共生网络视角下工业园生态转型治理机制研究

张鹏 菅利荣 王丹丹

摘要：规范制造企业与环保企业的废弃物处理行为，形成共生治理机制，是工业园生态转型的基础。基于互惠共赢的理念，借助网络演化博弈仿真不同规模与结构下各企业的决策行为对建立共生进程的影响。结果表明：制造企业与环保企业对政府补贴的敏感度存在差异，合理的补贴政策能同时激发双方的积极性。政府在前期的引导监督工作一方面能培养两类企业自身的责任意识，另一方面能有效防止投机行为的产生，对加快共生关系的建设进程起着关键作用。

关键词：工业园生态转型；共生网络；共生行为；网络演化博弈

中图分类号： F205文献标识码： A

收稿日期：2021-07-19；修回日期：2022-02-23

基金项目：国家自然科学基金（71573124）；江苏高校哲学社会科学研究重大项目（2019SJZDA036）；江苏省社会科学基金（18EYB015）

第一作者：张鹏（1997-），男，江苏南通人，硕士研究生，主要研究方向为战略性新兴产业集群发展。

Research on the Governance Mechanism of Industrial Park′s Ecological Transformation from the Perspective of Symbiosis Network

ZHANG Peng， JIAN Lirong， WANG Dandan

（College of Economics and Management， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 211106， China）

Abstract：Standardizing the waste disposal behavior of manufacturing enterprises and environmental protection enterprises and forming a symbiotic governance mechanism are the basis for the ecological transformation of the industrial park. Based on the concept of mutual benefit and win-win， the network evolutionary game is used to simulate the influence of the decision-making behavior of enterprises under different scales and structures on the establishment of symbiosis process. The results show that there are differences in the sensitivity of manufacturing enterprises and environmental protection enterprises to government subsidies， and a reasonable subsidy policy can stimulate the enthusiasm of both parties at the same time. On the one hand， the government′s guidance and supervision in the early stage can cultivate the sense of responsibility of the two types of enterprises. On the other hand， it can effectively prevent the occurrence of speculative behavior， which plays a key role in speeding up the construction process of symbiotic relationship.

Key words： ecological transformation of industrial park; symbiotic network; symbiotic behavior; network evolutionary game

0 引言

工業共生描述了不同产业间交换资源而产生经济与环境效益的相互作用，是对未来绿色增长至关重要的系统性创新^[1-2]，如何有效促进工业共生进程是推动中国工业园生态转型的关键所在。2016年8月发布的《循环发展引领计划》明确了要初步构建绿色循环低碳产业体系，推进工业园区循环化发展^[3]。截至目前为止，中国工业园生态转型还处于探索阶段，企业的排污行为得到了规范，但废弃物的回收利用率还比较低。如何确保有效回收工业废弃物提高资源利用率，也是工业园生态转型过程中要考虑的重要问题。

相关研究发现工业共生在相对简单的市场条件和需求驱动下是有望自发发展的^[4]，而目前绝大多数工业综合体结构关系比较复杂，因此仅依靠市场与需求推动工业共生相对困难。相关案例^[5-8]表明，政策工具的设计和持续推广对共生系统的形成具有推动作用，如Kim^[9]强调推行自上而下的政策，比如明确的监管和税收制度，可能促进工业共生。同时，政府应对一些支持共生项目的关键技术进行补贴，同时持续监管企业行为，否则将不能确保企业会切实履行自身的环保责任^{[5，7，10-11]}。但是目前政府针对生态园区管制和激励方面的相关政策仍不完善^[12]。

面对政府关于控制污染排放的要求，企业仍会不同程度地选择一些投机手段，以降低污染治理成本，确保自身利益。Simpson^[13]研究发现企业往往不知道如何在环境领域采取行动，这使他们对再循环压力做出负面反应，因为他们没有足够的知识来遵守要求，这对于工业共生的建立十分不利。后来提出“建立吸引社会资本投入生态环境保护的市场化机制，推行环境污染第三方治理”，构建具备“生产者-消费者-分解者”结构的生态链，将环境污染交由第三方处理的方式从试点探索向实践应用不断深入发展^[11，14]。

综上，以往的研究为工业共生的政策制定、系统构建以及综合评价等方面做出了很大的贡献，但仍存在一定不足。一方面，转型阶段企业之间已存在生态合作意愿时的行为约束问题鲜有研究，达成合作后企业的行为是否还需要政府的调控、制造企业的废弃物管理行为对共生进程有无影响、环保企业是否会妥善处理废弃物仍值得思考；另一方面，鲜有文献研究企业群数量和结构特征不相同对建立共生关系的影响。为此，本文借助网络博弈的理论方法，并构建了反映实际企业群结构的双层网络模型，进一步分析了规模和结构不对等时各规则对演化稳定策略的影响，为促进工业园的生态转型提供了理论依据。

