既有民用建筑节能改造EPC主体激励演化博弈分析

杨艳平，刘晓君，王博俊 2,，刘晓丹，胡 伟,4

(1.江苏科技大学 土木工程与建筑学院，江苏 镇江 212005；2.江苏科技大学张家港校区 船建学院，江苏 苏州 215600；3.西安建筑科技大学 管理学院，陕西 西安 710055；4.伊利诺伊州立大学应用科学与技术学院，伊利诺伊州布卢明顿 61790)

实施既有民用建筑节能改造，可以减少能源消耗，减轻大气污染，改善环境质量；还可以改善居住和工作环境，带动与节能相关的产业，促进社会经济的发展[1].由于既有民用建筑节能改造产生的部分环境收益、社会收益未能通过市场或价格体系反映出来[2]，相关受体不会因此支付报酬，节能行为所产生的社会效益大于实施者的私人收益，即既有民用建筑节能改造具有显著的正外部性[3]，会导致该领域“市场失灵”.若要达到更高的节能效果，实现帕累托改进，需要降低私人的节能成本，这是市场力量所不能实现的[4]，必须依靠政府的“有形之手”出台相应的经济激励政策，将外部性收益内部化，激发市场主体积极性，促使其踊跃参与到既有民用建筑节能改造中来[5].

目前，学术界对既有民用建筑节能改造主体的相关研究主要聚焦于市场主体行为博弈、市场激励模式、契约关系治理等方面.邓建英[6]等构建了政府和节能服务公司间的博弈模型，指出政府可以通过激励达到既有建筑节能改造市场资源的优化配置.Murphy[7]等指出欧洲“政策领先”国家根据居住建筑节能改造市场发展特点制定了税收优惠、信息共享等经济激励政策，其中税收优惠是降低外部性影响的主要政策发展方向[8].Edoardo等[9]评估了融资战略选择和采购程序对建筑改造结果的可能影响，以挖掘建筑节能改造市场的发展潜力.王星[10]指出，多方参与主体利益需求的差异使得既有建筑节能改造市场发展需要采取协同激励机制，并从时间维、逻辑维和方法三个维度提出了协同激励路径优化方法.张印贤等[11]在阐释协同激励有效性内涵的基础上，构建既有建筑节能改造市场主体协同激励有效性的评价指标体系，提出政策优化建议.王[12]将节能改造管理过程从数量维度拓宽至质量维度，建立了约束节能服务企业和业主行为的质量保证契约[12].黄志烨等[13]构建了一种基于合作和信任的关系契约，指出能够在解决节能服务企业融资困难的同时增加银行的投资效益.Dong Qian等[14]设计了节能服务企业与用能单位之间的预测承诺契约，认为通过引入惩罚和承诺合同，可以在一定程度上消除不确定的能源节约对合同执行的影响.此外，也有学者对建筑节能改造外部性特征进行了定性分析.马兴能[15]认为经济激励政策是将外部性进行“内部化”的有效手段；曹卫星等[16]指出节能领域仅在市场机制调配下无法达到帕累托最优, 需要政府通过宏观调控手段予以激励，从而有效引导市场机制发挥作用；尹波等[17]分析了节能改造行为的外部性特征，提出利用行政及财政税收手段引导消除建筑节能外部性的政策措施.

合同能源管理(EPC)是业主委托节能服务公司(ESCO)进行既有建筑节能改造的主要方式，其中“节能效益分享型”合同是政府大力支持的EPC类型.政府是既有民用建筑节能改造外部性的主要受益者，该外部收益可作为EPC实施主体的业主和ESCO对政府的激励.同时，政府作为合同能源管理的委托方和行政管理方，应当制定相关政策以激励业主和ESCO等主体，提高其节能改造的积极性以适应市场优化配置的要求[18]；可见，政府、业主和ESCO各自的利益诉求、策略选择、努力程度及三者之间的协同激励效果决定着EPC实施的成败.

