铁路工程EPC总承包项目业主与总承包商风险治理行为演化博弈研究

权慧丽， 刘玉明

（北京交通大学经济管理学院，北京 100044）

近年来，我国出台相关政策将EPC（Engineering-Procurement-Construction，设计-采购-施工）总承包模式引入到铁路建设领域［1］. EPC总承包模式是指从事工程总承包的企业（简称总承包商）受业主委托，按照合同约定对工程项目的设计、采购、施工等工作全面负责的工程建设组织实施方式［2］，其采用的合同计价模式为总价或可调总价承包模式. 相比于传统的项目承包模式，EPC 总承包模式可以对设计、采购和施工过程进行有效整合［3］. 目前，我国已有许多铁路项目采取EPC总承包模式规划建设，如杭绍台铁路、盐通铁路、汕汕铁路［4］、杭衢铁路［5］等. 在铁路建设项目中开展EPC总承包模式不仅可以有效整合与集成铁路建筑业的产业链，还可以更好地促进铁路建筑业的高质量发展. 但因为EPC总承包模式在国内铁路建设行业还处于探索试点阶段，加上铁路建设项目具有工程投资巨大、建设周期长、社会影响因素众多、自然风险大、工程变更多、利益相关者众多、不可预见性大等特点［6-8］，所以相对于一般工程建设项目而言，铁路工程EPC总承包项目必然会面临很多问题与挑战.

在EPC 总承包模式中，业主组织协调的工作量较小，承担的风险较小，总承包商获得了更多的权力和更大的获利空间，承担的风险较大，双方在利益上的不一致导致彼此在项目建设过程中会选择不同的风险治理行为，甚至会形成对抗思维［9］，所以铁路工程EPC总承包项目中业主和承包商的风险治理行为也是项目成功与否的关键因素之一. 因为随着工程建设过程中项目主体对信息获取、认知的变化，项目主体会表现出典型的有限理性特征［10］，风险治理各方的策略选择游走于个人利益和集体利益之间，在一定程度上会影响项目管理绩效的提高［11-12］，所以准确把握铁路工程EPC总承包项目中业主和总承包商在风险治理过程中决策行为的动态演变关系，不仅有助于共同降低项目交易成本、提升项目管理绩效，而且有助于确保工程项目的顺利实施.

考虑到风险治理主体决策行为之间的相互作用与动态调整，本研究以演化博弈论为基础，对铁路工程EPC总承包项目中业主与总承包商在风险治理过程中的动态博弈行为进行研究，探讨了双方主体在不同情形下的策略演化稳定状态，并分析了风险管控成本、风险损失分担比例等因素对风险管控决策行为的影响，以期为铁路工程EPC总承包项目的风险治理提供理论支撑.

1 铁路工程EPC总承包项目中业主与总承包商风险治理行为的演化博弈模型

1.1 模型基本假设

假设一：局中人，博弈主体只包含业主与总承包商，两个主体均为有限理性群体，处于不完全信息环境中且追求各自的利益最大化.

铁路项目工程环境复杂、重难点工程多、建设管理难度大，项目主体面临高度的复杂性和不确定性. 加之铁路行业对EPC总承包模式处于初步探索阶段，各方主体对新模式下风险管控的认识、能力以及偏好都存在明显差异［13］，对工程建设过程中风险治理策略的价值判断难以精确，进而表现出典型的有限理性特征.在博弈策略选择时，博弈主体任一方的选择都会影响其他方的决策行为与最终损益.

假设二：策略集，博弈双方可以选择的策略为主动实施风险管控和被动实施风险管控.

在铁路工程EPC 总承包项目中，业主的利益不仅包括按期得到质量合格的工程并投入生产和使用，而且还包括通过铁路建设项目获取一定的社会和经济效益；总承包商的利益主要是根据合同约定的总造价取得合理利润，及因业主过错引发的赔偿或索赔. 因此在铁路工程EPC总承包项目中，业主可能会主动进行风险管控，做好项目整体的协调和控制，也有可能会出于成本等方面的考虑，被动实施风险管控措施；同样，总承包商可能会主动进行风险管控，保障项目的顺利实施，也有可能会在不完全契约的漏洞下被动管控风险来获得短期的收益.

假设三：支付值，博弈双方在风险治理过程中呈现互补效应［14］.