1 共生网络的构建及不同类型参与主体行为决策分析

1.1 问题描述

目前中国的工业园区的生态转型分为3种类型：全新规划型、自有改造型和虚拟生态工业园。其中自有改造型是指对已存的大量工业企业进行技术改造、引入环保企业、建立区域废物交换机构等，解决工业园区污染严重、企业间缺少合作等问题的一种改造模式，也是目前研究最多且最具有实际价值的方式^[12]。

根据产业生态学理论，工业共生系统是按照“废弃物关系”，由多个企业参与组建的系统。环境法规的更新与资源匮乏的加剧促进了资源的循环再利用。目前，中国工业园内各生产企业搭建的废水废气处理系统能基本满足其处理排放需求，而共生系统的构建则为其提供了固体废弃物的处理途径，即依靠第三方环保企业负责处理难处理的固体废弃物。至此，中国建立了如图1所示的工业园区废弃物处理模式。

1.2 制造企业集群-环保企业集群的双层共生网络建立

工业共生网络是包含工业共生关系的新型生产组织结构，它是产业生态与网络有机融合的产物^[15]。在生态工业园共生网络中，企业间关系的直接表现形式为“上游企业为下游企业提供废弃物或副产品作为它们的生产原料”。因此，上游制造企业与下游环保企业之间的关系为合作关系，而任一企业群的内部关系则为普通社会关系。本文构建的双层网络模型将上游企业群作为上层网络，将下游环保企业群作为下层网络，网络中的每一个节点代表一个企业，节点的连接代表企业间的关系，由此构建工业共生网络^[16]。具体如下：

1）上、下层子网络构建。相关研究表明^[15，17-18]，中国工业园区承载了产业集群的发展，集群内企业之间具有关联性，且呈现出中小企业依附大企业的企业布局情况，表明企业在选择合作对象时会优先考虑目标企业的规模实力，因此园区发展成熟后的产业布局结构具有鲜明的无标度性。其中，基于规模实力越强大的企业其社会关系越复杂的考虑，用各个节点的度表示各个节点的规模实力情况。考虑到废弃物的种类繁多但单位价值极低，为了获取规模经济，不宜设置多个同类型的环保企业^[19]。不同类型的环保企业之间因为原材料不同，会由于上游废弃物的分类质量导致它们之间产生一定的物资交换。由此可见，环保企业群网络不存在中心节点与周边节点。基于上述情况，考虑用全连通网络表征工业园区环保企业群的网络结构。

2）上、下层网络的连接。相对于从无到有建立生态工业园区，中国生态工业园的建立主要是依托已经成熟的工业园区，是一种自有改造型的转型模式^[12]，因此上游制造企业与下游环保企业建立共生关系前，均已经形成了完整的网络结构。制造业核心企业对其产业链比较熟悉，能快速匹配满足其产业链上的企业固废治理要求的环保企业。

政府将作为单独的因素考虑，不在网络的构建中有所体现。具体的构建算法为：1）生成规模为M₀的上游制造企业群网络T^S，與规模为N的下游环保企业群网络T^X；2）建立下游环保企业与上游制造企业中核心企业之间的联系，即上层网络T^S中的一个核心节点i^S，在下层网络T^X中选择n₀个节点进行连接；3）建立下游环保企业与上游制造企业中非核心企业之间的联系，即第M₀+k个上层网络中的节点获取与之相连的同质节点在下层网络T^X中所建立的p个连接关系，并在其中选择q个进行连接。

据此构建的制造产业集群与环保产业集群双层网络结构如图2所示。

1.3 不同参与主体行为决策分析

相对于自发形成更有利于工业共生关系的建立，中国由政府牵头的工业共生关系的建立被证明是可行的。政府是工业园生态转型的参与者、监督者以及引导者。通过制定各种补贴政策，鼓励环保企业入驻工业园区并与园区已有制造企业建立共生关系，利用税收、财政补贴等方法降低环保企业的成本，制定相应的监督机制，防止环保企业的投机行为。同时政府也将引导制造企业对其产生的废弃物进行类别划分，降低环保企业获取所需原材料的难度，并对制造企业提供一定的补贴，培养双方互惠互利的习惯。

