趙孝通 劉興民 楊鵬飛(山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

建筑領(lǐng)域節(jié)能減碳是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要突破口，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑[1]。《2022中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告》指出，2020年，我國(guó)建筑全過程二氧化碳排放總量達(dá)50.8億t，建筑全過程碳排放占比達(dá)50.9%[2]。因此，急需推進(jìn)建筑領(lǐng)域低碳化發(fā)展。建筑低碳供應(yīng)鏈憑借其在物質(zhì)流、信息流、技術(shù)流、資金流及碳流等方面的強(qiáng)大整合能力對(duì)建筑業(yè)的低碳化發(fā)展起到重要作用[3]。

建筑供應(yīng)鏈內(nèi)的企業(yè)往往需要大量的資金投入，才能對(duì)碳排放技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)并進(jìn)行相應(yīng)的低碳生產(chǎn)活動(dòng)。但企業(yè)的資金通常是有限的，當(dāng)資金不足時(shí)會(huì)產(chǎn)生資金約束[4]。資金約束會(huì)影響企業(yè)的低碳策略，從而影響建筑供應(yīng)鏈低碳化發(fā)展。目前，已有許多學(xué)者對(duì)供應(yīng)鏈資金約束問題進(jìn)行了研究。霍艷芳等[5]考慮了資金約束下低碳供應(yīng)鏈決策問題，通過引入減排成本分擔(dān)機(jī)制建立減排模型，探究供應(yīng)鏈各方?jīng)Q策。李波等[6]基于由存在資金約束的制造商和供應(yīng)商組成的低碳供應(yīng)鏈，對(duì)比了銀行貸款和供應(yīng)商貿(mào)易信貸，探索制造商最優(yōu)融資方式。Zhang等[7]探討了銀行融資、零售商信貸融資和混合融資三種融資策略下閉環(huán)供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策。Cong等[8]認(rèn)為，綠色融資補(bǔ)貼和低碳補(bǔ)貼對(duì)資金約束下的供應(yīng)鏈發(fā)展都有促進(jìn)作用。上述研究表明，對(duì)于供應(yīng)鏈資金約束問題采用融資手段效果顯著[9]，供應(yīng)鏈內(nèi)各方的策略協(xié)調(diào)也具有一定的積極作用。

綜上所述，發(fā)展建筑低碳供應(yīng)鏈?zhǔn)种匾?。在建筑供?yīng)鏈低碳化過程中，鏈內(nèi)企業(yè)均可能因低碳化的升級(jí)投入而受到資金約束，進(jìn)而影響建筑低碳供應(yīng)鏈發(fā)展。現(xiàn)有研究大多是以融資方式為主要研究對(duì)象，通過擴(kuò)大資金流的方式應(yīng)對(duì)資金約束問題，但建筑供應(yīng)鏈?zhǔn)墚?dāng)前政策和市場(chǎng)影響，融資難度逐漸增大。因此，本文選擇鏈內(nèi)起主導(dǎo)作用的關(guān)鍵主體作為研究對(duì)象，從建筑低碳供應(yīng)鏈的內(nèi)部資金流角度，以各主體減碳成本和減碳收益作為參數(shù)，構(gòu)建消費(fèi)者、建設(shè)單位、建材生產(chǎn)單位三方演化博弈模型，分析在資金約束情況下建筑供應(yīng)鏈各方策略對(duì)低碳化發(fā)展的影響，制定供應(yīng)鏈內(nèi)部策略協(xié)調(diào)以應(yīng)對(duì)資金約束，加強(qiáng)建筑低碳供應(yīng)鏈資金流的穩(wěn)定性，推動(dòng)建筑低碳供應(yīng)鏈長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1 模型構(gòu)建

1.1 基本假設(shè)與參數(shù)設(shè)定

為深入研究消費(fèi)者、建設(shè)單位、建材生產(chǎn)單位三者的博弈關(guān)系，作出如下假設(shè)：

假設(shè)1：三方作為參與主體，都具備有限理性，且可當(dāng)作一個(gè)完整系統(tǒng)。

假設(shè)2：消費(fèi)者可以選擇購買低碳建筑，也可以選擇購買傳統(tǒng)建筑。設(shè)消費(fèi)者選擇購買低碳建筑的概率為x，則消費(fèi)者選擇購買傳統(tǒng)建筑的概率為1-x；設(shè)消費(fèi)者的策略空間為O(購買低碳建筑，購買傳統(tǒng)建筑)。

