高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督博弈演化的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析

李科宏 ，張亞東 ，郭 進(jìn) ，王梓丞

（西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610031）

高速鐵路投產(chǎn)運(yùn)營后采取委托運(yùn)輸管理模式[1]開展生產(chǎn)經(jīng)營，所以做好對(duì)實(shí)施委托運(yùn)輸管理的鐵路局（以下簡稱委托路局）的安全監(jiān)督工作，對(duì)于提高高鐵安全管理水平、確保高鐵運(yùn)營安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義.因此，根據(jù)鐵路總公司《關(guān)于新建合資鐵路委托運(yùn)輸管理的指導(dǎo)意見》（鐵政法[2011]149 號(hào)），各高鐵公司（甲方）應(yīng)該與委托路局（乙方）簽訂《委托運(yùn)輸管理協(xié)議》并明確各方的安全管理責(zé)任，這是對(duì)高速鐵路安全管理體制的一次創(chuàng)新性改革.按照市場經(jīng)濟(jì)原則和博弈論的觀點(diǎn)，甲、乙方分別屬于不同的經(jīng)濟(jì)體，具有各自不同的企業(yè)目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)利益，甲乙雙方可以制定不同的策略以實(shí)現(xiàn)各自利益最大化，并保障及監(jiān)督高鐵運(yùn)輸管理及安全管理，所以甲、乙方之間存在博弈現(xiàn)象.由于我國目前還處在鐵路管理體制改革過程中，高鐵委托運(yùn)輸管理制度正在逐步完善，高鐵公司盡管作為業(yè)主，尚未明確在安全管理過程中的“責(zé)權(quán)利”，且對(duì)受委托路局的安全管理考核獎(jiǎng)懲也未明確，使得博弈規(guī)則出現(xiàn)模糊，容易導(dǎo)致各主體間隱性的利益沖突不斷加深，難以達(dá)到最優(yōu)均衡狀態(tài)，長期將會(huì)直接影響高鐵監(jiān)督檢查和監(jiān)管的效果，也會(huì)對(duì)高鐵的運(yùn)營安全產(chǎn)生潛在影響.目前有關(guān)高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)存在問題的研究大多為定性分析，還缺乏深入的理論研究.陳茂瑩[2]認(rèn)為應(yīng)引入第三方力量介入高鐵安全監(jiān)管，以加強(qiáng)高鐵公司的資產(chǎn)安全；許浩平[3]認(rèn)為應(yīng)建立合理有效的委托代理關(guān)系以發(fā)揮高鐵公司與委托路局之間激勵(lì)約束機(jī)制的作用；韓世通[4]認(rèn)為應(yīng)當(dāng)修訂和完善激勵(lì)約束機(jī)制以加強(qiáng)高速鐵路委托運(yùn)輸管理；彭輝等[5]認(rèn)為應(yīng)設(shè)計(jì)和建立有效的激勵(lì)兼容機(jī)制以解決高鐵公司和委托路局之間的利益分歧，使雙方達(dá)到“共贏”.在其他領(lǐng)域，Zheng 等[6]使用演化博弈論結(jié)合委托代理理論對(duì)港口分權(quán)和集權(quán)的管理模式進(jìn)行了研究；賈璐[7]使用博弈理論和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真對(duì)工程安全監(jiān)管過程中的相關(guān)方進(jìn)行分析.本文在相關(guān)領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)有高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督法律法規(guī)，首先對(duì)高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督的組織架構(gòu)及其委托代理模式進(jìn)行分析，指出了當(dāng)前系統(tǒng)存在的主要問題.然后，基于優(yōu)化假設(shè)條件，建立了存在高鐵公司、第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)和委托路局三方的演化博弈模型，并對(duì)模型進(jìn)行求解.最后，從系統(tǒng)演化博弈的角度對(duì)高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（system dynamic，SD）仿真.本模型為分析高鐵運(yùn)營安全生產(chǎn)規(guī)律，科學(xué)制定高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督相關(guān)的政策提供了一定的理論和實(shí)踐依據(jù).

1 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)現(xiàn)狀及委托代理模式分析

1.1 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題分析

根據(jù)鐵政法[2011]149 號(hào)，高鐵公司應(yīng)與委托路局簽訂《委托運(yùn)輸管理協(xié)議》，以明確各方的權(quán)利、責(zé)任和義務(wù).高鐵安全監(jiān)督系統(tǒng)中，鐵路總公司（國家鐵路局）、高鐵公司、委托路局及其它受托單位之間的關(guān)系如圖1所示.