环保企业属于工业园生态链中的分解者，将回收的上游制造企业产生的各种废弃物作为其生产的原材料。作为园区生态转型的关键企业，享受政府给予的各项优惠政策。但优惠政策是有限的，部分企业可能会因为规模实力比较薄弱，不可避免出现各种经营问题，但又想继续享受政府的优惠政策，因此就会进行一些投机行为，将超出产能的部分进行填埋、偷运等违规处理，如2016年河北几家危险废物处理单位就曾擅自转移危废，造成相关危害。

制造企业在园区生态链中属于生产者，生产过程产生工业三废，其中固体废弃物属于企业难处理废弃物。2020年9月份新《固废法》对工业固废的处理提出了新要求，其中就涉及到工业垃圾的分类问题。企业通过分类将一部分可用于再生产或其他方面的废弃物回收利用可以获得经济效益，剩余存在一定附加值的难处理废弃物交由第三方机构处理。当然企业也可以将废弃物统一交给拥有更完善的废弃物分类、分拣体系的第三方机构处理，但因为废弃物的种类多，统一交付的废弃物中可能存在部分环保机构处理能力之外的成分，将造成环保企业二次抉择的情况，增加了环保企业违规处理行为发生的几率。

本文考虑了生态园区建设初期环保企业的生存问题，由政府引导制造企业与环保企业之间的共生关系建立，不将废弃物视为“商品”，即忽略两类企业之间在废弃物交付时的买卖关系。

2 共生网络演化博弈模型构建与稳定性分析

网络演化博弈最早由Nowak和May^[20]于1992年提出。随着复杂网络理论的深入研究，网络博弈日益受到关注。在个体交互方面，复杂网络博弈为个体策略的更新提供了更多的更新规则^[21-25]，在群体演化方面，更客观地揭示了群体行为的变化过程^[23-24]。

2.1 博弈模型基本假设及参数设置

假设1 博弈中各方利益主体信息不完全对称且各方均为有限理性，即政府、环保企业、制造企业的策略集分别为{监管；不监管}，{正规处理；投机}，{分类；不分类}。企业的目标是最大化自身利益，因此选取的策略与期望收益的大小有关，但是仍然有一定概率没有选择最优策略。

假设2 政府作为工业园生态转型中企业间共生关系建立的引导者与监督者，对制造企业与环保企业的行为负责，对积极参与配合建设生态园的行为进行补贴激励，对环保企业为骗取财政补贴而发生的投机行为进行处罚。当一方的策略调整时，另外两方的策略也会相应进行调整。

假设3 新《固废法》对制造企业污染处理行为做了进一步约束，企业违规处理废弃物的成本已经远超通过正规途径处理的成本。为了维持企业正常运作，维护企业声誉，认为园区内制造企业的固体废弃物处理行为是规范的，不存在违规处理（如填埋、偷运等）的情况。

假设4 共生行为发生在代表园区结构的双层共生网络内，即上下游企业的收益只来源于其所构成的双层网络，其策略学习、策略更新规则相同，都是基于上一轮博弈收益的对比结果。并且上（下）层网络中的个体只与其邻居进行收益的比较。

结合上述表述及相关假设，综合设定模型参数及其符号，如表1所示，转移支付矩阵如表2所示。

2.2 共生网络博弈算法设计

对于制造企业集群-环保企业集群的双层网络，记子网络为W_a（i^a，l^a_i，s^a_i），其中a=1，2表示网络的编号（1表示的网络是上游制造企业的网络，2表示的网络是下游环保企业的网络），i^a（i=1，2，3，…，N）表示一个网络中的成员，l^a_i表示该成员的度，s^a_i代表了该成员的博弈策略。双层网络博弈算法为：

步骤1 博弈。网络1中的成员i¹与它在网络2中的所有邻居进行一次博弈，并综合它的博弈总收益，其博弈总收益为

其中，Ω²_i¹表示网络1中的个体i在网络2中的所有邻居的集合，A_i¹j¹表示网络1中的成员i和网络2中的成员j的博弈收益矩阵。同理可求得网络2中的成员博弈总收益函数。

步骤2 更新策略。经过一轮博弈之后，网络中的成员会以均匀分布的概率随机抽取与之在同一子网络中的邻居进行收益比较，当所选择的邻居的总收益值大于该成员的总收益时，该成员以一定的概率決定是否学习对方的策略，根据费米规则，这个概率表示为

步骤3 重复步骤1和步骤2一定次数，观察网络合作水平的变化情况。

2.3 演化稳定策略分析

设定政府选择监管的概率为xx∈[0，1]，不监管的概率为1-x；环保企业正规处理废弃物的概率为yy∈[0，1]，投机的概率为1-y；制造企业愿意对废弃物类别进行划分的概率为zz∈[0，1]，不愿意的概率为1-z。

