基于奖惩机制的绿色建筑发展演化博弈分析

2023-05-06 08:46:44张中隆侯孟阳
河北建筑工程学院学报 2023年1期

张中隆 邹 筱 侯孟阳

(湖南工业大学 商学院,湖南 株洲 412007)

0 引 言

在中国可持续发展和碳中和的大背景下,绿色发展理念已成为普遍的共识.建筑行业作为我国超高耗能行业之一.促进绿色建筑发展不仅能显著降低碳排放从而推动“双碳”目标达成,还能有效提高建筑周边绿色面积促进城市绿色发展.2021年《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》中提出,到2025年城镇新建建筑全面建成绿色建筑且完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上.中国绿色建筑发展在经过“十三五”规划的要求后虽已取得较大的进展,但在当前我国绿色建筑发展仍身处不均匀不充分、消费者绿色偏好不强烈的现实境况中[1],因此实现“十四五”规划目标还面临着诸多挑战,例如前期成本过高导致开发商积极性低,绿色建筑发展已有部分基础的城市继续推动其发展表现乏力[2].政府作为社会发展的引导者,如何通过政府政策的制定解决开发商积极性低与推动乏力问题成为推动绿色建筑发展亟待解决的问题.

1 文献综述

学术界对如何推动绿色建筑发展已经做了大量的研究,其研究内容主要分为激励政策和实施成本两个方面.在激励政策方面Olubunmi等[3]运用实证方法分析绿色建筑发展相关的截面数据得出内外部激励能够共同促进绿色建筑协调有序发展.Qian等[4]将容积率奖励作为鼓励绿色建筑发展的政策引入模型结论得出容积率奖励能够促进消费者购买,从而实现需求端到供给端的推动式激励.Kuo等[5]则在容积率奖励的基础上加入公共建筑强制使用绿色建材,通过对比传统奖励方案得出此方案更为有效.李明等[6]将绿色建筑中的生态效益等外部效益作为补偿因素,构建数理模型研究得出外部效应的补偿机制能够激励绿色建筑发展.刘佳等[7]则引入碳税政策,经研究得出碳税政策是促进绿色建筑发展的有效途径.在实施成本的角度,陶凯等[8]从风险共担契约出发对建筑绿色改造进行优化以解决项目过程依赖与效用偏差.陈小龙等[9]用交易成本经济学等方法对开发商绿色建筑决策进行了研究结论得出减少信息不对称、交易成本能够促进绿色建筑发展.安娜[10]则通过分析绿色建筑与普通建筑的价格得出市场规范度不够是导致价格无明显区分以及开发商积极性不强的重要原因.吴本化[11]结合现实情况与政府定义对绿色建筑重要性进分析,并据此阐述绿色建筑评价原则以此解决市场规范度不够与价格区分不明显等问题.

从已有文献来看,学者对于绿色建筑发展的研究聚焦于激励政策的制定与外部因素对绿色建筑发展的影响,少有学者聚集于不同阶段下激励与惩罚对绿色建筑发展的影响,更鲜有学者将三方主体纳入演化博弈模型中来探讨绿色建筑发展的激励机制.事实上,在绿色建筑发展中作为主导方的政府以及能够通过需求带动供应端的消费者都是促成行业快速发展的不可或缺主体,运用演化博弈理论描述三方的有限理性能够找出影响机制从而对政府制定政策提供参考.

2 模型构建

2.1 模型假设与参数设置

假设1:政府、开发商、消费者三者完全理性且仅根据自身收益对策略进行调整.政府的行为区间有(激励约束,流于形式)两种策略.初始状态下,政府选择“激励约束”策略的概率为x,选择“流于形式”策略的比例是1-x,其中0≤x≤1.开发商的行为区间有(开发绿色建筑,开发普通建筑)两种策略.开发商选择“开发绿色建筑”策略的概率为y选择“开发普通建筑”策略的比例是1-y,其中0≤y≤1.消费者的行为区间有(购买绿色建筑,购买普通建筑)两种策略.消费者选择“购买绿色建筑”策略的概率为z选择“购买普通建筑”策略的比例是1-z,其中0≤z≤1.

假设2:政府以倡导节能减排实现社会整体效益最大化为目标而绿色建筑与普通建筑均具有显著的外部效应,因此在绿色建筑推广过程中承担了政策制定的角色.政府选择激励约束策略时会通过激励与惩罚对开发商的行为进行引导和约束,假设消费市场的总容量为n开发商的开发数量与消费市场的总容量相等,每单位绿色建筑的激励为h1,每单位普通建筑的惩罚为h2故当开发商选择全部开发绿色建筑与普通建筑的激励与惩罚分别为I=h1n、S=h2n.同时为查明开发商的开发情况政府选择激励约束时将付出监管成本S3.

