基于SD及三方博弈的低碳供应链消费市场活力激发研究

李晓华，邵举平，孙延安

(1.苏州科技大学 商学院，江苏 苏州 215009；2.苏州优乐赛供应链管理有限公司，江苏 苏州 215021)

近年来，雾霾等环境污染问题严峻，全球气候变暖趋势持续。国际能源署发布的全球碳排放报告指出，2019年全球能源相关CO2排放在330亿t左右，发达经济体外的实体碳排放量增长近4亿 t，其中近80%来自亚洲。作为世界第一大碳排放国，应对我国当前碳减排压力的一个重要途径就是发展具有低污染和低排放特征的绿色低碳经济。低碳消费是低碳经济的重要部分，消费领域日益增加的碳排放应该受到重视，研究消费者如何从高碳消费向低碳消费转变，激发低碳消费市场活力等问题因此具有意义。

针对影响消费者低碳消费意愿及行为的因素，学者已展开大量研究。汪兴东等[1]研究表明消费者的个人因素和文化因素可对低碳购买意向产生正向影响。石洪景[2]分析发现，自我价值感知、成本节省价值感知、强制性政策、低碳产品价格、消费观念、认知能力、性别和年龄对低碳消费意愿产生显著影响。Biswas等[3]采用结构方程模型检验消费者的价格认知及知识认知是决定绿色消费行为的主要因素，绿色价格溢价支付的行为意愿是绿色消费行为的结果。Sun等[4]发现环境态度和环境意识是促进绿色消费的因素。孙德超等[5]指出居民选择低碳消费的动力不足，考虑到收入较低而低碳产品价格较高。

在低碳策略选择方面，外部环境的不确定性及策略主体自身能力的限制使得决策者通常只能作出有限理性选择，并且环境保护相关问题具有外部性，在一定程度上会影响决策制定。分析有限理性和不完全信息的主体决策时，演化博弈方法能取得较好效果[6]。Xu等[7]建立政府、环境服务企业和排污企业三方演化博弈模型，探讨影响博弈均衡动态演化的关键因素，并讨论多情景下环境污染第三方治理惩罚策略的效果及稳定平衡点。Chen等[8]建立静态碳税和补贴下的政府与制造商演化博弈论模型，研究不同约束下的演化稳定策略。Wang等[9]对影响政府与供热企业之间博弈关系的多重因素进行研究。演化博弈各方影响作用的动态性及众多参数导致模型演化复杂性提高，而系统动力学(SD)借助计算机模拟系统内部变量的反馈结构关系及系统整体行为，能有效解释演化博弈中主体策略的动态选择，为不完全信息下的动态演化博弈问题提供有效模拟方法，已有学者将其运用到演化博弈分析中。Zhou等[10]运用系统动力学及演化博弈理论分析方法研究电动汽车产业价格补贴和税收优惠政策激励的影响。Zhao等[11]基于碳交易构建政府与发电商的演化博弈和系统动力学模型，研究政府和发电商在实施碳交易机制中的博弈过程和行为策略。

目前学者已关注低碳消费影响因素及低碳发展策略，但对如何系统激发低碳消费市场活力的研究存在不足。现有低碳策略的研究主要基于政府和企业两大主体，未充分考虑同时处于博弈中的消费者策略影响，且低碳研究涉及食品、交通等行业，对于日益进入消费领域的低碳家电产品研究较少。因此，本文以绿色低碳家电行业为例，建立政府、企业、消费者三方演化博弈模型，分析主体策略，并采用系统动力学方法进一步描述各方策略的相互作用及稳定均衡解，运用实际数据分析模拟策略演化，针对不同类型企业及不同类型消费者分析具体影响因素，以期为低碳供应链发展提供参考。

1 模型构建

1.1 模型假设及参数

假设政府、家电企业、消费者三方在不完全信息情况下只能作出有限理性决策，需要通过分析决策环境和其他主体的策略不断作出调整，经过一段时间后，系统可达到某种稳定状态。

假设政府有“监管”“不监管”策略可选择，选择比率分别为 x和 1-x。其中“监管”要投入成本。企业有“提供绿色家电”“不提供绿色家电”策略可选择，选择比率分别为 y 和1 −y。其中“提供绿色家电”包括在生产制造、宣传及回收环节作出低碳努力，要投入额外技术、资金等成本但有政府补贴；“不提供绿色家电”会受到罚款。消费者有“低碳消费”“不低碳消费”策略可选择，选择比率分别为z和1-z。其中“低碳消费”能获得政府补贴和环境效用，但要多支付一些费用。x、 y 、 z的值均在[0,1]内，随时间 t变化。本文对三方主体的策略参数设计如下。