圖1 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)管組織架構(gòu)Fig.1 High-speed railway operation safety supervision organization structure

我國鐵路實(shí)行政企分開后，國家鐵路局開始行使政府職能對(duì)鐵路行業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，而鐵路總公司仍然負(fù)責(zé)企業(yè)內(nèi)部的安全監(jiān)管.由于在新體制下，鐵路總公司或國家鐵路局針對(duì)高鐵運(yùn)營安全的監(jiān)督管理還沒有形成一個(gè)完整的體系，存在安全監(jiān)督法規(guī)體系體制不完善，尚未建立高鐵公司對(duì)委托路局的安全監(jiān)督檢查及考核獎(jiǎng)懲工作制度等問題.關(guān)于高鐵公司的安全監(jiān)督檢查工作，《委托運(yùn)輸管理協(xié)議》中明確了高鐵公司應(yīng)當(dāng)確保安全投入，且對(duì)路局受托運(yùn)輸生產(chǎn)管理和安全管理的工作進(jìn)行監(jiān)督檢查；鐵路局需按照雙方約定向高鐵公司提供安全、運(yùn)營等管理情況報(bào)告；鐵路局對(duì)受托范圍內(nèi)安全生產(chǎn)管理工作負(fù)首要責(zé)任.因此，高鐵公司作為業(yè)主有權(quán)對(duì)委托路局進(jìn)行監(jiān)督檢查，且通過監(jiān)督檢查可以有效加強(qiáng)高鐵安全.關(guān)于委托路局的安全監(jiān)管工作，雖然在新體制下，各路局安監(jiān)辦行使的政府安全監(jiān)管職能應(yīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)內(nèi)部安全監(jiān)管職能，但由于長期以來鐵路行業(yè)的體制、觀念等原因，這種轉(zhuǎn)變?nèi)匀恍枰獣r(shí)間.另外，安監(jiān)辦與鐵路局“一套班子，兩塊牌子”合署辦公，并不是一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，這也會(huì)影響高鐵的運(yùn)營安全.

1.2 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督委托代理模式分析

以鐵路總公司內(nèi)部高鐵公司、鐵路局安監(jiān)辦和鐵路局安全生產(chǎn)機(jī)構(gòu)三方之間的委托-代理關(guān)系為研究對(duì)象，根據(jù)委托代理理論[8-9]，委托人（高鐵公司）與代理人（鐵路局）建立了安全運(yùn)輸生產(chǎn)的契約關(guān)系，即高鐵公司有權(quán)對(duì)委托路局進(jìn)行監(jiān)督檢查，路局在遵循國家鐵路局和鐵路總公司制定的各項(xiàng)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，應(yīng)按照所簽訂的協(xié)議對(duì)高鐵進(jìn)行安全方面的投入.高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)委托-代理關(guān)系如圖2所示.

圖2 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)委托-代理關(guān)系Fig.2 Principal-agent relationship of operation safety supervision system of high-speed railway

圖2表明雖然委托協(xié)議中規(guī)定了高鐵公司對(duì)委托路局的安全生產(chǎn)和監(jiān)管工作都享有監(jiān)督檢查權(quán)，也應(yīng)該實(shí)時(shí)了解委托管理工作的相關(guān)狀況，但并未能按照協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容具體落實(shí)，所以路局與高鐵公司之間的信息傳遞都用虛線表示.不同于高鐵公司，安監(jiān)辦可以清楚地觀測到委托路局的安全生產(chǎn)狀況，所以它們之間的信息傳遞用實(shí)線表示.由于信息不對(duì)稱，委托路局可能犧牲高鐵公司的利益，而使自身利益達(dá)到最大.這種狀況下，容易出現(xiàn)委托路局將針對(duì)高鐵的安全投入與其他管理事項(xiàng)混用的現(xiàn)象，不能做到專款專用，從而導(dǎo)致高鐵公司對(duì)委托路局的監(jiān)督檢查形同虛設(shè).

綜上，盡管我國高鐵已經(jīng)建立了相對(duì)完整的安全監(jiān)督機(jī)制，但仍然存在管理體制不順、安全責(zé)任不夠明確、監(jiān)督管理體制不清、安全投入管理不善等問題，需要進(jìn)一步完善安全管理工作的制度機(jī)制，把握高鐵安全管理規(guī)律，實(shí)現(xiàn)安全關(guān)鍵環(huán)節(jié)的卡控制度化、科學(xué)化.

