[8].Liang 等认为房屋业主和房屋使用者之间的利益分配方式是影响绿色改造决策的关键因素，业主自用建筑改造决策相对容易[9].Wei 等通过建筑性能动态模拟发现，房屋使用者的用能行为对建筑的改造潜力具有显著影响[10].Garbuzova-Schlifter等通过发放网络问卷调查俄罗斯合同能源管理项目的风险影响因素，得出与财务、管理相关的因素对项目的风险影响最为严重[11].Jagarajana 等通过文献综述发现，改造意识淡薄及改造收益的不确定性抑制了业主的改造积极性[12].在风险管理方面，Hwang 等通过对专业人士进行访谈，发现“改造后使用者的合作风险”是既有建筑绿色改造中的最大风险[13].王莹等使用Fuzzy-FMEA 法识别了既有建筑绿色改造各阶段的风险，探究了风险产生的原因，并依据风险分析结果提出了应对措施[14].Afshari 提供了一种基于失效模式与效应分析的综合方法，该方法可用于评估既有建筑绿色改造的风险[15].

纵观上述研究成果，国内外学者就既有建筑绿色改造从激励机制、影响因素和风险管理等多个层面进行了有益探索，也有少量学者研究了市场主体行为策略，但现有研究多局限于单一主体或两方主体，既有建筑绿色改造多主体行为策略的研究较为罕见，专门针对既有工业建筑绿色改造多主体行为策略的研究更是少见.因此，本文以市场主体协同驱动为出发点，基于演化博弈理论，构建政府-ESCO-业主三方演化博弈模型，探究既有工业建筑绿色改造市场中政府、ESCO 和业主的行为策略的演变规律，并采用MATLAB 仿真模拟不同稳定性条件下策略组合的演化，进而提出相关建议，以期丰富既有工业建筑绿色改造市场主体行为策略理论研究，促进市场三方主体协同驱动，推动我国既有工业建筑绿色改造实践.

2 既有工业建筑绿色改造市场主体行为分析

在既有工业建筑绿色改造市场发展过程中，政府同时扮演监督管理与激励约束的双重角色，市场健康可持续发展离不开政府的有效引导.政府不仅可以通过制定激励政策调动业主及ESCO 参与改造的积极性，激发市场活力，同时还可以采取强制措施约束既有工业建筑绿色改造市场主体的不达标行为，营造良好市场环境、明确市场发展方向.

ESCO 作为既有工业建筑绿色改造市场供给主体，为市场发展提供内在驱动力.在既有工业建筑绿色改造市场中，ESCO 凭借自身所掌握的专业知识、资源及技术等，处在信息不对称中较为有利的地位，导致其可借助信息优势，通过在项目施工阶段以次充好、偷工减料，在项目运营阶段瞒报节能量等机会主义行为获取超额利润，业主相关权益难以保障.与此同时，EPC 模式下ESCO 需负担项目大部分风险，而ESCO 的收益来源于项目运营期用能单位的用能行为，ESCO 所承担的风险与获得的收益不匹配，作为市场供给主体的ESCO 内在驱动力不足，市场运行乏力.

业主是既有工业建筑的所有者，也是绿色改造的决策者及最终受益者，其改造需求为市场发展提供内源动力.首先，在既有工业建筑绿色改造市场发展初期阶段，业主改造需求能有效促进市场发展，但由于市场机制仍不健全，业主与ESCO 之间存在信息不对称，有绿色改造需求的业主往往因信息搜寻困难无法选择恰当的ESCO，使得业主对绿色改造持观望态度，导致市场需求不足，发展缓慢；其次，工业建筑的主要作用是服务于产品生产，实施绿色改造势必影响产品生产，造成业主收益下降，再加上既有工业建筑绿色改造项目所具有的投资回收期长、收益不确定等特点，致使业主普遍关注自身短期利益，改造能动性不足；最后，业主作为理性经济人，其目标是追求自身利益最大化，如无其他外部刺激，业主因受到天然逐利性驱动，很难主动选择实施既有工业建筑绿色改造.

3 既有工业建筑绿色改造三方博弈模型的构建

演化博弈理论打破传统博弈理论完全理性与完全信息假设的局限，将达尔文生物进化理论与非合作博弈理论相结合，认为人总是在不断试错的过程中通过学习与模仿达到博弈的均衡，在有限理性的基础上更强调动态分析[16].既有工业建筑绿色改造市场中，政府、ESCO 和业主均为有限理性人，在有限信息的情况下，博弈三方在学习和模仿中不断调整自身策略以追求自身利益的改善，通过试错的方法选择较为理想的策略，从而达到一种动态均衡[17].因此，利用演化博弈的方法来分析既有工业建筑绿色改造市场主体的行为策略更具有实际意义.