政府相关参数：M为监管成本；F为对不生产、不宣传、不回收绿色家电或提供假冒伪劣绿色家电的企业罚款；以系数α 和 β 分别对提供低碳家电的企业和低碳消费的消费者依据投入成本进行补贴，α、 β范围为(0,1)；W为因企业提供低碳家电而获得的环境效益；L为因不监管不提供绿色家电的企业而降低公信力产生的损失。

家电企业相关参数：C为不提供绿色家电时的成本，R为收益； C1为提供绿色家电时投入的额外成本； R1为(监管，低碳消费)时获得的额外收益，为低碳消费引起的盈利增加；R2为(不监管，低碳消费)时获得的额外收益，包括低碳消费增加的盈利及主动低碳减排带来的企业声誉口碑提升，因此有0＜R1＜R2。

消费者相关参数：E为不低碳消费时支出，U为收益； U1为低碳消费时获得环境保护等额外效用；E1为企业提供绿色家电时，低碳消费额外支出的绿色与非绿色家电价格差； E2为企业不提供绿色家电时，低碳消费需再额外支出信息和转换费用。

1.2 演化博弈模型建立

由以上假设和参数依次得到政府、家电企业及消费者的支付矩阵，见表1。

表1 政府、企业、消费者支付矩阵Table 1 Payment matrix of government, enterprises and consumers

根据表1，可求出政府监管、不监管的期望收益Ux1、 Ux2和平均收益分别为

政府决策的复制动态方程可通过演化博弈复制动态公式[6]得出

同理，家电企业复制动态方程为

消费者复制动态方程为

1.3 稳定性分析

令F (x) = 0，F (y)= 0，F (z)=0，可得到三方均达到稳定状态的9个均衡点：A1( 0,0,0)、A2( 1,0,0)、 A3(0,1,0)、A4( 0,0,1)、 A5( 1,1,0)、 A6( 1,0,1)、 A7( 0,1,1)、 A8(1,1,1)、A9(x*,y*,z*) ，其中， A9(x*,y*,z*)是内部均衡点，为非渐进稳定状态[12]。 A1～ A8的渐进稳定性可由雅可比矩阵局部稳定性分析法得出[13]。演化博弈模型对应矩阵J为

其中，

由李雅普诺夫间接法[14]知，雅可比矩阵的特征值可作为演化稳定性判定依据。在某点处，若 J的特征值均小于0，则均衡点有渐进稳定性，为演化稳定策略；若 J的特征值均大于0，则为不稳定点；若 J的特征值有1或2个大于0，则为鞍点。8个可能均衡点处的特征值及正负情况见表2，括号中“+”、“-”、“s”分别表示特征值大于0、小于0、正负未定。从表2中各点状态可知， A1、 A2、 A4、 A6及 A7为潜在演化稳定策略，并且 A4、 A6、 A7策略包括低碳消费，为所要研究的理想状态。

表2 均衡点稳定性判定Table 2 Stability judgment of each equilibrium point

A4( 0,0,1)成为演化稳定策略需要同时满足F+L−M−βE1−βE2＜0， R2−C1＜0， E1+E2−U1＜0。其中，F+L−M−βE1−βE2＜0，即对于政府而言，要提高监管成本M，降低不监管的公信力损失L，并不合理。A6( 1,0,1)成为演化稳定策略需要同时满足βE1+βE2+M−F−L＜0， R1+F+αC1−C1＜0， E1+E2−βE1−βE2−U1＜0。 其中，R1+F+αC1−C1＜0，即对于家电企业而言，要提高提供绿色家电的额外成本C1，降低(监管，低碳消费)时的额外收益 R1， 并不合理。 A7(0,1,1)成为演化稳定策略需要同时满足 C1−R2＜0 ， E1−U1＜0。其中，C1−R2＜0，即对于家电企业而言，要降低提供绿色家电的额外成本C1，并提高(不监管，低碳消费)时的额外收益 R2，则家电企业有可能提供绿色家电； E1−U1＜0，即对于消费者支付而言，要降低绿色与非绿色家电产品价格差 E1，并提高低碳消费环境保护效用 U1，则消费者有可能低碳消费，更为合理。