1 既有民用建筑节能改造外部性分析

如图1所示，假设区间M-N为我国具有节能改造潜力的既有民用建筑总保有量，横坐标上任意一点QX到M的区间QX-M代表不进行节能改造的既有民用建筑数量，到N的区间QX-N表示实施节能改造的既有民用建筑数量.曲线f(PN)和f(SN)分别表示不进行节能改造的私人边际收益和社会边际收益，此时f(SN)f(PR)，说明进行节能改造具有正的外部性.在不考虑节能外部性的情况下，通过市场“无形之手”进行调控的节能改造建筑数量在f(PN)和f(PR)的交点F达到均衡，此时进行节能改造的既有民用建筑数量为区间QF-N；在考虑节能外部性条件下，按社会资源最优配置原则，均衡点在社会边际收益曲线f(SN)和f(SR) 的交点E处，此时实施节能改造的既有民用建筑数量区间为QE-N.显然，在市场调控和社会资源最优配置两种情景下进行节能改造的既有民用建筑相差了QE-QF区间的数量；要想达到社会资源最优配置的既有民用建筑节能改造数量，需要将QF点左移到QE点，在此过程中各方收益数值变动可分别由式(1)～(3)表示.

图1 有民用建筑节能改造外部性机理Fig.1 The externality mechanism of existing civil building energy conservation renovation

如果QX点从QF点左移到QE点，增加的节能改造建筑数量为QE～QF，政府增加的正外部性边际收益为图中交点F-4-E-2包围的面积SF4E2，同时减少了图中3-F-1-E包围的面积为S3F1E的负外部收益；政府总计获得的外部性边际收益为

F(W)=SF4E2+S3F1E

(1)

而实施节能改造的业主方(含ESCO)需要增加节能改造成本I(o)为图中点F-1～E-2包围的面积SF1E2.

(2)

若政府对业主增加的节能改造成本I(o)以等额补偿的方式进行激励，则政府在进行激励后剩余的正外部性收益为

(3)

该剩余的正外部性收益为图1中阴影部分的面积.

通过分析可知，政府通过经济补偿的方式对节能改造的实施者业主和ESCO进行激励，不仅可以利用经济政策将外部效益内部化，优化社会资源配置，实现帕累托最优，政府的正外部收益还可以剩余SE3F4.上述分析证明了政府用经济激励方式来促进节能改造是可行的，能够达到协同共赢的良好效果.

2 EPC主体演化博弈激励机制设计

由于既有民用建筑节能改造正外部性的存在导致市场失灵，需要由政府通过管理措施进行诱导，激励EPC合同主体的业主和ESCO群体提高努力程度，将市场均衡条件下的节能改造建筑数量从QF点左移到QE点，达到社会资源优化配置.

首先，政府在推进EPC的实施过程中，不仅要通过激励措施来提高业主和ESCO的努力程度，还要对他们的执行效果进行监督.其次，作为既有建筑节能改造EPC模式的主要参与者，业主和ESCO受社会比较心理[19]的影响，其不仅关心自身所获得的收益的大小，还会关心收益的公平性，导致其决策行为具有有限理性.再者，政府与业主和ESCO之间存在信息不对称的逆向选择问题，容易诱发双边道德风险[20].另外，业主对节能改造的认知和接受程度差，部分业主存在着“用能反弹”[21]等“行为不节能”[22]现象，以及ESCO 出现“偷懒”和机会主义行为等，都会对EPC模式的实施带来负面影响.

政府和EPC合同主体的上述行为特征，符合演化博弈的约束条件，本文选择演化博弈模型来分析政府对EPC合同主体的激励以及各方的策略选择，模型中引进收益共享系数，以消除激励过程中各主体的不公平认知带来的负面影响.

2.1 EPC主体演化博弈激励模型假设与参数设计

2.1.1 模型假设

(1)业主和ESCO的目标一致，在政府的激励契约约束下，一旦业主确定实施节能改造，会与ESCO签订EPC合同，促使ESCO完成合同目标；因此，业主与ESCO选择节能改造具有行为上的一致性.

(2)业主和ESCO是有限理性的群体，在博弈初期均追求收益最大化；但各主体同时又是具有社会认知以及学习能力的智能群体，能够在不断地观察、对比、总结中学习进步并调整自己的策略.