建設(shè)單位有建設(shè)低碳建筑和建設(shè)傳統(tǒng)建筑兩種策略選擇。設(shè)建設(shè)低碳建筑的概率為y，則建設(shè)傳統(tǒng)建筑的概率為1-y；設(shè)建設(shè)單位的策略空間為C(建設(shè)低碳建筑，建設(shè)傳統(tǒng)建筑)。

建材生產(chǎn)單位可以選擇生產(chǎn)低碳建材，也可以選擇生產(chǎn)傳統(tǒng)建材。設(shè)建材生產(chǎn)單位生產(chǎn)低碳建材的概率為z，則生產(chǎn)傳統(tǒng)建材的概率為1-z；設(shè)建材生產(chǎn)單位的策略空間為G(生產(chǎn)低碳建材，生產(chǎn)傳統(tǒng)建材)。

假設(shè)3：消費(fèi)者購買傳統(tǒng)建筑時(shí)：購買需要的建筑成本為Ct；向建設(shè)單位支付預(yù)付款后，建設(shè)單位因?yàn)榇嬖谫Y金約束，可能導(dǎo)致延期交付或難以實(shí)現(xiàn)交付，因此消費(fèi)者需承擔(dān)預(yù)付資金的風(fēng)險(xiǎn)成本W(wǎng)1。

消費(fèi)者購買低碳建筑時(shí)：在購買傳統(tǒng)建筑的成本基礎(chǔ)上需要額外支付低碳建筑增量成本kα2(α為低碳水平，隨著建筑低碳水平的提高，增量成本邊際效用遞減)；低碳建筑在使用階段相較傳統(tǒng)建筑的碳排放和能源損失更低，能源使用效率更高，因此消費(fèi)者獲得節(jié)約收益Ut[10]。為推廣低碳建筑，消費(fèi)者會(huì)得到政府的低碳建筑購買補(bǔ)貼Z；購買低碳建筑的預(yù)付資金的風(fēng)險(xiǎn)成本為W2，因低碳建筑的建設(shè)投入更大，建設(shè)單位的資金約束更嚴(yán)重，消費(fèi)者承擔(dān)的預(yù)付資金風(fēng)險(xiǎn)也更大，所以W2大于W1[11]。

假設(shè)4：建設(shè)單位建設(shè)傳統(tǒng)建筑時(shí)：建設(shè)成本和收益分別是Cj和Sj；傳統(tǒng)建筑建設(shè)過程的碳排放較多，需要購買更多的碳排放權(quán)，并且對(duì)環(huán)境的污染較為嚴(yán)重，需要繳納環(huán)境稅，形成碳交易和環(huán)境稅成本E2。

建設(shè)單位建設(shè)低碳建筑時(shí)：在建設(shè)傳統(tǒng)建筑的成本基礎(chǔ)上需要使用低碳建材，并對(duì)設(shè)備、人員、管理水平和低碳技術(shù)進(jìn)行投入，因而產(chǎn)生增量成本rα2。在面臨資金約束時(shí)，低碳增量成本的投入會(huì)加劇建設(shè)單位的資金約束，增加資金鏈斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，形成低碳投資風(fēng)險(xiǎn)成本Uj；隨著低碳建筑建設(shè)過程中碳排放和污染減少，建設(shè)單位會(huì)得到碳交易收益和節(jié)省的環(huán)境稅收益E1[12]。建設(shè)低碳建筑需要更多的技術(shù)投入，從而提高企業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，提升社會(huì)認(rèn)可度，得到更多的合作機(jī)會(huì)，同時(shí)提升了環(huán)境檢測(cè)部門認(rèn)可，提高施工效率，從而得到建設(shè)低碳建筑的企業(yè)形象收益Qj；受政府低碳建筑發(fā)展政策激勵(lì)，建設(shè)低碳建筑會(huì)得到政府補(bǔ)貼Fj；當(dāng)建設(shè)單位建設(shè)的低碳建筑未使用低碳建材沒有達(dá)到消費(fèi)者低碳要求時(shí)，需要補(bǔ)償消費(fèi)者，由此產(chǎn)生補(bǔ)償成本V[13]。