1.4 系统动力学模型建立

为了更好地描述政府、家电企业和消费者之间的相互影响过程，采取系统动力学方法研究三方的策略稳定情况，并改变相关参数，研究影响绿色低碳家电产品消费的具体因素。

根据上述演化博弈模型及分析，系统内包含政府、家电企业和消费者3个子系统，运用Vensim PLE，构建如图1所示的系统动力学模型。其中，比率x、y、z均为水平变量，表示各主体策略比率的累积量；监管变化率、提供绿色家电变化率、低碳消费变化率为速率变量，随着时间推移，能够使3个水平变量连续增加或减少；其余为辅助变量。根据演化博弈模型中的各式可清楚描述出不同变量之间的函数关系。

图1 政府、家电企业和消费者的系统动力学模型Figure 1 The SD model of government, household appliance enterprises and consumers

2 数值分析

考虑家电行业运行情况，运用实际数据分析三方策略演化情况。初始参数设置时，使参数满足C1−R2＜0 及E1−U1＜0， 则模型有可能演化到 A7(0,1,1)策略。各参数数值选取依据如下。

在发改委、工信部等部门共同印发的《进一步优化供给推动消费平稳增长促进形成强大国内市场的实施方案（2019年）》中，制定了支持绿色、智能家电销售，促进家电产品更新换代等方案，有条件的地方可对产业链条长、带动系数大、节能减排协同效应明显的新型绿色、智能化家电产品销售，给予消费者适当补贴，另外可对消费者交售旧家电并购买新家电产品给予适当补贴。参照曾经实施的“家电下乡”等节能家电补贴惠民政策，对购买补贴类家电按照销售价格的13%给予财政补贴，取 β为0.13。《能效标识管理办法》对伪造、冒用或利用能效标识虚假宣传的，处5～10万元罚款。综合家电产品产量，取F为2百元/台以家电龙头企业美的、格力和海尔2019年年度报告为例，政府财政奖励、项目资金资助等约占各自营业收入的0.44%，取 α为0.44。年报中的研发投入约占各自营业收入的3%，除研发费用外的营业成本与销售量的比值约为500，取C 为5百元/台，计算研发费用与销售量的比值后取 C1为0.2百元/台。通过实地市场调研发现，以空调产品为例，三级能效的产品市场均价在2 000元左右，取E为20百元/台。一级能效和三级能效的相同规格产品，价格差在500～700元左右，取 E1为6百元/台。根据家电行业年度报告[15]，家电行业线上市场规模继续扩大，消费者信息和转换费用降低，取 E2为0.2百元/台。消费者不进行低碳消费时只能获得略高于产品支出的使用收益，取U 为22百元/台。消费者进行低碳消费时可获得额外环境保护效用，主要包含2部分：1) 对低碳消费行为的感知自我效能，即消费者对采取绿色低碳行为产生环境保护效果的心理预期；2) 低碳消费带来的实际环境保护效用，如能源节约、污染减少等。2017年我国销售的五类电器产品可实现节电约800～1 000亿kWh，根据0.52元/kWh的城市居民用电价格计算，综合后，取 U1为10百元/台。政府因企业提供绿色家电而获得的环境效益主要是企业低碳生产带来的环境保护和资源节约作用，取M为2百元/台，W为1.5百元/台，L为1.5百元/台。家电企业不提供绿色低碳家电时，在获利的情况下可保持现状或提供绿色低碳家电满足市场需求，取R为7百元/台。当政府监管、消费者低碳消费时，家电企业提供绿色低碳家电可获得消费量提升的额外收益，取 R1为6百元/台；当政府不监管、消费者低碳消费时，家电企业再获得额外品牌声誉口碑提升收益，取R2=7.5百元/台。