2 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)演化博弈模型建立及分析

2.1 優(yōu)化假設(shè)條件提出

本文引入如下優(yōu)化假設(shè)以增強(qiáng)高鐵公司作為業(yè)主的主體地位和權(quán)威性：

假設(shè)1高鐵公司應(yīng)創(chuàng)新高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督檢查和監(jiān)管手段，嘗試引入獨(dú)立的第三方中介機(jī)構(gòu)介入高鐵運(yùn)營安全監(jiān)管.

假設(shè)2在委托協(xié)議中明確規(guī)定考核獎(jiǎng)懲措施，強(qiáng)化高鐵公司的監(jiān)督檢查職能，賦予高鐵公司對(duì)委托路局及其監(jiān)管機(jī)構(gòu)更加強(qiáng)大的激勵(lì)和處罰權(quán).

通過假設(shè)1、2 優(yōu)化后的系統(tǒng)委托-代理關(guān)系如圖3所示.

圖3 優(yōu)化的高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)委托-代理關(guān)系Fig.3 Optimized principal-agent relationship of the operation safety supervision system of high-speed railway

圖3表示基于假設(shè)1，高鐵公司分別與委托路局、第三方獨(dú)立監(jiān)管機(jī)構(gòu)簽訂了委托運(yùn)輸安全生產(chǎn)協(xié)議和委托安全監(jiān)管協(xié)議，通過引入獨(dú)立監(jiān)管機(jī)構(gòu)以確保高鐵公司資產(chǎn)安全（因還未出臺(tái)國家鐵路局針對(duì)高鐵的具體安全監(jiān)管辦法，所以用虛線表示其監(jiān)管關(guān)系且暫不考慮）.由于信息不對(duì)稱等原因，可能仍然存在委托路局未能按照協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容具體落實(shí)的情況，所以委托路局自身的生產(chǎn)狀況和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的監(jiān)管狀況不可能完全傳遞到高鐵公司，它們之間的信息為不完全信息.由于高鐵公司作為高鐵資產(chǎn)的持有者，代表了各大股東的利益，所以假定它不會(huì)與委托路局發(fā)生“合謀”，而委托路局與監(jiān)管機(jī)構(gòu)有可能存在合謀的傾向.另外，隨著假設(shè)2 中考核獎(jiǎng)懲措施的明確，可以使博弈三方考慮行為改變的效應(yīng)，減少信息不對(duì)稱，從而保證高鐵運(yùn)營安全.

2.2 模型描述及建立

基于優(yōu)化假設(shè)條件，依據(jù)國務(wù)院制定的《鐵路安全管理?xiàng)l例（國務(wù)院第639 號(hào)令）》，鐵路總公司出臺(tái)的《安全管理規(guī)定》和《安全監(jiān)督管理辦法》，高鐵公司與委托路局簽訂的《委托運(yùn)輸管理協(xié)議》中有關(guān)高鐵公司的監(jiān)督檢查權(quán)、鐵路局安監(jiān)辦的監(jiān)管職責(zé)和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)的安全生產(chǎn)職責(zé).本文建立的高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)演化博弈模型描述如下：

