既有大公建筑綠色化改造演化博弈研究

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（河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，天津 300401）

既有大公建筑綠色化改造演化博弈研究

張?jiān)?，陳敬?/p>

（河北工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，天津 300401）

為了推動(dòng)既有大型公共建筑的綠色化改造工作，運(yùn)用演化博弈論的思想方法，對(duì)我國(guó)目前的既有大型公共建筑的綠色化改造決策問(wèn)題進(jìn)行分析研究，對(duì)開(kāi)發(fā)商與政府方進(jìn)行了演化博弈分析，得出了雙方的進(jìn)化博弈穩(wěn)定解，提出政府需增加激勵(lì)力度，不斷進(jìn)行技術(shù)革新，推進(jìn)綠色化改造的發(fā)展等建議．

既有建筑；公共建筑；綠色化改造；進(jìn)化博弈論

0 引言

在20世紀(jì)中后期，人類社會(huì)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段，對(duì)于各種資源的需求也日益增長(zhǎng)．但是，近幾十年世界上各種資源危機(jī)接連爆發(fā)，讓我們逐步認(rèn)識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要意義．而作為耗能最大的行業(yè)，建筑業(yè)消耗了近一半的資源．于是在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了綠色建筑的概念，并且在20世紀(jì)90年代得到了廣泛發(fā)展．在這之后的新建建筑可以依照綠色建筑的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，但是既有建筑就只能通過(guò)綠色化改造來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)．

既有建筑綠色化改造是指通過(guò)對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、室內(nèi)環(huán)境改善以及室外資源優(yōu)化整合等方面的綜合性改造，使既有建筑具備綠色屬性，達(dá)到綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)．大型公共建筑是既有建筑中耗能最大、最急需綠色化改造的建筑類型．由于在建造時(shí)并未考慮到綠色環(huán)保理念，僅僅強(qiáng)調(diào)其功能性，導(dǎo)致了這些大型公共建筑的運(yùn)營(yíng)成本偏高，能源利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重．如果不及時(shí)解決這一問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)影響我國(guó)可持續(xù)發(fā)展道路的進(jìn)程，甚至?xí)绊懙阶訉O后代的居住生活環(huán)境[1]．

國(guó)外在這方面的研究起步較早，已經(jīng)形成了相應(yīng)的體系，從既有建筑改造的決策到改造完成之后的評(píng)價(jià)均比較完善，并且有針對(duì)各種類別建筑的專門(mén)性研究．雖然目前我國(guó)也已經(jīng)有不少學(xué)者對(duì)既有建筑綠色化改造的各個(gè)方面進(jìn)行了相關(guān)的深入研究，但其研究對(duì)象一般為既有建筑的政策發(fā)展以及評(píng)價(jià)方面，針對(duì)既有建筑中某一類別建筑的研究較少，而且使用的研究方法多為層次分析法、模糊綜合評(píng)判等在這些領(lǐng)域已經(jīng)比較成熟的方法，使用博弈論相關(guān)的方法，對(duì)其市場(chǎng)中各個(gè)主體利益相關(guān)行為的研究較少．

對(duì)既有大型公共建筑的綠色化改造應(yīng)用演化博弈論的方法進(jìn)行分析研究，有助于我們了解各參與方的行為動(dòng)態(tài)，分析其以利益為代表的深層次原因，剖析目前市場(chǎng)上各個(gè)主體都不偏向于改造的現(xiàn)象，從而推動(dòng)既有大型公共建筑的綠色化改造工作的順利開(kāi)展，為我國(guó)走可持續(xù)發(fā)展的道路提供理論依據(jù)．

1 我國(guó)既有大型公共建筑基本現(xiàn)狀介紹

根據(jù)國(guó)家建設(shè)部規(guī)定：大型公共建筑是指單棟建筑面積在2萬(wàn)m2以上的辦公建筑、商業(yè)建筑、旅游建筑、科教文衛(wèi)建筑、通信建筑以及交通運(yùn)輸用房．包括各種城市綜合體、醫(yī)院、學(xué)校等等．天津市國(guó)土資源和房屋管理局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：天津既有非住宅建筑共計(jì)8.9萬(wàn)幢，建筑面積1.4億m2，主要為公共建筑和工業(yè)建筑[2]．大型公共建筑作為一個(gè)城市的形象，是人們公共活動(dòng)的重要場(chǎng)所，然而對(duì)既有建筑進(jìn)行綠色化改造這項(xiàng)工程卻存在著很多的問(wèn)題．