(3)政府在对业主和ESCO激励时，要考虑公平心理的影响，利用收益共享系数调整对双方激励力度的大小，提高激励效果，达到协同共赢的目的.

2.1.2 参数设计

假设没有外力作用，即政府不进行经济激励，业主和ESCO选择不节能改造，此时政府获得的正外部性收益为Fg，业主的收益为Ro，ESCO的收益为Sc；当政府实施经济激励，业主和ESCO选择节能改造，则政府获得的正外部性收益为Fg+Zg-Ct-Cg，业主的收益为Ro+Zo+Po-Co，ESCO的收益为Sc+Zc+Pc-Cc.其中，业主和ESCO选择节能改造后为政府增加的正外部收益为Zg，业主获得的节能增量收益为Zo，ESCO获得的增量收益为Zc.业主和ESCO选择节能改造必然要增加相应的成本，分别为Co和Cc；政府为激励业主进行节能改造所付出的激励活动的推广、宣传、管理等成本为Ct，支出的直接经济激励金额为Cg，业主和ESCO因选择节能改造而获得政府的激励分别为Po=(1-α)Cg，Pc=αCg；α为ESCO获得政府经济激励的收益共享系数.如果政府不激励，而业主和ESCO主动选择节能改造时，给政府带来的外部性收益为Hg，显然Hg≤Zg.政府给予的经济激励是分期分批实施的，一般情况下，在确定了节能改造方案后，先按预估总额的一定比例支付部分激励款，剩余的激励资金需要在项目结束后验证节能改造成果再支付.当政府选择激励，而业主和ESCO却没有选择节能改造时，政府只损失激励活动的推广、宣传、管理等成本Ct，不会支付经济激励金额Cg.

政府在博弈过程中可以选择激励和不激励两种策略，选择激励的比例为Y，选择不激励的比例为(1-Y)；业主和ESCO 群体选择实施节能改造的比例为X，拒绝实施节能改造的比例为(1-X).构建政府与业主及ESCO的演化博弈模型，其博弈支付矩阵如表1.

2.2 EPC主体演化博弈策略选择

(1)业主的策略选择

(4)

(5)

(6)

业主群体策略选择比例的复制动态方程为

(7)

图2 业主的演化博弈复制动态相位图Fig.2 The owner’s evolutionary game duplicates the dynamic phase diagram

(2)ESCO的策略选择

(8)

E(Unc)=YSc+(1-Y)Sc

(9)

(10)

ESCO群体策略选择比例的复制动态方程为

=X(1-X)(YPc+Zc-Cc))

(11)

如果YPc+Zc-Cc=0，即Y=(Cc-Zc)/Pc，则F(X)恒等于0，所有的X值都是稳态.

由上述分析可知，当业主和ESCO选择节能改造时要求.

Zo+Po-Co>0

(12)

Zc+Pc-Cc>0

(13)

图3 ESCO的演化博弈复制动态相位图Fig.3 The ESCO’s evolutionary game duplication the dynamic phase diagram

将P0=(1-α)Cg，PC=αCg分别代入式(12)和(13)，可以求出满足业主和ESCO同时选择节能改造的收益共享系数的可行阈为

(3)政府的策略选择

(14)

(15)

E(Ung)=X(Fg+Hg)+(1-X)Fg

(16)

=XYZg-XYHg-XYCg-

(17)

YCt+XHg+Fg

政府群体策略选择比例的复制动态方程为

=Y(1-Y)(X(Zg-Hg-Cg)-Ct)

(18)

令F(Y)=0，当X(Zg-Hg-Cg)-Ct=0，即X=Ct/(Zg-Hg-Cg)时，则所有的Y值都是稳态点；当X(Zg-Hg-Cg)-Ct≠0时，分为两种情况.

当X(Zg-Hg-Cg)-Ct>0，即X>Ct/(Zg-Hg-Cg)时，F(0)>0，F(1)<0，则Y*=1是稳态点，即业主和ESCO选择节能改造的比例大于Ct/(Zg-Hg-Cg)时，政府选择激励；当X0，则Y*=0是稳态点，即业主和ESCO选择节能改造的比例小于Ct/(Zg-Hg-Cg)时，政府选择不激励.

