安全生产数字化协同监管集体行动的随机演化博弈分析

董昌其, 刘纪达, 米加宁

(哈尔滨工业大学 经济与管理学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

在当前风险社会和数字时代叠加的背景下,通过数字化、信息化技术提高应急预警、响应和处置能力,抑制风险、危机和灾害对社会的不利影响,从而提高公共安全绩效已逐渐成为安全治理领域的主要方向。生产经营单位是安全风险的直接承载体,监管部门则是防范化解风险、遏制事故发生的重要闸口。相较传统监管,数字化监管是数据驱动下对监管结构、过程与手段的全方位改进,数字化推广应用可以为科技驱动型监管新模式提供技术支撑[1,2]。

安全生产具有公共物品的非竞争性、非排他性,推行安全生产过程中会存在搭便车行为,诸因素导致安全生产数字化监管呈现出显著的博弈特征。除了监管方和经营方之间的博弈关系,亦需厘清综合监管部门与行业监管部门之间的责任边界[3]。换言之,由于安全生产数字化转型供给端呈现出多元主体高度协同的特征,存在迫切需要关注的综合监管部门、行业监管部门与生产经营单位之间的博弈关系[4],风险的复杂性加剧了博弈系统的随机性与不确定性。如何在三者之间寻找数字化进程下安全生产供给的博弈稳定状态,分析多方达成集体行动的演化逻辑已成为提升安全生产效能的重要着力点。

监管方与被监管方在共同推动安全生产数字化转型中,存在主体之间信息不对称以及责任分摊、协调不足等问题,某些主体在经过收益成本比较后,可能进行不利于集体收益的短视行为选择,从而陷入个体行为与集体理性选择相矛盾的集体低效困境。FEIOCK提出的制度性集体行动框架(Institutional Collective Action Framework)指出,集体行动中不同主体是否进行协同是基于合作收益和交易成本的,合作收益分为集体性收益和选择性收益[5]。在安全生产数字化协同监管中,各方主体通过推行数字化监管增强风险监测预警能力和应急处置能力,提升安全生产整体效能,从而获得集体性收益。选择性收益则是参与数字化协同监管的某一方主体仅考虑自身利益做出行为决策的依据,例如绩效、成本、声誉以及社会资本等[6]。集体行动困境的源于不同行动者之间由于协作风险和交易成本而难以达成协定。交易成本是集体行动的主要阻碍因素,特别是政府部门间、政企间在推进数字化改革中产生的信息、谈判、执行和监督等成本,它使数字化协同监管的集体行动出现非协调风险或不公平分配致使集体行动支离破碎。制度性集体行动框架给出的解决办法是通过激励性或威权式干预来构建协议性、有约束力的多层次合作机制,从而降低集体行动的复杂性[7,8]。

在方法论层面,针对具有显著复杂性、随机性博弈关系的研究,XU等[9]在联盟稳定性研究中考虑协调参数、惩罚效应等的影响提出了一种随机博弈模型,引入高斯白噪声反映过程中的随机扰动现象。孙华丽等[10]研究群体性突发事件建立了弱势群体与强势群体间的随机演化博弈模型,分析了随机干扰下不同策略的收益与稳态。LI等[11]运用随机演化博弈模型分析了充电基础设施建设中公共、私人部门和公众的集体行动困境,探讨三部门的依存关系以寻求困境解决途径。类似的,李婉红和李娜[12]在研究绿色智能制造生态系统中构建政府、企业和学研机构的多主体随机演化博弈,着重分析收益和成本比例及政府规制对政产学研间博弈的动态影响。以上研究聚焦不同领域的集体行动构建多方参与的随机演化博弈模型,共性在于所研究集体行动表现出复杂系统演化的随机性特征,较之传统演化博弈的确定性动力学更符合刻画的随机环境特征。因此,本文以制度性集体行动框架为理论依据(见图1),构建安全生产数字化协同监管三方随机演化博弈模型,运用随机过程理论剖析三方主体受不同因素影响下在安全生产数字化协同监管这一集体行动过程中的策略行为和演化趋势,采用系统动力学建模方法进行仿真分析。本文着重考虑了数字化协同监管集体行动过程中各关键因素对不同主体行为选择的影响,以期为数字经济背景下智慧安全监管与智慧应急建设提供理论借鉴。

图1 制度性集体行动框架

1 演化博弈模型设计

1.1 问题描述

综合监管部门、行业监管部门与生产经营单位在安全生产数字化协同监管中构成了多主体的集体行动关系。集体行动的三方主体均需付出相应的改造成本,同时,综合监管部门与行业监管部门作为同级不同责的政府机构,在推进安全生产中亦存在部门利益差异,面临条线上级问责压力和邻域同部门绩效竞争压力,政府单位在敦促社会单位落实数字化改造中同样存在政企合作的不稳定性。在此背景下,政府需通过采取一定的政策干预来协调集体行动关系。