1）運(yùn)行現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，存在著各種問(wèn)題．這主要是指既有建筑在建造的時(shí)候還沒(méi)有相應(yīng)的綠色標(biāo)準(zhǔn)，以及配套的強(qiáng)制措施．導(dǎo)致在公共建筑中普遍存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差，采暖制冷設(shè)備以及照明系統(tǒng)效率低下的問(wèn)題，能源利用率低，每年都要消耗大量的能源．據(jù)中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)，建筑行業(yè)要消耗50%的能源和48%的水資源，并且排放了50%的溫室氣體和40%以上的固體廢料[3]．

2）既有建筑綠色化改造尚未得到充分重視．現(xiàn)在實(shí)踐中人們常常用既有建筑節(jié)能改造來(lái)替代既有建筑綠色化改造，但其實(shí)節(jié)能改造只是綠色化改造的一部分，既有建筑綠色化改造涵蓋的范圍要更廣，不僅包括節(jié)能改造，還有節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)舒適度等方面的問(wèn)題．另外政府決策者總是更加注重大投資的新建綠色建筑，而忽視相對(duì)成本低廉的既有建筑綠色化改造[4]．

3）激勵(lì)機(jī)制不完善，既有建筑綠色化改造資金缺乏．因?yàn)榧扔薪ㄖG色化改造要從各個(gè)方面對(duì)建筑進(jìn)行全方位改造，在短期內(nèi)需要投入大量資金，很多投資商從這方面進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果是不進(jìn)行投資．而站在政府的角度看，既有建筑綠色化改造能夠節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，其長(zhǎng)期收益才是顯著的．這種矛盾就導(dǎo)致了目前既有建筑綠色化改造的投資不足，需要更完善的激勵(lì)機(jī)制[5]．

4）法律規(guī)章體系與評(píng)價(jià)體系不健全．雖然我國(guó)目前已經(jīng)于2006年出臺(tái)了《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》作為現(xiàn)有綠色建筑的建設(shè)依據(jù)，而且還有一些相關(guān)的法律法規(guī)輔助，但是我國(guó)目前還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)既有建筑綠色化改造的法律規(guī)章或者評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)．既有建筑綠色化改造與新建綠色建筑還有一定的區(qū)別，對(duì)于《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》可以借鑒但是無(wú)法直接套用，所以應(yīng)當(dāng)加快立法進(jìn)程．

2 既有大型公共建筑綠色化改造主體行為博弈分析

演化博弈論（Evolutionary Game Theory）出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，以Sm ith and Price（1973）在他們發(fā)表的創(chuàng)造性論文中首次提出演化穩(wěn)定策略（Evolutionary Stable Strategy）的概念為標(biāo)志．演化博弈論整合了理性經(jīng)濟(jì)學(xué)與演化生物學(xué)的思想，它不再將人模型化為超級(jí)理性的博弈方，而是認(rèn)為人類通常是通過(guò)“試錯(cuò)”的方法達(dá)到博弈均衡的，與生物的演化具有共性，所選擇的均衡是達(dá)到均衡的均衡過(guò)程函數(shù)，因而歷史、制度因素以及均衡過(guò)程的某些細(xì)節(jié)均會(huì)對(duì)博弈的多重均衡選擇產(chǎn)生影響．傳統(tǒng)博弈論認(rèn)為參與方是完全理性的，而演化博弈論則降低了這方面的要求，認(rèn)為博弈的主體是有限理性的，他們?cè)谝婚_(kāi)始不會(huì)選擇最優(yōu)策略，而是在互相學(xué)習(xí)與調(diào)整中得到進(jìn)化，最終形成策略均衡和演化穩(wěn)定，從而比傳統(tǒng)博弈論更加符合實(shí)際情況[6]．

對(duì)于既有大型公共建筑的綠色化改造，不同參與方有不同的投入方式和收益來(lái)源，但總體上都是短時(shí)期內(nèi)的高成本高投入，從而獲得長(zhǎng)時(shí)間里的長(zhǎng)線收益．影響決策行為的因素有很多，如市場(chǎng)的成熟度，政府的激勵(lì)力度等；與之相關(guān)的參與方包括政府，開(kāi)發(fā)商，業(yè)主，節(jié)能服務(wù)企業(yè)，綠色評(píng)估機(jī)構(gòu)和其他市場(chǎng)主體等多種市場(chǎng)主體．本文主要探討開(kāi)發(fā)商和政府方的博弈過(guò)程．

