经济学的工程设计思想与排污权交易制度的设计

乔志林

(西安交通大学 经济与金融学院，陕西 西安 710061)

经济学的工程设计思想与排污权交易制度的设计

乔志林

(西安交通大学 经济与金融学院，陕西 西安 710061)

近年来经济学正展现出工程设计的思想，形成了经济系统设计的理论和方法。排污权交易制度设计是经济系统设计的重要应用，弥补了传统理论在细节设计上的不足。目前排污权交易的经济系统设计研究主要包括排污权交易的管理模式、拍卖机制、许可证设计、投机与遵从、市场势力和交易效率等内容。未来还应注重实验研究，尽力提高外部有效性，重视框架效应，紧密结合现实市场的具体特点，考虑衍生需求问题，更加重视实地实验和污染管理政策的可操作性。

经济系统设计；工程设计；排污权交易；经济实验；环境管理

作为社会科学的经济学正展现出工程设计的思想，2012年诺贝尔经济学奖获得者埃文·罗斯(Alvin Roth)教授是这一思想的提出者，这一思想发展为经济系统设计，其最主要的领域是市场设计。市场设计始于20世纪90年代，当时一些大学的学者参与设计市场，这些市场多处于专业领域，如美国实习医生就业市场、3G频谱拍卖市场、电力市场、学生择校匹配制度。近十几年来，学术界对市场设计展开了众多实践工作，积累了大量新知识，这些新知识极具应用价值，由此经济系统设计逐渐成为一个崭新领域。

将经济理论应用于设计真实的市场存在诸多困难。经济理论基本上使用简化的、静态的博弈模型，难以应对复杂的、动态的市场。通常，市场设计工作会牵扯很多细节问题，这些细节问题要么缺乏理论解释，要么可以应用基本理论，但是求解十分困难，这导致设计者无法预测最终结果。

为了解决以上难题，罗斯(Roth)[1]提出了经济工程设计的基本思想，其核心内容是在理论分析的基础上，运用经济实验这一新工具来评估设计，从而找到最优市场机制。经济实验介于理论分析和现实应用的中间，成为一个中介。实验可以用于验证理论模型，也可以用于比较不同市场机制的有效性。基于这一工程设计思想，理论分析将为设计提供解决问题的思路，实验则可以揭示理论应用存在的问题。

排污权交易制度是市场设计的重要应用领域之一。从20世纪90年代开始，欧美学术界涌现出大量经济理论与实验研究，这些成果不仅有助于建立排污权交易市场，同时它们也是污染管理制度的测试场，为改进排污权交易制度提供了依据。

一、经济学的工程设计思想及应用

罗斯的一个早期工作是重新设计美国医学院毕业实习医生的就业市场制度，他当时主要依据盖尔-夏普利(Gale-Shapley)匹配机制进行理论设计。但是在这一工作中罗斯逐渐认识到单纯的经济理论很难解决许多实际问题，于是他使用了计算模拟和经济实验来评估所设计的制度。由此，经济系统设计的理念被罗斯开启，它具有鲜明的工程设计特色，目前在市场制度设计中得到了最广泛的应用。

经济学的工程设计思想涉及三方面的知识：博弈论、规制设计和经济实验。对一个经济系统进行设计，通常是利用博弈理论构造理论的原型，再针对现实情况，确定或优化规制设计，最后利用经济实验来评估和改进所设计的制度，并不断提高制度的长期有效性与稳定性。注重分析系统设计的细节，是经济系统设计同传统方法的重要区别。罗斯(Roth)[2]曾总结了几个关乎成败的设计细节，主要包括：(1)厚度，即市场制度中实际参与者占全部参与者(包括潜在参与者)的比例；(2)拥堵，即市场制度不完善导致的交易不充分或不完全满意；(3)简单，即制度要简单，从而使得风险可控；(4)反感，即一项制度安排可能导致人们的厌恶或负面情绪。

经济系统设计特别强调经济实验作为制度设计工具的关键作用，理论可以指导设计，而实验则可以发现理论难以预测的市场动态特性。经济实验可以是计算实验，但更多的是由真人参与的决策行为实验。在制度的设计或重设计中，广泛应用了经济实验，其原因在于无法从现实当中获取各种制度细节的直接数据，因而实验成为评价所设计机制的第一选择。