3.1 基本假设

假设1：既有工业建筑绿色改造市场中有三个局中人，即政府、ESCO 和业主，三方博弈主体所掌握信息均为不完全信息，且三者均为有限理性.

假设2：政府的策略集Sg={实施管控，不实施管控}.为引导市场健康发展，促使市场运行规范，政府通常会对业主和ESCO 采取一定的管控措施，但政府实施管控策略将产生一定的管控成本，政府可选择管控，也可选择不管控.ESCO 的策略集Se={提供合格绿色改造服务，提供不合格绿色改造服务}.ESCO 为获取更多的短期利益，通常会采取机会主义行为，提供不合格绿色改造服务，这类行为会给ESCO 及其他市场主体带来不良影响，阻碍市场发展；也有ESCO 为追求企业长期发展，在既有工业建筑绿色改造项目实施过程中，积极研发和使用新技术、新设备，提供合格绿色改造服务.业主的策略集为So={实施绿色改造，不实施绿色改造}.业主一方面为节约资源、保护环境和改善工业建筑的使用舒适性而实施绿色改造，另一方面由于绿色改造成本高或自身缺乏绿色改造专业知识及改造意识而选择不实施绿色改造.

假设3：政府选择实施管控的概率为α（0＜α＜1），选择不实施管控的概率为1-α；ESCO 选择提供合格绿色改造服务的概率为β（0≤β≤1），选择提供不合格绿色改造服务的概率为1-β；业主选择实施绿色改造的概率为γ（0≤γ≤1），选择不实施绿色改造的概率为1-γ.

假设4：从政府角度分析，当政府选择“不实施管控”策略，ESCO 选择“提供合格绿色改造服务”策略且业主选择“实施绿色改造”策略时，政府可获得降低社会资源消耗量、改善生态环境及实现城市可持续发展的社会综合效益U；当政府选择“实施管控”策略时，政府可通过制定相关法律法规、激励约束政策等引导与规范市场发展，相关政策的制定与宣传的管控成本为C1，对积极采取合作策略的ESCO 及业主给予税收减免、低息贷款、财政补贴等经济激励的财政支出为I1及I2，对提供不合格绿色改造服务的ESCO 征收附加税等获得的财政收入为G.同时，采取管控措施可激励ESCO 努力提高绿色改造服务质量、调动业主实施绿色改造的能动性，进而带动绿色改造市场关联产业发展，政府还可获得促进既有工业建筑绿色改造市场发展的长远收益ΔU；当ESCO 选择“提供不合格绿色改造服务”策略时，政府为保证市场正常运行，无论是否选择“实施管控策略”，均会采取治理措施，治理成本为C2.

假设5：从ESCO 的角度分析，当业主选择“实施绿色改造”策略，ESCO 选择“提供不合格绿色改造服务”策略时的初始收益为P，但ESCO 因提供不合格绿色改造服务造成企业口碑下降、潜在客户流失的长期损失为L1；当ESCO 选择“提供合格绿色改造服务”策略时，为使所提供的绿色服务质量合格，ESCO 在绿色改造实施过程中付出的服务、技术、设备等方面的增量成本为C3，与此同时，ESCO 因提供合格绿色改造服务带来的企业形象提升、市场份额增大的潜在收益为ΔP.

假设6：从业主的角度分析，当业主选择“实施绿色改造”策略，ESCO 选择“提供合格绿色改造服务”策略时，业主可获得能源费用减少、使用舒适度提升的综合收益W，此时若ESCO 选择“提供不合格绿色改造服务”策略，业主因不合格绿色改造服务所造成的损失为L2；当业主选择“不实施绿色改造”策略，ESCO选择“提供不合格绿色改造服务”时，双方收益均为0，若此时ESCO 选择“提供合格绿色改造服务”策略，则ESCO 需支付前期沟通谈判、调研设计的努力成本C4.

3.2 构建支付函数

依据利益最大化原则，分析政府、ESCO 和业主的收益情况，并基于模型假设及博弈树构建政府、ESCO和业主的演化博弈支付矩阵，如表1 所示.

