建筑固体废弃物资源化利用的三方非对称演化博弈

陈 伟， 易 莎， 邹 松， 张守城

(1. 武汉理工大学 土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430070； 2. 武汉市建筑节能办公室， 湖北 武汉 430015；3. 武汉市政工程设计研究院有限责任公司， 湖北 武汉 430023)

我国正处于城镇化加速的进程中，在不断建设与发展的同时也消耗了大量的自然资源并产生了大量的建筑固体废弃物，难以处理的建筑固体废弃物对社会、环境、经济都将带来不利影响。大多数建筑固体废弃物可以作为再生资源循环利用，如何科学高效地处理建筑固体废弃物资源化成为现阶段的关键问题。

目前，已有学者对建筑固体废弃物资源化利用的产业链管理开展相关研究。一些学者从建筑固体废弃物管理系统建立[1]、经济性评价[2]、产业共生组织[3]等方面展开，也有学者运用博弈论的理论思想分析建筑固体废弃物资源化利用产业链中各方主体的利益关系及协调运作机制。杨香传[4]对建筑固体废弃物回收物流运营进行博弈均衡研究，得到政府、企业、民众决策的关键变量因素与影响关系，并验证其环境影响效益。袁红平[5]采用进化博弈的方法，对建筑固体废弃物施工企业和建材生产企业两方在不同情况下的决策及稳定策略进行了分析，甄别建筑固体废弃物资源化利用发展的关键因素。姚伟明[6]针对全过程各阶段的不同参与主体，进行不同阶段的各方主体纳什均衡和演化稳定博弈分析。笔者注意到目前的研究大多局限于静态或动态博弈，或对于三方主体的两两演化博弈分析，且对于建筑固体废弃物回收利用产业链末端的资源化处理企业鲜有学者将其纳入利益主体加以重点分析。

鉴于此，本文提出政府、生产企业和资源处理企业为主体的三方非对称演化博弈模型，分析建筑固体废弃物三个参与主体从产生到资源化处理过程中的行为策略及利益关系，运用复制动力学方法对三方主体之间的博弈关系进行研究。研究得到建筑固体废弃物资源化利用博弈模型在不同的初始情况下存在的四个演化稳定策略，及影响最终稳定状态的关键因素，为建立科学高效的建筑固体筑废弃物资源化共享链管理机制提供理论依据。

1 问题分析

1.1 资源化困境分析

建筑固体废弃物资源化利用的研究与实践虽然已实施较长时间，但仍面临着建筑固体废弃物产生后难以回收、难以稳定获取原料、难以高效处理利用、难以广泛应用，且政府部门难以有效监管等问题。

(1)建筑工程的施工与拆除单位由于自身利益的考虑，若没有相关的经济政策支持，往往采取简单直接的方式处理建筑固体废弃物而不会对废弃物进行分拣利用，由于建筑固体废弃物成分的复杂性，后期的回收利用难度巨大；

(2)由于缺乏对应的监管制度，建筑固体废弃物被生产方随意丢弃或简单运输填埋，再生处理企业无法从生产方直接获取原材料，二级原料市场也处于匮乏状态，再生处理企业的原料难以得到保障；

(3)由于建筑固体废弃物的种类较多，再生处理技术的探索与更新难度巨大，市场与公众对于生产出来的再生产品缺乏信任，导致处理企业在最终的出口环节难以推广获取实际收益；

(4)政府对于建筑固体废弃物的管理重心仍未关注资源化利用环节，虽然国家已逐渐出台了对于建筑固体废弃物资源化管理的相关政策，但对于建筑固体废弃物资源化利用的监管仍然未实际纳入政府管理范畴，无法实施真正的管理措施。

因此，亟待建立建筑固体废弃物从生产到二次原料资源化再生的建筑固体废弃物共享链，协调固体废弃物循环利用管理的实践路径，形成固体废弃物资源化的共生产业链。

1.2 主体分析

在当前背景下，解决建筑固体废弃物资源化利用的关键问题是如何管理好废弃物的产生与处理，做好废弃物资源产出与处理的有效配置利用，建立废弃物管理的资源共享机制。建筑固体废弃物经过产生、运输、回收、处理、再生产环节形成完整的产业共享管理链[7]，其中主要由政府主管部门，建筑固体废弃物产生企业与资源化再生处理企业构成核心利益主体。图1为政府、生产企业与处理企业三方关系。

