陳群，李佳昕，陳哲

(1.福建工程學院 管理學院，福建 福州 350118；2.寧德職業(yè)技術學院 ，福建 寧德 355099)

數(shù)字化協(xié)同是解決企業(yè)間信息技術與資源共享的有力手段，能減輕企業(yè)轉型的成本壓力，打破建設項目過程中各參與主體掌握信息資源的孤島狀態(tài)，促進各建造階段的數(shù)據(jù)流動，提高項目建設效率、質量和價值。企業(yè)間數(shù)字化合作帶來的協(xié)同效應可實現(xiàn)項目整體的信息技術水平升級，推動建筑業(yè)的技術突破。謝新水等[1]指出，數(shù)字化轉型背后隱藏的“社會事實”和數(shù)字資源的本質是“合作共享”，數(shù)字化的根本目的不再是謀求個體利益，而是要實現(xiàn)全行業(yè)、全社會整體效益的提升。然而，由于建設項目的建造過程涉及多方參與，各參建單位獨立的技術投入無法發(fā)揮出數(shù)字技術的優(yōu)勢，需要參建單位和相關企業(yè)共同參與到數(shù)字化技術協(xié)作中[2]，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高建筑業(yè)的精細化水平。

在數(shù)字化轉型的背景下，如何激勵建筑企業(yè)參與數(shù)字化技術協(xié)作，提高建筑業(yè)數(shù)據(jù)資源共享，已成為當前研究熱點。在針對建筑企業(yè)間協(xié)同合作的研究中，為了更好地了解建筑業(yè)各參與方協(xié)作的復雜性，Boton[3]等人運用系統(tǒng)三角分析的方法從功能、系統(tǒng)和動態(tài)3個方面對建筑企業(yè)間的合作問題進行分析，提出了一個新的系統(tǒng)方法來彌補建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術在建筑協(xié)同領域的不足。Ahmed[4]則是運用數(shù)字化技術提出了一種基于信任和合作價值估計(CoVE)的方法，并使用BIM數(shù)據(jù)集進行能力評估以減少合作風險，從而維持和促進建設項目各參建方之間的合作。在企業(yè)協(xié)同策略和機制研究中，針對參建企業(yè)間信息不交互、數(shù)據(jù)不透明等問題，余芳強[5]、毛超[6]、申玉民[7]等學者基于各種數(shù)字化技術，分別提出了建設項目全過程的數(shù)據(jù)管理體系、全過程協(xié)同體系和多人協(xié)同設計體系，為建設過程中跨階段的信息無損傳遞提供了依據(jù)，并促進了數(shù)字技術在建筑業(yè)的深度應用；在企業(yè)協(xié)同的影響因素研究中，文獻[8-10]均表明，知識互補性、技術相關性和企業(yè)間協(xié)同機制的建立等對企業(yè)間的協(xié)同合作有較為顯著的影響。然而，已有研究主要針對某一具體建造階段組織內部或者某一具體數(shù)字技術(如BIM、區(qū)塊鏈等)，鮮有以建筑行業(yè)的企業(yè)間數(shù)字化協(xié)同合作為對象，且忽略了企業(yè)進行數(shù)字化轉型是由多方共同參與的協(xié)同過程，缺乏針對企業(yè)數(shù)字化轉型內在動因和機理的探討，缺少對數(shù)字化合作過程中各個參與方之間技術合作關系的演化過程與動態(tài)發(fā)展趨勢的研究。

鑒于此，本研究以建筑企業(yè)數(shù)字化轉型過程中的技術協(xié)同合作行為為研究對象，通過演化博弈理論對建筑企業(yè)數(shù)字化轉型的演化穩(wěn)定策略進行分析，并以數(shù)值模擬仿真對演化穩(wěn)定策略中的主要影響因素的作用機理進行研究，以期對我國建筑業(yè)數(shù)字化協(xié)同發(fā)展提供理論依據(jù)與實踐指導。

1 模型的假設與構建

1.1 基本假設

本研究針對的是工程項目建設過程中作為不同參與主體的企業(yè)，包括設計方、施工方、分包方等和建造過程相關的各類企業(yè)。為簡化研究，將建筑企業(yè)視為一個系統(tǒng)，在“自然狀態(tài)”下，將系統(tǒng)劃分為兩個企業(yè)群體，在群體中分別抽取一個企業(yè)A和企業(yè)B進行博弈，它們均會從自身利益出發(fā)，選擇最有利于各自企業(yè)發(fā)展的策略。