作為政府一方來(lái)說(shuō)，既有建筑綠色化改造的收益主要是能夠節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境；作為建筑擁有著一方來(lái)說(shuō)，其收益主要是能夠在以后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)節(jié)約運(yùn)行成本，并且提高房屋的居住使用舒適度[7]．

依照各參與方的投入與收益要均衡的原則，根據(jù)改造之后的收益，決定各參與方投入的比例與方式，下面是政府參與方與建筑擁有著參與方（開(kāi)發(fā)商）的既有建筑綠色化改造決策過(guò)程的進(jìn)化博弈分析．

2.1 基本假設(shè)

1）有2個(gè)局中人，局中人1是既有大型公共建筑綠色化改造的政府方，可以采取激勵(lì)措施對(duì)開(kāi)發(fā)商，也就是局中人2進(jìn)行激勵(lì)；也可以采取強(qiáng)制措施令其改造，但如采取此種措施，則需要輔以有效的監(jiān)督．局中人2則對(duì)政府方的措施采取相應(yīng)的回應(yīng)行動(dòng)．

2）在這個(gè)過(guò)程中，政府方有4種策略選擇，即政府對(duì)開(kāi)發(fā)商“強(qiáng)制并且激勵(lì)”，“強(qiáng)制但不激勵(lì)”，“不強(qiáng)制但激勵(lì)”，“不強(qiáng)制并且不激勵(lì)”；開(kāi)發(fā)商有兩種純策略選擇，即“改造”與“不改造”．

3）政府與開(kāi)發(fā)商雙方都相互了解，是完全信息的；政府是完全理性的決策主體，其目標(biāo)是從總體的角度出發(fā)；開(kāi)發(fā)商是有限理性的決策主體．并且是由政府先進(jìn)行決策，之后開(kāi)發(fā)商了解政府的策略后，再?zèng)Q定是否進(jìn)行改造，所以是動(dòng)態(tài)博弈模型．

2.2 模型建立

1）設(shè)政府對(duì)既有大型公共建筑綠色化改造可以強(qiáng)制執(zhí)行也可以不強(qiáng)制執(zhí)行；進(jìn)行激勵(lì)的概率為χ，則不激勵(lì)的概率為（1χ）；相應(yīng)的開(kāi)發(fā)商進(jìn)行改造的概率為y，則不改造的概率為（1 y）．

2）對(duì)于開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)，設(shè)政府選擇不進(jìn)行激勵(lì)時(shí)開(kāi)發(fā)商選擇不改造的收益為0，選擇改造的收益為m1；當(dāng)政府采取稅收補(bǔ)貼等方式進(jìn)行激勵(lì)時(shí)開(kāi)發(fā)商進(jìn)行改造從政府方得到的收益為n2，進(jìn)行改造本身收益為m2．總收益為（m2+n2），因?yàn)樵诩?lì)措施下開(kāi)發(fā)商改造行為會(huì)更優(yōu)化，所以m2>m1；相應(yīng)的如不進(jìn)行改造則會(huì)產(chǎn)生一些收益損失n1．

3）對(duì)于政府來(lái)說(shuō)，當(dāng)政府選擇不進(jìn)行激勵(lì)時(shí)開(kāi)發(fā)商不進(jìn)行改造，政府收益為0，而當(dāng)此時(shí)開(kāi)發(fā)商選擇改造，政府會(huì)得到一些外部收益，記為p1；當(dāng)政府進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的激勵(lì)成本，記為c，此時(shí)開(kāi)發(fā)商若不改造，則政府收益為c，開(kāi)發(fā)商進(jìn)行改造，政府收益為（p2c），因?yàn)樵诩?lì)措施下開(kāi)發(fā)商改造行為會(huì)更為優(yōu)化，所以p2>p1．

4）同時(shí)，當(dāng)政府選擇不強(qiáng)制執(zhí)行的時(shí)候，不會(huì)產(chǎn)生額外費(fèi)用和其他影響；但當(dāng)政府選擇強(qiáng)制執(zhí)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生額外的執(zhí)行及后期監(jiān)督費(fèi)用q，此時(shí)開(kāi)發(fā)商如果依然選擇不改造的損失為無(wú)窮大，如表1所示．

表1 既有建筑綠色化改造政府與開(kāi)發(fā)商間得益矩陣Tab.1 Payoffmatrixesbetween governmentand developers