在经济系统设计中，经济实验的重要作用常常体现于以下几方面。首先，经济实验是制度的测试场；其次，经济实验可以用于比较不同机制的优劣；第三，实验数据成为说服政策制定者的有力证据，例如2005年美国波士顿公立学校学生择校制度的改进[3]。

以排污权交易制度为例来说明经济系统设计的基本思想。排污权交易制度是经济系统设计最为重要的应用之一，建立排污权交易制度突出体现了经济系统设计的理念与方法，特别是理论分析、实验测试和系统评估构成了一个有益的反馈环。首先，针对某一市场规则进行理论分析，这构成研究的基础；然后，建立原型系统，开展经济实验研究，实验对原型系统起到测试的作用；第三，进行系统评估，主要包括市场效率和外部有效性，外部有效性是指实验研究结论在现实中的有效程度；最后，以上过程可以重复，直到得出合适的政策规制建议。排污权交易制度的经济系统设计反馈环如图1所示。

图1 排污权交易制度的经济系统设计反馈环

对于排污权交易实验，它必须符合实验经济学所要求的全部条件，并且有高度可控性和可重复性。实验由真实的人在实验市场环境中进行经济决策，并且必须满足实验经济学价值诱导等原理的要求*价值诱导原理是实验经济学的方法论基础，由弗农·史密斯(Vernon Smith)提出，主要包括：(1)单调性，即实验对象对于奖励的偏好是单调增加的；(2)突显性，即实验对象奖励的增加完全取决于其采取的行动和实验所研究的机制；(3)支配性，即实验对象的效用来自实验奖励而非其它因素；(4)并行性，即实验中的经济机制同现实中的经济机制具有类似性。在此基础上，经过查理斯·普洛特(Charles Plott)等经济学家不断完善，最终形成了实验经济学的研究方法。。通常每个实验组有8至12个实验对象参与，在实验开始前，实验对象被告知交易规则及其角色(交易市场的买家或卖家)，实验中交易者将在实验市场中交易虚拟物，在排污权交易市场中虚拟物代表排污许可证，也还可以代表相关联产品市场中的产品。每一个买家都有自己的虚拟物赎回价值表，标识了购买第1至n个虚拟物时每个虚拟物的赎回价值，买家每买入一个虚拟物，其利润是该虚拟物赎回价值与买入价格之差。每个卖家都有自己的边际成本表，标识了卖出第1至n个虚拟物时每个虚拟物的成本，卖家每卖出一个虚拟物，其利润是卖出价格与该虚拟物成本之差。

实验市场的交易规则是由研究者设计的，交易过程通常利用计算机网络完成。双向拍卖机制是实验中常见的一种交易机制，买家输入自己的买入价，卖家输入自己的卖出价，如果双方成交，计算机系统会自动计算交易双方的利润。一个实验将具有至少两个实验设置，在不同实验设置中，实验控制变量具有不同的设置值。排污权交易实验通常会有很多局，在不同局中实验对象可以一直是固定匹配，也可以是随机匹配。完成一个实验往往需要较长时间，因此实验常会分为几个节独立进行，每个节的持续时间大约在1至2小时以内。此外，每个实验对象的平均现金收益应不低于其机会成本。

二、排污权交易制度的设计

尽管排污权交易的基本思想在20世纪60年代就被提出，但到20世纪90年代才真正开始应用，原因在于该制度的细节设计存在很多理论未知。经济系统设计方法恰好弥补了这一不足，因此排污权交易制度的设计研究十分关注制度的细节设计。这里筛选了有影响的一些排污权交易系统设计研究，描述了该研究领域的总体发展状况，最后给出评述。

(一)管理模式的设计

建立排污权交易制度，最基本的问题是选择管理模式，常见的管理模式是总量控制模式和信用交易模式。根据理论分析，如果生产能力固定，这两种模式的结果应当差异不大。但是巴克利(Buckley)等[4]用实验比较了这两种模式，发现总量控制模式比信用交易模式显著具有更高许可证交易量，许可证价格更低，产品产出更低而产出价格更高。