更进一步分析，由于X≤1，当Ct/(Zg-Hg-Cg)>1时，必有X

图4 政府的演化博弈复制动态相位图Fig.4 The government’s evolutionary game duplication of the dynamic phase diagram

图5 政府、业主及ESCO的复制动态关系和稳定趋势Fig.5 Dynamic relationship and stable trend of replication between government owners and ESCO

2.3 EPC主体演化博弈模型解析与调整

(19)

将P0=(1-α)Cg，PC=αCg分别代入式(19)，计算出业主和ESCO获得政府激励的收益共享系数值为

(20)

式(20)要求政府在对业主和ESCO进行激励时要合理分配激励额，不仅要满足收益共享系数可行阈的要求，还要满足公平性要求，使业主和ESCO能够同时选择节能改造策略，达到协同激励的目的.

3 实证分析

3.1 实证背景

苏州某酒店建于2005年，2008年开张营业.酒店有客房428套，空调面积率76.6%.2016年进行节能改造，约定合同日历工期从2016年6月20日到12月20日共6个月，2017年元旦开业.

3.2 演化博弈分析

按酒店的节能改造方案，预估年节能量3.96×106kWh，年节约标准煤1 280 t，合同分享期为2a，节能收益共享系数γ=0.64.结合上述政府的相关文件，估算政府的激励成本与年外部性收益以及业主与ESCO在合同分享期内的各项费用，见表2.

将表中数据代入式(20)计算政府激励部分的收益共享系数.

α=(Cc-Zc)/(Cc-Zc+Co-Zo)

=(362.3-266.2)/(362.3-266.2

+185.6-149.7)=0.73.

再代入式(14)，计算α的可行阈(Cc-Zc)/Cg<α<1-(Co-Zo)/Cg为

(362.3-266.2)/281.6<α<1-(185.6-149.7)/281.6.

得到0.34<α<0.87，显然α=0.73在其可行阈范围，取值有效.

计算业主和ESCO获得的政府激励的分配额.

Po=(1-0.73)×281.6=76.03(万元).

Pc=0.73×281.6=205.57(万元).

表2 酒店节能改造各方预估费用(单位：万元)

合同分享期内业主的总增量收益Zo=149.7×2=299.4(万元)，ESCO的总增量收益为Zc=266.2×2=532.4(万元)；业主的成本Co=185.6(万元)，ESCO的成本Cc=362.3(万元).

则EPC主体策略选择如下：

业主：Zo-Co=299.4-185.6>0，选择节能改造；

ESCO：Zc-Cc=532.4-362.3>0，选择节能改造.

政府策略为选择激励.

按照上述决策结果，业主和ESCO在政府激励和监督下提高努力程度，提前1个月顺利完成酒店节能改造工作.经过校核与验证，改造后的年实际节能量为5 558 470 kWh，节能率为39.45%；年实际节约标准煤1 561.15 t，每年产生的环境外部性为2 422 280 元，均比预估值提高了21.96%.整个节能改造过程中，由政府激励监督，业主和ESCO积极参与，建立了良好的合作模式，达到了多方共赢的目标.

4 结论

通过上述理论研究和实证分析，得到如下结论：

(1)业主和ESCO是有限理性的群体，政府在对业主和ESCO激励时，应当关注节能改造主体公平心理的影响；利用收益共享系数调整对双方激励力度的大小，激发业主实施节能改造的积极性，提高激励效果，达到协同共赢的目的.

(2)对于业主和ESCO来说，选择进行节能改造的比例随预期收益及政府的激励力度提高而提高，但业主和ESCO应着眼于节能改造一次性投资长期受益的角度进行决策，避免对节能改造决策造成误导.

(3)对于政府来说，不应以盈利为目的，应立足于可持续发展及社会收益最大化的视角，在EPC推广阶段加大激励力度，将有利于建筑节能改造EPC模式的市场培育，一旦形成良好的市场机制，无论是节能技术还是管理水平都将得到提高，业主和ESCO的节能成本必然降低，可以获得更好的节能效果，给政府带来更多的正外部性收益.