杨香传　杨家其　王海燕　赵学彧

(武汉理工大学交通学院　武汉　430063)



建筑固体废弃物物流运营管理三方博弈*

杨香传杨家其王海燕赵学彧

(武汉理工大学交通学院武汉430063)

随着逆向物流的发展，建筑固体废弃物物流的研究已成为热点，通过分析在建筑固体废弃物回收物流系统运营过程中各利益实体的行为特点和影响因素及其所追求的利益，建立了政府、企业、社会民众的三方博弈模型,讨论其利益均衡关系.以武汉新港集装箱码头改建项目为例,对环境效益的价格量化进行了验证.对模型中重要参数进行敏感性分析，挖掘了各利益主体间的潜在关系，为优化建筑固体废弃物物流运营管理系统提供依据.

建筑固体废弃物物流；完全信息静态博弈；三方博弈；敏感性分析

0　引　　言

目前，我国建筑固体废弃物物流领域面临物流体系不完善；回收、处理企业间组织协调力度不够；专业物流公司稀缺；监管部门经济引导、监督惩罚不清晰等问题.进行建筑固体废弃物物流运营过程中相关主体行为的研究，可为建立城市固体废弃物回收网络和加强科学管理手段提供理论依据，有重要的现实意义.

关于固体废弃物的回收处理，陈云敏等[1]通过总结其有机质的分解规律,提出相应公式,并根据实验获得的原位压缩曲线，提出了填埋场容量计算方法.Pires等[2]从战略管理的角度将系统工程模型和系统评估工具纳入分析框架，以欧盟各国为例，对欧洲固体废弃物管理进行了详细分析，并针对欧洲不同区域给出技术选择和管理策略.Wang等[3]以大连为例研究了固体废弃物运营管理体系存在的问题，建立了一套城市固体废弃物综合管理框架.二者都未从物流管理的角度对固体废弃物物流进行深入讨论.薛顺利等[4]从再制造方面的固体废弃物物流结构中发现，临近消费端的零售商从事固体废弃物收集的活动，对整个固体废弃物物流供应链的对象实体最有利.王婷婷等[5]运用博弈论的方法对不同供应链形态下的零售商产品回收决策进行研究，建立了逆向物流产品回收决策模型，论证了在何种供应链形态下能够达到共同利润的最大化，但未涉及政府及民众等主体.刘冬林[6]将固体废弃物物流作为逆向物流的一种纳入绿色物流体系进行了分析，针对固体废弃物物流从政府监督、政府激励和基于生产者责任延伸制度的企业自律3个方面进行制度设计.王世磊等[7]运用演化博弈理论探究政府管制在企业实施逆向物流中的作用,但只分析了政府和企业两个对象，未将民众纳入博弈主体范围.李佳书[8]分析了工业固体废弃物回收网络中主体间的合作动力因素，构建合作主体之间的协调机制，基于博弈法对和主体间的利益分配，提出构建集政府、企业于一体的管理体系，同时建立了公众与企业的合作博弈模型.

文中在现有研究的基础上，对多个分散模型进行整合，建立固体废弃物物流运营时期政府、固体废弃物物流运营企业、群众三方博弈模型，并通过实例计算进行敏感性分析，探索物流主体之间的深层影响.

1　废弃物物流运营时期三方博弈实体分析与模型假设

1.1模型假设

1) 假设参与博弈的3大利益主体：政府、固体废弃物物流运营企业、群众，都是理性的投资者.

2) 政府对运营企业的废弃物回收行为做出规定：若达到一定回收比例(设该比例为I)，则政府会对运营企业给予奖励与补贴；否则，做出罚款.

3) 政府的收益，主要体现在群众对政府的支持；运营企业需要遵守法规，保护环境，但废弃物回收的成本可用于投资产生额外效益，因而会有机会主义的行为；群众的收益，主要为废弃物回收利用为日常生活带来的社会效益与环境效益.

4) 政府可采用的策略为检查罚款，或不检查不罚款；运营企业可采用的策略为按规定比例进行废弃物回收或低于规定的废弃物回收比例；群众可采用的策略为监督举报，或不监督不举报.

5) 由于事先博弈3方不会知道对方的举动，而策略与反应函数均为公共知识，因此该博弈模型为完全信息的静态博弈模型.

