文摘
预制装配式结构是一种最先进的施工技术的社会经济和环境效益,但有时,它是不受欢迎的由于其成本太高。政府扮演着重要的角色在促进预制装配式结构,但它的影响尚不清楚。本文研究开发了一个系统动力学模型,模拟的影响政府激励策略在预制装配式结构考虑政府和承包商之间的进化博弈过程。上海,中国的数据,收集的演示和验证仿真模型开发。结果表明,(1)进化稳定策略并不存在于静态博弈过程;(2)采用预制结构的速度受到处罚和补贴水平;(3)动态激励策略可以更好地提高进化博弈过程的稳定性;和(4)可获得奖励率的合理范围。本研究的发现促进政府制定和改善预制结构的激励策略,从而提高建筑工业化的发展。
1。介绍
预制装配式结构指的是一种先进的施工技术,类似于“积木”,其中包括制造建筑组件在工厂组装在建筑工地1,2]。预制装配式结构广泛传播的好处包括减少成本,施工期间,健康和安全风险,建设浪费,能源消耗和碳排放,并随之改善质量、可预测性、可持续性、全寿命性能,和盈利能力(3- - - - - -9]。因为它的重要的社会经济和环境效益,预制装配式结构被认为是一个重要的方法来实现可持续建筑和建筑工业化(10]。然而,当前应用程序的预制装配式结构在中国仍处于发展阶段与大多数西方国家相比。预制结构的成本通常高于传统的悬臂施工方法由于不健全的标准系统,模块化设计能力较差,规模生产和低效率(11,12]。据估计,使用预制结构可能导致增量工程造价约260元单位建筑面积(m2)[13,14]。大多数承包商不愿意采用预制装配式结构为了追求经济效益的最大化15]。政府的激励政策可以降低成本和风险的承包商应用预制装配式结构。因此,它是至关重要的为政府发挥主导作用的过程中深入推广预制装配式结构。
中国中央政府和省级政府制定和植入一组政策针对促进预制结构(16]。早在2012年,住房和城乡建设部等部委的(MOHURD)和财政部门(MOF)做了一个战略目标的速度预制建筑应该占到2020年超过30%的新建筑。2017年,“13日五年预制建筑行动计划”和支持进一步制定管理措施。2019年,MOHURD指出承担的主要工作,2019年再次强调了促进预制装配式结构。与此同时,地方政府也发布了一系列激励政策包括土地政策、财政和税收政策,建筑面积补贴政策支持预制结构的未来发展2]。尽管中央和省级政府已经发布了许多扶持政策,一般来说,这些政策有时是不完整,不清楚,缺乏可操作性。这不仅是因为这些政策往往缺乏足够的科学证据来支持他们的理性,也相应的惩戒机制来保证其植入。因此,从政府的角度来看,如何制定最优激励政策承包商采用预制装配式结构是一个迫切需要解决的重要问题。
两个主要政党政府和承包商参与促进预制结构(17,18]。为了优化激励政策,关键影响因素的识别合作和政府之间的冲突和承包商双方的决策过程应进行调查。博弈论考虑双方的成本和收益在不同的决策,并试图找到一个平衡他们的利益达到一个双赢的局面19]。它可以帮助解释行为在预制装配式结构促进政府与承包商之间的关系的过程。早期的研究主要应用博弈论经典统计模型之间的交互预制结构促进政府和承包商。他们都是基于一个基本假设,即代理是完全理性和智慧。这意味着政府和承包商总能获得完整的信息和做出最好的决定20.- - - - - -22]。但事实上,双方的行为作为预制结构促进有限理性的代理人,和他们的信息是不对称的。这意味着他们不能总是在有限的信息做出最好的决定。因此,他们会改变他们的策略动态通过观察和比较收益与他人,然后调整自己的策略在重复的游戏。这并不符合经典统计游戏理论的基本假设。进化博弈理论,结合博弈理论和动态演化过程分析,更侧重于战略的动态变化,旨在找到稳定的战略利益冲突问题[23]。它可以克服缺点的古典统计博弈理论在分析代理的有限理性和博弈的动态决策过程24- - - - - -26]。因此,进化博弈理论更适合研究政府和承包商之间的长期动态博弈预制结构在中国推广。