高鐵公司以比率X（0 ≤X≤ 1）對(duì)委托路局的安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)督檢查，并設(shè)高鐵公司對(duì)委托路局進(jìn)行監(jiān)督檢查的支付成本為CS.如果高鐵公司不進(jìn)行監(jiān)督，則委托路局可能違反協(xié)議，導(dǎo)致高鐵事故發(fā)生概率上升，其將承擔(dān)后期的資產(chǎn)和聲譽(yù)損失成本為LS；如果高鐵公司對(duì)委托路局進(jìn)行監(jiān)督發(fā)現(xiàn)其存在違反和遵守協(xié)議的行為將分別對(duì)其進(jìn)行處罰PR和獎(jiǎng)勵(lì)BR；同樣，高鐵公司需要對(duì)第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)其履行和不履行職責(zé)分別進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)BE和處罰PE.假設(shè)委托路局按照與高鐵公司簽訂的委托協(xié)議進(jìn)行安全投入，安全投入率為Y（0≤Y≤1），其進(jìn)行安全生產(chǎn)可以取得的正常收益為πR，如果違反協(xié)議，可以節(jié)約安全投入成本CR.由于委托路局與監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間“合謀”關(guān)系的存在，假設(shè)委托路局尋租（委托路局為尋求監(jiān)管機(jī)構(gòu)的包庇而支付的費(fèi)用）成功時(shí)的成本為WB（WB＜CR），尋租不成功時(shí)的成本為WNB（WNB＜WB）；假設(shè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)以比率Z（0 ≤Z≤ 1）對(duì)委托路局進(jìn)行日常安全監(jiān)管.當(dāng)其不進(jìn)行監(jiān)管時(shí)，可能利用自己的權(quán)利與委托路局“合謀”.假定監(jiān)管機(jī)構(gòu)嚴(yán)格監(jiān)管的成本為CE（CE＞CS），但在嚴(yán)格監(jiān)管的情況下可能由于監(jiān)管人員素質(zhì)等原因出現(xiàn)監(jiān)管失誤的情況，監(jiān)管失誤率為RE；假定監(jiān)管機(jī)構(gòu)按協(xié)議要求獲取的正常收入為πE（一般為高鐵公司根據(jù)委托監(jiān)管協(xié)議的撥款等），而不監(jiān)管與委托路局發(fā)生“合謀”時(shí)，將獲得來自委托路局的收益πBE（LE＜πBE＜WB），同時(shí)將承擔(dān)后期的期望損失成本LE（如經(jīng)濟(jì)損失或失去公眾信任的損失）.

由以上基本假定和描述可得高鐵公司、監(jiān)管機(jī)構(gòu)與委托路局的博弈收益矩陣如表1所示.

表1 高鐵公司、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和委托路局的收益矩陣Tab.1 Payoff matrix of the high-speed railway company，regulatory agencies，and commissioned railway bureau

2.3 模型求解與分析

根據(jù)演化博弈理論[10-11]，當(dāng)一個(gè)種群中的博弈參與者發(fā)現(xiàn)自身獲益低于同種群的其他參與者時(shí)，它們會(huì)主動(dòng)模仿高收益者的行為，從而動(dòng)態(tài)改變自己的策略.在高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)三方博弈過程中，當(dāng)博弈各方無法確定自身的最優(yōu)策略時(shí)，可以通過復(fù)制動(dòng)態(tài)（replicator dynamics，RD）方程描述策略的選擇機(jī)制.假設(shè)概率分布（X，1 -X），（Y，1 -Y），（Z，1 -Z）分別為高鐵公司、委托路局和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的混合戰(zhàn)略，由表1可得高鐵公司選擇監(jiān)督和不監(jiān)督的期望獲益分別為LX和L1-X，則

高鐵公司安全監(jiān)督的平均獲益為

同理可得委托路局和監(jiān)管機(jī)構(gòu)策略選擇的變化率，則整個(gè)高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)三方博弈演化復(fù)制動(dòng)態(tài)方程組如式（5）所示.

復(fù)制動(dòng)態(tài)方程組可以反映出高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)博弈三方進(jìn)行模仿學(xué)習(xí)的速度和方向，令式（5）為0，解方程可以得到演化系統(tǒng)的8 個(gè)純策略均衡解和7 個(gè)混合策略均衡解E1～E15分別為

3 高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)演化博弈模型SD 仿真

SD 是研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為的建模學(xué)科，利用它可以有效對(duì)管理政策進(jìn)行設(shè)計(jì)、制定和優(yōu)化[12].在高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)演化博弈過程中，某一方中的個(gè)體通過觀察和對(duì)比自身與同一方中其他個(gè)體的獲益進(jìn)行學(xué)習(xí)，動(dòng)態(tài)改變自身的策略選擇.因此，可以使用SD 來研究高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)演化博弈的反饋結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)中博弈各方進(jìn)行決策的行為和均衡點(diǎn)的穩(wěn)定性.使用Vensim PLE 5.6a 建立高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)的演化博弈模型如圖4所示.

根據(jù)上節(jié)的假設(shè)和理論分析，通過領(lǐng)域內(nèi)專家調(diào)研對(duì)模型中各變量賦初值，得到具體仿真參數(shù)如表2所示.