当业主主动对项目进行整体的协调且总承包商主动管控项目建设过程中的风险时，铁路工程EPC总承包项目的风险治理程度最高. 当只有业主主动管控风险而总承包商因短期利益被动实施风险管控措施时，或者当总承包商利用自身优势对项目实施综合集成管理而业主没有做好指导、补充、加强项目管理的工作时，铁路工程EPC总承包项目的风险保障程度降低，易发生风险损失. 当双方都采取被动管控风险措施时，铁路工程EPC总承包项目的交易成本增加，风险损失程度最大.

基于上述假设，可得出铁路工程EPC 总承包项目中业主与总承包商风险治理行为的博弈策略组合，如表1所示.

表1 铁路工程EPC总承包项目中业主和总承包商风险治理行为的博弈策略组合Tab.1 Game strategy combination of risk governance behavior between the owner and the general contractor in railway engineering EPC general contract project

根据对铁路工程EPC总承包项目中业主与总承包商风险分担问题的描述，定义了博弈模型中的相关参数，如表2所示.

表2 铁路工程EPC总承包项目中业主和总承包商风险治理行为的博弈模型参数及其定义Tab.2 Game model parameters and definitions of risk governance behavior between the owner and the general contractor in railway engineering EPC general contract project

依据上述博弈模型中的参数定义及双方的博弈策略选择，构建了铁路工程EPC总承包项目中业主和总承包商风险治理行为的博弈支付矩阵，如表3所示.

表3 铁路工程EPC总承包项目中业主与总承包商风险治理行为的博弈支付矩阵Tab.3 Game payment matrix of risk governance behavior between the owner and the general contractor in railway engineering EPC general contract project

1.2 演化博弈模型的构建

依据演化博弈的基本理论可知，如果一种策略的适应程度比所在群体的平均适应程度高，那么该种策略会在整个系统中得到持续发展［15］. 复制动态方程是演化博弈论中最基本的一种动态模型，是指某种选定的策略在某一群体中被使用的频率的动态微分方程，它能够比较合理地反映出有限理性主体的动作行为和变化趋势［16］. 通过构建复制动态方程来解决各主体间的演化博弈问题的方法已经被广泛应用到多个领域［17-19］.

若业主选择主动管控风险策略时的适应度为f1，选择被动管控风险策略时的适应度为f2，则：

平均适应度为：

根据Malthusian 方程可知，业主选择主动管控风险策略的概率随时间的变化率与采取该策略时的适应度和平均适应度的差成正比，由此可以得到业主采取主动管控风险策略的复制动态方程：

同样，若总承包商选择主动管控风险策略时的适应度为g1，选择被动管控风险策略时的适应度为g2，则：

平均适应度为：

根据Malthusian方程可以得到总承包商采取主动管控风险策略的复制动态方程：

令博弈双方主体的复制动态方程F(p)=0、G(q)=0，可以得到该动态系统的5 个演化博弈均衡点：E1( 0,0 )，E2( 0,1)，E3(1 ,0 )，E4(1 ,1)，E5(p0,q0)，其中：

1.3 演化稳定策略的求解与分析

从Friedman的演化博弈研究路径可知，该系统的演化稳定策略（Evolutionary Stable Strategy，ESS）可以通过对动态系统Jacobi 矩阵的局部稳定性分析得到［20］. 分别对复制动态方程F(p)、G(q)求关于p、q的偏导数，可以得到Jacobi矩阵为：

其中：x11=(1 -2p){q( -CO1+CO2+V+kβL)+(1 -q)[-CO1+CO2+U+(1 -α)kL] }；

x12=p(1 -p){ (-CO1+CO2+V+kβL)-[-CO1+CO2+U+(1 -α)kL] }；

x21=q(1 -q){ [-CC1+CC2+U+(1 -k)αL] -[-CC1+CC2+V+(1 -β)(1 -k)L] }；

x22=(1 -2q){p[-CC1+CC2+U+(1 -k)αL] +(1 -p)[-CC1+CC2+V+(1 -β)(1 -k)L] }.

