既有建筑节能改造项目ESCO融资的三方演化博弈分析

2022-10-16吴伟东邓小雪

土木工程与管理学报 2022年4期

吴伟东，邓小雪，张琳

(西南石油大学土木工程与测绘学院，四川成都 610500)

2018年，全国建筑存量面积达674亿m2，建筑仅运行阶段的碳排放量就可达到21.1亿t CO2，占当年全国能源碳排放量的21.9%[1]。由于高能耗建筑存量巨大，导致新建绿色建筑的增长不足以克服高能耗既有建筑的负面影响[2]，因此，开展既有建筑节能改造工作是实现城市可持续发展的重要途径。然而，当前既有建筑节能改造项目的大规模实施还面临着严重的财政资金不足、融资机制缺失等问题[3]。同时，我国ESCO(Energy Service Company)企业普遍具有规模小、资产数量少、信贷条件不足等不利因素，再加上改造项目种类繁多、专业性强且分散，对银行来说，项目评估模式难以复制，介入节能项目的机会成本高，为ESCO贷款不符合其“盈利性”、“安全性”和“规模经济”的经营原则。因此，在银行放贷市场选择性较大的情况下，ESCO难以获得金融市场的支持。此时，政府作为社会利益的守护者，在我国节能改造服务市场没有形成完善的融资管理体系的现状下，迫切需要发挥其宏观调控职能，采取措施促进银企合作，破解ESCO企业的融资困境与加快既有建筑节能改造市场化步伐。

1 文献回顾

由于对既有建筑节能改造的需求十分迫切，专家学者已经开始意识到融资对节能改造服务产业的促进作用。首先，考虑到ESCO企业可以利用融资平台解决融资难题，而现有的融资平台仍处于发展阶段，郑悦红等[4]以ESCO和业主的行为选择为切入点，对融资平台的优化发展进行了评价研究，明确了平台运行主体合作共赢的关键因素，郭汉丁等[5]则将改善ESCO项目融资环境和提升融资效率作为研究目标，通过分析融资平台运行优化特征与原则，提出了优化方案和策略。其次，规模化、长效性的融资机制是解决节能改造产业融资困境的重要保障[6]，周鲜华等[7]运用供求均衡理论，分析了节能改造市场失灵的根本原因，从创新融资策略方面提出了建议。再次，多样化的融资模式是推动节能产业快速发展的关键，曹如月[8]、申玲[9]等为了缓解传统模式改造的融资困境，将PPT模式引入到既有建筑改造项目，有助于推动投资群体进入改造市场，詹朝曦等[10]针对大型既有建筑节能改造项目提出了“BOT+EMC”融资模式，并以北京白云时代大厦为例证实了该模式的可行性。

通过梳理上述文献可以发现，目前关于节能服务产业融资障碍的研究大多从宏观角度出发，主要集中于融资平台优化、融资机制与融资模式等研究方面，且较少从ESCO企业融资障碍角度进行定量研究。考虑到这一点，本文选择演化博弈方法，构建政府 - ESCO - 银行三方博弈演化模型，重点分析各参与主体的行为策略选择以及微观演化机理，探讨影响博弈达到理想状态的关键因素以及政府监管对ESCO与银行达成良性合作的重要作用，提出促进三方合作共赢的措施建议，以期为解决ESCO融资难题与推动既有建筑节能改造市场发展提供新的视角和理论支撑。

2 问题描述及主体分析

2.1 问题描述

演化博弈论源于达尔文的生物进化思想，其将动态演化过程与博弈理论相结合，强调有限理性下的动态均衡。在博弈过程中参与人通过模仿和学习不断改进和修正自己的行为，最终可能趋向于选择某个策略而不再改变，系统达到稳定状态。在既有建筑节能改造项目中，政府、ESCO与银行三方主体掌握的市场信息并不全面且认知能力有限，在不同的发展阶段会选择最适合自己的策略，因此运用演化博弈论来研究三方合作机制演化路径，是合理且适用的。

2.2 主体分析

在既有建筑节能改造项目实施过程中，三方主体的参与行动不同且起着不同作用。政府作为市场监管者与社会利益守护者，在不实施激励政策时，政府单纯依靠宣传等手段，鼓励银行与ESCO合作，在实施激励政策时，政府除了为银行与ESCO提供财政补贴外，还将对双方行为进行监管并设置相关处罚规定，从成本与收益角度出发，政府需衡量自身策略选择的收益情况，选择最有利的策略。既有建筑节能改造市场融资环境的好坏是决定ESCO能否健康发展的关键，而更好的市场融资运行条件需要政府的扶持、监管与金融市场支持，ESCO的努力是节能改造市场发展的内在驱动力。在放贷市场选择性较大的情景下，出于资本安全和盈利考虑，银行有权选择是否为ESCO提供贷款，而起着宏观调控作用的政府可以采取为ESCO提供担保、为银行提供税收优惠、建立完善的融资监管机制等措施，从而促进银企双方达成合作。三方主体的博弈关系如图1所示。