2.3 當(dāng)政府不強(qiáng)制執(zhí)行時(shí)的模型求解

2.3.1 政府與開(kāi)發(fā)商間的動(dòng)態(tài)復(fù)制方程

對(duì)于政府來(lái)說(shuō)，設(shè)其進(jìn)行激勵(lì)的期望收益為U1，不進(jìn)行激勵(lì)的期望收益為U2，群體的平均期望收益為E1，則有

同理，對(duì)于開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)，設(shè)其選擇改造的期望收益為U3，不進(jìn)行改造的期望收益為U4，群體的平均期望收益為E2，則有

由E1和E2可得政府采取激勵(lì)措施時(shí)的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程Fχ和開(kāi)發(fā)商選擇進(jìn)行改造時(shí)的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程F y

式(7)和式(8)分別表示了如果政府選擇激勵(lì)的收益U1比群體的平均收益E1高，則群體相應(yīng)的比例就會(huì)上升；如果開(kāi)發(fā)商選擇改造的收益U3比群體的平均收益E2高，則群體相應(yīng)的比例也會(huì)上升．

對(duì)于一個(gè)進(jìn)化穩(wěn)定策略來(lái)說(shuō)，必須能抵抗微小的擾動(dòng)才可以，即不僅僅要求Fχ=0，并且根據(jù)微分方程的“穩(wěn)定性定理”，要求同時(shí)滿足F'χ<0時(shí)，該點(diǎn)才是真正的進(jìn)化穩(wěn)定策略點(diǎn)．

2.3.2 政府的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程分析

2.3.4 政府與開(kāi)發(fā)商初始狀態(tài)分析

通過(guò)分析，得到了政府與開(kāi)發(fā)商的進(jìn)化穩(wěn)定策略，把他們畫(huà)在同一個(gè)坐標(biāo)系中，其結(jié)果如圖3所示．

從圖3中可以得到，O 0,0和C 1,1是政府與開(kāi)發(fā)商既有建筑綠色化改造博弈中的兩個(gè)進(jìn)化穩(wěn)定策略，而另外的3個(gè)點(diǎn)A 0,1，B 1,0，Dχ*,y*則不具有收斂和抗干擾的性質(zhì)，因此他們并不是復(fù)制動(dòng)態(tài)中的穩(wěn)定點(diǎn)．其中Dχ*,y*是鞍點(diǎn)，分割了兩個(gè)穩(wěn)定區(qū)域，圖形ACBD表示最終結(jié)果趨向C點(diǎn)，即政府采取激勵(lì)措施并且開(kāi)發(fā)商選擇改造；圖形ADBO表示最終結(jié)果趨向O點(diǎn)，即政府不采取激勵(lì)措施并且開(kāi)發(fā)商不選擇改造．而兩個(gè)圖形的面積則表示了最終結(jié)果趨向的概率．

圖1 政府進(jìn)化路徑復(fù)制動(dòng)態(tài)方程相位圖Fig.1 Evolutionary path replicated dynamic equation phase diagram of government

圖2 開(kāi)發(fā)商進(jìn)化路徑復(fù)制動(dòng)態(tài)方程相位圖Fig.2 Evolutionary path replicated dynamic equation phase diagram of developers

圖3 政府與開(kāi)發(fā)商進(jìn)化博弈復(fù)制動(dòng)態(tài)演化相位圖Fig.3 Evolutionary game replicated dynamic equation phase diagram of the government and develop-

2.4 當(dāng)政府強(qiáng)制執(zhí)行時(shí)的模型求解

2.4.2 復(fù)制動(dòng)態(tài)方程分析

首先看政府，由于F1χ=Fχ，則說(shuō)明當(dāng)政府采取強(qiáng)制措施時(shí)，策略穩(wěn)定點(diǎn)及其趨勢(shì)和政府不采取強(qiáng)制措施相比未發(fā)生變化，但是對(duì)比可得總體收益減少了執(zhí)行及監(jiān)督成本q．之后看開(kāi)發(fā)商，由于F1y=+，說(shuō)明當(dāng)政府采取強(qiáng)制措施時(shí)，開(kāi)發(fā)商不改造的成本極大，所以不會(huì)有開(kāi)發(fā)商選擇不改造．

3 算例

例如某既有大型公共建筑有進(jìn)行綠色化改造的潛在需求，已知政府采取了激勵(lì)措施，但并沒(méi)有采取強(qiáng)制措施；相關(guān)數(shù)據(jù)如下：c=0.5，p1=1，p2=2，n2=0.3，m1=1，m2=1，n1=0.3，χ、y=0.5．