表1 三方博弈的支付矩阵

4 演化博弈分析

4.1 政府的复制动态方程

政府选择“实施管控”策略的期望收益为E11，选择“不实施管控”策略的期望收益为E12，政府的期望收益为，则

根据Malthusian 模型，构建政府选择“实施管控”策略时的复制动态方程

4.2 ESCO 的复制动态方程

ESCO 选择“提供合格绿色改造服务”策略的期望收益为E21，选择“提供不合格绿色改造服务”策略的期望收益为E22，ESCO 的期望收益为，则

根据Malthusian 模型，构建ESCO 选择“提供合格绿色改造服务”策略时的复制动态方程

4.3 业主的复制动态方程

业主选择“实施绿色改造”策略的期望收益为E31，选择“不实施绿色改造”策略的期望收益为E32，业主的期望收益为则

根据Malthusian 模型，构建业主选择“实施绿色改造”策略时的复制动态方程

4.4 三方博弈主体策略的演化稳定性分析

由政府、ESCO 和业主三个群体的复制动态方程可得三维动力系统常微分方程为

均衡点E1（0，0，0）的雅克比矩阵为

表2 各均衡点的特征值

若演化博弈均衡E 是渐进稳定状态，则E 一定是严格纳什均衡，而严格纳什均衡又是纯策略均衡，因此，对于上述复制动态系统只要讨论其在平衡点的稳定性即可[19].根据李雅普诺夫稳定性理论，系统在均衡点处的渐进稳定性可通过分析系统雅克比矩阵的特征值来判断，当雅克比矩阵的所有特征值λ＜0，那么该均衡点是渐进稳定的，当雅克比矩阵中有一个特征值λ＞0，那么该均衡点是不稳定的[20].

均衡点E3（0，1，0）的特征值λ2=C4＞0、λ3=W＞0 均恒成立，E3（0，1，0）为不稳定点；均衡点E4（1，0，0）的特征值λ1=C1＞0 恒成立，E4（1，0，0）为不稳定点；均衡点E6（1，1，0）的特征值λ1=C1＞0、λ2=C4＞0、λ3=I2+W＞0 均恒成立，E6（1，1，0）为不稳定点.在满足均衡点渐进稳定性条件的情况下，均衡点E1（0，0，0）、E2（0，0，1）、E5（1，0，1）、E7（0，1，1）及E8（1，1，1）可能是演化稳定策略（见表3）.

表3 均衡点渐进稳定性条件

5 数值仿真

由以上分析可知，既有工业建筑绿色改造市场中政府、ESCO 和业主在不同稳定性条件下的策略选择是不同的，为了更直观清晰地研究政府、ESCO 和业主在不同稳定性条件下的行为策略演化，本文运用MATLAB 软件模拟了市场主体在表3 中5 种稳定性条件下的策略组合演化过程.

5.1 政府、ESCO、业主分别采取不实施管控、提供不合格绿色改造服务、不实施绿色改造策略

将参数取值设置为U=10，△U=4，C1=1，C2=1，C3=3，C4=1，P=5，△P=1，G=2，I1=2，I2=2，W=2，L1=1，L2=5，政府、ESCO 和业主策略初始值设置为α（0）=0.5，β（0）=0.5，γ（0）=0.5.数值仿真结果如图1 所示.

由图1 可知，在参数取值满足稳定性条件①：-C1＜0、-C4＜0、-W+L2＜0 的情况下，即政府的管控成本大于零，ESCO 的前期努力成本大于零，业主的综合收益小于损失时，均衡点（0，0，0）是演化稳定点，政府、ESCO 和业主三方博弈主体更倾向于选择（不实施管控、提供不合格绿色改造服务、不实施绿色改造）策略.由此可说明，政府因管控成本而选择“不实施管控”策略，ESCO 为追求超额利润而选择“提供不合格绿色改造服务”策略，在政府选择不实施管控及ESCO选择提供不合格绿色改造服务的情况下，业主在绿色改造中的损失大于其综合收益，业主只能选择“不实施绿色改造”策略.在此情况下，政府、ESCO 和业主三方博弈主体均选择消极策略，既有工业建筑绿色改造市场环境恶劣，政府未能发挥应有的引导与监管作用，ESCO 研发新技术、新材料、提供合格绿色改造服务的能动性降低，为保障自身利益，业主对既有工业建筑绿色改造持观望态度，改造积极性降低，系统状态较为混乱，不利于既有工业建筑绿色改造市场的发展.

5.2 政府、ESCO、业主分别采取不实施管控、提供不合格绿色改造服务、实施绿色改造策略

将参数取值设置为U=10，△U=4，C1=1，C2=1，C3=3，C4=1，P=5，△P=1，G=2，I1=2，I2=2，W=2，L1=1，L2=1，与5.1 相比较，降低了业主因ESCO 提供不合格绿色改造服务所造成的损失，政府、ESCO 和业主策略初始值设置为α（0）=0.5，β（0）=0.5，γ（0）=0.5.仿真结果如图2 所示.