2.3.1 演化博弈求解过程

政府监管和不监管的期望收益分别为LW₁和LW₂，平均期望收益为LW，由表2收益矩阵可得：

环保企业正确处理和投机的期望收益分别为LX₁和LX₂，平均期望收益为LX，由表2收益矩阵可得：

制造企业分类和不分类的期望收益分别为LS₁和LS₂，平均期望收益为LS，由表2收益矩阵可得：

根据演化博弈原理可得，政府、环保企业、制造企业的复制动态方程分别为

令Fx=Fy=Fz=0，求得系统各局部均衡点，分别为X₁=（0，0，0），X₂=（0，1，0），X₃=（0，0，1），X₄=（0，1，1），X₅=（1，0，0），X₆=（1，1，0），X₇=（1，0，1），X₈=（1，1，1）。将上述8个均衡点代入雅克比矩阵中，求得相应的特征值，如表3所示。

2.3.2 演化模型稳定性分析

假设f-a-d>0，g-h+e+f>0，此时若h-g>0，即环保企业的投机收益不低于正确处理废弃物的综合收益，可以对均衡点的稳定性分4种情况讨论。表4总结了这4种情况下的均衡点稳定性。

情境1 当m-k>0，且c-e-a-d>0时，制造企業的废弃物分类行为提高废弃物回收效率，导致了废弃物管理、储存等成本降低产生的正效益大于实施废弃物分类所需工艺改进、设备购买等的成本；对政府而言，此时监管上下游企业间建立互利共生关系的收益大于其监管成本和对外财政补贴。只有在点X₈=（1，1，1）时才满足稳定条件，此时三方的均衡策略集为{监管，正规处理，分类}。

情境2 当m-k>0，且c-e-a-d<0时，制造企业的废弃物分类行为提高废弃物回收效率，导致了废弃物管理、储存等成本降低产生的正效益小于实施废弃物分类所需工艺改进、设备购买等的成本；对政府而言，此时监管上下游企业间建立互利共生关系的收益小于其监管成本和对外财政补贴。此时均衡点X₆=（1，1，0）第一个特征值的符号无法确定，因此无法判断系统是否存在均衡策略。

情境3 当m-k<0，且c-e-a-d>0时，制造企业的废弃物分类行为提高废弃物回收效率，导致了废弃物管理、储存等成本降低产生的正效益小于实施废弃物分类所需工艺改进、设备购买等的成本；对政府而言，此时监管上下游企业间建立互利共生关系的收益大于其监管成本和对外财政补贴。此时均衡点X₅，X₆，X₇，X₈的第三个特征值符号不好判断，因此无法判断系统是否存在均衡策略。

情境4 当m-k<0，且c-e-a-d<0时，制造企业的废弃物分类行为提高废弃物回收效率，导致了废弃物管理、储存等成本降低产生的正效益小于实施废弃物分类所需工艺改进、设备购买等的成本；对政府而言，此时监管上下游企业间建立互利共生关系的收益小于其监管成本和对外财政补贴。此时均衡点X₂，X₅，X₆，X₇，X₈的特征值符号难以判断。若假设d+m-k<0，06=（1，1，0）满足稳定条件，此时三方的均衡策略集为{监管，正规处理，不分类}。

3 共生行为网络仿真分析

苏州高新区生态环境局于2019年提出要继续强化生态环境监管执法力度，狠抓环境执法检查，对不达标的企业进行处罚。同时强调推动固体废弃物的防治工作，优化了固体废弃物的处理流程，要求区分工业废物与城市垃圾，划分危险废物与一般废物，对废物的可回收性做了补充。突出了废弃物分类对废弃物资源利用、处置量的重要性。另外，园区也认识到环保企业资金需求量大，回报周期长的特点，因此加大了企业环境资金的补助力度，h8促进了环保企业良性发展。本文结合了苏州高新区生态环境管理办法的现实情境与共生行为的博弈分析，对网络演化博弈的参数进行设定。

因为模型相关参数的仿真数据较难获取，且部分难以量化，故查阅相关资料文献，咨询了相关领域的仿真专家，综合设置本文支付矩阵的仿真参数，参数赋值如表5所示。演化周期设置为20，统计上下游企业积极参与生态园区建设的比例。

3.1 政府激励强度对上下游企业决策行为的影响

按照相关研究的政府补贴力度参数的设置方法^[25]，将补贴值分为低（10%），中（50%），高（90%）三种等级，即政府对上游制造企业分类行为的补贴值为0.3，1和1.8。根据图3中的横向子图对比，政府对制造企业废弃物分类行为的补贴值越高，则企业越倾向于对废弃物进行分类。企业对下游环保企业的正规处理废弃物的补贴值为0.5，1.5和2。对图3中的纵向子图进行对比分析，当政府对环保企业正规处理废弃物的补贴越高则环保企业越倾向于认真负责处理废弃物。对双方来说，政府的补贴直接影响了他们的成本，在高的政府补贴下，企业在资金方面有更好的抗风险能力。