1.2 基本假设

本研究结合我国全国安全生产信息化实际,构建了安全生产数字化协同监管的集体行动随机演化博弈模型,基本假设如下:

假设1三方主体均为有限理性群体。在博弈过程中,综合监管部门负责提升自身监管业务数字化水平并指导生产经营单位开展安全生产数字化转型,策略集合为{尽责指导,未尽责指导},行为选择概率分别为x和1-x。行业监管部门作为配合单位与综合监管部门进行数据共享与交换,并开展联合惩戒,策略集合为{数据共享,数据不共享},概率分别为y和1-y。生产经营单位负有安全生产主体责任,需落实主体责任进行安全生产数字化改造,策略集合为{落实改造,不落实改造},概率分别为z,1-z。x,y,z∈[0,1]。安全生产数字化协同监管形成了集体行动网络,提升了安全风险辨识、监测预警和救援处置能力,所带来的公共安全效益使得经济损失降低的同时会提高政府公信力和经营单位的社会声誉。因而数字化协同监管的集体性收益包括损失抑制、协同关系资本的积累、政府公信力收益和声誉收益,选择性收益主要是行业监管部门自身利益以及生产经营单位消极转型的成本节约。

假设2安全生产事故发生时,两类监管部门将受到上级部门的问责损失Lc,Li,生产经营单位将承担经济损失Lp,同时,尽职的综合监管部门还会对生产经营单位产生责任事故认定处罚A。协同学和网络理论认为集体行动形成的非线性互动网络使主体间产生协同作用[13,14]。当综合监管部门选择尽责指导,行业部门配合交换数据,生产经营单位落实安全生产数字化改造,监管职责被进一步捋顺,三方互动协作能力增强,从而数字化协同监管积累了合作方之间的协同关系资本。协同关系资本通过集体行动开展多边合作和会商协调进行积累,政府部门间积累的府际协同关系资本会产生协同效应系数Ω,能够降低综合监管部门与行业监管部门的行动成本,并在双方开展联合惩戒时增强处罚力度。同样,两类监管部门与生产经营单位之间也存在协同效应系数Ψ1,Ψ2,在双方协同进行集体行动时降低成本。

假设3综合监管部门在尽责指导时需要付出数字化协同的谈判成本和改造成本Cc,积极进行数字化改造会直接为其获得部门绩效收益M。此外,因数字化监管带来安全效益增量会使综合和行业部门获得公信力收益ΔG。虽然综合监管部门不尽责指导会节约成本,但若企业不落实安全生产数字化改造,综合监管部门既存在公信力损失ΔJ,也会受到上级部门严厉问责,问责压力系数Γ作用于Lc,部门积极行为下公信力损失ΔJ将受到社会容忍度ξ的调节而减弱。

假设4行业监管部门需要参与构建安全生产大数据风险管控网络付出共享数据整合成本Ci。在综合监管部门尽责指导情形下Ci亦会受到协同效应系数Ω的调节。然而,由于行业部门数据涉及到业务属性和部门管理职能,行业监管部门基于部门利益考量进行有保留的共享或不共享,会获得选择性收益H,此时一旦企业不落实安全生产数字化改造而发生严重生产事故,行业监管部门既面临一定的公信力损失ΔJ并将受到上级主管部门问责与处罚。

假设5生产经营单位落实安全生产数字化改造的投资成本Cp,数字化改造强度λ会对其经济损失Lp产生减抑作用。生产经营单位获得政府奖补收益Q,同时主动进行安全生产数字化改造将会获得声誉收益R。当监管部门与经营单位达成集体行动形成时,经济损失Lp会受到协同效应系数Ψ1或Ψ2的调节,如果监管部门也采取积极行动,则其因事故受到上级问责的压力将会降低。不落实时生产经营单位会节约投资成本预算Cp,但事故灾难发生不仅对生产经营单位造成经济损失Lp和行政处罚F,也会消减集体行动积累的协同关系资本,并直接让综合和行业监管部门同时面临公信力损失ΔJ和问责压力Γ,当二者形成协同监管网络,行政处罚力度会受到协同效应调节而加强。

1.3 演化博弈支付矩阵与复制动态方程

据上述假设参数以及博弈主体策略选择组合情景,构建的安全生产数字化协同监管演化博弈模型支付矩阵如表1所示。

表1 集体行动的三方博弈支付矩阵

综合监管部门尽责指导数字化建设的期望收益Kc1为:

Kc1=yzA1+y(1-z)A2+z(1-y)A3+(1-y)(1-z)A4

(1)

综合监管部门未尽责指导数字化建设的期望收益Kc2为:

Kc2=yzA5+y(1-z)A6+z(1-y)A7+(1-y)(1-z)A8

(2)

综合监管部门的平均期望收益为:

(3)

可得综合监管部门的复制动态方程为:

(4)

同理可得,行业监管部门与生产经营单位对应的复制动态方程。

综上,可得综合监管部门、行业监管部门与生产经营单位的安全生产数字化协同监管集体行动博弈系统为:

(5)

2 随机演化博弈模型的构建

2.1 安全生产监管的随机扰动因素分析

上文构建了三方主体在相对稳定的环境中受到假设相关参数影响的博弈系统。从突发公共事件演化不确定性和异质性主体行为角度进一步审视集体行动的形成可知,博弈系统具有不确定性与复杂性特征[15]。一方面是应急事故灾难的爆发本身具有高度的不确定性,事故灾难形成的动态复杂环境对于协同监管的多元主体交互行为产生直接影响;另一方面是主体绩效、风险预期以及安全生产认知等异质性因素会影响主体策略选择。

总之,集体行动中策略主体行为选择受到随机环境的干扰,主体的投机心理、道德风险和逆向选择倾影响集体行动的稳定性和长效性。因此,本文借助随机过程理论引入高斯白噪声来反映随机因素干扰,从而建立了不确定性条件下安全生产数字化协同监管集体行动的随机演化博弈模型。

2.2 随机演化博弈系统的构建

模型构建参考孙华丽等[10]及徐松鹤等[15]的处理方法,获得如式(6)组成的博弈系统:

(6)

3 随机演化博弈数值仿真分析

3.1 系统动力学建模与初始概率分析

系统动力学是基于反馈控制原理研究复杂系统的计算机仿真方法,通过建立存量、流量之间的因果反馈回路来分析系统演化过程。在安全生产数字化协同监管的集体行动过程中,集体行动各方的策略选择具有根据其他主体行为信号动态调整的特点。本文应用Vensim PLE软件对安全生产数字化协同监管随机演化博弈系统进行仿真,随机演化博弈系统的系统动力学建模如图2所示。

图2 安全生产数字化协同监管随机演化博弈的系统动力学模型

初始概率反映了三方参与安全生产数字化协同监管集体行动的初步意愿水平,本文首先考虑博弈系统在三方主体不同初始意愿强度下的行为演进过程。在仿真研究中,研究主要数值参数初始值通过专家打分获取,邀请来自政府职能部门和企业的8名专家和来自高校的4位学者通过线上访谈评分值,整理后采用均值取整。该部分侧重考察初始概率对于博弈系统影响,因此系数参数社会容忍度ξ、改造强度λ、问责力度Γ等取中间值0.5,协同效应系数Ω与Ψn取0.1,0.2等低值。集体行动初始赋值见如表2,演进步长设定为2,分别取各主体行为概率为0.2,0.5,0.8,仿真结果如图3所示。

表2 集体行动初始赋值情况

图3 不同初始概率下集体行动随机演化博弈演化过程

由图3可知,在随机干扰环境中,三方在赋值状态下行为趋向于消极策略,随着集体行动参与意愿的增强,监管部门在集体行动初期的积极策略倾向高于生产经营单位,行业监管部门的策略动态变化较其他部门波动性更大,当三方主体初始意愿较为强烈时生产经营单位在综合监管部门激励下积极落实安全生产数字化改造,综合监管部门在维护安全生产集体行动的意识下进行尽责指导,然而随着成本投入和行动周期拉长,在缺乏进一步激励举措的情形下监管部门和经营单位逐渐降低了集体行动意愿,因此需要进一步考虑集体行动治理的相关干预因素,在三方初始意愿模糊(x(0)=y(0)=z(0)=0.5)的情况下,探究如何提升三方主体在安全生产数字化协同监管过程中进行合意集体行动的稳定性与持续性。

3.2 不同主体行动成本对于策略选择的影响

为了进一步分析集体行动框架中成本困境因素的影响,分别针对不同主体行动成本变化对博弈系统的影响进行仿真分析,结果如图4所示。对比图4的(a)(b)(c)演化趋势可以看出,谈判改造成本和投资成本对于博弈系统影响相对显著,综合监管部门在压缩成本的前提下会增强尽责意愿,但受到公信力损益、上级督促等外因影响,不能支持综合监管部门始终保持尽责的意愿。相反,生产经营单位的改造成本直接与其经营损益挂钩,因此采取低成本战略将会维持经营单位改造意愿,这一意愿随着改造成本提升而降低。由于行业监管部门在数字化安全生产协同监管中仅是配合数据交互,其成本因素在博弈系统中作用并不明显。