假設1 建筑企業(yè)博弈雙方的策略集均為(數(shù)字化建造技術轉型，保持傳統(tǒng)建造模式)。

假設2 建筑企業(yè)A選擇“數(shù)字化建造技術轉型”的概率是x，選擇繼續(xù)“保持傳統(tǒng)建造模式”的概率為(1-x)；企業(yè)B選擇“數(shù)字化建造技術轉型”的概率是y，選擇繼續(xù)“保持傳統(tǒng)建造模式”的概率為(1-y)。且x,y∈[0,1]，均為時間t的函數(shù)。

假設3 建筑企業(yè)A和B選擇“保持傳統(tǒng)建造模式”時，其原始收益分別為Ia、Ib。

假設4 企業(yè)選擇實施數(shù)字化建造技術轉型時投入的成本為Ci(i=a，b)[11]；數(shù)字化技術可為企業(yè)帶來相應的收益[12-13]，收益系數(shù)為α，且α∈[0,1]；有研究[14]指出，企業(yè)利潤會受企業(yè)數(shù)字化程度的影響，企業(yè)的數(shù)字化程度對企業(yè)的利潤有積極的正向作用，因此設生產(chǎn)建造過程中建筑企業(yè)的數(shù)字化能力系數(shù)為γ0，γ0≥1，以此來反映企業(yè)的數(shù)字化程度。

假設5 企業(yè)A、B均選擇向數(shù)字化建造技術轉型時，雙方通過數(shù)字技術協(xié)同合作產(chǎn)生“1+1>2”的協(xié)同效益系數(shù)為βi(i=a，b)[15]，且βi∈[0,1]。

假設6 當建筑企業(yè)選擇數(shù)字化建造技術轉型，政府對企業(yè)的補貼為Hi(i=a，b)。

假設7 當一個企業(yè)實施數(shù)字化建造技術，而另一個企業(yè)保持傳統(tǒng)建造模式時，由于市場競爭的存在，保持傳統(tǒng)建造模式的企業(yè)的將會面臨一定的潛在損失[16](例如：市場競爭力下降等)，潛在損失記為Li(i=a,b)。

1.2 演化模型的構建

基于以上分析和假設，可得出建筑企業(yè)A和B實施數(shù)字化建造技術轉型的決策收益矩陣如表1所示。

表1 建筑企業(yè)的決策收益矩陣

2 演化博弈模型分析

2.1 演化過程中的平衡點

當企業(yè)A選擇“數(shù)字化建造技術轉型”時，企業(yè)B有“數(shù)字化建造技術轉型”和“保持傳統(tǒng)建造模式”兩種策略選擇，企業(yè)B的選擇會影響企業(yè)A的最終收益情況。此時企業(yè)A所期望達到的收益值=∑企業(yè)B選擇某種情況的概率*該策略組合下企業(yè)A可獲得的收益，對應的具體表達式為：

Ea1=y(γ0Ia+αIa+βaCa-Ca+Ha)+

(1-y)(γ0Ia+αIa-Ca+Ha)

(1)

企業(yè)A選擇保持傳統(tǒng)建造模式的期望收益為：

Ea2=y(Ia-La)+(1-y)Ia

(2)

企業(yè)A的平均期望收益為：

(3)

同上所述，當企業(yè)B選擇“數(shù)字化建造技術轉型”時，所期望達到的收益值為：

Eb1=x(γ0Ib+αIb+βbCb-Cb+Hb)+

(1-x)(γ0Ib+αIb-Cb+Hb)

(4)

企業(yè)B選擇保持傳統(tǒng)建造模式的期望收益為：

Eb2=x(Ib-Lb)+(1-x)Ib

(5)

企業(yè)B的平均期望收益為：

(6)

由此可得到一個博弈雙方復制動態(tài)方程組(T)：

(7)

為了后續(xù)便于分析，令

2.2 演化博弈平衡點的穩(wěn)定性分析

2.2.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定條件

對復制動態(tài)方程組依次求關于x和y的偏導數(shù)，系統(tǒng)對應的雅克比矩陣為：

(8)

雅克比矩陣的行列式的表達式為：

det(J)=a11a22-a12a21

雅可比矩陣的跡的表達式為：

tr(J)=a11+a22

依據(jù)Friedman[17]提出的矩陣局部分析法，判定該系統(tǒng)平衡點的穩(wěn)定性，系統(tǒng)中的穩(wěn)定點(ESS)、不穩(wěn)定點和鞍點，判定條件如下：