进一步分析图3，当制造企业对是否进行废弃物进行分类的意愿容易趋于一致时（无论是分类或者不分类），环保企业决策行为更容易达到稳定状态，这是因为当制造企业对废弃物分类行为意愿的比例趋于一致时，环保企业在废弃物的回收成本上不再产生变化，方便环保企业快速调整自身的策略。

3.2 政府惩罚力度对企业决策行为的影响

政府惩罚力度的大小直接影响了企业投机行为的产生。同理将政府的惩罚力度分为低中高3个等级，即政府对下游环保企业投机处理废弃物的处罚f分别为1，2，3，演化结果如图4所示。

由图4可知，当政府的监察力度高，对投机行为采取低容忍态度，且惩罚力度高时，环保企业不愿意承担罚款的风险，对比图4a与图4b，当惩罚力度高于能纠正企业行为的最低限度时，惩罚力度越大，越容易规范企业的行为，结果表现为企业集群内各企业采取一致决策的速度更快。当惩罚力度低于限度时，企业根据自身的趋利特性，不同程度地选择了投机行为。因此在生态园区的转型初期，需要政府加强监督，培养环保企业的责任意识，正规地处理园区内的各种难处理废弃物，保护环境并促进资源的循环利用。

3.3 下游环保企业收益对其行为决策的影响

将下游环保企业正规处理废弃物或投机的综合收益设置为低中高3个档次，即环保企业正规处理所获的综合收益g分别为5，6，7，投机行为获得的综合收益h分别为7，8，9。结果如图5所示。

对图5中各子图进行横向对比分析可知，当环保企业投机获取的收益较多地超出正规处理所获得的收益，那么在利益的驱动下，环保企业将更容易选择投机行为，这种情况下两种行为收益的差值越小，投机行为趋于一致的速率越慢。当投机获取的收益未比正规处理获取的收益超出很多时，出于社会责任以及政府的监督，环保企业倾向于选择正规处理园区内的废弃物。偶尔會发生有企业进行投机行为，对于这种情况的产生，需要政府的监督来降低其发生几率。

3.4 上游制造企业收益及成本变化影响

将上游制造企业分类废弃物的成本和产生的综合收益设置为低中高3个档次，即制造企业分类废弃物所获的综合收益m分别为3，4，5，分类产生的成本k分别为3，4，5。结果如图6所示。

一方面（由子图横向对比），只有当对难处理废弃物进行分类的回报收益大于分类成本时，制造企业才会选择进行分类。当收益和成本相抵时，需要其他外部刺激来提高制造企业进行废弃物分类的积极性。另一方面，当制造企业决策行为趋于分类或者不分类时，其决策变化速度不会由于收益与成本的差值大小有较大的变化，这是由于实行废弃物分类不属于制造企业在园区中必须履行的责任。

4 结论

本文针对工业园区企业间的共生合作问题，借助复杂网络与演化博弈理论，构建了政府调控下制造企业与环保企业参与的园区企业间共生合作的双层网络演化博弈模型，分析了不同情境下的演化稳定均衡策略，并通过仿真分析得出以下结论：

制造企业与环保企业对政府补贴激励力度的敏感程度存在差异，制造企业对政府激励表现得更敏感，这是因为两类企业的目标导向不同。因此政府在初期应采取差异化补贴政策，以培养废弃物分类意识与水平为目的对制造企业进行适当补贴与宣传，以保证环保企业的良性发展为目的适当增加其初期发展时的补助力度。

环保企业是否正规处理废弃物直接影响共生关系的建设进程，进而影响环境保护工作的好坏程度，因此政府在共生关系建立初期不能降低对环保企业废物处理行为的监测力度。当环保企业存在违规行为时，较大的惩罚力度有助于其迅速整改，而惩罚力度较低时，企业的侥幸心理与趋利性不利于环保工作的有效开展。

企业的决策行为受综合收益与社会责任意识的影响。对环保企业来说，在选择正规处理废弃物时，政府也不能放松监管，同时应该创造良好的社会环境，打击投机收益的获取途径，拓宽其获取正规收益的渠道。而有利可图时制造企业更愿意主动进行废弃物分类，因此前期的政府引导有助于培养企业主动分类的习惯，同时提高其废物分类管理水平。

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（责任编辑 李 进）