则Jacobi矩阵的行列式detJ与迹trJ为：

令t1=-CO1+CO2+V+kβL，用t1来表示总承包商主动进行风险管控时，业主不同选择的支付差值；令t2=-CO1+CO2+U+(1 -α)kL，用t2来表示总承包商被动进行风险管控时，业主不同选择的支付差值. 在实际铁路项目中，因为特殊的战略意义以及未知风险带来的巨大社会经济损失，所以t2>0.令t3=-CC1+CC2+U+(1 -k)αL，用t3来表示业主主动进行风险管控时，总承包商不同选择的支付差值；令t4=-CC1+CC2+V+(1 -β)(1 -k)L，用t4来表示业主被动进行风险管控时，总承包商不同选择的支付差值. 则可以得到各个演化博弈均衡点的表达式，如表4所示.

表4 各个演化博弈均衡点的表达式Tab.4 Expressions for the equilibrium points of each evolutionary game

根据演化博弈的基本理论可知，满足detJ>0且trJ<0 的均衡点为系统的演化稳定点，对应的策略为演化稳定策略（ESS）. 本研究中分析了8 种情形下各个演化博弈均衡点的局部稳定性结果，如表5 所示. 8种情形分别为：情形1：t1>0,t2>0,t3>0,t4>0；情形2：t1>0,t2>0,t3>0,t4<0；情形3：t1>0,t2>0,t3<0,t4>0；情形4：t1>0,t2>0,t3<0,t4<0；情形5：t1<0,t2>0,t3>0,t4>0；情形6：t1<0,t2>0,t3>0,t4<0；情形7：t1<0,t2>0,t3<0,t4>0；情形8：t1<0,t2>0,t3<0,t4<0 .

由表5可知，除了情形6以外，其他7种情形下，业主和总承包商之间的博弈都会根据双方的策略选择不断演化至某一稳定状态. 在情形6下，业主主动进行风险管控时，总承包商不同选择的支付差值t3>0；总承包商主动进行风险管控时，业主不同选择的支付差值t1<0；业主被动进行管控风险时，总承包商不同选择的支付差值t4<0；总承包商被动进行风险管控时，业主不同选择的支付差值t2>0，该种情形下5个博弈均衡点均为鞍点. 情形6下业主和总承包商博弈策略选择的动态演化图如图1（a）所示，可以看出该情形下的双方博弈没有演化稳定策略. 从图1（b）中可以看出，博弈双方的策略选择会因不同的初始状态而呈现不同的演化趋势，且只有当业主和总承包商在项目建设开始时都主动进行风险管控，双方策略才有可能演化到E4(1 ,1) 点，达到最佳合作状态，此时项目的风险治理水平最高.

图1 情形6下业主和总承包商博弈策略选择的动态演化图和相轨迹示意图Fig.1 Dynamic evolution diagram and phase trajectory diagram of game strategy choice between owner and general contractor under scenario 6

表5 8种情形下各个演化博弈均衡点的局部稳定性分析结果Tab.5 Results of local stability analysis for each evolutionary game equilibrium point under 8 scenarios

总体来看，在铁路工程EPC总承包项目中，不会出现无人承担风险的局面. 在情形3、情形4、情形5、情形8中，都至少有一方项目主体会主动进行风险管控. 从情形1、情形2的局部稳定性分析结果可知，无论是业主还是总承包商，只有在对方主动进行风险管控且其采取主动管控风险措施的支付小于其采取被动管控风险措施的支付时，双方才会趋向风险协同治理的稳定状态.

2 铁路工程EPC总承包项目中业主与总承包商风险治理行为的数值模拟仿真分析

从上述演化博弈模型可知，模型基础参数的变动会使博弈双方的支付差值发生变化，从而导致博弈双方主体做出不同的策略选择，最终会引起风险治理的局面在不同情形之间相互转变. 为了进一步分析风险损失L、惩罚费用U、V等因素对风险治理博弈策略稳定性的影响，给出演化博弈稳定状态获得的原因，运用Matlab R2016a工具模拟不同参数条件下演化博弈模型从初始状态到最终平衡状态的变化过程.