事实上,已经有许多研究应用进化博弈理论探讨促进预制装配式结构。例如,Qi et al。27)应用进化博弈理论来分析经济主要利益相关者之间的关系的过程中预制结构促进包括政府、项目开发人员和预制组件制造商。陈等人分析(28)的进化战略决策行为项目开发商和消费者的过程中政府实施的激励政策,并提出了一些战略建议,实现帕累托最优均衡。金等。29日]进一步发展三方government-contractor-consumer的进化博弈模型,并得出结论,政府应该鼓励承包商采用预制装配式结构从税收优惠,财政补贴,让游戏和其他方面发展的方向有利于市场和行业的发展。所有这些研究有助于理解利益相关者之间的动态交互,促进预制装配式结构,为政府提供决策参考24- - - - - -29日]。然而,他们通常无法直观地模拟并显示动态博弈过程和演化结果由于进化博弈论的方法的局限性。
系统动力学(SD)的方法,介绍了Forrester (31日)在1960年代在麻省理工学院,被认为是一种结构建模技术能够理解、模拟,并分析复杂的系统,目前广泛应用于各领域包括社会科学、工程、经济和管理。演化博弈过程也可以看作是一个复杂的系统包括一个交互式结构和转换成一个SD模型浆流图的形式(31日]。一些研究应用SD分析的交互式结构进化博弈过程和得到好的结果32,33]。然而,很少有研究将SD方法与进化博弈研究政府和承包商之间的互动关系促进预制装配式结构。
解决研究缺口,本文的目标是开发一种SD-enabled进化游戏的政府激励策略仿真模型预制结构用Vensim软件方案。开发模型将应用于调查政府的行为规则和承包商在预制装配式结构促销和确定它们对彼此的影响。本研究的创新主要在于两个方面:首先是调查政府的角色在促进预制结构分析两国政府和承包商的动态决策过程;第二个是SD进化博弈理论的应用仿真,可以直观地说明代理商的动态交互。价值作为评估工具开发模型的动态影响政府政策在促进提前预制结构实现,它可以为政策设计者提供参考。
2。进化博弈分析
在中国当前应用程序的预制装配式结构,两党有限理性和信息不对称的表现的球员。此外,当事人不能永远做适当的策略在有限的信息。在重复的游戏,双方选择和调整他们的战略动态通过计算和比较他们的总效益。因此,进化博弈理论是接受分析两个主要利益相关者的关系和行为。
2.1。游戏矩阵开发
尊重现有的预制建筑行业在中国,游戏双方关系的预制装配式结构推广,即。施工承包商(CC)和当地政府(LG)分析。CC是鼓励或惩罚采用LG在其决策过程的施工技术。其策略是由采用悬臂施工预制结构或传统。追求经济效益的最大化,CC可以选择采用预制装配式结构或不期待自己的支出和收入。LG刺激CC采用预制装配式结构通过奖励或惩罚政策。其作为激励策略可以执行政策或没有激励政策通常为了经济和生态的可持续性。监督的LG的能力被认为是足够强大的,也就是说,LG可以立即响应,给承包商相应的金融奖励或处罚,分别。
进行战略选择CC的进化博弈模型, 分配率采用预制装配式结构。如果选择预制装配式结构,CC可以获得财政补贴和其他福利(例如,绿色企业形象)。因此, 和 代表的CC的经济和其他好处采用预制装配式结构,分别。然而,预制装配式结构的成本通常高于传统现浇施工方法的当前的缺陷(例如,不完整的标准体系和规模生产低效率)。在这种情况下, 代表了CC的采用预制施工成本。此外,CC将受到惩罚时不是采用预制技术,在其中 代表了CC的处罚不采用预制装配式结构。
LG选择 作为其战略,被指定为激励率。这个变量综合是指激励阈值。因为预制结构的受欢迎程度是有限的,LG需要宣传,这是另一个成本除了奖励工资的成本。在这种情况下, 和 代表了LG的补贴和宣传成本,分别。此外,如果预制结构被广泛接受,LG将促进其他利益(例如,资源节约,环境保护,政府信誉)。在这种情况下, 代表了LG执行预制结构的其他好处。因此,CC之间的博弈矩阵和LG预制结构促进(表可以获得1)。
2.2。游戏方程建立