由图2 可知，在参数取值满足稳定性条件②：GI2-C1＜0；△P -C3+L1＜0；L2-W＜0 的情况下，即ESCO 提供不合格绿色改造服务时的附加税小于政府实施管控时的管控成本与政府对业主的经济激励之和；ESCO 提供合格绿色改造服务的潜在收益与提供不合格绿色改造服务时的长期损失之和小于ESCO 提供合格绿色改造服务的增量成本；业主实施绿色改造的综合收益大于其损失，此时均衡点（0，0，1）是演化稳定点.在此情景下，ESCO 提供不合格绿色改造服务对业主所造成损失的降低使得业主在既有工业建筑绿色改造中的损失降低，综合收益提高，在经济利益的驱动下，业主自然会选择“实施绿色改造”策略.

5.3 政府、ESCO、业主分别采取实施管控、提供不合格绿色改造服务、实施绿色改造策略

将参数取值设置为U=10，△U=4，C1=1，C2=1，C3=10，C4=1，P=5，△P=1，G=4，I1=2，I2=2，W=2，L1=1，L2=1，与5.2 相比较而言，提高了ESCO 提供不合格绿色改造服务时的附加税及ESCO 提供合格绿色改造服务时的增量成本，政府、ESCO 和业主策略初始值设置为α（0）=0.5，β（0）=0.5，γ（0）=0.5.仿真结果如图3 所示.

由图3 可知，在参数取值满足稳定性条件③：C1+I2-G＜0；I1+G+△P-C3+L1＜0；L2-I2-W＜0 的情况下，即ESCO 提供不合格绿色改造服务时的附加税大于政府实施管控时的管控成本与对业主的经济激励之和；ESCO 提供合格绿色改造服务时的经济激励、长远收益，提供不合格绿色改造服务时罚款金额、潜在损失之和小于ESCO 提供合格绿色改造服务时的增量成本；业主实施绿色改造时的损失小于经济激励与综合收益之和，此时均衡点（1，0，1）是演化稳定点.ESCO 提供不合格绿色改造服务时的附加税对于政府来说是实施管控行为下的收益，附加税的增加使政府在实施管控过程中获利，政府为追求自身利益最大化，最终将会选择“实施管控”策略.虽然附加税对ESCO 的策略选择产生一定影响，但相较于提供不合格绿色改造服务的收益和提供合格绿色改造服务的增量成本，附加税的调整不足以驱使ESCO 选择提供合格绿色改造服务，其策略选择仍为“提供不合格绿色改造服务”.

5.4 政府、ESCO、业主分别采取不实施管控、提供合格绿色改造服务、实施绿色改造策略

将参数取值设置为U=10，△U=4，C1=1，C2=1，C3=1，C4=1，P=5，△P=1，G=2，I1=2，I2=2，W=2，L1=1，L2=3，与5.2 相比较，降低了ESCO 提供合格绿色改造服务的增量成本及业主因ESCO 提供不合格绿色改造服务所造成的损失，政府、ESCO 和业主策略初始值设置为α（0）=0.5，β（0）=0.5，γ（0）=0.5.仿真结果如图4 所示.

由图4 可知，在参数取值满足稳定性条件④：△U -I2-I1-C1＜0；C3-L1-△P＜0；-W＜0 的情况下，即政府长远收益小于政府管控成本及政府对ESCO、业主的经济激励之和；ESCO 长远收益与潜在损失之和大于ESCO 提供合格绿色改造服务的增量成本；业主实施改造的综合收益大于零，此时均衡点（0，1，1）是演化稳定点.这说明ESCO 和业主会在综合考量自身收益及参与成本的基础上做出自身策略选择，降低市场主体参与成本或提高参与主体收益均能有效推动市场主体积极参与既有工业建筑绿色改造.

5.5 政府、ESCO、业主分别采取实施管控、提供合格绿色改造服务、实施绿色改造策略

将参数取值设置为U=10，△U=6，C1=1，C2=1，C3=1，C4=1，P=5，△P=1，G=2，I1=2，I2=2，W=2，L1=1，L2=3，与5.4 相比较而言，仅提高了政府在实施管控时的长远收益，政府、ESCO 和业主策略初始值设置为α（0）=0.5，β（0）=0.5，γ（0）=0.5.仿真结果如图5 所示.

