建筑业绿色供应链中关键主体演化博弈及仿真研究

张 娜，陆克斌

(1.安徽建筑大学经济与管理学院 安徽 合肥 230601； 2.安徽新华学院商学院 安徽 合肥 230088)

0 引言

绿色建筑的发展得到了各级政府的高度重视。2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会上指出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争2030年前达到碳峰值，2060年前实现碳中和目标[1]。近年来，节能减排的指标日趋完善，绿色建筑事业取得重大进展。截至2020年底，新增绿色建筑超过2亿平方米，城镇新建建筑执行节能强制标准比例基本达到100%，绿色建筑的发展进入稳步阶段，然而建筑行业的环境污染问题仍不容小觑。中国的建筑节能与绿色建筑发展仍然存在很多难点，如绿色建筑规模偏少、发展不协调，市场配置资源的机制尚不完善等问题急需解决[2]。

建筑绿色供应链管理能够有效节约能源、降低污染，其实施需要政府及相关企业多方参与，而现阶段政府政策与监管是支撑保障建筑绿色供应链有效实施的关键[3]。为降低建筑业能源消耗和减少碳排放，扩大绿色建筑总量规模、组织供应链协调发展，完善市场配置资源机制等，文章引入绿色建筑发展中的关键主体分析问题。

1 文献综述

政府怎样协同、引导建筑业供应链上有关企业进行绿色供应链管理，至关重要[4]。现阶段，学者对绿色建筑供应链研究取得了一定成果。

不同的博弈主体方面，部分学者以不同利益[5]和行为动机为突破口，分析了建筑绿色供应链中满足博弈主体经济利益要求的方法。常培基于政府是否检查视角下，研究了总承包商与业主两者之间的策略选择，合理分析我国绿色建筑行业发展现状[6]。刘佳等以政府和开发商为主体建立演化博弈模型，从激励与约束角度证明了初始策略影响演化稳定状态[7]。绿色建筑政策研究方面，王磊认为激励政策推进建筑业绿色供应链中的发展[8]，并结合参与主体给出了对应的激励政策。王波[9]、李柏洲[10]等研究认为政府补贴促进不同的决策主体利益的均衡分布。Roach等研究表明政府政策是推进绿色建筑发展的润滑剂[11]。在供应商的选择方面。S Vinodh等运用模糊网络分析法确定了最佳供应商[12]；同样地，王秋蓉在前者方法的基础上，结合灰色关联探讨了建筑业绿色供应链供应商的选择[13]。

随着低碳经济发展理念不断深入。企业碳减排、新能源汽车推广等领域的政策经验思考，政府奖惩制度的实施收到了立竿见影的成效[14]。唐慧玲以低碳经济为切口，根据政府监管企业减排时具有独立性和客观性的特点，构建了企业低碳化生产和高碳化生产下的演化博弈模型，强调政府给予低碳化生产企业补贴[15]；石晓勤总结了影响建筑供应链低碳合作行为的主要因素：利益分配、违约惩罚、协同能力、低碳溢出效应等[16]。

综上所述，关于建筑绿色供应链研究已经取得众多成果，但是仍存在以下问题：(1)现有研究考虑政府干预下，建筑供应链中关于政府、承包商和业主三方利益博弈的研究较少。(2)现有研究鲜少将政府惩罚措施引入到模型中。因此，文章拟从以下方面改进。(1)构建基于政府、承包商和业主的三方演化博弈模型，探讨三者的稳定性、策略选择及影响关系。(2)将政府惩罚措施引入到模型中。

2 模型假设与构建

2.1 模型假设

对于建筑业绿色供应链，其涉及的参与主体复杂且多，为了便于分析，仅假设此供应链由政府、承包商和业主三方构成。根据各主体的特点，做出以下假设：

假设一：遵从经典博弈模型关于“理性人”的假设，博弈方都为了自身利益的最大化进行自主选择，能够独立决策。

假设二：政府从经济调节、市场监管、社会管理服务等角度考虑出发，参与、引导和制定环保相关的法律法规，在整个链条中具有监管保障作用。

假设三：承包商涵盖的内容广泛，还具有重大作用，承包商对建筑材料设备的采购、施工工艺及建筑垃圾的回收利用都有很大的影响。

假设四：业主在此链条中处于最末端位置，是建筑产品的最终用户。同时，业主对绿色建筑的需求驱动着建筑业绿色供应链的管理和运行。

博弈策略模型中相关参数及说明见表1，且所有参数值不小于0。

目前，我国正在积极发展建设建筑业绿色供应链，有关意识形态宣传和措施尚未得到实施，还需改善承包商和业主对绿色建筑的实施性和接受性。针对这种现象，政府作为生态组织和环保协会的代表，应妥善监管建筑绿色供应链中对象的行为，监管宣传主要包括对建造绿色建筑的承包商和业主接受购买绿色建筑的财政补贴及不建造绿色建筑的承包商和业主不接受购买绿色建筑的惩罚。

