建筑废弃物循环利用实现路径——基于主体的协同创新策略选择

傅为忠，陈佳佳

（合肥工业大学管理学院，安徽合肥 230041）

1 研究背景

资源综合利用是深入实施可持续发展战略的重要内容，而固体废弃物量大面广，对环境影响突出，是资源环境生态问题的重点治理领域，其中建筑废弃物是主要来源［1］。据测算，2021 年我国城市建筑废弃物年产生量超过20 亿吨，约占城市固体废物总量的40%。因此，推进建筑废弃物的综合利用对治理环境问题、提高资源使用效率、促进经济社会发展全面绿色转型、建立健全绿色低碳循环发展经济体系具有重要意义。

从国内外的实际行动来看，欧盟的循环经济计划行动鼓励建筑废弃物回收和改进工作，强调推广分类系统，以此来促进整个欧洲建筑废弃物的循环利用［2］；荷兰王国循环经济计划“2050循环荷兰经济”鼓励建筑业采用循环或者模块化施工，以创新推动发展并减少建筑废弃物的产生［3］；德国实施“循环经济和废物处理法”，从法律法规的角度推动废物管理［4］；我国国家发改委在《“十四五”循环经济发展规划》中明确提出2025 年建筑垃圾综合利用率达到60%的目标，发展绿色建筑，循环经济对资源安全的支撑保障作用进一步凸显。在各个国家推动建筑废弃物循环利用的过程中，也出现了各种困难，如监督体系不完善［5］、技术落后［6］、再生品使用率低等［7］。Ajayi 等［8］、Arm 等［9］学者指出，政府的压力和激励是推动各国建筑废弃物循环利用的关键动力；袁红平等［10］以施工单位和建材生产企业为研究主体，得出双方合作力度对政府干预政策依赖较大；Liu 等［11］研究得出政府适当的处罚和奖励措施有利于绿色建筑的规模化发展；Chen 等［12］验证了政府补贴政策的定量影响。在政府对建筑废弃物填埋和焚烧等行为的惩罚政策以及循环利用的补贴政策加持下，有效缓解了资金不足问题，但是技术缺陷仍限制了建筑废弃物再生品的推广应用，推进建筑废弃物循环利用主体间的协同创新合作迫在眉睫。

从现有文献来看，围绕政府参与协同创新的研究已经取得了一定的进展。李柏洲等［13］指出政府采取成本补贴激励会加速战略性新兴产业间供应链企业协同创新；刘亚婕等［14］讨论政府参与下新能源汽车企业间协同创新的竞合策略，为促进新能源汽车等战略性新兴产业的协同创新提供正确的理论指导；曹阳春等［15］构建政府驱动下区块链产业协同创新的演化博弈模型，从政府政策驱动、企业主体功能与市场体制作用方面提出优化区块链产业协同创新水平的对策建议；李荣杰等［16］探索政府—市场协同创新推动能源结构替代的有效路径，对促进碳达峰、碳中和长期目标实现具有重要意义；李松亮等［17］指出采用演化博弈的方法更符合协同创新主体之间既有合作又有冲突的反复博弈关系。如张华［18］基于演化博弈理论，研究企业、大学和科研机构间协同创新过程的“演化稳定策略”；王国红等［19］从策略层面研究中小企业协同创新行为的动态演化过程。而现有文献多以产学研和区块链等为主要内容，如王海花等［20］构建产学协同创新多层网络结构模型，研究高校知识网络静态特征和动态特征对产学协同创新绩效的影响；卜伟等［21］构建江苏高校协同创新中心绩效评价模型和可视化系统，对江苏高校协同创新中心绩效进行静态和动态分析；仇志清［22］以新零售企业作为研究对象，探讨并检验了价值共创对协同创新绩效的影响作用。鲜有学者在协同创新中以环境为研究对象，对建筑废弃物循环利用主体间协同创新的研究更是缺失。

因此，本文为弥补现有文献未针对建筑废弃物循环利用主体间协同创新的不足，进行如下创新：（1）根据建筑废弃物循环利用的全过程，以回收企业和混凝土企业为主体，分别建立市场调控机制和政府调控机制下的演化博弈模型。（2）由于研究对象和内容的特殊性，在模型建立的过程中考虑声誉收益对系统演变的影响［23］。最后通过数值仿真分析研究影响建筑废弃物循环利用主体协同创新策略选择的因素，从而为促进我国实现资源的高效利用、发展绿色低碳循环经济体系助力。

2 基本假设与模型构建

本节将根据政府是否参与建筑废弃物循环利用主体的协同创新为基础，构建以回收企业和混凝土企业为主体的演化博弈模型，分别讨论市场调节机制和政府调节机制下双方的策略选择及演化趋势。