假設(shè)5：建材生產(chǎn)單位生產(chǎn)傳統(tǒng)建材時(shí)：建材生產(chǎn)成本和銷售收益分別為Cg和Sg；生產(chǎn)傳統(tǒng)建材需要更多的碳排放權(quán)和環(huán)境稅，產(chǎn)生碳交易和環(huán)境稅成本H2。

建材生產(chǎn)單位生產(chǎn)低碳建材時(shí)：在生產(chǎn)傳統(tǒng)建材的成本基礎(chǔ)上需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，同時(shí)需要對(duì)廠房、人員、設(shè)備、技術(shù)等進(jìn)行升級(jí)投入，產(chǎn)生增量成本hα2。增量成本的投入會(huì)影響建材生產(chǎn)單位的資金周轉(zhuǎn)，加劇其資金約束，增加資金鏈斷裂風(fēng)險(xiǎn)，形成碳投資風(fēng)險(xiǎn)成本Ug[14]。建材生產(chǎn)單位生產(chǎn)的建材不能達(dá)到建設(shè)單位要求的低碳水平時(shí)，建材生產(chǎn)單位需要向建設(shè)單位交納罰金Fg；生產(chǎn)低碳建材會(huì)產(chǎn)生更少的碳排放和污染物，從而在碳交易市場(chǎng)上出售碳排放權(quán)獲取收益，并且會(huì)繳納更少的環(huán)境稅，得到碳交易和環(huán)境稅節(jié)約收益H1。同時(shí)，建材生產(chǎn)單位為了生產(chǎn)低碳建材增加了技術(shù)投入，產(chǎn)生技術(shù)性增值，其建材產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)也擁有更高的議價(jià)權(quán)，因而在建材定價(jià)出售時(shí)得到低碳建材附加值收益Qg[15]。

1.2 三方演化博弈模型構(gòu)建

建立資金約束下建筑供應(yīng)鏈三方收益矩陣，見表1。

表1 資金約束下建筑供應(yīng)鏈三方收益矩陣

2 演化博弈穩(wěn)定性分析

2.1 三方策略選擇的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程

消費(fèi)者選擇購買低碳建筑和購買傳統(tǒng)建筑兩種行為策略的期望收益和平均收益為

M11=(Ut+Z-Ct-kα2-W2)yz+(Ut+Z+V-Ct-kα2-W2)y(1-z)

(1)

M12=(Ut-Ct-W2)yz+(Ut-Ct-W2)y(1-z)+(-Ct-W1)z(1-y)+(-Ct-W1)(1-y)(1-z)

(2)

M1=xM11+(1-x)M12

(3)

描述消費(fèi)者的動(dòng)態(tài)復(fù)制方程可表示為

(4)

同理可得，建設(shè)單位和建材生產(chǎn)單位的動(dòng)態(tài)復(fù)制方程為

(5)

(6)

2.2 三方演化博弈策略穩(wěn)定性分析

基于消費(fèi)者、建設(shè)單位、建材生產(chǎn)單位三方主體的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程，得到系統(tǒng)的雅可比矩陣，討論三方主體的演化穩(wěn)定策略。由三方復(fù)制動(dòng)態(tài)方程構(gòu)建的三維動(dòng)力系統(tǒng)見式(7)，系統(tǒng)的雅可比矩陣見式(8)，即

(7)

系統(tǒng)的雅可比矩陣為

(8)

在多群體演化博弈中，演化穩(wěn)定策略是純策略納什均衡，因此，只需討論F(x)=0、F(y)=0、F(z)=0時(shí)的8個(gè)局部均衡點(diǎn)，分別為E1(0，0，0)、E2(1，0，0)、E3(0，1，0)、E4(0，0，1)、E5(1，1，0)、E6(1，0，1)、E7(0，1，1)、E8(1，1，1)[15]。根據(jù)李雅普諾夫法則可知，當(dāng)雅可比矩陣的所有特征值均小于或等于0時(shí)，對(duì)應(yīng)的均衡點(diǎn)為系統(tǒng)的演化穩(wěn)定點(diǎn)(ESS)。演化穩(wěn)定策略{購買低碳建筑，建設(shè)低碳建筑，生產(chǎn)低碳建材}可以推動(dòng)建筑低碳供應(yīng)鏈的發(fā)展，對(duì)應(yīng)的均衡點(diǎn)為E8(1，1，1)。通過計(jì)算得出，E8(1，1，1)的雅克比矩陣特征根分別是(kα2-Z)，(Ug-H1-H2-Qg-Fg+hα2)，(Uj-E2-Fj-Qj-Sj-E1+rα2)。若E8(1，1，1)為均衡點(diǎn)，根據(jù)李雅普諾夫法則，需要同時(shí)滿足以下條件