(1)當雅可比矩陣的跡tr(J)<0且行列式det(J)>0時，該平衡點就是穩(wěn)定的，其對應的策略就是演化穩(wěn)定策略(ESS)。

(2)當雅可比矩陣的跡tr(J)和行列式det(J)均大于零時，該平衡點是不穩(wěn)定點。

(3)當雅可比矩陣的行列式det(J)<0，而跡tr(J)為任意值時，該平衡點為鞍點。

2.2.2 企業(yè)間協(xié)同系數(shù)的穩(wěn)定性分析

情形1：當建筑企業(yè)A和B在實施數(shù)字化建造技術時的協(xié)同效應系數(shù)均很小，即

表2 情形1條件下系統(tǒng)平衡點的局部穩(wěn)定性

表3 情形2條件下系統(tǒng)平衡點的局部穩(wěn)定性

表4 情形3條件下系統(tǒng)平衡點的局部穩(wěn)定性

表5 情形4條件下系統(tǒng)平衡點的局部穩(wěn)定性

圖1 4種情形下的演化相位圖Fig.1 Phase diagram of evolution in four situations

3 數(shù)值仿真

為更加清晰地表達數(shù)字化協(xié)同效應系數(shù)、數(shù)字化能力系數(shù)、政策激勵和數(shù)字化轉型成本等關鍵參數(shù)的取值變化及對博弈主體行為策略的影響，參考相關文獻[18-19]，并采用MATLAB軟件對該博弈系統(tǒng)進行模擬仿真，初始值如表6所示。

表6 各參數(shù)初始值

3.1 初始狀態(tài)

在博弈初始階段，在其他參數(shù)不變的情況下，改變博弈雙方轉型的初始意愿值，本研究列舉了4種不同情境下的初始意愿組合策略，具體演化路徑及結果如圖2所示。在博弈之初，雙方企業(yè)均對是否進行建造技術轉型持觀望態(tài)度，即雙方初始選擇概率值均為x=y=0.5，由于企業(yè)雙方的轉型意愿均不強烈，因此系統(tǒng)迅速趨于均“保持傳統(tǒng)建造模式”。而當一方企業(yè)B具有較高數(shù)字化轉型意愿開始嘗試進行數(shù)字化轉型，而企業(yè)A仍處于觀望狀態(tài)時(即x=0.5，y=0.8)，由于企業(yè)B沒有得到市場的正向反饋，加之企業(yè)間沒有形成協(xié)同效應和較高的轉型成本，雙方最終仍會回到“保持傳統(tǒng)建造模式”的初始狀態(tài)。在此基礎上進一步提高企業(yè)雙方的轉型意愿，從圖2的仿真結果可知，只有當企業(yè)雙方的轉型意愿均處于較高的概率(x=0.8，y=0.8)時，系統(tǒng)在經(jīng)歷一定波動后，最終才會共同選擇“實施數(shù)字化轉型”。由此可以看出，僅靠企業(yè)自身發(fā)展意愿很難推動建筑企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，因此要進一步對系統(tǒng)內的相關因素進行分析和討論。

圖2 雙方初始意愿的演化路徑Fig.2 Evolutionary path of the initial will of both parties

3.2 協(xié)同系數(shù)對系統(tǒng)的影響分析

在其他因素不變、博弈雙方初始轉型意愿均為x=y=0.5的情況下，企業(yè)間的協(xié)同系數(shù)βi的變化對雙方企業(yè)決策行為的影響如圖3所示。由圖3可知，企業(yè)間的協(xié)同系數(shù)βi的提高，可促使系統(tǒng)更加快速地趨于穩(wěn)定的策略。在博弈初期，由于選擇實施數(shù)字化轉型的企業(yè)之間未形成穩(wěn)定的合作關系，企業(yè)間的協(xié)同系數(shù)較低，使得企業(yè)的收益小于數(shù)字化轉型的成本，此時博弈雙方均會維持成本較低的原始狀態(tài)，即均“保持傳統(tǒng)建造模式”。隨著企業(yè)間數(shù)字化合作的深入和完善，企業(yè)間的數(shù)字化程度逐漸提高，博弈雙方的數(shù)字化轉型意愿也越來越強烈，最終企業(yè)雙方均會選擇“實施數(shù)字化轉型”策略。

圖3 協(xié)同系數(shù)對演化路徑的影響Fig.3 Influence of synergy coefficient on evolution path

3.3 政策激勵對系統(tǒng)的影響分析

如圖4所示，當系統(tǒng)雙方的轉型意愿不強烈、均處于“保持傳統(tǒng)建造模式”的狀態(tài)時，政府可通過一定的外部激勵來促進企業(yè)的轉型。即當企業(yè)雙方均處于觀望狀態(tài)(x=y=0.5)時，政府補貼的增加可激勵雙方的合作意愿，使得系統(tǒng)最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。由于政府的支持和激勵政策，企業(yè)的轉型意愿逐漸增加，系統(tǒng)發(fā)展到相對穩(wěn)定的階段時，政府可以適當降低干預力度逐漸減少補貼，此時系統(tǒng)仍然會向“選擇數(shù)字化轉型”的方向發(fā)展。