图1 政府、生产企业与处理企业三方关系

政府主管部门：政府作为建筑固体废弃物资源化管理的主导者，对于建筑固体废弃物管理的主要目标是社会、环境资源的可持续发展。政府可以通过制定政策措施以为资源化管理提供法律支撑，并通过经济扶持，为实施资源化的生产企业与处理企业提供适当的奖励与补贴以激励市场的自主积极性，还可以对未实施资源化的一方采取强制惩罚手段来进行约束，以明确市场导向与发展方向。

建筑固体废弃物生产企业(简称生产企业)：生产企业是建筑固体废弃物产生的直接源头，其有效的现场管理和就地取材再利用可以从源头减少建筑固体废弃物的产生[8]，在建筑固体废弃物产生后他们会先将钢材、木材等可以直接二次利用的建造固体废弃物进行收集变卖，故本文的研究对象为不可直接变卖，需进行资源化处理的建筑固体废弃物。

资源化再生处理企业(简称处理企业)：处理企业作为产业下游，处理企业承担对建筑固体废弃物实施资源化工作，通过破碎、分拣等技术手段将废弃物制造再生产品进行循环利用，处理企业的目标是进行高效良好的运营产出。

2 三方非对称博弈模型假设及策略

2.1 模型假设

建筑固体废弃物资源化是一个复杂的物质交换过程，涉及到政府、建筑固体废弃物产及处理企业，三方的共同作用才形成了完整的产业链。但在该产业链中三方所获取的信息并不是对等的，三方都仅具备有限信息并通过不断的动态调整以获取自身利益的最大化。抽象模型假设为：建筑固体废弃物资源化共享管理链中涉及的三个参与主体为有限理性，他们在博弈过程中不断学习调整达到稳定策略，且三方主体在动态的行为过程中具有差异，因此本文选用非对称的演化博弈模型进行策略分析[9]。

建筑固体废弃物资源化共享管理链的运作机制是在政府的监管与导向下，生产企业产生了建筑固体废弃物后，生产企业通过共享信息平台进行废弃物上报并通知生产企业进行接收处理，由生产企业完成对于建筑固体废弃物的回收、运输、再生处理等资源化工作，此时建筑固体废弃物资源化工作进行良好，对环境、社会等方面产生正面影响，同时也达到政府的期望目标。

2.2 策略分析

2.2.1 政府策略

政府主管部门作为社会整体的管理者承担监管职责，现阶段的工作重心为增强市场对于建筑固体废弃物资源化工作的重视与实施，帮助产业内企业建立完善的共享网络管理机制，保证社会环境资源的可持续发展。政府主体可以通过制定各项法规及管理办法等政策，并通过补贴奖励及惩罚罚款等经济手段对生产企业和处理企业介入管理。

因此，政府的两种策略分别是“管理、不管理”。“管理”即政府选择介入管理，通过对生产与处理企业进行经济手段管控，此时政府还需付出对于资源化共享机制运作的监管成本；“不管理”即政府选择让市场自然导向运作，政府不进行奖励补贴也无法进行处罚，此时政府部门由于监管不良将付出补偿与治理成本的几率大大增加。表1为政府部门的模型参数及其含义。

表1 政府部门的模型参数及其表达含义

2.2.2 生产企业策略

作为建筑固体废弃物的产生源头，生产企业追求的是经济利益的最大化。生产企业可以将建筑固体废弃物进行简单的运输填埋降低成本，故建筑固体废弃物资源化的约束与动力主要来源于政府的经济鞭策手段。

因此，生产企业的两种策略分别是“共享、不共享”。“共享”即生产企业通过信息共享平台将废弃物作为原材料传递至资源化处理企业，此时付出对废弃物进行分类分拣的人工及时间成本，将获得资源化处理企业建筑固体废弃物转化再生产品的增值效益。选择“不共享”策略时，生产企业选择自行解决所产生的建筑固体废弃物即不共享资源，此时生产企业只进行简单分拣填埋，可能导致下游处理企业的原料获取不稳定，只能通过自由市场途径购买资源。表2为生产企业的模型参数及其含义。