2.1 基本假设

假设1：在博弈中，主体1 为回收企业，主体2为混凝土企业，两者均为有限理性决策者，且存在信息不对称的问题。

假设2：回收企业的策略集为S1={积极参与，消极参与}。积极参与的回收企业会引入高端设备和技术人才，提高回收处理后的初级制品质量，与混凝土企业合作推动建筑废弃物的循环利用。消极参与的回收企业也会参与建筑废弃物的回收处理工作，但是不会引进设备，也不会和混凝土企业协同创新，只会有基本收益π1，其日常成本为C1。混凝土企业的策略集为S2={积极参与，消极参与}。积极参与的混凝土企业会加强与回收企业的合作，调整生产结构，提高再生混凝土等再生品的质量。消极参与的混凝土企业也会参与建筑废弃物再生品的生产工作，但是不会调整生产结构，也不会和回收企业协同创新，只会有基本收益π2，其日常成本为C2。决策主体选择了积极参与策略后，需要投入成本βiCi(i=1,2)，其中βi为成本增长率，满足βi∈［0,1］。

假设3：只有双方都选择积极参与策略时，会产生协同效应，利益增长为αiπi(i=1,2)，其中αi为收益增长率，满足αi∈［0,1］。当只有一方选择积极参与策略时，两者不会产生协同效应。选择积极参与的一方仍会投入成本βiCi，也会因此获得声誉收益Ni(i=1,2)。而选择消极参与的一方会因为对方的积极参与带来搭便车收益，但小于双方均积极参与的收益。如回收企业选择消极参与策略时，会因为混凝土企业的积极参与，增加初级制品潜在需求量而带来收益M，其中M＜π1α1；混凝土企业选择消极参与策略时，会因为回收企业的积极参与，提高初级制品质量而带来收益D，其中D＜π2α2。

假设4：在市场调节机制下，政府不发挥作用；在政府调节机制下，为了鼓励建筑废弃物的循环利用和行业专精特新发展，对采取积极参与策略的企业补贴成本，补贴总额为GiCi(i=1,2)，其中Gi为补贴系数，满足0＜Gi＜1。

假设5：回收企业自主选择策略，选择积极参与策略的概率为x，选择消极参与策略的概率为1-x。混凝土企业自主选择策略，选择积极参与策略的概率为y，选择消极参与策略的概率为1-y，其中0 ≤x ≤1,0 ≤y ≤1。

模型中参数及其含义见表1 所示。

表1 符号说明

2.2 市场调节机制下演化博弈分析

根据上述假设，在市场调节机制下，供应链中的回收企业和混凝土企业自行决定选择积极参与或者消极参与策略，双方追求自己的利益最大化，政府并不参与到其中。支付矩阵如表2 所示。

表2 市场协调机制下双方支付矩阵

回收企业的复制动态微分方程见式（4）：

复制动态微分方程为：

将5 个均衡点代入式（9），分别计算不同均衡解下的det(J) 和Tr(J)，并进行稳定性分析，结果见表3。可以看出，当系统满足时，博弈双方有两个稳定的均衡解，另外3 个点是回收企业和混凝土企业演化博弈方向的鞍点，演化相位如图1 所示。当初始状态在OCDA 区域时，双方博弈将收敛于（0，0），即双方最终均选择消极参与策略。当初始状态落在CDAB 区域时，双方博弈将收敛于（1，1）点，即双方收益达到不具有收敛性和抗干扰性。的条件后，双方均选择积极参与策略，达到帕累托最优状态。两个区域面积的大小反映了双方策略选择可能性的大小。

图1 市场调节机制下系统演化相位

表3 市场调节机制下均衡点稳定性分析

可知，双方合作的可能性见式（10）：

命题1：在市场调节机制下，当选择消极参与的一方，因对方选择积极参与而获得的搭便车收益越多，达成（积极参与，积极参与）的可能性越小。

命题2：在市场调节机制下，双方选择积极参与策略的可能性随着收益增长率的增加而提高，随着成本增长率的增加而降低。

命题3：在市场调节机制下，双方选择积极参与策略的可能性随着声誉收益的增加而提高。

由以上命题知，在市场调节机制中，双方合作的可能性会随着成本以及搭便车收益的增加而减小，随着声誉收益以及积极参与收益的增加而增加。可以看出，回收企业和混凝土企业的策略选择取决于是否实现利益最大化，这也是符合基本事实的。研究表明，建筑废弃物循环利用率低的主要原因是性能和价格，政府调控是最直接有效的手段［25］，下一步将考虑政府调控机制下的系统演化情况。