假定初始时三方策略选择的比率x、 y 、 z均为0.5，除系数外的模型参数单位为百元/台。初始数值设置为 x=0.5， y =0.5， z=0.5， M=2， α=0.44，β=0.13， F=2 ， W =1.5， L=1.5，C=5，R=7， C1=0.2，R1=6，R2=7.5，U=22，U1=10，E=20，E1=6，E2=0.2。

2.1 三方策略比率演化分析

1) 政府监管比率x。 选取 x的初值为0.5，随机选取y 和z的初值，分析y 和z的初值对 x的影响，如图2(a)所示。由图2(a)可知，在初始条件下，政府监管的比率 x变化不单调，最终会演化到0，政府选择“不监管”。分别令y、z的值为0，单独分析企业或消费者单方策略对 x的影响，如图2(b)和(c)。从图中得出，当z值为0时，政府仍然会选择“不监管”策略，这与初始演化图2(a)最终结果一致。说明z值，即低碳消费比率变化对 x影响较小，只能影响政府策略演化速度，不能改变决策，而对政府策略起更大决定作用的是y 值，即提供绿色低碳家电的比率。

图2 y 和z初值变化对 x演化的影响Figure 2 Effects of changes in initial value of y and z on the evolution of x

2) 家电企业提供绿色家电产品比率y 。 选取 y的初值为0.5，随机选取 x和z的初值，如图3(a)所示。由图可知，y的变化不单调，最终会演化到1，家电企业选择“提供绿色家电”。分别令x、z的值为0，单独分析x、 z值对 y演化的影响，如图3(b)和(c)所示。当 x值为0时，y的演化过程与图3(a)较一致，最终均为“提供绿色家电”，说明 y主要受到z值的影响，与x关系不大。即家电企业策略更多受消费者影响，与政府策略关系较小。当z的值为0时，家电企业的策略选择将在政府单方影响下不断波动，最终不能达到稳定演化状态，并且策略选择波动幅度会随着政府“监管”比率 x的增加而增大。其原因可能是家电企业迫于政府监管压力而倾向于选择“提供绿色家电”，但低碳投入成本提高的同时，提供的绿色家电产品又未被消费，因此家电企业倾向于选择“不提供绿色家电”，而且这种情况在政府监管压力增加时表现得更为明显。家电企业策略选择如果单独依靠政府监管发力并不能达到稳定状态，消费者“低碳消费”才是关键所在。

图3 x 和z初值变化对y 演化的影响Figure 3 Effects of changes in initial value of x and z on the evolution of y

3) 消费者低碳消费比率z。选取z的初值为0.5，随机选取 x和 y的初值，如图4(a)所示。消费者低碳消费的比率z演化速度较快，最终会演化到1，消费者选择“低碳消费”。分别令x、 y的值为0，单独分析x、 y值对z演化的影响，如图4(b)和(c)所示。从图中可以得出，尽管在2种不同情况下z值的演化速度不同，但最终演化结果均与初始图4(a)一致，均为“低碳消费”。说明家电企业、政府单方的低碳努力或两方合力均能对低碳消费起到促进作用，消费者群体的决策会同时受到二者策略的影响，并且其他主体良好的绿色低碳行为使得消费者最终选择低碳消费。

图4 x和 y 初值变化对z演化的影响Figure 4 Effects of changes in initial value of x and y on the evolution of z

2.2 三方主体纯策略演化路径分析

当三方主体策略选择均为0或1时，存在8种纯策 略，即 A1( 0,0,0)、 A2( 1,0,0)、 A3( 0,1,0)、 A4(0,0,1)、A5( 1,1,0)、 A6( 1,0,1)、 A7( 0,1,1)、 A8(1,1,1)。此时三方均不愿改变当前策略选择，博弈可达到均衡。但是当任一方的策略有微小改变时，均衡状态即被打破。为了探究3个主体策略的演变，可以将策略组合的初始值作很小改变。例如，模拟的初始值由(0,0,0)改变为(0.01,0.01,0.01)，或者类似的，将初始值(1,1,1)改变为(0.99,0.99,0.99)，依次可检验每个策略点的稳定性。以 A1(0,0,0)组合为例，经过策略初始值的微小改变后， A1( 0,0,0)将演化到 A7(0,1,1)策略，如图5所示。事实上，经过验证，8种纯策略组合最终均会演化到 A7(0,1,1)策略，即在初始状态设定情况下，三方主体演化博弈模型具有唯一的演化稳定策略 A7(0,1,1)，即政府无需监管，家电企业提供绿色家电、消费者低碳消费。这与1.3节的演化博弈稳定性分析结论一致，进一步验证了模型。