圖4 政策激勵對演化路徑的影響Fig.4 Impact of policy incentives on the evolutionary path

3.4 數(shù)字化程度和成本共同作用對系統(tǒng)的影響

建筑企業(yè)為了提高自身數(shù)字化能力，必定需要增加相應的成本支出，當企業(yè)的數(shù)字化能力在不斷增加的同時，成本也會增加。因此，要同時考慮企業(yè)數(shù)字化程度和成本的動態(tài)變化對系統(tǒng)的影響。企業(yè)A數(shù)字化能力系數(shù)和成本同比例增長的演化路徑如圖5所示。從演化路徑可以看出，企業(yè)數(shù)字化能力的不斷提升導致成本的增加使得企業(yè)A在初期時轉型意愿不高，但經(jīng)過一段時間的發(fā)展，數(shù)字化技術的提高所帶來的收益逐漸高于投入的成本，企業(yè)在經(jīng)歷較長一段時間的發(fā)展后最終會趨于“選擇數(shù)字化轉型”的穩(wěn)定策略。

圖5 數(shù)字化程度和成本共同作用對演化路徑的影響Fig.5 Influence of the degree of digitization and cost on the evolution path

4 結論與建議

本研究立足數(shù)字化協(xié)同的角度，運用演化博弈論研究了建筑企業(yè)不同主體之間實施數(shù)字化轉型的策略，并運用Matlab軟件仿真分析了各參數(shù)對系統(tǒng)演化路徑的影響。通過上述分析獲得以下結論與管理啟示：

1)企業(yè)自身的數(shù)字化建造能力對企業(yè)的數(shù)字化效益和成本有著直接的影響。建筑企業(yè)應當重視自身數(shù)字化的發(fā)展，增加對數(shù)字技術的資金投入和研發(fā)力度，重視數(shù)字化人才引進和人才培養(yǎng)。其次，強化數(shù)字化技術在應用過程中的數(shù)據(jù)采集和處理能力、數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)應用能力。最后，讓數(shù)字化技術賦能企業(yè)管理和組織能力的建設，從而提高企業(yè)的整體業(yè)務水平和數(shù)字化能力，提升企業(yè)的核心競爭力和數(shù)字化收益。

2)建筑企業(yè)間的數(shù)字化協(xié)同效應系數(shù)顯著影響了建筑業(yè)數(shù)字化建造技術的發(fā)展，較低的協(xié)同效應會降低企業(yè)間的合作意愿。因此，政府和業(yè)主應該鼓勵業(yè)主或業(yè)內領軍企業(yè)構建以數(shù)字化技術為核心的專業(yè)化協(xié)同平臺，打破工程項目在各參建方、各環(huán)節(jié)間的信息壁壘，實現(xiàn)項目在決策、設計、施工和運維階段的信息互通、數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)對不同階段、不同建設資源的管理與協(xié)調，為企業(yè)間的數(shù)字化協(xié)同合作提供保障，從而降低企業(yè)間合作成本，提高建筑企業(yè)的數(shù)字化轉型意愿。

3)外部激勵的加入推動了建筑企業(yè)向數(shù)字化轉型的進程和發(fā)展，政府的資金扶持、制定和完善保障建筑企業(yè)數(shù)字化發(fā)展的法律法規(guī)、積極推廣和普及數(shù)字化在建筑行業(yè)的應用等，是影響建筑企業(yè)數(shù)字化轉型的外部條件，成為了建筑企業(yè)實施數(shù)字化轉型的動力引擎和加速器。在建筑業(yè)數(shù)字化技術推廣的初始階段，政府應該要加強政策引導和財政支持，以促進建筑企業(yè)的數(shù)字化轉型的積極性，并為企業(yè)數(shù)字化轉型減少一定的風險和增量成本。而在建筑業(yè)數(shù)字化技術的發(fā)展階段，政府可以適當減弱資金補貼力度，轉而采取其他的補貼政策支持建筑業(yè)數(shù)字化轉型，如校企合作、增加對相關研發(fā)機構的支持力度等。

本研究在一定意義上揭示了建筑企業(yè)實施數(shù)字化轉型的主要影響因素和動態(tài)演化過程，為建筑企業(yè)數(shù)字化協(xié)同發(fā)展提供了一定的理論依據(jù)。