尽管总量控制模式几乎是理论研究的标准模式，但在实践中，信用交易模式常常在很多情况下被应用，最典型的代表就是《京都议定书》下的国际温室气体排放交易。海森(Hizen)等[5]研究了国际温室气体交易的市场机制，发现对于双向拍卖机制，成交价格基本上随时间收敛于完全竞争价格，但对于温室气体双边谈判交易机制，无论是否披露交易价格与减排成本信息，成交价格并不总收敛于完全竞争价格。克兰森(Klaassen)等[6]模拟了世界六个最大碳排放区域，探讨了国际碳排放交易机制，实验设置包括双边序贯谈判机制、报价拍卖和瓦尔拉斯拍卖。实验结果表明，三种实验设置的市场价格最终收敛于市场均衡，但与理论预测不同的是，在双边序贯谈判和瓦尔拉斯拍卖中不是所有国家都可以从碳排放交易中获得收益，此外由于存在投机行为或市场势力，双边序贯谈判导致收益的分布与完全竞争市场显著不同。

对于许可证的初始分配方法，理论和实务界内都存在很多争论。许可证免费初始分配需要依据历史排放状况，因而有可能导致许可证利用的低效率；许可证初始分配拍卖有可能导致企业将许可证成本转移到产品中。高瑞(Goeree)等[7]通过实验比较这两种方法，发现当市场中有较大排放企业时，许可证免费初始分配未必能减少产品的成本，而初始分配拍卖可以增加政府的收入，并减少企业发许可证横财的情况。

(二)拍卖机制的设计

对于排污权的拍卖机制，理论上双向拍卖是具有最高市场效率的方式*双向拍卖的突出特点是市场配置的高效率，因此在股票交易市场中广为应用。在双向拍卖中，买家和卖家都可以随时输入自己的买入价和卖出价，这些信息全部公开，成交的相关信息也被公开，买家与卖家都可以随时发出交易指令。大量实验研究也表明，双向拍卖可以在几局之后就达到很高的市场效率。。然而，现实中设计拍卖机制会遭到很多反对，批评意见认为排污许可证由政府拍卖，会导致政府财政收入增加，企业的财务负担加重。特别地，从政治视角看，弱小企业难以得到许可证，政府无法保证社会资源分配的公平性。为了能同时解决拍卖的效率和公平问题，韩恩(Hahn)等提出了收入中立拍卖理论。在收入中立拍卖中，许可证的初始配置是免费给企业的，然后进行许可证的密封拍卖，许可证的拥有者必须给出要价，参与者给出自己的出价，如果拥有者希望保留初始许可证，他可以报一个很高的要价，使得许可证被自己得到，而自己不会产生财务负担。拍卖师在获得所有许可证要价和出价后，决定市场的出清价格。可以看到，在收入中立拍卖中政府不能获得拍卖收益，收益被许可证卖家重新分配，政府通过调整初始分配方案，一方面实现拍卖的效率，另一方面可以调节分配的公平性。

由于收入中立拍卖的理论特性，它引发了许多研究。韩恩(Hahn)曾经运行了7个实验设置，其中6个获得了较高市场效率，但是交易价格并不是总收敛到预测值，参与人的策略也不完全符合理论。弗兰克斯(Franciosi)等[8]比较了收入中立拍卖和均价拍卖(需求者出价的密封拍卖，最高出价者获胜，成交价格介于最低接受价和最高拒绝价之间)的绩效，均价拍卖的许可证收益不存在参与者之间的再分配。研究发现这两种拍卖的价格和效率都比较相似，只是在收入中立拍卖中存在过度出价现象。莱亚德(Ledyard)等[9]比较了收入中立拍卖与双向拍卖的效率差别，实验设计中既包括竞争的市场环境，也包括独家垄断的市场环境。研究发现对于这两种环境双向拍卖的效率都优于收入中立拍卖，但对于垄断市场，收益中立拍卖效率降低的幅度低于双向拍卖效率降低的幅度；对于竞争市场，两种交易机制的许可证价格都会调整到竞争均衡，但收入中立拍卖的调整速度相对较慢。近些年来，世界上的排污权交易市场多具有宽松的排放上限，根据这一现状，邵比(Shobe)等[10]比较了四种拍卖机制(均价拍卖、歧视性拍卖、荷兰式拍卖和有需求信息的荷兰式拍卖)的结果，发现在宽松排放上限条件下，拍卖机制的选择并不影响总收益。