表1 模型中相关参数及说明

假设政府监管的概率为x，则不监管的概率为1-x；设政府的策略空间为G(监管，不监管)；承包商有两种策略选择：建造绿色建筑和不建造绿色建筑两个方面，承包商建造绿色建筑的概率为y，不建造绿色建筑的概率则为1-y；设承包商的策略空间为C(建造，不建造)；业主的选择不受政府、承包商的控制，可以接受购买绿色建筑，也可以不接受购买绿色建筑，业主接受购买绿色建筑的概率为z，则业主不接受购买绿色建筑的概率为1-z，设业主的策略空间为O(接受，不接受)。由此得出，此供应链博弈主体之间一共有组成8种博弈策略选择。

2.2 模型构建

在承包商和业主的博弈组合策略中，博弈行为选择相反时，假设此时业主得到的总效益为0，承包商提前做出选择且投入成本视为沉没成本。结合以上建筑绿色供应链的假设和分析，建立博弈主体之间的演化博弈收益矩阵见表2。

表2 三方演化博弈收益矩阵

3 博弈分析

EG1=yz(U1-SC-SO-CG)+y(1-z)(U1-SC-CG)+

(1-y)z(U3+PC-CG)+(1-y)(1-z)

(U3+PC+PO-CG)

EG2=yzU2+y(1-z)U2+(1-y)zU3+(1-y)(1-z)U3

若承包商建造绿色建筑的期望收益为EC1，不建造绿色建筑的期望收益为EC2，平均期望收益为¯EC，则

EC1=xz(UC1-CC1+SC)+x(1-z)(-CC1+SC)+(1-x)z(UC1-CC1)+(1-x)(1-z)(-CC1)

EC2=xz(-CC2-PC)+x(1-z)(UC2-CC2-PC)+(1-x)z(-CC2)+(1-x)(1-z)(UC2-CC2)

若业主接受购买绿色建筑的期望收益为EO1，不接受购买绿色建筑的期望收益为EO2，平均期望收益为¯EO，则

EO1=xy(UO1-CO1+SO)+(1-x)y(UO1-CO1)

EO2=x(1-y)(UO2-CO2-PO)+(1-x)(1-y)(UO2-CO2)

3.1 政府的策略稳定性分析

政府策略选择的复制动态方程为

=x(1-x)[yz(PO-SO)+y(U1-U2-SC-PC-PO)-

zPO+PC+PO-CG]

(1)

x的一阶导数

(1)当y=y*时，F(x)≡0。在此条件下，政府取任意x值系统都处于稳定状态。

3.2 承包商的策略稳定性分析

同理解得，承包商策略选择的复制动态方程为

=y(1-y)[x(SC+PC)+z(UC1+UC2)-

CC1+CC2-CC2]

(2)

y的一阶导数

(1)当z=z*时，F(y)≡0。在此条件下，承包商取任意y值系统都处于稳定状态。

3.3 业主的策略稳定性分析

同理解得，业主策略选择的复制动态方程为

=z(1-z)[xy(SO-PO)+xPO+y(UO1-CO1

+UO2-CO2)-UO2+CO2]

(3)

z的一阶导数

(1)当y=y*时，F(z)≡0。在此条件下，业主取任意z值系统都处于稳定状态。

3.4 三方演化博弈策略稳定性分析

根据Friedman的研究，得出复制动态方程的均衡稳定性可由雅可比矩阵的稳定性求出[17]。三方演化博弈的雅可比矩阵为

=

基于Ritzberger[18]和I M Bomze[19]的结论，当探讨政府监管部门、总承包商和业主三方共同作用的演化稳定策略时，只需分析均衡点E1(1，1，1)，E2(1，1，0)，E3(1，0，1)，E4(0，0，1)，E5(0，0，0)，E6(0，1，0)，E7(0，0，1)，E8(1，0，0)的渐进稳定性。

表3 均衡点稳定性判定

基于矩阵性质，可得E1=(1，1，1)的雅克比矩阵的特征根分别是：-(U1-U2-SC-SO-CG)，-(UC1-CC1+CC2+SC+PC)，-(UO1-CO1+SO)。由李雅普诺夫间接法得出，若该点为渐进稳定点，则相应的雅可比矩阵的特征根必须小于0。由表3可得，若E1(1，1，1)点为稳定点，则需要同时满足以下条件