6) 假设运营企业建立废弃物物流的成本函数与在低于规定回收比例所得的额外效益函数分别为关于运营企业实际回收比例i的函数，其中，成本随i增加而增大，效益则相反(此时i

1.2模型描述

1) 由以上假设可知，该模型为完全信息的静态博弈模型.

2) 作为理性的投资者，博弈3方均追求利益的最大化.

3) 若运营企业回收比例大于I，则会对社会与环境带来利益；否则，会造成损失，这里用外部性函数表示.

4) 若群众对运营企业行为进行监督，但政府却不作出检查策略，则会降低群众对政府的支持程度，政府会损失一定的社会利益；否则，群众对政府的支持程度上升，则政府可以获得一定的社会利益.

1.3参数设定

P为政府对运营方进行检查的概率；q为运营方回收比例低于I的概率；r为群众对运营方进行监督的概率；CM为政府对运营方进行检查所用成本；CP为群众对运营方进行监督所用成本;FM为政府对回收比例未达到I的运营方所给予的罚款;E为因运营方回收策略而对环境与社会造成的损失或利益，损失为负，利益为正;H为因政府检查策略对民众支持与社会效益的影响，上升为正，下降为负;BM为政府对回收比例达到I的运营方所给予的奖励与补贴；BP为政府在检查后对群众监督行为的奖励；C(i)为运营方建立废弃物物流的成本函数，当回收比例高于i时，成本为C(I);B(i)为运营方低于规定回收比例所得的额外效益函数，当回收比例高于i时效益为B(I);Q(a,b,c)为博弈3方采取相应策略时，所得收益.其中：a,b,c=0,1.0为不采取;1为采取.

2　废弃物物流运营时期3方博弈模型建立与求解分析

2.1模型的建立

当政府采取检查运营企业回收情况策略，运营企业采取低于规定比例I策略时.政府会对运营企业进行罚款，运营企业所采取的策略会使环境与社会蒙受损失，政府会支付检查成本，对群众监督行为进行奖励，群众对政府的支持会使得政府获得一定的社会效益.运营企业受到罚款，但因采取低于规定比例I策略，获得了额外收益并付出了相应的物流成本.3方博弈后公示为

(1)

当政府采取检查运营企业回收情况策略，运营企业采取不低于规定比例I策略时.政府会对运营企业进行奖励与补贴，运营企业所采取的策略会使环境与社会得到利益，政府也会支付检查成本，对群众监督行为进行奖励，群众对政府的支持会使得政府获得一定社会效益.运营企业得到奖励与补贴，但因采取达到不低于比例I策略，获得了一定的收益同时付出了相应的物流成本.

(2)

以此类推，对后面几种策略进行分析，可得

(5)

(6)

(7)

(8)

经过以上分析，得到图1的三方博弈树状图.

图1　3方博弈树状图

2.2模型的求解

由以上矩阵，可以分别求得群众、政府和运营企业的期望效用，将以上各策略所得利益值乘以策略发生概率，再分别求和，即可求得各个期望效用.

群众的期望效用为

E(P)=(E-2qE)-rCP+rpBP

(9)

政府的期望效用为

2Ph-H-rpBP

(10)

运营企业的期望效用为

可假设企业构建废弃物物流所得的额外净收益W(i)=B(i)-C(i)，则W(i)也是随i增大而减小的线性函数，且i达到规定比例时，W(I)=B(I)-C(I)，因此，

E(O)=PBM+pq(FM+BM)+

(12)

(13)

(14)

由以上可见，当P*=q*时，政府和运营企业收益同时达到最大，此时可得：

即

(17)

3　模型的算例分析

根据武汉市废弃物物流发展的现状与模型的要求，以武汉新港集装箱码头基础设施建设项目中的建筑废弃物物流为实例对象，通过对政府环卫部门与武汉新港的调研数据，其基础数据见表1，对该项目进行环境效益、治理成本、经济效益与社会效益的测算.

表1　项目配套及辅助工程情况一览表

3.1建筑固体废弃物的环境效益和政府治理成本分析

为避免可能会对环境所造成的严重破坏与自然资源的浪费，政府在成本效益分析中必须包括对自然资源价值进行合理的估算，决策中投入的资金所得到的产出是环境质量的改善，可将环境效益看作是工程中造成的环境质量恶化或生态环境破坏所带来的经济损失，测算这些损失，也可看作避免环境质量恶化所带来的经济收益.