影响演化博弈过程的基础参数有L、α、β、k、U、V和风险管控成本CO1、CO2、CC1、CC2等. 由于在铁路工程EPC总承包项目中，业主主要负责对项目进行整体的协调和控制，对具体实施工作介入较少，承担的风险较小，总承包商主要负责项目的设计、采购、施工、联调联试等工作，承担的风险相对更大，因此设定演化博弈模型中初始状态下的α=0.6、β=0.4、p=0.4、q=0.6. 在大型铁路工程EPC总承包项目中，业主基于经济发展和社会福利等方面的考虑，对风险损失的敏感程度比一般EPC项目要高，故设定演化博弈模型中初始状态下业主的风险损失分担比例k=0.4. 此外，当一方主体不积极采取风险管控措施导致风险发生时，根据合同会对其采取赔偿或索赔措施，故设定演化博弈模型中初始状态下的U=300、V=300，同时设定L=1000、CO1=500、CO2=100、CC1=700、CC2=300. 在此基础上，通过改变不同参数的数值大小来进行数值模拟仿真分析，进而可得出不同因素对业主和总承包商风险管控策略选择的影响.

首先，风险损失L会影响双方的行动策略选择. 由图2可知，在初始策略选择下，项目主体会根据当前局势改变策略选择并逐渐演化至某一稳定状态. 当L从1000增加至1500时，即在风险损失增大的过程中，总承包商总是比业主更快地演化至主动管控风险的稳定状态，说明总承包商对风险损失更为敏感. 当风险损失减小到一定程度时，项目主体主动管控风险的概率会很快收敛于0，此时业主和总承包商会改变策略，选择被动实施风险管控措施. 从以上分析可知，增强铁路工程EPC总承包项目中项目主体对工程风险损失的感知、强化双方的风险管理意识，有利于促进形成双方主动管控风险的局面.

图2 风险损失L对博弈双方策略选择的影响Fig.2 The effect of risk loss L on the strategy choice of both sides of the game

其次，惩罚费用U、V会对演化均衡结果产生影响. 由图3可知，在业主和总承包商共同分担初始风险的局势下，双方主体会根据当前局势进行策略选择并逐渐达到某一稳定状态. 惩罚费用越大，项目主体的经济损失越大，越容易促使业主和总承包商主动进行风险管控. 同时可以看出，当惩罚费用U、V增加到一定程度时，惩罚费用对博弈双方策略选择的刺激作用会减弱. 在惩罚费用减小的过程中，业主和总承包商会权衡风险管控成本C与惩罚费用、风险损失之和（U+L、V+L）之间的关系，一旦主动管控风险的成本接近风险损失和惩罚费用之和，项目主体就会迅速改变策略，最终形成被动管控风险的局势. 以上结果表明，适当使用惩罚机制有助于提高业主和总承包商选择主动管控风险的概率，但当惩罚费用超过一定数值时，继续加大惩罚力度不仅不会促使项目主体主动进行风险管控，还会导致项目主体被动实施风险管控.

图3 惩罚费用U、V对博弈双方策略选择的影响Fig.3 The effect of penalty cost U and V on the strategy choice of both sides of the game

再次，风险损失分担比例k会对演化均衡结果产生影响. 由图4可知，风险损失分担比例k的临界范围在0.2～0.3之间. 在风险损失分担比例k减小的过程中，业主承担的风险也随之减小，总包商承担的风险则随之增大，于是业主会选择被动管控风险来获得一些短期的经济利益，而总承包商会因为既有利益失去保障进行策略调整，最终形成双方都被动管控风险的局面. 随着k的增大，业主承担的风险随之增大，于是业主会改变策略，采取主动管控风险的措施，在业主积极做好协调工作的前提下，总承包商也会根据利益所得主动进行风险管控. 由此可以看出，业主和总承包商的风险损失分担比例是否公平合理对于项目的顺利进行至关重要. 在铁路工程EPC总承包项目中，业主负责项目前期的可行性研究和初步设计，总承包商则应根据业主提供的地质资料进行实地考察并进行报价，以避免在实际施工过程中发现这些地质资料与实际不符的情况发生，从而可降低自己承担的项目风险. 另外，在铁路工程EPC总承包项目中，如果一味地增加总承包商承担的风险，不仅会打击其对工程建设风险管控的主动性，还可能会降低EPC总承包模式在铁路工程行业的应用效果.

图4 风险损失分担比例k对博弈双方策略选择的影响Fig.4 The influence of risk loss sharing ratio k on the strategy choice of both sides of the game

最后，博弈双方的风险管控成本会直接影响演化均衡结果. 由图5 可知，当业主主动管控风险的成本CO1较小时，博弈双方在工程建设中都会选择主动实施风险管控的策略. 当CO1超过500时，业主选择主动管控风险的概率会逐渐降低，最后趋近于0，总承包商则会比业主更快地选择被动管控风险的策略. 由图6（b）可知，当总承包商主动管控风险的成本CC1逐渐增大时，总承包商选择主动管控风险的概率逐渐降低，且当CC1增加到一定程度时，总承包商会选择被动管控风险的策略. 同时从图6（a）中可以看出，业主选择主动管控风险的概率不受总承包商主动管控风险成本CC1的影响.