另一类拍卖机制的研究主要是改进现有的排污权交易制度。美国环保局(EPA)的排污权交易制度在世界上引人注目，因而常被一些研究用来进行交易机制的测试。凯森(Cason)[11]分析了EPA采用的歧视拍卖机制(最低要价的卖家与最高出价买家按出价成交)，从理论上指出EPA的拍卖规则会导致卖家低估自己的排放控制成本，而给定买家数量并增加卖家数量，会加剧这个问题，因此卖家有偏的价格信号将导致市场效率降低，并通过实验测试证明了EPA确实存在上述制度缺陷。凯森(Cason)等[12]用均价拍卖改进EPA的拍卖规则，用理论分析与实验结果指出均价拍卖相对更加有效，它使交易者对成本和价值的估计更准确，可以产生更准确的价格信息，也更容易反映市场变化。

(三)许可证的设计

排污许可证的设计属性包括存储、股份、有效期限等，在设计排污权交易制度时，需要认真考虑它们可能产生的影响。克朗少(Cronshaw)等[13]研究了许可证存储与交易的作用，它包括两个实验设置，一个只允许许可证存储，另一个既允许许可证存储，又允许许可证通过收入中立拍卖交易，研究发现如果允许许可证交易，则效率会比只允许存储提高很多。卡尔森(Carlson)等[14]研究了跨期交易对许可证价格稳定性的影响，发现如果不允许存储且许可证的需求不确定时，许可证的价格有非常不稳定的趋势；而如果许可证允许存储且有效期存在重叠，则价格不稳定可以被消除。

有的排污权交易制度设计了股份的概念，股份表示了持有者拥有当前总许可证数量的比例。迈斯特曼(Mestelman)等[15]测试了加拿大南安大略的二氧化氮交易制度，该制度与EPA的制度主要存在两个差别，一是有股份属性，二是没有许可证的强制拍卖，且交易合约可以不公开，即市场价格与数量信息是不完全的，结果表明该交易制度能够有效降低减排成本，但许可证的价格没有反映减排的边际成本。

(四)遵从行为

遵从行为是指企业保证在一定期限内污染物排放量不超过其许可证所规定的数量，当企业的许可证不足以满足实际排放需求时，就可能出现违规排放。为此，环境管理部门通常需要花费代价不断监督或者采取惩罚等强化措施。此外，排污权交易制度往往不限制交易的主体及其投资行为，因此排污权交易会存在投机行为。为此凯森(Cason)等[17]研究了存储许可证的投机行为，实验研究发现投机行为使许可证价格偏离完全竞争均衡，偏离的程度与对最优存储的偏离程度相关。

为了监督许可证卖家的遵从行为，环境管理部门可能会产生很高的成本，凯森[18]提出以买家责任规则克服卖家的非遵从行为，研究发现买家责任规则一方面使得买家愿意支付更高的价格购买更可靠的许可证，另一方面还可以促进许可证卖家的遵从行为*政府对某些排放遵从行为进行监督或惩罚有时比较困难，例如温室气体的跨国交易，买家责任规则使得卖家存在非遵从行为时，所售出的许可证会自动返还卖家，买家承担了卖家非遵从行为的代价。这一规则使得买家具有监督卖家遵从行为的激励，同时也使得卖家为提高销售价格而积极采取遵从行为。当政府对卖家进行的监督或惩罚难以实施时，买家责任规则会使许可证市场具有内在强化的特点。。墨菲(Murphy)等[19]认为政策制定者需要注意，只有采取足够的强化措施与政策才可以达到排放量减小的效果，如果只是微小地增加强化政策的力量，对于污染物排放水平的影响将很小。他们用实验测试了竞争性排污权交易中的遵从行为，发现违规行为与许可证的初始分配有关[20]。在允许许可证存储的情况下，更高的惩罚金并不能起到更大的阻止违规排放行为的作用，因此设计强化措施的关键，是引导企业能自己报告真实的排放量[21]。