假设3:开发商以自身盈利最大化为目标进行开发决策,在绿色建筑推广过程中承担着供给角色.消费者异质性偏好所产生的消费决策与政府的激励约束都将影响开发商利润从而改变其开发意愿,绿色建筑与普通建筑的售价分别为h3、h4(h3>h4)当开发商开发此类建筑而消费者全部选择购买时获得的销售收益分别为R1=h3n、R2=h4n,每单位绿色建筑的开发成本为h5,每单位普通建筑的开发成本为为h6,故当开发商选择全部开发绿色建筑和普通建筑的成本分别为C1=h5n、C2=h6n.同时若开发商开发普通建筑将会对环境造成污染进而给消费者与政府带来潜在损失,其大小与开发普通建筑的数量成正比.每单位普通建筑对政府与消费者带来的损失为h7、h8故政府全部开发普通建筑时双方的损失分别为S1=h7n、S2=h8n.

假设4:消费者以效用最大化为目标进行购买决策,在绿色建筑推广过程中既是推动者也是受益者,消费者的绿色偏好会提高其对于绿色建筑的效用评估,同时普通建筑所带来的环境污染会降低消费者对于普通建筑的效用评估.消费者购买绿色建筑与普通建筑的单位效用分别为h9、h10故消费者的总效用分为为q1=h9n、q2=h10n,当政府选择激励约束策略时将对消费者购买绿色建筑带来额外的心理收益其总额为w.

通过以上三方博弈模型假设,对模型参数进行设置,汇总主要参数如表1所示:

表1 主要参数设置及含义表达

由政府、开发商、消费者三方构成的三方博弈模型,博弈行为组合共有八种,根据以上假设,可得三方参与的策略组合及支付矩阵如表2所示:

表2 政府、开发商、消费者三方博弈支付矩阵

2.2 博弈均衡分析

Ex=yz(R3-I-S3)+y(1-z)(R3-I-S3)+(1-y)z(S-S3-S1)+(1-y)

(1-z)(S-S3-S1)

(1)

E1-x=(1-y)z(-S1)+(1-y)(1-z)*(-S1)

(2)

(3)

政府的复制动态方程为:

(4)

同理得出建筑开发商与消费者的复制动态方程F(y)、F(z)为:

F(y)=y(1-y)(C2-C1+C1z-C2z+Ix+Sx+R1z-R2z-C1xz+C2xz)

(5)

F(z)=z(1-z)(y(R2-R1+q1-q2+wx))

(6)

2.3 演化路径分析

将F(x)=0,G(y)=0,H(z)=0联立求解演化博弈的均衡点,均衡点构成了演化博弈的边界.解得8个特殊的局部均衡点:R1=(0,0,0)、R2=(0,0,1)、R3=(0,1,0)、R4=(1,0,0)、R5=(1,1,0)、R6=(1,0,1)、R7=(0,1,1)、R8=(1,1,1)这8个点构成了演化博弈的边界.根据MaynardSmith[12]和Taylor[13]所提出的结论可知,由于三方演化博弈均衡一定是严格纳什均衡,因而也一定是纯策略纳什均衡,因此三方博弈的动态复制系统,其它点都是非渐进稳定状态,只需要讨论上述8个特殊点的渐进稳定性.根据Lyapunov稳定性定理,对复制动态求偏导得到雅可比矩阵如表3所示:

表3 均衡点特征值表

当λ1、λ2、λ3均小于等于0时即此均衡点为稳定的均衡点,通过判断均衡点特征值的正负性能够得出政府、开发商、消费者的三方博弈模型中存在6个稳定均衡点,结合现实情况能够发现E7(0,1,1)、E8(1,1,1)为理想均衡点,通过对理想均衡点的形成条件进行分析能够为绿色建筑发展提出相关建议.

当I-R3+S3<0、C1-C2-I-R1+R2-S<0、R1-R2-q1+q2-w<0同时存在时将稳定(激励约束、开发绿色建筑、购买绿色建筑)三方,即开发商开发绿色建筑时可获得可观的收益,在政府的奖惩机制下,开发商出于利润最大化考量从而选择开发绿色建筑;消费者也具有一定的环境偏好,加上政府对于环境污染治理、环境保护的宣传消费者最终将选择购买绿色建筑,此时消费者主导的市场大环境还在初始阶段,绿色消费的规模效应并未完全形成,环保意识还未深入人心.最终在政府加大惩处力度、增加激励金额与提高环保教育的共同作用下达到供给侧与需求侧两方对于绿色建筑发展的带动,利用供需网络的正外部效应实现对双方行为的引导.