图5 业主主动管控风险的成本CO1 对博弈双方策略选择的影响Fig.5 The impact of the cost of the owner’s active risk management CO1 on the strategy choice of both sides of the game

图6 总承包商主动管控风险的成本CC1 对博弈双方策略选择的影响Fig.6 The impact of the cost of the general contractor’s active risk management CC1 on the strategy choice of both sides of the game

综合来看，业主在其主动管控风险的成本小于其被动管控风险时的所有支付时会选择主动管控风险的策略，而总承包商的策略选择不仅受到自身风险管控成本的影响，还受到业主策略选择的影响，这说明业主对风险治理的态度对总承包商的策略选择至关重要. 目前，铁路工程行业还在探索EPC总承包模式的起步阶段，EPC总承包商的项目管理经验、现场管控能力、外部关系协调能力等均有待提高，此时业主的管理咨询单位对EPC 总承包商的项目管理可以起到非常重要的指导、补充、加强作用，进而可以在一定程度上解决现阶段铁路工程EPC总承包项目中总承包商项目管理经验和能力不足的问题.

3 结论与建议

3.1 结论

基于演化博弈理论，对铁路工程EPC 总承包项目中业主和总承包商的风险治理行为进行了分析，探讨了双方主体在不同情形下的演化稳定策略，并通过数值模拟仿真分析方法研究了不同因素对业主和总承包商风险管控策略选择的影响，得出结论如下：

1）铁路工程EPC总承包项目中，业主和总承包商风险治理行为的演化博弈策略可以分为8种不同的情形. 只有在总承包商主动管控风险，且业主主动管控风险的成本小于其被动管控风险时的所有支付时，双方管控风险的局面才会形成稳定状态，此时项目的风险治理水平最高.

2）铁路工程EPC总承包项目中，风险损失、惩罚费用、风险损失分担比例、风险管控成本对博弈双方的策略选择均有不同程度的影响. 风险损失的增加会使博弈双方选择主动进行风险管控的概率随之增加，且总承包商对风险损失更为敏感. 惩罚费用的提高在一定程度上会提高业主和总承包商选择主动管控风险的概率，但当惩罚费用超过一定数值时，博弈双方会更倾向于选择被动管控风险的策略. 业主和总承包商选择主动管控风险的概率随着风险损失分担比例k的增大而增大. 业主主动实施风险管控的成本会影响业主的策略选择，进而会影响总承包商风险治理的态度，但是只要业主有良好的收益，总承包商主动管控风险的成本不会影响业主的策略选择.

3.2 建议

根据以上研究结果，为铁路工程EPC总承包项目中的风险治理提出以下几点建议：

1）强化铁路工程EPC总承包项目主体协同治理的理念. 在EPC总承包模式应用到铁路项目的过程中，势必有更多的不确定性，需要多个利益相关方在各方面进行动态调整. 如政府建设管理部门应做好政策引导工作，督导建设主体主动管控、积极作为，协调各方关系，加强各方主体在时间、空间、信息交换、资源利用等维度上的协同，从而促使建设主体更加高效地完成项目，实现价值增值.

2）建立建筑市场的长期信用体系. 依靠信息公开和信用体系的建立，加大建设项目过程中不严格履约行为的信用损失成本，减少总承包商的机会主义行为，使其严格履约，以促进建筑市场的良性发展.

3）建立有效的约束和惩罚机制. 一方面，业主可以对总承包商的风险管理不作为行为进行一定的惩罚，增加总承包商的经济成本，进而可以提高总承包商管控风险的积极性. 另一方面，有必要通过完善建筑市场的法律体系、引入更加严谨的合同条款等措施建立动态的约束机制.

4）总承包商应注重自身治理水平的提高，降低建造成本. EPC 总承包模式大多是实行总价合同，因此总承包商可以通过不断优化设计、积极开展设计与施工的深度融合、提升设计的可施工性等方式来缩短项目总工期、提高工作效率、降低建造成本，进而可提升自身的获利空间.