表2 生产企业的模型参数及其表达含义

2.2.3 处理企业策略

现阶段处理企业能够运营良好的关键在于是否具备能稳定获取原材料的能力，企业可以通过自由市场购买等方式获取各方施工现场的建筑固体废弃物，也可通过建筑固体废弃物资源共享平台接受上游企业所生产的废弃物。若上游企业通过共享合作为其输送原材料可有效降低其高昂的回收成本，同时形成有效联动机制。

因此，处理企业的两种策略分别是“接受、不接受”。选择“接受”，即企业参与共享链，直接通过分配选定获取上游企业的固体废弃物加以再生，此时其需承担材料的远距离运输、设备跟新等成本。若选择“不接受”，表明处理企业选择仅利用，通过其他渠道自主获取建筑固体废弃物实施再生产，此时可能造成企业因不稳定来料面临的停工、窝工等损失。表3为处理企业的模型参数及其含义。

表3 处理企业的模型参数及其表达含义

2.3 三方博弈模型构建

基于以上假设策略分析，根据8类策略及分析后所设定的参数，建立建筑固体废弃物资源化共享链管理机制中的三方收益矩阵，如表4所示。

表4 三方博弈收益矩阵

3 三方演化博弈均衡分析

3.1 博弈三方期望收益与平均期望收益

EX=Y[Z(-C0-A+R0)+(1-Z)(-C0)]+

(1-Y)[Z(-C0-A+F)+(1-Z)(-C0+F)]

=YZR0-YF-ZA+F

(1)

E1-X=Y[ZR0+(1-Z)(-C1)]+

(1-Y)[Z(-C1)+(1-Z)(-C1)]=YZR0+YZC1-C1

(2)

(3)

EY=X[Z(-C1+R1)+(1-Z)(-C1)]+

(1-X)[Z(-C1+R1)+(1-Z)(-C1)]=ZR1-C1

(4)

(5)

(6)

EZ=X[Y(A-C2+R2)+(1-R)(A-C2)]+

(1-X)[Y(-C2+R2)+(1-Y)(-C2)]

=XA+YR2-C2

(7)

(8)

(9)

3.2 三方主体的复制动态方程及渐进稳定性分析

3.2.1 政府选择“管理”策略的复制动态方程

首先建立政府选择介入“管理”的复制动态方程为：

=X(1-X)(F+C1-YF-ZA-YZC1)

(10)

政府决策动态示意如图2所示。

图2 政府决策动态示意

3.2.2 生产企业选择“共享”策略的复制动态方程

同理，建立生产企业选择“共享”策略比例的复制动态方程如下：

(12)

对F(Y)求导：

(13)

图3 生产企业决策动态示意

3.2.3 处理企业选择“接受”策略的复制动态方程

同理，建立处理企业选择“接受”策略比例的复制动态方程如下：

(14)

(15)

处理企业决策动态示意如图4所示。

图4 处理企业决策动态示意

3.3 三方演化博弈模型均衡分析

三方演化博弈均衡状态如表5所示。根据对政府、生产企业、处理企业的复制动力学方程进行求解，分析三方主体在不同情况下的均衡状态，得到建筑固体废弃物资源化共享链管理博弈模型存在4个均衡点，分别是(1，1，0)，(0，1，0)，(1，1，1)，(0，1，1)，如表5所示，对应着(管理，共享，不接受)、(不管理，共享，不接受)、(管理，共享，接受)、(不管理，共享，接受)4种均衡状态下的ESS，即根据初始参数的不同赋值情况，该模型会出现不同状态的均衡结果。

表5 三方演化博弈均衡状态

4 结 论

通过总结不同参数下的策略，有效分析政府、生产企业与处理企业三方参与主体不同情况下的博弈行为，能为建筑固体废弃物资源化利用产业的各方提供决策参考。具体结论如下：

(1)对于政府部门，当ZA+ZYC1