由图5 可知，在参数取值满足稳定性条件⑤：C1+I1+I2-△U＜0；C3-I1-L1-G-△P＜0；-W-I2＜0 的情况下，即政府长远收益大于政府管控成本及对ESCO、业主的经济激励之和；ESCO 提供合格绿色改造服务时的经济激励与长远收益之和大于ESCO 提供合格绿色改造服务时的增量成本及提供不合格绿色改造服务时的潜在损失与附加税之差；业主实施绿色改造的综合收益与政府经济激励之和大于零，此时均衡点（1，1，1）是演化稳定策略.这说明，若ESCO 积极提供合格绿色改造服务、业主主动实施绿色改造，只要提高政府在既有工业建筑绿色改造市场中所获得的潜在收益，如改善生态环境、节约资源及促进既有工业建筑绿色改造市场健康发展等，便可促使既有工业建筑绿色改造市场进入良性循环阶段.

6 结论及建议

既有工业建筑绿色改造市场发展过程中，如何处理政府、ESCO 和业主间的合作关系是建立市场主体间协同驱动作用的根本所在.本文基于演化博弈理论，构建政府-ESCO-业主三方演化博弈模型，通过模型求解及仿真模拟，探究既有工业建筑绿色改造市场主体行为规律.研究表明：政府、ESCO 和业主在不同稳定性条件下的策略选择均不同，但选择何种策略取决于成本与收益.当系统处于三方博弈主体都消极行为的情况下，可通过提高政府在实施管控时的长远收益、ESCO 提供不合格绿色改造服务时的附加税，降低ESCO 提供合格绿色改造服务的增量成本及业主因ESCO 提供不合格绿色改造服务造成的损失等措施分别促使政府、ESCO 和业主采取积极策略，使既有工业建筑绿色改造三方主体博弈系统向α→1，β→1，γ→1的理想状态演化.根据上述研究结论，提出如下建议，以期促进市场多主体协同驱动，推动市场良性循环.

（1）搭建信息服务平台，营造良好的市场发展环境.信息不对称的存在是导致我国既有工业建筑绿色改造市场信息不透明现象普通存在的主要原因，这严重影响了市场公平公正及资源配置的效率，加大了合作成功的难度.因此，营造良好的市场环境，促进市场主体间相互信任、合作共赢，搭建信息平台是必不可少的.绿色改造信息服务平台可保证信息披露渠道的权威性和信息的透明性，降低业主信息搜寻成本与难度，使得业主参与绿色改造更加便捷；绿色改造信息服务平台还可明确ESCO 服务内容，避免ESCO 采取投机行为及业主因信息劣势被ESCO 欺瞒情况的发生，增强改造过程中业主对ESCO 的信任度，有利于建立良好的互信关系，为既有工业建筑绿色改造市场发展协同驱动打下坚实的基础.

（2）完善市场机制，实现政府激励与监管的长效引导.既有工业建筑绿色改造市场的正外部性内在决定了市场发展离不开政府的激励与约束作用.在既有工业建筑绿色改造市场发展初期，市场机制仍不健全，绿色改造市场不具规模，业主改造意识淡薄，ESCO及业主绿色改造能动性不足，激励政策有效性短暂，连续性不强，因此在既有工业建筑绿色改造市场发展过程中，政府应激励与约束两手抓，实现政府的长效引导机制.一方面，制定相应的经济激励政策，对提供合格绿色改造服务的ESCO 给予税收减免、优惠贷款等正向激励政策，降低ESCO 提供合格绿色改造服务的成本，同时对实施绿色改造的业主给予适当的经济奖励，鼓励ESCO 和业主积极实施绿色改造，营造良好的市场供需关系.另一方面，对提供不合格绿色改造服务的ESCO 给予征税、罚款等负向激励政策，采用“胡萝卜＋大棒”的策略引导ESCO 提供合格绿色改造服务，通过政府的激励与监管，实现政府既有工业建筑绿色改造市场长效发展的长效引导.

（3）提升业主改造意识，增强业主改造意愿.业主作为既有工业建筑绿色改造市场的需求主体，其改造需求能有效激发市场供给主体——ESCO 的活力，进而促进既有工业建筑绿色改造市场发展.因此，业主应加强既有工业建筑绿色改造对实现工业领域节能减排重要性的认识，转变思维方式，提高自身绿色改造意识，树立绿色发展理念，将节能减排目标、生态环境可持续发展战略与自身相联系，积极寻找优质ESCO 并主动配合其完成绿色改造工作，在项目运营阶段保持良好用能习惯，使得绿色改造工作达到显著效果，确保政府、ESCO 及业主三方在既有工业建筑绿色改造中的收益.