政府更倾向选择监管策略、总承包商倾向建造绿色建筑、业主倾向接受购买绿色建筑。综上所述，各博弈主体除了受到自身策略选择影响外，还会被其余博弈主体影响。由此可得，若E1(1，1，1)达到系统最终理想稳定点，主要取决政府补贴、惩罚、收益、承包商建造成本、销售价等多个参数值的大小。

4 仿真分析

为更清晰直观地展现关键因素对多方博弈演化状态及演化结果的影响，以及验证演化稳定性分析的有效性，以下将进一步运用MATLAB对各博弈方的演化轨迹进行数值仿真。在满足E1=(1，1，1)稳定策略条件下，根据复制动态方程及约束条件，并结合文献整理和现实情景，对以下参数初始赋值：CG=0.45，SC=0.5，SO=0.4，PC=1.5，PO=0，CC1=25，CC2=23，CO1=62，CO2=60，UC1=40，UC2=40.5，UO1=82，UO2=80，U1=23，U2=19，U3=20。得到的初始结果如图1。在初始值的基础上，分析CG、SC、SO、PC、PO、CC1对演化博弈过程和结果的影响。

由图1可得，初始状态下，政府、总承包商、业主三方演化稳定点由E4(0，1，1)向E1(1，1，1)波动，即政府的策略由不监管宣传转为监管宣传。但政府的策略选择是监管，仍有部分承包商和业主的策略选择趋向于0。

图1 三方博弈主体初始状态

4.1 政府补贴SC、SO对演化路径的影响

为了加强政府对绿色建筑的政策支持，扩大绿色建筑的规模和加快发展速度，增加政府对承包商和业主参与绿色供应链的补贴。由图2仿真结果可得，政府补贴SC对政府趋向于稳定策略的趋势变化影响显著，SC值在一定范围内，政府为了更好地使承包商参与建筑业绿色供应链建设中，采取补贴措施时增加一定成本，使政府的演化速度变慢，随着时间的延长，政府的最终演化状态趋向1。但政府支付一定程度的补贴后，其综合收益减少。不愿意支付更多的成本来监管和宣传，政府进行监管的可能性就越小；承包商选择建造绿色建筑，且政府给予承包商建造绿色建筑的补贴越多，承包商的收益越多，从而承包商建造绿色建筑的积极性越强烈。

由图3仿真结果可得，政府补贴SO的变化对业主的影响较小，随着政府补贴SO的增大，对业主趋向于稳定策略的趋势影响较小，一般情况下承包商会将建造绿色建筑的增量成本转嫁给业主，导致绿色建筑售价高于传统建筑，政府补贴不是影响业主决策的主要原因。所以，政策补贴对业主购买绿色建筑的意愿影响不大。因此，为了更加有效地建设和完善建筑业绿色供应链，使SO值在一定范围内，适当增加业主接受购买绿色建筑的补贴，刺激承包商和业主积极主动参与绿色建筑供应链的建设，使三方的博弈稳定保持“监管”“建造绿色建筑”和“接受购买”。政府在实施关于绿色建筑的政策时，要考虑承包商和业主的补贴力度，保证建筑供应链的绿色发展。

图2 增加政府补贴SC对演化路径的影响

图3 增加政府补贴SO对演化路径的影响

4.2 政府惩罚PC、PO对演化路径的影响

由图4、图5仿真结果可得，随着惩罚值PC、PO的增加，政府和业主趋向于稳定策略的趋势变化不显著；而承包商受政府惩罚影响较大，当政府对承包商不建造绿色建筑的惩罚力度越大，承包商想获得更高的利润，使其建造绿色建筑的意愿也逐渐增强。当政府对承包商不建造绿色建筑的惩罚值在一定范围内，越有利于绿色供应链的建设。

图4 增加政府惩罚PC对演化路径的影响

4.3 政府监管成本CG对演化路径的影响

由图6仿真结果可得，政府策略选择受监管成本CG的影响显著，在承包商建造绿色建筑、业主接受购买绿色建筑时，此时政府进行建筑绿色供应链的监管和宣传，扩大建筑绿色供应链理念的覆盖区域，加强、鼓励地方企业实施绿色供应链的管理，竭尽所能地为居民提供人与自然和谐共生的高质量建筑。当政府的监管成本CG<3时，随着CG的减小，其演化速度加快，随着时间的变化，政府的最终演化状态趋向1，即选择监管宣传；当政府的监管成本CG>3时，随着CG的增大，随着时间的变化，政府的最终演化状态趋向0，即不监管宣传，政府获得的经济、环境、社会的综合收益增加不明显，致使政府选择适当减少监管成本，降低绿色宣传的积极性。