图5 策略组合(0,0,0)演化路径Figure 5 Evolution path of strategy combination (0,0,0)

2.3 主要影响因素分析

为进一步分析具体因素对主体策略选择的影响，通过改变辅助变量的初始值，确定其不同的影响情况。除研究的具体因素初始值改变外，其余变量值保持不变。

2.3.1 E1初始值改变

E1为绿色家电与非绿色家电价格差，初始状态下 E1=6。不同家电企业的家电产品价格差存在差异，通过具体分析典型企业可以得到绿色家电与非绿色家电价格差对三方主体策略选择的影响。选取格力、美的、松下分别为国企、私企和外企的代表家电企业进行分析。以空调产品为例，新能效标准将淘汰变频三级能效产品，因此，本文将变频一级能效、变频三级能效空调产品分别视为绿色家电和非绿色家电，考虑相同的1.5匹变频壁挂式空调，比较格力、美的、松下所提供每台产品一级能效与三级能效的价格差。通过调查得到格力价格差在600元左右，美的价格差在400元左右，松下价格差在1 200元左右。分别取 E1= 6， E1= 4， E1=12，各主体策略变化情况如图6所示。

图6 E 1初值变化的影响Figure 6 Effects of changes in initial value of E1

可以看出， E1初始值的改变对政府策略选择的影响不大，政府最终选择“不监管”。绿色家电与非绿色家电价格差相对较低时，即 E1= 6及 E1=4时，国企格力及私企美的选择“提供绿色家电”、消费者选择“低碳消费”策略。 E1=12时，外企松下无稳定策略选择、消费者选择“不低碳消费”策略，原因是此时E1=12＞U1=10，未达到稳定均衡状态所需条件。相比而言，外企提供的空调等家电产品价格差高于国企及私企，在一定程度上影响了消费者的积极选择。

E1是促进家电企业及消费者低碳决策的重要因素，绿色家电与非绿色家电的价格差要控制在合理范围，过高的低碳消费价格会让消费者望而却步。部分学者已对绿色低碳产品溢价支付意愿进行调查，研究发现碳标签苹果溢价支付比为35%[16]，低碳竹(木)地板溢价支付比为22.05%[17]，低碳猪肉溢价支付比为27.6%[18]。图6(c)中细化了 E1对消费者策略选择的影响情况，当 E1=9时，消费者仍选择“低碳消费”，但策略选择速度低于 E1= 4和 E1=6时，根据初始值 U =22计算，此时的溢价支付比为40.9%，与其他低碳产品研究结果相比，溢价支付更高。为使消费者更快选择“低碳消费”，绿色家电与非绿色家电的价格差应进一步降低，如在 E1=6时，策略选择速度明显加快，更为理想，此时溢价支付比为27.3%，也与其他学者研究结果更为一致。

2.3.2 U1初始值改变

U1为消费者低碳消费时的环境保护效用，初始状态下 U1=10。由于不同消费者在价值感知、感知自我效能等方面存在差异，因此对消费者进行区分，分析不同类型消费者策略变化情况。本文将消费者分为3类：较低绿色低碳偏好者、中等绿色低碳偏好者、较高绿色低碳偏好者，并且假定消费者绿色低碳偏好越高，感知自我效能越高，低碳消费时的环境保护效用越高，更有可能采取低碳消费。3类消费者依次对应 U1= 5， U1= 10， U1=15，各主体策略变化情况如图7所示。

图7 U 1初值变化的影响Figure 7 Effects of changes in initial value of U1

由图7(a)和(b)可知，不同类型消费者 U1初始值的改变对政府及家电企业的最终策略选择影响不大，政府和家电企业选择“不监管、提供绿色家电”，且 U1值越大，政府及家电企业策略选择的速度越快。由图7(c)可知，中等及较高绿色低碳偏好者情况下，即 U1= 10及 U1=15时，消费者选择“低碳消费”策略。较低绿色低碳偏好者情况下，即U1=5时，消费者选择“不低碳消费”策略，原因是此时U1=5＜E1=6，未达到稳定均衡状态所需条件。促进消费者的低碳消费，需要缩小 U1及 E1的差距。其中，提高消费者低碳消费带来的环境保护效用可通过政府政策宣传，使消费者对环境保护效用有合理预期，并通过家电企业经认证的碳标签标识等，让消费者知晓具体产品实际环境保护情况，增强自身低碳消费动力。