(五)市场势力

理论上讲，在完全竞争的排污权交易市场中，许可证可以自动实现高效配置，社会成本达到最低，但是实际上排污权交易市场会存在市场势力，即有的企业具有操纵市场价格的能力，最终会影响市场的效率。市场势力的影响到底有多大，对这一问题设计不同的实验有不尽相同的结果。凯森(Cason)等[22]以澳大利亚某海湾的具体排放参数，实验了不完全竞争的排污权交易市场，交易方式为双向拍卖。研究发现，与双寡头垄断相比，在卖家独家垄断中许可证的价格和卖家利润都增加，平均效率降低，但差距在统计上并不显著，实验中许可证价格、利润、成交量更加接近完全竞争均衡而非独家垄断均衡。高德柏(Godby)[23]探索的一个问题为是否有充分的证据表明市场势力存在，他的答案是肯定存在；第二个问题为市场势力的影响是否太大，以至需要特殊的政策规制。对此，实验数据表明市场势力只有在特殊的情况下才会导致很差的结果。他使用实验研究表明，如果下游产品市场被主导厂商垄断，那么排污权交易的实施会导致市场效率下降，即市场效率与许可证的初始分配有关，并受到产品市场竞争的影响[24]。

产生市场势力的原因可能是多方面的，包括排污权交易市场结构、市场机制、市场厚度或许可证分配等因素。布朗(Brown)等最早研究了非对称市场结构，实验中存在一个主导厂商，其它厂商为竞争性的边缘厂商。如果许可证全部分配给主导厂商，则市场价格会高于完全竞争价格；而如果许可证全部分配给边缘厂商，则市场价格会低于完全竞争价格。不同市场机制对市场势力也有影响。穆勒(Muller)等[25]探讨了双向拍卖机制是否可以抑制排污权交易的独家垄断，数据表明剩余的分布对市场势力拥有者更有利，但市场效率并没有明显变化。

(六)交易效率的设计

有一些因素会影响排污权交易市场的交易效率，首先是市场的不确定性会影响交易者对于排污权交易的态度。本-戴维(Ben-David)等[26]针对美国EPA的交易制度建立理论模型，分析了不确定性和风险规避对于排污权交易市场激励结构的影响，实验发现减排技术投资对潜在许可证卖家的销售动机有抵消作用，这会导致卖家顾虑减排技术的有效性而在许可证市场采取等待和观望的态度。

首先，我国建筑工程施工过程中建筑施工人员缺乏运用注浆施工技术的意识。房屋建筑施工队伍的工作人员很多都根本就不了解注浆施工方法，不知道注浆施工方法的具体用途，以及在运用注浆施工方法时应该要注意的事项，而且，房屋建筑施工工作人员对于注浆施工技术的运用意义不明白，房屋建筑施工人员也不理解注浆施工技术可以带来的优势。

交易成本是影响排污权交易效率的一个重要因素。凯森(Cason)等[27]使用双向拍卖机制检验了排污权交易市场中交易成本的影响，如市场搜寻成本、信息成本、谈判成本和决策成本等。实验研究发现，如果许可证的初始分配与最优分配相差很大，随着边际交易成本的减小，许可证价格偏离最高效率价格的程度也越小。

三、借助经济系统设计思想建立排污权交易制度的研究展望

借助于经济系统设计的思想来建立排污权交易制度，欧美国家就此取得了很大成功。在未来的研究中，该领域具有以下几个特点及趋势：

1.实验研究是设计排污权交易制度的一个关键因素。世界上最早、也最著名的排污权交易系统是美国环保局(EPA)建立的SO2许可证交易市场，这个市场是世界上第一个大规模的、精心设计的排污权交易计划。值得注意的是，美国政府在SO2排污权交易计划开发过程中非常重视经济实验研究方法，曾委托多所大学系统地开展实验研究。EPA的SO2排污权交易计划取得成功的原因之一就是实验研究，排污权交易实验已成为排污权交易制度的测试场，为改进排污权交易制度提供了实验证据*这里更为关键的一个因素是美国的1990年《空气清洁法修正案》，它以全国法律的形式确立了污染许可证制度，进一步明确和加强了环境管理部门的目标、责任和权力。完善的法律环境是市场设计的前提，否则设计良好的排污权交易制度也难以达到预期效果。。