有限理性的玩家倾向于选择有益的动态策略,他们将达到一个平衡的过程中计算和比较。因此,采用预制结构的CC的预期收益与否可以通过以下公式计算: 在哪里和代表了CC的预期利益采用预制装配式结构,而不是分别。因此,可以算出的平均福利CC使用以下方程:
CC是倾向于检测更高效益的最终策略。根据复制因子动态变化的速度可以表示为如下方程:
通过定义 用方程(1)和(2)方程(4),可以获得以下方程:
同样,改变的速度可以得到如下:
因此,CC和LG之间的进化游戏可以由一组复制动态方程表示:
方程集反映了CC和LG的速度和方向调整策略。当每个方程等于零,当事人不会改变他们的策略,采用预制结构的进化游戏促进达到相对平衡的状态。
2.3。稳定性分析
2.3.1。CC的纯策略
进行稳定性分析CC的纯策略基于方程(5)。
考虑到 , 。在这种情况下,CC在任何价值的稳定 。
否则,当 ,CC的两个平衡解决方案strategy-replicated动力学方程可以获得
的导数可以通过以下公式计算:
只有当 ,进化稳定策略退出。因此,我们将在下列情况下:当 ,永久, 。进化稳定策略 。在这种情况下,CC,作为有限理性的代理人,选择采用预制结构的策略。当 ,永久, 。进化稳定策略 。在这种情况下,CC选择不采用预制结构的策略。当 ,有两个选择:当 ,然后 , 。在这种情况下,进化稳定策略 。CC选择采用预制结构的策略。当 ,然后 , ,在这种情况下,进化稳定策略 。CC选择不采用预制结构的策略。
2.3.2。LG的纯策略
LG的纯策略的稳定性分析是进行基于方程(6)。
考虑到 , 。在这种情况下,LG在任何价值的稳定 。
否则,当 ,LG的两个平衡解决方案的策略复制动态方程可以获得
的导数可以通过以下公式计算:
当 ,永久, 。进化稳定策略 。在这种情况下,LG,作为有限理性的代理人,没有激励政策的战略选择。
当 ,有两个选择:当 ,然后 , 。在这种情况下,进化稳定策略 。LG选择策略的激励政策。当 ,然后 , 。在这种情况下,进化稳定策略 。LG选择的策略总是下沉的CC采用预制。
2.3.3。混合策略
事实上,采用预制结构的成本通常高于CC的好处。LG也将避免极端情况下通过提高处罚。因此,上述演化稳定状态在纯策略的分析几乎没有发生。在本节中,我们主要讨论游戏的稳定性CC和LG的混合策略 和 。
我们定义 , 。据复制动态方程建立方程(7),当 , ,有退出五个纳什均衡解决方案如下:
根据弗里德曼的理论,进化的稳定可以获得游戏系统在平衡解决方案通过分析雅可比矩阵的行列式和跟踪 。当雅可比矩阵的行列式 和它的跟踪 ,进化稳定策略均衡解决方案。的雅可比矩阵方程(7)显示为以下方程:
表2显示的结果基于雅可比矩阵的稳定性分析。
它可以找到这个游戏系统有四个鞍点和一个中心点。 = ( )。相应的两个特征根是一对想象的根源。根据泰勒的研究(34),纳什均衡的解决方案 是一个进化的稳定解,但这不是渐近稳定。
3所示。系统动力学仿真
3.1。模型开发
根据进化博弈理论,双方将继续观察和比较所有可能的回报策略,然后,多次反复地调整自己的策略。传统的稳定性分析方法未能明显模拟并显示比赛过程和结果。SD模型能够模拟复杂系统的行为随着时间的推移,通过分析之间的因果关系和互动参与系统的所有元素。它可以描述和模拟有限理性下的进化博弈的过程,因为它的优势在处理不完备信息的问题。因此,之间的进化游戏CC和LG预制结构促进混合策略可以表示下一个SD模型(图1)。开发的SD模型Vensim请耐心(版本5.8 b)。有2级变量,变量,14个中间变量,和9外部变量建立模型。水平变量是指系统内的积累;率变量涉及流动系统中由于决策过程;通过计算辅助变量代表过渡变量(即。,expected cost and benefit of governments and contractors when making different decisions); and external variables are constants involved in the system.