当R3-I-S3<0、R2-R1<0、R1-R2-q1+q2<0同时存在时三方(流于形式、开发绿色建筑、购买绿色建筑)将稳定.即开发商开发绿色建筑时有足量的消费者购买,通过开发绿色建筑能够获得理想的利润,同时消费者也出于自身的环境偏好从而愿意付出更多金钱来购买绿色建筑,此时消费者主导的市场大环境已经形成;政府激励难以再次激起充分的外部效应,此时以消费者为主导的绿色建筑市场已经实现了由政府的硬监管已经转换成为消费者需求带来的软监管,因此政府不需要加大约束力度来达到监管作用从而将选择流于形式的政策.

3 仿真分析

为更直观展示不同影响因素对绿色建筑发展的作用强度及动态演化路径,对上述两个理想均衡点,采用数值仿真的方法来分析政府的激励与惩罚对其演化路径的影响.

结合E8(1,1,1)的达成条件,得出第一次赋值结果如下R3=170,I=50,S3=50,C1=200,C2=150,R1=250,R2=200,S=20,q1=240,q2=210,w=30,为消除初始意愿对其的影响假设三方的初始意愿都为0.5,运用matlab改变奖励与惩罚的数值进行仿真分析结果如图1所示.

(a) 激励大小对三方的演化路径的影响 (b) 惩罚大小对开发商演化路径的影响

由图1能够看出在消费者主导的市场大环境初步形成时,激励大小的改变会影响三方主体的演化路径与稳定点,当激励大小增加到一定阈值时三方博弈的稳定点将由激励约束、开发绿色建筑、购买绿色建筑转为流于形式、开发普通建筑、购买普通建筑,究其原因在于激励力度过大将导致政府的资金压力大于其承受范围,最终政府的意愿降低致使绿色建筑发展缺少有效的引导,因此政府在提供适度激励的同时应当根据实际情况开展补贴退坡政策减少资金支出.而处罚力度的增大将不会改变稳定点,通过开发商开发绿色建筑概率随时间演化图能够看出随着惩罚力度的增大开发商将更快趋于开发绿色建筑,因此在大环境初步形成阶段政府可以通过提高惩罚力度,加速绿色建筑发展.

结合E7=(0,1,1)的达成条件,得出第一次赋值结果如下R3=50,I=50,S3=50,C1=200,C2=150,R1=250,R2=200,S=20,q1=270,q2=210,w=30,运用matlab改变奖励与惩罚的是指进行仿真分析结果如图2所示.

(a) 激励大小对开发商演化路径的影响 (b) 惩罚大小对开发商演化路径的影响

由图2能够看出在消费者主导的市场大环境已经形成时,激励大小的提升只会影响最初的收敛速率但对整体的稳定时间几乎没有影响.究其原因在于政策刚实行时高额的激励确实能够提高开发商开发绿色建筑的意愿但随着时间的发展,政府因较高的支出导致激励力度下降从而提前取消激励,因此在市场大环境已经形成时政府在前期可以通过少量的补贴激发绿色建筑市场发展.而随着出发力度的增加开发商的收敛速度将逐渐加快,因此政府可以在市场大环境形成时适度加大处罚力度,防止开发商从中投机得利.

4 结 语

本文通过构建政府-开发商-消费者三方演化博弈模型探究绿色建筑成功发展的条件,着重研究了理想均衡点下激励与惩罚对绿色建筑发展的影响.经分析得出消费者购买绿色建筑与普通建筑的消费剩余、激励力度、惩罚力度、环境外部性将决定绿色建筑发展的最终稳定情况,同时消费者与开发商同时参与到绿色建筑发展才能促进绿色建筑有效发展,因此政府在开展奖罚政策的同时也应加大绿色宣传提高消费者绿色偏好.分析两个理想均衡点下的数值仿真结果得出消费者主导的市场大环境还在初步形成阶段时政府应当注意激励金额的调整,并根据自身与市场情况适度开展补贴退坡,同时增加处罚力度以此更快促进绿色建筑发展.在消费者主导的市场大环境已经形成时期激励金额的调整在前期可以提高开发商开发速率但难以提高整体速率,惩罚力度的增大能够提高开发商的意愿,因此政府可以在前期通过少量激励促进开发商开发,更快满足绿色建筑市场的供需平衡,与此同时也应适当增加处罚力度以免投机现象的产生.