(9)

從上述條件可以看出，消費(fèi)者購買低碳建筑的政府補(bǔ)貼和增量成本，建設(shè)單位資金約束時(shí)的低碳投資風(fēng)險(xiǎn)成本、建設(shè)低碳建筑的政府補(bǔ)貼、增量成本、碳交易和環(huán)境稅，建材生產(chǎn)單位資金約束時(shí)的低碳投資風(fēng)險(xiǎn)成本、生產(chǎn)低碳建材的增量成本、碳交易和環(huán)境稅、附加值收益對(duì)三方主體的行為策略有重要影響。

綜上所述，建筑低碳供應(yīng)鏈主體在資金約束下可以通過調(diào)整產(chǎn)品低碳水平降低風(fēng)險(xiǎn)成本，保證低碳策略的可行性；而政府可以通過補(bǔ)貼政策激勵(lì)建筑供應(yīng)鏈主體實(shí)行低碳策略，并對(duì)各主體之間的利益進(jìn)行協(xié)調(diào)，以保證建筑供應(yīng)鏈低碳化可持續(xù)性。

3 仿真分析

為進(jìn)一步探究低碳水平、政府補(bǔ)貼等關(guān)鍵因素對(duì)多方演化博弈過程和結(jié)果的影響，并對(duì)演化穩(wěn)定性分析進(jìn)行驗(yàn)證，使用MATLAB進(jìn)行數(shù)值仿真。結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況和現(xiàn)有研究對(duì)以下初始參數(shù)賦值[16]，單位為萬元，得到：Ct=300，k=50，α=0.5，Z=20，W1=50，Sj=200，r=80，Uj=50，F(xiàn)j=30，E1=15，E2=20，Qj=10，V=25，h=60，Ug=30，F(xiàn)g=20，H1=20，H2=25，Qg=25。在初始值的基礎(chǔ)上，分析α、Qg、E1、H1、Z、Fj對(duì)演化博弈過程和結(jié)果的影響。

為分析α變化對(duì)演化博弈過程和結(jié)果的影響，分別取α=0.2，α=0.5，α=0.8，復(fù)制動(dòng)態(tài)方程組隨時(shí)間演化50次的仿真結(jié)果，低碳水平影響仿真結(jié)果如圖1所示。同理，對(duì)Qg分別賦以10、25、40，低碳建材附加值影響仿真結(jié)果如圖2所示。

圖1 低碳水平影響仿真結(jié)果

圖2 低碳建材附加值影響仿真結(jié)果

由圖1可知，在系統(tǒng)演化至穩(wěn)定點(diǎn)E8(1，1，1)的過程中，α的提高會(huì)減緩系統(tǒng)向{購買低碳建筑，建設(shè)低碳建筑，生產(chǎn)低碳建材}這個(gè)理想策略穩(wěn)定點(diǎn)演化的速度。當(dāng)α過高時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)演化至穩(wěn)定點(diǎn)E7(0，1，1)，即{購買傳統(tǒng)建筑，建設(shè)低碳建筑，生產(chǎn)低碳建材}的策略。因此，過高的低碳水平所帶來的增量成本將超過收益，不但會(huì)影響建筑供應(yīng)鏈低碳化發(fā)展，而且會(huì)促使消費(fèi)者偏向于購買傳統(tǒng)建筑。因此，在資金約束的壓力下，建筑供應(yīng)鏈不必過度追求過高的低碳水平，可以適當(dāng)節(jié)省低碳增量成本來保證供應(yīng)鏈資金流的穩(wěn)定性。

由圖2可知，在演化過程中，隨著Qg的增大，系統(tǒng)向理想穩(wěn)定點(diǎn)演化的速度逐漸提高。建材生產(chǎn)單位可以提高低碳投入成本中技術(shù)投入的比重，以此提高所生產(chǎn)建材的技術(shù)附加值，獲取更高的附加值收益，這樣不但可以緩解建材生產(chǎn)單位的資金約束壓力，而且對(duì)整個(gè)建筑供應(yīng)鏈低碳化發(fā)展也有一定的促進(jìn)作用。