2.应尽力提高外部有效性。外部有效性是指研究结论在多大程度上能够扩展到现实世界中。为提高外部有效性，诺贝尔奖获得者弗农·史密斯(Vernon Smith)提出了实验设计的并行性原则，强调研究问题同现实问题的可比性。很多排污权交易制度研究的目的是为了测试市场机制，其结论需要推广到现实当中，就必须认真考虑实验研究的外部有效性问题。为进一步提高研究的外部有效性，设计实地实验是一个非常有价值的研究方向。

3.未给予框架效应足够重视。框架效应是指以不同的方式描述本质相同的决策问题而使决策人的选择改变。对于排污权交易，绝大多数经济实验测试都避免了框架效应这个问题，排污许可证被定义为一种虚拟物，在实验过程中不会出现“污染”、“环境问题”之类对决策有影响的词汇*避免框架效应是实验经济学非常重要的传统，其目的在于确保实验设计遵循支配性原则，从而提高结论的内部有效性。但对于环境污染这类问题，避免框架效应对结论的外部有效性有多大影响，这很值得探讨。。这一做法对提高结论的内部有效性是有益的，但是也必须看到避免框架效应可能降低外部有效性，因此需要特别重视其潜在影响。

4.研究将更加紧密地结合现实市场的具体特点。每个排污权交易市场都有自身特点，不同污染物、不同地域、不同产业结构等都会影响排污权交易市场的规制，因此研究需要针对排污权交易市场的现实具体情况展开，例如凯森(Cason)等[22]以澳大利亚某个海湾的市场结构与污染排放参数测试了当地排污权交易制度的有效性。

5.衍生需求问题。排污权交易市场中的需求属于衍生需求，也就是说许可证的需求是由产品市场的需求派生而来。目前，多数研究对此并没有充分重视，一般只考虑一个排污权交易市场，而不考虑同产品市场的交互作用，实际上产品市场的需求及竞争结构都会极大影响排污权交易制度的运行。进一步分析产品市场和许可证市场的相互关系，是设计排污权交易制度应当考虑的问题。为此，可以在设计中同时考虑产品和排污权许可证两个市场，实验测试中两个市场同时运行，就能够观察到排污权衍生需求所受到的影响。

6.更加重视实地实验。由于信息技术的发展，我国的多数排污权交易市场都实现了电子化或网络化，这使得开展实地实验成为可能。凯森(Cason)等[28]曾利用电子公告牌研究排污权交易规则，这对实地研究很有启示意义。实地实验具有较高的外部有效性，弥补了传统实验室实验技术的不足，基于电子市场的实地实验研究将是一个有意义的发展方向。

7. 更加重视污染管理政策的可操作性。利用市场机制解决污染管理问题，必然会引起相关者的利益分配不公平，如果排污权交易制度引起的不公平问题十分显著，那么这样的排污权交易政策会引起公众反感，将很难继续推行。因此，在设计排污权交易机制时，一定要充分考虑公平、交易成本、交易者决策失误、政府收益适度等政策可操作性问题，否则污染管理制度难以达到长期稳定性。

经济系统设计是建立和完善排污权交易制度的重要理论方法，也是污染管理政策制定者的有力工具。目前，我国在这一领域的研究还非常不充分，需要更多学者和政策制定者来关注，从而使得该方法在我国的排污权交易制度设计中得到深入应用。

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(责任编辑：张丛)

EconomicSystemEngineeringandtheDesignofEmissionsTradingMechanism

QIAO Zhilin

(School of Economics and Finance, Xi′an Jiaotong University, Xi′an 710061, China)

In the recent decade the economic system design has emerged as a new theory with the similar characteristics of engineering design. Emissions trading is one of its remarkable applied fields with more emphasis on designing the details of trading mechanisms. The prevailing research on the system design of emissions trading includes management models, auction mechanisms, permit designing, speculation and compliance, market power and transaction efficiency. The future research should focus on the following aspects, which are experimental studies, improving external validity, impact from framing effect, specific market design, derived demand, field experiments, and feasibility of pollution administration policies.

Economic System Design; Engineering Design; Emissions Trading; Economic Experiment; Environmental Management

2013-10-30

国家社科基金项目(09CJY038);陕西省软科学项目(2009KRM073);高校基本科研业务费项目(sk2010038)

乔志林(1972- )，男，陕西西安人，西安交通大学经济与金融学院副教授。

F062.1

A

1008-245X(2014)05-0045-06