图1 政府 - ESCO - 银行三方博弈关系

3 博弈模型构建

3.1 参数定义

根据上述分析，构建三方演化博弈模型需要的参数及其含义如表1所示，参数符号均≥0。

表1 参数及其含义

3.2 模型假设

为构建三方演化博弈模型，作出如下假设：

假设1：由地方政府、ESCO企业、银行构成既有建筑节能改造融资系统，3个博弈主体均为有限理性，各主体间信息不对称，行为交互影响且博弈随机。

假设2：地方政府的策略集合e表示政府是否实施激励政策来推进ESCO与银行达成协作，e={e1，e2}，其中，e1为实施激励政策，e2为不实施激励政策；ESCO的策略集合f表示ESCO是否在既有建筑节能改造市场中付出努力，f={f1，f2}，其中，f1为努力，f2为不努力；银行的策略集合g表示银行是否为ESCO提供贷款，g={g1，g2}，其中，g1为提供贷款，g2为不提供贷款。

假设3：博弈系统中，各主体均有一定概率选择自己的行为。假设在初始状态下，政府选择实施激励政策的概率为x，则不实施激励政策的概率为1-x；ESCO选择努力节能改造的概率为y，则不努力节能改造的概率为1-y；银行选择为ESCO提供贷款的概率为z，则不提供贷款的概率为1-z。

假设4：在政府未实施激励政策的条件下，不会对ESCO与银行进行监管处罚。银行是否提供贷款不是ESCO选择努力或不努力的决定性因素，但会直接影响ESCO的努力程度。当银行响应政府号召承诺为ESCO提供贷款时，无论是否与ESCO达成合作，银行已承担风险。ESCO的努力程度会影响其得到银行贷款的概率。

3.3 收益矩阵

基于上述问题描述与模型假设，得到既有建筑节能改造融资系统的三方博弈收益矩阵，如表2所示。

表2 三方博弈收益矩阵

4 博弈模型分析

4.1 复制动态分析

复制动态指随着时间的推移，博弈主体通过学习、模仿，不断调整策略选择的一种机制。在构建的既有建筑节能改造融资系统中，各主体策略的动态变化是有限理性演化博弈分析的核心，故分别求解政府、ESCO及银行的复制动态方程，探究各主体策略被选择的比例以及变化情况。

4.1.1 政府的复制动态方程

政府实施激励政策的期望收益为：

E(e1)=yz(ΔR1-ΔC1-J2-J3)+y(1-z)·

(ΔR1-ΔC1+P3-J2)+z(1-y)·

(-ΔC1+P2-J3)+(1-y)(1-z)·

(-ΔC1+P2+P3)

(1)

政府不实施激励政策的期望收益为：

E(e2)=yz(ΔR1-S1)+y(1-z)(ΔR1-S1)

(2)

则政府的平均期望收益为：

(3)

由此可计算出政府的复制动态方程为：

=x(1-x)[P2+P3-ΔC1-

y(J2+P2-S1)-z(J3+P3)]

(4)

y(J2+P2-S1)-z(J3+P3)]

(5)

图2 政府的复制动态相位图

4.1.2 ESCO的复制动态方程

ESCO努力节能改造的期望收益为：

E(f1)=xz(ΔR2-ΔC2-ΔF2+J2+L2)+

x(1-z)(ΔR2-ΔC2-ΔF2+J2)+

z(1-x)(ΔR2-ΔC2-ΔF2+L2)+

(1-x)(1-z)(ΔR2-ΔC2-ΔF2)

(6)

ESCO不努力节能改造的期望收益为：

E(f2)=xz(-P2)+x(1-z)(-P2)

(7)

则ESCO的平均期望收益为：

(8)

由此可计算出ESCO的复制动态方程为：

=y(1-y)[x(J2+P2)+zL2+

ΔR2-ΔC2-ΔF2]

(9)

ΔR2-ΔC2-ΔF2]

(10)

图3 ESCO的复制动态相位图

4.1.3 银行的复制动态方程

银行提供贷款的期望收益为：

E(g1)=xy(ΔR3-ΔC3-ΔF3+J3)+x(1-y)·

(J3-ΔF3)+y(1-x)(ΔR3-ΔC3-

ΔF3)+(1-x)(1-y)(-ΔF3)

(11)

银行不提供贷款的期望收益为：

E(g2)=xy(-P3)+x(1-y)(-P3)

(12)

则银行的平均期望收益为：

(13)