為分析政府在演化博弈過程中的作用，分別賦以E1=5，H1=10；E1=15，H1=20；E1=25，H1=30，碳交易和環(huán)境稅影響仿真結(jié)果如圖3所示。分別賦以Z=10，F(xiàn)j=20；Z=20，F(xiàn)j=30；Z=30，F(xiàn)j=40，政府補(bǔ)貼影響仿真結(jié)果如圖4所示。

圖3 碳交易和環(huán)境稅影響仿真結(jié)果

圖4 政府補(bǔ)貼影響仿真結(jié)果

由圖3和圖4可知，隨著各主體從碳交易、環(huán)境稅及政府補(bǔ)貼中獲得的收益逐漸增多，系統(tǒng)向理想穩(wěn)定點(diǎn)演化的速度隨之提高。因此，政府可以通過對(duì)碳交易政策、環(huán)境稅及補(bǔ)貼政策的調(diào)整，推動(dòng)建筑供應(yīng)鏈低碳化發(fā)展進(jìn)程。此外，政府給予消費(fèi)者購買低碳建筑的補(bǔ)貼對(duì)消費(fèi)者的消費(fèi)策略影響較大。當(dāng)補(bǔ)貼過低時(shí)，消費(fèi)者會(huì)偏向于購買傳統(tǒng)建筑。因此，政府可以通過補(bǔ)貼消費(fèi)者提高其購買低碳建筑的意愿，使資金流入建筑供應(yīng)鏈，緩解供應(yīng)鏈的資金約束壓力。

4 結(jié)語

為了研究資金約束對(duì)建筑低碳供應(yīng)鏈的影響，本文通過構(gòu)建消費(fèi)者、建設(shè)單位和建材生產(chǎn)單位三方演化博弈模型，從資金流角度分析各方低碳策略選擇的穩(wěn)定性及關(guān)鍵要素對(duì)演化路徑的影響關(guān)系，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)論如下：

(1)當(dāng)建筑低碳供應(yīng)鏈存在資金約束時(shí)，如果建筑低碳水平目標(biāo)過高，會(huì)因低碳增量成本的邊際效用遞減使成本高于收益，從而影響各方選擇低碳策略的積極性，進(jìn)而影響建筑供應(yīng)鏈的低碳化發(fā)展。因此，建設(shè)單位作為連接建材生產(chǎn)單位和消費(fèi)者的中間方，應(yīng)引導(dǎo)建筑供應(yīng)鏈將低碳水平控制在適中程度，以緩解自身和供應(yīng)鏈的資金約束壓力。在此基礎(chǔ)上，循序漸進(jìn)地提高低碳管理水平，逐步推進(jìn)建筑供應(yīng)鏈低碳化發(fā)展。

(2)建材生產(chǎn)單位因低碳技術(shù)投入獲得的附加值收益提高會(huì)使各方更傾向于選擇低碳策略，因此，建材生產(chǎn)單位應(yīng)提高自身對(duì)于低碳升級(jí)的資金投入分配，增加低碳升級(jí)中技術(shù)升級(jí)投入的比重，促進(jìn)建筑供應(yīng)鏈低碳化平穩(wěn)發(fā)展。

(3)政府對(duì)碳交易政策、環(huán)境稅和補(bǔ)貼政策的調(diào)整在很大程度上能夠激勵(lì)各主體選擇低碳策略。因此，政府可以通過采取積極的政策和提高補(bǔ)貼推動(dòng)建筑低碳供應(yīng)鏈的發(fā)展。

(4)低碳水平過高導(dǎo)致增量成本過高和政府補(bǔ)貼過低導(dǎo)致收益過低均會(huì)使消費(fèi)者傾向于選擇購買傳統(tǒng)建筑，從而阻礙建筑供應(yīng)鏈的低碳化進(jìn)程。因此，除了由建設(shè)單位引導(dǎo)建筑供應(yīng)鏈保持適中的低碳水平，政府補(bǔ)貼應(yīng)更多傾向于消費(fèi)者端，這樣既可以使資金從供應(yīng)鏈末端流向整條供應(yīng)鏈，從而最大限度地緩解建筑供應(yīng)鏈資金約束壓力，又可以從需求端刺激建筑供應(yīng)鏈低碳化發(fā)展。