(a)Cc分别取30,40,50

由图4(d)当安全生产事故发生造成社会影响,综合监管和行业监管等政府部门因安全生产事故受到公信力损失提升到15,并且在两类监管部门消极参与集体行动会面临上级主管部门的直接问责,纵向部门压力迫使监管部门明确通过积极参与安全生产数字化协同监管来提升社会整体安全绩效。应急管理部门作为综合监管部门负主要监管责任,积极性明显高于行业监管部门,但在安全形势的压力下行业监管部门亦会逐渐选择与综合监管部门积极进行数据共享、配合开展集体行动。

3.3 不同集体行动收益对于主体策略的影响

为分析集体行动收益的对于安全生产数字化协同监管的激励作用,分别针对三方主体的不同行动收益进行数值仿真,仿真结果如图5。较之行动成本而言,收益作为集体行动的一致性动机,对于协同监管的激励性更为显著。公信力收益作为两类监管部门的集体性收益,与积极参与集体行动形成互补良性循环,监管部门积极推进企业进行数字化安全生产转型提升群众对于政府绩效评价,监管部门获得良好威信的同时获得上级褒奖,对集体行动产生正向促进作用。行业监管部门基于部门自由利益的选择性收益与其参与意愿呈现负相关趋势,并不能对博弈稳定策略产生根本性调整,但会加快三方消极参与的收敛速度。图中可看出经营单位声誉收益产生效用的阈值较高,这是由于生产经营单位以营利为核心目的,声誉收益虽可以起到一定激励作用,但经营单位对直接压缩成本或奖补政策感知更强更为敏感。

(a)ΔG分别取5,10,15

3.4 不同协同关系资本对于策略演化的影响

为探究集体行动互动产生的多种协同效应对于安全生产数字化协同监管的影响,分别对府际协同效应和两类政企协同效应进行仿真分析,结果见图6。当协同关系资本处于较低水平时,综合监管部门和生产经营单位之间加强安全生产监管数字平台建设的沟通合作可以降低双方的谈判改造和投资成本,从而促使安全生产数字化转型落地实施和有效推进。随着数字化安全生产协同监管的全面展开,会商协调机制建立并打破沟通壁垒,集体行动逐渐建立了多主体之间的制度性规范、增进相互之间信任程度并提高数据信息的匹配程度,三方集体行动的协同效应会推动博弈系统走向(1,1,1)的稳定策略。

(a)Ω分别取0.3,0.6,0.9

4 主要结论与研究建议

本文基于制度性集体行动理论框架构建了综合监管部门、行业监管部门和生产经营单位三方参与安全生产数字化协同监管集体行动的随机演化博弈模型,并借助系统动力学工具仿真分析不同因素对于集体行动演化趋势。研究结果表明,生产经营单位是考虑成本因素的关键主体,其受到相关交易成本因素影响的敏感性远远高于两类监管主体。同时,激励性干预对于一致性动机的实现效果更为显著,特别是公信力收益作为集体性收益对于集体行动的持续性激励较大。通过加强沟通交流、建立制度性或非正式的多边合作会商协调机制等方式来积累协同关系资本,可以有效破除集体行动的协作壁垒,从而促使博弈系统走向积极的稳定状态。

为进一步促进安全生产效能改善,结合本文研究结论提出如下政策建议:

(1)依托现有安全生产议事协调机构建立安全生产数字化跨部门协作机制。增强综合监管部门和行业监管部门监管力量交流建设,鼓励地方根据实际情况探索性开展监管体制改革,提高部门间相关数据信息沟通效率。同时鼓励相关部门开展安全生产监管专项联合行动,逐步建立部门间工作联动机制,为集体行动积累协同关系资本。

(2)加大政府对生产经营单位安全生产数字化转型的专项支持力度。依托现有的工业互联网、数字经济、数字政务等各类专项提升资金投入力度,降低经营单位基础性设施改造投资与研发成本。加强智慧安监公共服务平台建设,降低多方主体数据接入与共享成本。

(3)进一步协调监管部门责任边界并强化经营单位主体责任。厘清监管任务分工与协调配合关系并压缩监管盲区,并围绕数字化安全生产新业务建立职责清单动态调整机制。此外,加强对企业落实安全生产主体责任的监督与激励,推动企业开展安全生产数字化转型提升风险感知智慧化水平。