由此可计算出银行的复制动态方程为：

=z(1-z)[x(J3+P3)+

y(ΔR3-ΔC3)-ΔF3]

(14)

y(ΔR3-ΔC3)-ΔF3]

(15)

图4 银行的复制动态相位图

4.2 稳定性分析

为进一步分析演化博弈模型的稳定性，根据RITZBERGER[11]提出的演化博弈求均衡解方法，令政府、ESCO与银行的复制动态方程为0，求出博弈平衡点。即

(16)

根据RITZBERGER方法，对于三方作用下的博弈策略，只需要讨论(0，0，0)，(0，0，1)，(0，1，0)，(0，1，1)，(1，0，0)，(1，0，1)，(1，1，0)，(1，1，1)这8个特殊平衡点的稳定性，其余点均为非渐进稳定状态。依据三方主体的复制动态方程，求出雅可比矩阵如式(17)所示。

(17)

由李雅普诺夫第一法则可知，当雅可比矩阵的所有特征值λ<0时，该平衡点为渐进稳定点；当存在至少一个特征值为正数时，该均衡点为不稳定点；当存在特征值为零，且其余特征值均为负数时，该均衡点为鞍点。各平衡点的稳定性判断如表3所示。

表3 各平衡点稳定性判断

由表3可知，由于假设条件复杂以及参数较多，需要设置一定的约束条件才能够判别每个点的稳定性，因此通过分析得出：ΔR2-ΔC2-ΔF2，ΔR3-ΔC3-ΔF3，S1-ΔC1-J2-J3，P2-J3-ΔC1，J3+P3-ΔF3这5个式子的取值是影响博弈平衡点稳定性的关键。由此假设ΔR2>ΔC2+ΔF2，ΔR3>ΔC3+ΔF3，S1>ΔC1+J2+J3，P2>J3+ΔC1，J3+P3<ΔF3，各平衡点稳定性如表4所示。

表4 约束条件下各平衡点稳定性判定

通过分析表4可得，想要模型演化至理想状态(1，1，1)，需满足条件S1>ΔC1+J2+J3，ΔR2>ΔC2+ΔF2，ΔR3>ΔC3+ΔF3，具体分析如下。

4.2.1 当S1>ΔC1+J2+J3时

在ESCO选择努力节能改造的情况下，政府实施激励政策与不实施激励政策收获的社会、环境效益是一致的，此时，政府不实施激励政策造成的损失与激励成本之间的差额便成为了影响政府向理想博弈均衡状态靠近的关键阈值，当奖励激励与增量成本之和大于损失时，政府实施激励政策的积极性较小，存在放弃推动既有建筑节能改造的可能，因此，引入银行方参与既有建筑节能改造项目，有利于降低政府的激励支出、缓解政府的财政压力，对提高政府的激励积极性与推动博弈向理想状态演化具有重要意义。

4.2.2 当ΔR2>ΔC2+ΔF2时

影响ESCO决策的关键因素是增量成本、增量风险与增量收益。当增量成本与增量风险之和小于增量收益时，ESCO的策略选择会向努力节能改造靠近。

4.2.3 当ΔR3>ΔC3+ΔF3时

影响银行决策的关键因素是增量成本、增量风险与增量收益。当增量成本与增量风险之和小于增量收益时，银行的策略选择会向提供贷款靠近。

5 结论与建议

通过构建政府、ESCO和银行三方演化博弈模型，分析各博弈参与方策略选择的影响因素发现：三方主体间的决策组合演化于何种稳定状态主要取决于政府的激励成本、ESCO的增量成本和增量风险以及银行的增量成本和增量风险这几个参数值的大小。由此，以下主要从政府、ESCO和银行方面提出针对性意见。

5.1 提升政府监管职能，促进银企双方达成合作

(1)充分发挥政府融资担保作用，建立节能信息交流平台。政府通过建立节能信息交流平台，加强银行、ESCO与环保部门的信息共享机制建设，缓解节能改造市场的信息不对称问题。充分发挥各级政府融资性担保机构的杠杆作用，为企业向银行融资提供担保，从而提高ESCO企业的融资效率，同时也降低了银行为ESCO提供贷款的风险，通过促进银企之间达成有效合作，以公私联动的方式来打破因资金不足导致ESCO发展缓慢的现状。

(2)建立可行的监管机制。政府引导方式应实施激励与监管并行的“双管齐下”策略，在为ESCO与银行提供奖励激励的同时针对双方的不良合作行为制定相应的惩罚措施，如建立黑名单制度和市场退出机制等；同时充分发挥政府主导地位优势，全面监控市场，及时获取反馈信息，弹性调整激励力度，避免因激励强度过高而造成社会资源浪费，同时也可减少政府的财政压力。