2.3 政府调控机制下演化博弈分析

根据上述假设，在政府调节机制下，一方面回收企业和混凝土企业自行决定选择积极参与或者消极参与策略，追求各自利益最大化，另一方面政府补贴选择积极参与企业的成本。支付矩阵如表4所示。

表4 政府调控机制下双方支付矩阵

表5 政府调节机制下均衡点稳定性分析

回收企业的复制动态微分方程为：

复制动态微分方程为：

结合（14）、（18），政府调节机制下的雅可比矩阵见式（19）：

命题4：在政府调节机制下，双方选择积极参与策略的可能性随着政府成本补贴系数的增加而提高。

3 数值仿真分析

为了直观体现出双方参与意向及相关参数变化对系统演化的影响，本节将通过软件MATLAB2021a对系统进行动态演化仿真。根据仿真结果，对市场调节机制和政府调节机制两种情况下的双方初始参与意愿、收益增长率和搭便车收益进行讨论。对本文涉及参数初始设值如表6 所示。

表6 各参数初始值

3.1 双方初始参与意愿对系统演化的影响

在市场调控机制下，为了检验回收企业和混凝土企业的初始参与意愿对系统演化的影响，在其他参数不变的前提下，设置模拟周期为15，调整双方选择积极参与策略的概率，令x,y 取值分别为0.4、0.6、0.8，双方策略选择演化趋势如图2 所示，用实线表示回收企业策略选择的变化，虚线表示混凝土企业策略选择的变化。可以看出，双方初始意愿的临界值位于0.6～0.8 之间，当低于临界值时，均逐渐选择消极参与策略，高于临界值时，均逐渐选择积极参与策略。值得注意的是，当双方初始意愿相同时，实线均位于虚线的上方，表明回收企业的合作意向高于混凝土企业，这是因为建筑废弃物的回收和初加工是基础，混凝土企业以此为基础生产和使用再生品，当回收企业积极参与而混凝土参与意愿低，回收企业的参与意愿也会随之下降，当双方初始意愿都较高时，便会实现协同创新的理想局面。

图2 市场调节机制下x 和 y 同时变化的系统演化情况

图3 和图4 是在其他参数不变的条件下，分别研究并比较两种调节机制中，回收企业初始意愿x变化对双方协同创新策略选择的影响。由图3 可以看出，当混凝土企业的初始意愿y 保持在默认值0.5时，随着x 取值不断增加，双方协同创新的趋势更加明显。在市场调节机制中，只有x=0.9 这一组取值双方才趋向（1，1），表明在政府不干预的情况下，回收企业和混凝土企业自主参与建筑废弃物循环利用的可能性低。相比较而言，图4 中大部分取值逐渐收敛于（1，1），在保持y=0.5 时，回收企业初始意愿x 的取值从0.1 至0.9 递增，只有x=0.1 这一组取值双方才趋向（0，0），表示在政府调节机制下，即使政府给予了积极参与企业成本补贴，但是回收企业的初始参与意愿过低时，仍会导致不理想的局面。对比图3 和图4 可以看出，政府调节机制下双方合作的临界值低于市场调节机制，政府补贴了回收企业和混凝土企业的成本，系统更容易趋向协同创新的理想局面。

图3 市场调节机制下x 变化的系统演化情况

图4 政府调节机制下x 变化的系统演化情况

保持其他参数不变，研究和比较两种机制下混凝土企业的初始意愿y 变化对双方协同创新策略选择的影响。由图5 可以看出，在市场调节机制下，回收企业的初始意愿x 保持在0.5 时，随着混凝土企业的初始意愿的增加，系统只有在y=0.9 这一组取值才走向了（1，1），大部分情况下双方选择不合作。对比图6 可以看出，随着混凝土企业初始参与意愿的增加，双方更快趋向协同创新的理想局面，而且政府调节机制下系统的临界值低于市场调节机制。正如上文提到实线均位于虚线的上方，即使前期设置混凝土企业初始意愿高于回收企业，到后期也会演变成实线在上，即回收企业的合作意向高于混凝土企业，不论是同时调整两者初始意愿还是仅调整一方初始意愿时均得到验证。由此可以得出，促成建筑废弃物循环利用过程中回收企业和混凝土企业协同创新的关键在于混凝土企业的意愿［26］。

图5 市场调节机制下y 变化的系统演化情况

图6 政府调节机制下y 变化的系统演化情况

3.2 收益增长率对系统演化的影响

为了比较积极参与协同创新企业的收益增长率变化对系统演化路径的影响，分别讨论两种机制下，保持其他参数不变，单独调整回收企业和混凝土企业收益增长率的策略演变趋势。在市场调节机制下，回收企业的收益增长率α1变化对系统演化的影响如图7 所示，且可以看出α1在0.5～0.7 之间存在临界值。随着的回收企业收益增长率提高且达到临界值时，系统将会趋向协同创新的稳定局面。当政府进行干预并补贴双方成本后，α1变化对系统演化的影响如图8 所示。可以看出α1在相同取值情况下，系统均趋向于协同创新策略，且随着α1的提高，收敛于（1，1）速度不断加快。