3 结论

本文将研究视角放在绿色低碳家电行业，建立政府、家电企业、消费者三方演化博弈模型和系统动力学模型，运用实际数据分析各主体策略的相互作用、演化稳定路径及具体影响因素，主要得出以下结论。

1) 政府监管比率 x主要受家电企业提供绿色家电比率y 影响；家电企业提供绿色家电比率 y主要受低碳消费比率z影响；消费者低碳消费比率z受二者策略比率x、 y共同影响。

2) 当企业(不监管，低碳消费)情况下的额外收益大于其提供绿色家电的额外成本，并且消费者低碳消费环境保护效用大于绿色与非绿色家电价格差，即参数满足 C1−R2＜0 、 E1−U1＜0时，三方纯策略有唯一稳定演化路径，即政府无需监管、家电企业提供绿色家电、消费者低碳消费。

3) E1和 U1是促进低碳消费的重要因素。绿色家电与非绿色家电的价格差 E1过大时，消费者会选择“不低碳消费”。家电行业中，外企提供产品的价格差高于国企及私企，其价差率应控制在消费者低碳溢价支付意愿27.3%内。低碳消费环境保护效用U1较低时，低绿色低碳偏好的消费者选择“不低碳消费”，提高低碳消费环境保护效用需要政府及家电企业的共同作用。

结合上述研究结论，为使三方主体达到(0,1,1)的稳定状态，提出几点对策建议。

1) 在绿色低碳产品进入市场初期，政府可加强对企业及消费者的补贴力度。首先，对于企业来说，生产绿色低碳产品、低碳技术改进等低碳减排行为需要投入一定成本，尤其是当消费者低碳接受度较低时，绿色低碳投入存在巨大未知风险，政府在初期的积极扶持可以在一定程度上减轻企业成本压力，提高企业低碳减排活力。其次，对于消费者来说，绿色低碳产品较高的价格阻碍了潜在的低碳消费，政府对绿色低碳产品的补贴可抵消一部分产品价格差，缓解消费者对价格的担忧，使绿色低碳产品更容易被接受。

2) 企业在谋求经济利益的同时，还要关注消费者偏好变化，尤其是环境相关的消费趋势。面临恶劣的气候变化及严重的环境污染，消费者的低碳偏好不断显现，对企业产品及服务的低碳要求随之增加。企业行为不应局限在迫于压力作出改变，也不应该局限于搭便车和依赖政府补贴，更应主动承担社会责任，在绿色低碳方面有所作为。企业积极保护环境、承担社会责任的行为能够有效提高企业社会形象，更能在消费者中形成良好品牌声誉及口碑，最终可提高企业竞争力。

3) 企业要提高绿色低碳创新能力，合理控制低碳及非低碳产品价格差。企业的低碳技术等投入在引入前期，可享受政府扶持和政策优惠，但长期来看，低碳减排成本应分摊到进入规模化生产的绿色低碳产品中，并且通过引导消费者低碳消费盈利。规模效益的显现要求企业在低碳创新能力方面做出努力，并让这种效益向消费者市场传导；获得盈利则要求企业将产品价格差控制在与消费者低碳支付意愿相适应的水平，不断提高绿色低碳产品性价比和有效供给，增强消费者消费动力。

4) 加强低碳政策宣传，持续提升消费者低碳消费意识及偏好，提高低碳消费环境保护效用。通过政府低碳政策宣传普及，使消费者能够对其低碳消费行为有合理认知及预期，帮助消费者树立绿色低碳减排价值观，增强减排信心。同时可引入碳标签等环保认证机制，将政府、第三方监查机构、公众同时纳入到企业环保情况监督中，提高低碳生产、低碳消费中的能源节约及环境污染减缓情况透明度，将碳排放等作为产品评价指标之一，让消费者知晓具体产品实际环境保护情况，增强低碳消费动力，并最终将动力转化为行为。