基于发达进化游戏SD模型,进化稳定策略的存在与否可以分析。此外,双方的行为变化可以预测不同的外部变量。
3.2。参数设置
我们设置初始时间= 0,最后一次= 50,时间步= 0.0078125。单位时间是一年。外部变量的初始值设置为表3基于上海专家访谈。因此,混合策略均衡解决方案(X,Y)= 。
3.3。模型验证
图2显示了进化博弈过程和结果的均衡解决方案下混合策略(0.25,0.2)。它表明,CC和LG不改变他们最初的策略。这意味着进化游戏是在一个相对平衡的状态。
然而,这种状态是不稳定的。图3(一个)显示时的仿真结果x在图2从0.25到0.15在时间= 5。它显示了平衡状态被打破。LG也立即改变其战略,战略选择的CC和LG反复波动。双方开始一个周期性的游戏。当改变水平协调和纵坐标为CC采用预制结构的速度和动力的LG,分别图3可以重新绘制如图3 (b)。可以看出,轨道跟踪系统的进化是一种亲密的循环,这不是在中心点和极限环的无效。类似的结果也可以从其他纯策略。再次表明,没有进化稳定策略提出了静态博弈过程。这是符合部分的稳定性分析2和验证开发了SD模型的合理性。
(一)
(b)
3.4。敏感性分析
意想不到的波动很难保证预制建筑推广的有效性。因此,应该控制波动。外部变量扮演了一个重要的角色在游戏中影响波动模型。在这些变量中,补贴和处罚相对较容易在现实中进行调整。因此,他们对游戏过程的影响进行了分析的基础上,开发模型。
图4显示仿真结果在基线情况下,初始值和分别为0.3和0.7。可以看出,采用预制结构的速度逐渐增加到峰值0.75第三年。之后,它下降到21年到达底部。然后,它再次增加,重复周期波动。激励率也遵循周期性波动与利率负相关,采用预制装配式结构。然而,战略调整具有明显的滞后性。此外,这两个和变化最明显的开始4年。因此,仿真时间设定在4年的敏感性分析。接下来,我们讨论了补贴和惩罚的影响采用预制装配式结构。
图5显示了进化博弈过程和结果的初始值的补贴改变从1到1.2和0.8。根据仿真结果,首先采用预制结构的速度增加到0.75,然后,无论下降补贴的价值是什么。这意味着改变补贴不能影响的速率的峰值采用预制装配式结构。然而,补贴越高,早期采用预制结构的速度到达峰值。这意味着,增加补贴可以帮助更快地促进预制装配式结构。
图6显示了进化博弈过程和结果的初始值的惩罚改变从1到1.2和0.8。这礼物处罚越高,峰值越高的采用预制装配式结构率。然而,这显然不能影响时间达到峰值。CC更加敏感对处罚与补贴。然而,预制装配式结构事实上不能有效地提升只有实施更严厉地处罚CC由于最近出现在中国。因此,应该提升其市场入住率激励策略有机结合补贴与处罚。
3.5。模型修改动态激励策略
数据激励策略可以减少和控制之间的意想不到的游戏过程中反复波动LG和CC在某种程度上,但不能消除波动。事实上,补贴和处罚通常不是静态的。他们用促进预制结构将会改变。此外,促进预制结构也将降低生产成本,由于规模效应。因此,可以建立动态激励策略的模型关联的速率之间的关系采用预制装配式结构和生产成本以下方程:
图8显示了修改后的SD模型的仿真结果与图在相同初始策略4 。通过比较图9和图4,它可以得知动态激励策略可以更好的可以更好地控制意外波动和在比赛中取得一个理想的稳定状态过程( )。
图9比较速度的变化采用预制装配式结构下不同初始值的奖励率(例如,y= 0.4,0.5,0.6)当采用预制结构的初始速率设置为0.3。当最初的动机率低(0.4),采用预制结构的速度增加,达到峰值0.73十年,然后,减少。游戏不能获得理想的稳定状态。然而,当初始动机加息0.5和0.6,采用预制结构的速度上升,最终接近上限值1没有失败,表明游戏过程进入一个理想的稳定状态。我们可以推断出一个临界值0.4和0.5之间的初始动机率出口时采用预制装配式结构设置的初始速率为0.3。只有当初始动机率超过阈值时,进化游戏可以得到一个理想的稳定状态。初始动机率越高,越快的速度采用预制装配式结构收敛于1,游戏进入稳定状态。它可以发现,通过模拟未来至关重要的价值大约是0.45。阈值点的动态激励策略为政府的决策提供了定量的参考。
4所示。结论
本研究开发了一个仿真模型的政府和承包商之间进化游戏促进基于SD预制结构理论。模型验证通过稳定性分析和影响游戏进程的主要因素敏感性分析来确定的。进一步优化激励策略,进一步修改模型进行动态激励策略通过将政府的激励率与承包商的采用预制装配式结构。最初的动机是发现的临界值。可以得出主要结论如下:(1)没有进化稳定策略静态博弈过程(2)级别的处罚和补贴影响的速度采用预制装配式结构而惩罚的影响更明显(3)动态激励策略可以更好地控制意外的波动,提高进化博弈过程的稳定性(4)一个阈值的初始动机率存在于动态激励策略
只有当它超过阈值,游戏过程可以得到一个理想的稳定状态。来自本研究的发现可以为政府提供决策参考系统和进一步促进预制结构优化政策。然而,本研究中使用的数据收集的审查政府报告和采访专家在上海。要收集更多的数据在其他省份未来验证模型。
数据可用性
在研究过程中使用的所有数据生成或出现在提交的手稿。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究受到了中国创新资金(2017 yfb1201204),中国国家自然科学基金(71942006),湖南省自然科学基金(2019 jj40407),安徽省自然科学基金(2008085 qe245),和大学安徽省省级自然科学研究项目的关键(KJ2019A0747)。