图7 市场调节机制下α1 变化的系统演化情况

图8 政府调节机制下α1 变化的系统演化情况

用相同的方法比较混凝土企业收益增长率α2变化对系统演化的影响，如图9 和图10 所示。在市场调节机制下，随着混凝土企业收益增长率的提高，双方逐渐稳定于协同创新策略并且收敛速度加快，

图9 市场调节机制下α2 变化的系统演化情况

图10 政府调节机制下α2 变化的系统演化情况

3.3 “搭便车”收益对系统演化的影响

当回收企业和混凝土企业任何一方消极参与建筑废弃物循环利用工作时，都无法实现行业的协同创新发展，而其中的“搭便车”收益是一方积极参与，另一方消极参与的诱因所在，因此讨论“搭便车”收益对系统演化的影响是必要的。在保持其他参数不变的情况下，分别讨论两种机制下，调整回收企业的“搭便车”收益M 和混凝土企业的“搭便车”收益D 对双方策略选择的影响。在两种机制下分别设置回收企业的“搭便车”收益M=0.2,0.5,1,2，系混凝土企业收益增长率对系统演化结果的影响在0.3～0.5 之间存在临界值。在政府调节机制下采用相同的收益增长率，系统也会更快趋向于协同创新的稳定局面。统演化路径如图11和图12所示。在市场调节机制下，即使“搭便车”收益取值0.2 时，系统也无法实现协同创新，且随着“搭便车”收益的增加，系统将沿着箭头方向，即加速趋向于消极参与状态，这也是符合现实情况的。相比较而言，在政府调节机制下，M 在1～2 之间存在临界值，纵然随着“搭便车”收益增加，系统演化到不理想状态（0，0），但是当“搭便车”收益小于临界值时，仍会实现协同创新的理想状态。

图11 市场调节机制下M 变化的系统演化情况

图12 政府调节机制下M 变化的系统演化情况

对混凝土企业而言，“搭便车”收益对系统演化的影响和回收企业基本相同，如图13和图14所示。随着混凝土企业“搭便车”收益的增加，系统将演变成消极参与的不理想状态。政府的参与会提高回收企业的积极性，混凝土企业“搭便车”收益的变成对系统的影响在1～2 之间存在临界值，当低于这个临界值时，系统将趋向于协同创新的理想局面。

图13 市场调节机制下D 变化的系统演化情况

图14 政府调节机制下D 变化的系统演化情况

4 结论与对策建议

本文运用演化博弈的方法构建了以回收企业和混凝土企业为主体，市场调节机制和政府调节机制两种模式下双方协同创新促进建筑废弃物循环利用的演化博弈模型。在考虑了双方收益、成本、声誉收益和“搭便车”收益等基础上，对回收企业和混凝土企业的各种策略选择进行稳定性分析，并运用MATLAB 模拟仿真，以直观的方式比较不同机制下，单个或多个参数发生变化时对系统演化路径的影响。研究结果表明：

（1）混凝土企业的参与意愿是双方达成协同创新的关键，回收企业的参与意愿高于混凝土企业。

（2）在两种机制下，双方选择积极参与策略的可能性与收益增长率和声誉收益呈正相关，与成本增长率和“搭便车”收益呈负相关。

（3）在政府调节机制下，双方选择积极参与策略的可能性与成本补贴系数呈正相关。政府参与后会提高“搭便车”收益对系统演化影响的临界值，增加双方合作的可能性。

基于以上分析，为有效促进我国建筑废弃物循环利用主体协同创新合作，提出如下对策建议：

（1）有效提高混凝土企业的参与意愿。混凝土企业的参与意愿是双方达成协同创新的关键，政府在前期可以与企业合作或者以投资的方式引入国内外先进设备和技术，加强政策支持和引导，提高全社会的环保意识，推广绿色建筑，提高混凝土企业的收益。

（2）引导并规范回收企业的积极参与。回收企业的积极参与是双方达成协同创新的基础，回收企业的参与意愿高于混凝土企业，混凝土企业的积极合作必然会带动回收企业的参与热情，因此要在建筑废弃物的回收和初加工过程中形成相关制度规定和产品标准，为再生制品的推广和应用提供质量保证。

（3）建立合理的财政补贴政策。政府的参与可以有效提高双方的参与意愿，降低企业为了获得“搭便车”收益而消极参与的可能性，但是补贴力度也要适度，避免造成严重的财政负担。