將以上具體數(shù)值代入第2.3 節(jié)的高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督演化系統(tǒng)均衡解E1～E15中，并舍去不合理的結(jié)果E9～E11、E14和E15，最終可得：

其中：E1～E8為純策略均衡解，E12～E13為混合策略均衡解.以E12= （1/4，27/28，0）T為例，將其代入圖4建立的SD 模型中進(jìn)行仿真，得到系統(tǒng)的演化博弈仿真結(jié)果如圖5（a）所示，但如果改變高鐵公司監(jiān)督檢查的比率X= 1/4 為X= 1/5 時(shí)，其仿真結(jié)果如 圖5（b）所示.

圖4 高鐵安全監(jiān)督系統(tǒng)演化博弈SD 模型Fig.4 System dynamics model of high-speed railway safety supervision evolution game system

表2 仿真參數(shù)設(shè)置Tab.2 Simulation parameter setting

圖5 均衡解E12 策略下及發(fā)生突變的系統(tǒng)演化博弈過程Fig.5 Game results under the equilibrium solution E12 strategy and mutation

圖5（a）和（b）說明均衡解E12策略下的系統(tǒng)演化博弈過程本來處于一種均衡狀態(tài)，但如果高鐵公司一方中有小部分個(gè)體發(fā)生突變，會(huì)同時(shí)引起高鐵公司和委托路局博弈過程的波動(dòng)，說明高鐵公司方中的小部分個(gè)體由于初始策略發(fā)生改變后的獲益較高，會(huì)被群體當(dāng)中的其他個(gè)體所學(xué)習(xí)和模仿，所以均衡解E12不是穩(wěn)定演化均衡，同理可驗(yàn)證均衡解E1～E8和E13都不是穩(wěn)定演化均衡.

對(duì)于博弈初始策略不為均衡解時(shí)的一般情況，例如，隨機(jī)選擇博弈三方的初始策略分別為X= 0.2，Y= 0.8，Z= 0.4 時(shí)系統(tǒng)演化博弈過程如圖6所示.

圖6 非均衡解策略系統(tǒng)演化博弈過程Fig.6 Game results under the non-equilibrium solution strategy

圖6說明當(dāng)博弈三方隨機(jī)采取非均衡解的初始策略時(shí)，博弈過程也不存在穩(wěn)定演化均衡，高鐵公司和委托路局的博弈演化過程都出現(xiàn)了波動(dòng)，但第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)的監(jiān)管比率將始終向Z= 1 的狀態(tài)演化，同理可驗(yàn)證其他非均衡解策略會(huì)出現(xiàn)同樣的變化趨勢.

4 結(jié) 論

本文基于增強(qiáng)高鐵公司主體地位和權(quán)威性的優(yōu)化假設(shè)條件，建立和分析了高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)的演化博弈模型，并使用理論證明結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析了系統(tǒng)三方策略的動(dòng)態(tài)選擇機(jī)制.由上述研究結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

（1）該模型的8 個(gè)純策略均衡解和2 個(gè)混合策略均衡解都不是演化穩(wěn)定策略均衡，當(dāng)系統(tǒng)博弈三方的初始策略選擇為純策略或混合策略均衡解時(shí)，博弈過程表現(xiàn)為相對(duì)穩(wěn)定，但如果任意一方中的個(gè)體發(fā)生突變，則博弈過程會(huì)出現(xiàn)波動(dòng).

（2）在任意非均衡解初始策略下，高鐵公司和委托路局的博弈演化過程雖然也都出現(xiàn)了波動(dòng)，但是第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)的安全監(jiān)管率將始終向Z= 1 的狀態(tài)演化，說明在優(yōu)化假設(shè)條件下，高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督系統(tǒng)的安全監(jiān)管率得到了有效提高.

由于本文所建立模型的系統(tǒng)演化博弈過程并不存在演化穩(wěn)定策略均衡，且由于篇幅限制，關(guān)于不同因素和參數(shù)影響下的系統(tǒng)均衡狀態(tài)變化和演化過程也沒有在文中體現(xiàn).未來的工作將對(duì)模型繼續(xù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，首先，希望找到演化穩(wěn)定策略均衡點(diǎn)使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其次，通過對(duì)模型中影響演化穩(wěn)定策略均衡的變量進(jìn)行分析，以給出不同運(yùn)營內(nèi)外部環(huán)境下高鐵運(yùn)營安全監(jiān)督機(jī)制的差異化建議.本研究可以為我國高鐵委托運(yùn)輸管理制度的進(jìn)一步完善奠定良好的理論基礎(chǔ).