由以上數(shù)據(jù)繪制出既有建筑綠色化改造政府與開(kāi)發(fā)商間得益矩陣，發(fā)現(xiàn)當(dāng)政府進(jìn)行激勵(lì)并且開(kāi)發(fā)商進(jìn)行改造時(shí)是雙贏狀態(tài)；政府不激勵(lì)開(kāi)發(fā)商自發(fā)進(jìn)行改造時(shí)，政府會(huì)獲益，但是開(kāi)發(fā)商會(huì)受到損失；當(dāng)政府進(jìn)行激勵(lì)但開(kāi)發(fā)商并不進(jìn)行改造時(shí)，雙方都受到損失；當(dāng)政府不激勵(lì)開(kāi)發(fā)商也不改造時(shí)，雙方均沒(méi)有任何收益和損失．具體見(jiàn)表2．

表2 既有建筑綠色化改造政府與開(kāi)發(fā)商間得益矩陣Tab.2 Payoffmatrixesbetween governmentand developers

4 結(jié)論

很明顯，既有建筑綠色化改造政府和開(kāi)發(fā)商雙方是相互制約，相互協(xié)調(diào)的．開(kāi)發(fā)商主要考慮的問(wèn)題依然是經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，因此要想讓開(kāi)發(fā)商更多的選擇進(jìn)行綠色化改造，最好的方法就是使政府增加激勵(lì)力度，如財(cái)政補(bǔ)貼和稅收減免等方法，并且同時(shí)進(jìn)行技術(shù)革新，推進(jìn)既有建筑綠色化改造方法的發(fā)展，增加改造收益，減少改造成本；而希望依靠政治手段，強(qiáng)制推行綠色化改造，雖然在短期內(nèi)也會(huì)取得一定的效果，但會(huì)增加很多不必要的成本，并不是一個(gè)好的選擇．從另一方面來(lái)說(shuō)，只有更多的開(kāi)發(fā)商選擇了進(jìn)行既有建筑綠色化改造，政府才能得到更多的長(zhǎng)遠(yuǎn)收益，我國(guó)才能順利的推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程，進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)，我們賴以生存的地球環(huán)境才能盡最大可能被保護(hù)．

[1]王?。覈?guó)既有建筑綠色化改造發(fā)展現(xiàn)狀與研究展望[J]．建筑科技，2013（13）：22-26．

[2]路紅，徐連和，傅建華．天津市既有建筑綠色化改造探索與實(shí)踐[J]．城市，2012（10）：24-27．

[3]仇保興．從綠色建筑到低碳生態(tài)城[J]．城市發(fā)展研究，2009（7）：1-11．

[4]周建民，于洪波，等．既有建筑綠色化改造特點(diǎn)方法與實(shí)例[J]．建筑科技，2013（13）：34-37．

[5]陶品竹．既有建筑綠色化改造的管理激勵(lì)機(jī)制[J]．建筑科技，2012（23）：70-71．

[6]謝識(shí)予．有限理性條件下的進(jìn)化博弈理論[J]．上海財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，3（5）：3-9．

[7]劉偉兵，王先甲．進(jìn)化博弈決策機(jī)制設(shè)計(jì)綜述[J]．運(yùn)籌與管理，2008，17（1）：84-87．

[責(zé)任編輯 徐劍]

Research on the existing large public building green retrofit based on evolutionary game theory

ZHANG Yun，CHEN Jing-wu

(Schoolof Economics and Management,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300401,China)

In order to promote theexisting largepublicbuildinggreen retrofit,based on the evolutionary game theory, weaim toanalyze thedecision problems in ourexisting largepublicbuilding green retrofit.Wehaveanalyzed developers and the government in the evolutionary game to reach a problem solution and thuswe have the follow ing suggestions: Governmentneeds to increase incentives,proceed w ith technological innovation,and promote green development. Key words existing building;public building;green retrofit;evolutionary game theory

F 224；TU-9

A

1007-2373(2015)01-0113-06

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.01.022

2014-11-03

河北省社會(huì)科學(xué)基金（HB14GL028）

張?jiān)疲?990-），男（漢族），碩士．通訊作者：陳敬武（1965-），男（漢族），教授，博士．

數(shù)字出版日期：2015-01-24數(shù)字出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20150124.1116.007.htm l