图5 增加政府惩罚PO对演化路径的影响

图6 不同CG值下对政府演化路径的影响

4.4 绿色建筑建造成本CC1对演化路径的影响

由图7仿真结果可得，在演化过程中，将绿色建筑的建造成本CC1由25降到24、23.5，随着CC1的减少，承包商建造绿色建筑的概率上升，业主接受购买绿色建筑的概率上升。最终，达到演化理想稳定点E1(1，1，1)，即策略为政府选择监管、总承包商建造绿色建筑、业主接受购买绿色建筑。政府对承包商的新材料、新技术的财政支持，使承包商建造绿色建筑的成本降低，这直接对承包商的策略选择产生影响，因此承包商的演化趋向1；承包商增加绿色建筑的供给也会促进业主的选择，业主最终也收敛于1。降低绿色建筑的建造成本，影响各博弈主体的策略选择，政府演化速度比初始状态更快，承包商受到显著影响，收敛由0变1，业主也加快速度收敛于1。最终，政府、承包商和业主的策略选择概率均收敛于1，达到演化理想稳定点E1(1，1，1)，即策略为政府监管、总承包商建造绿色建筑、业主接受购买绿色建筑。

图7 不同CC1值下对演化路径的影响

稳定状态下，政府对建筑业绿色供应链实行严格控管和宣传，更好地保证承包商建造绿色建筑产品，且业主接受购买绿色建筑，社会效用达到最大程度；承包商积极建造绿色建筑，践行国家、政府发布的方针政策，为了将绿色低碳和节能环保理念注入建材设备的采购、施工及回收等环节，国家和政府投入大量人力、物力、财力，围绕承包商长远发展的眼光构建绿色建筑供应链，以此提升和强化企业的核心竞争力，实现承包商收益的最大化；从环保节能角度思考，业主愿意并且有能力购买绿色建筑，为支持国家的政策，业主也会主动购买绿色建筑，参与到建筑业绿色供应链的建设中。

5 结论及建议

政府、承包商以及业主任何一方的行为决策都对绿色建筑市场的发展具有重要影响，多主体协同运行保证绿色建筑的可持续发展[20]。文章通过构建政府、绿色建筑承包商和业主三方演化博弈模型，引入政府的补贴与惩罚政策，并分析各因素对演化路径的影响。分析表明：政府的有效干预推动绿色供应链的发展，政府对承包商和业主的补贴和惩罚小于某一数值时，增加对承包商和业主的补贴和惩罚将加快绿色建筑的发展。降低政府监管成本，政府选择监管策略；减少绿色建筑的建造成本使各主体的选择改变，政府由不监管变监管，业主选择接受购买绿色建筑，促进承包商建造绿色建筑的策略选择。

基于以上研究结论，提出以下建议：

第一，在建筑绿色供应链的中，政府部门需要率先做出引导、支持，在保证建筑业绿色供应链有效实现的前提，尽可能地为绿色供应链参与者带来更多的经济收益。政府应对承包商采取多元化的经济激励，除了税收减免、财政补贴等外，还可对承包商进行专项拨款、技术支持和贷款优惠等，从而充分调动承包商建造绿色建筑的积极性。同时要对承包商和业主相应的补贴和惩罚。政府还可以通过媒体、网络等对绿色建筑进行大力宣传，加强公众对绿色建筑的认知，从而增强业主购买绿色建筑动机，最后形成有效的需求拉动。

第二，承包商是追求经济利益最大化的行为主体，因此有效降低绿色建筑的施工成本是促进其发展的有效方式。要降低施工成本，要提升专业技能、引进新材料、完善技术体系、构建全产业链等，如引入智能化、信息化、数字化在绿色建筑建设工程中。仅仅依靠承包商自身是无法实现的，还要依靠政府的参与来实现资源的优化配置。其中，政府给予信贷政策支持承包商，有利于施工进度高效进行。政府惩罚PC对承包商的影响较大，通过增加政府惩罚加快承包商建造绿色建筑的速度。承包商在建设绿色建筑时，应注重提高工程质量、加快施工进度和节能环保等功能。还可利用高校、科研机构等的学术资源与技术优势，不仅可以降低绿色建筑的建造成本，更能降低核心企业率先加入绿色供应链的额外成本及风险率，以此提高承包商的收益，承包商收益的增加也促使选择建造绿色建筑，扩大绿色建筑的规模。

第三，业主处于建筑供应链末端。业主要积极响应国家号召，转变对传统建筑的消费观念，强化购买绿色建筑的消费意愿。政府补贴SO对业主的影响较大，在政府选择监管时，可通过增加政府补贴加快业主接受购买绿色建筑的速度。同时，政府适当给予购买绿色建筑的业主补贴、降低贷款利率和首付比例等，增加高绿色建筑的销售量，促进绿色建筑市场的快速发展。