3.1.1环境效益分析

环境效益是由通过回收处理的建筑固体废弃物而获得的资源效益和治理建筑固体废弃物以避免其带来的环境损失从而获得的环境收益构成的，即

环境效益=资源效益+环境治理收益(18)

1) 资源效益 据统计，每立方米建筑产生1%～4%的建筑固体废弃物，我国2007年建筑施工面积为4.73×109m2，按年建4.73×109m2，房屋平均层高3 m计算，则每年建筑固体废弃物产生量为1.4×108～5.6×108m3.如果按建筑固体废弃物的表观密度为1.5 t/m3，则计算的结果与按580 t/万m2来计算所得结果相近，因此该项目建筑固体废弃物产出比取580 t/万m2来计算.考虑到我国建筑装饰实际情况和近年建筑技术的进步，将拆除固体废弃物量和拆除面积的产出比定为1 t/m2.

其中，建筑施工固体废弃物总体包括了渣土、桩头、混凝土、碎砖、砂浆、木材、钢材等，不同类型建筑物中所构成比例，以及建筑固体废弃物占材料购买量的组成比例略有不同.从近年拆毁建筑物的组成上看，混凝土与砂浆占30%～40%，砖瓦占35%～45%，陶瓷和玻璃占5%～8%，不可回收部分为10%.在混凝土中，钢筋约占20%，粗骨料占45%～50%.由建筑固体废弃物的处理流程所得到的资源材料价格见表2，项目施工期建筑固体废弃物产量约为91 824 t，则产生的资源价值总量约为3 438.81万元，平均374.5元/t.

表2　材料市场价格表

2) 环境治理收益根据中国2010年环境经济核算研究报告得出，中国建筑固体废弃物总量为15.6亿t.其中造成的废水污染损失为1 781.2亿元，大气污染损失为1.47亿元，固体废弃物损失为2.31亿元，总量为1 784.98亿元.武汉新港阳逻350万TEU集装箱码头配套基础设施建设项目施工期产生的建筑固体废弃物的总重量约为91 824 t，按其占整个行业的比例计算，该项目所产生的建筑固体废弃物造成的环境损失为1 050.67万元.综上，回收该项目建筑固体废弃物，能为社会带来的环境效益为4 489.48万元，平均488.92元/t.

3.1.2政府治理成本

当前处理固体废弃物的主要包括焚烧和填埋2种处理方式，但焚烧方式在具体技术和经济成本方面存在着复杂性，难以直接测算，因此以填埋为例，对政府的治理成本进行分析.

我国城市固体废弃物处理技术现状表明，建筑固体废弃物处理成本为15～30元/t，根据武汉市实际情况，取20元/t.该项目的建筑固体废弃物总量为91 824 t，总处理成本为183.64万元.根据2001年颁布的《城市生活固体废弃物卫生填埋处理工程项目建设标准》，固体废弃物填埋场进行污水处理并达到二级排放标准时的运行费为20～45元/t，取运行费为30元/t，总处理费用为275.5万元.由于采用人工衬层的填埋场，填埋场容积投资为8.79～22.77元/m3，取投资费用为15元/m3.按建筑固体废弃物的表观密度为1.5 t/m3计算，即总成本为91.8万元.由此可得采用填埋的处理方式对工程的建筑废弃物进行处理时，政府处理的单位价格约为275.44万元.

综上，政府对该项工程建筑固体废弃物的回收，可给出的补贴上限为4 764.92万元，平均518.91元/t.

3.2武汉市建筑废弃物回收经济效益分析

1) 测算条件与参数

条件1我国的经济平稳增长，城市建设固定资产投资的提升呈现稳定性，建筑固体废弃物的产量持续增加.

条件2随着建筑材料的回收率与再利用率的不断提升，建筑固体废弃物的单位处理成本也会逐渐降低，最终趋向于常数，因此将再处理成本Cr与回收吨数的关系表示为线性函数

(19)

条件3企业逃脱责任而获得的机会成本，计算方法为企业总投资乘以社会折现率，按2006年发改委与建设部所颁布的《建设项目经济评估方法与参数》(第三版)的相关规定，社会折现率定为8%.

条件4文中以该项目作为回收周期进行研究，所产生的建筑固体废弃物是91 824 t，额定利用率为80%.

式中：Cy为建筑垃圾回收费用取20元/t，Ct为运输成本取15元/t，Cr为再处理价格取270元/t，V为无法利用而直接填埋的费用.i

对建筑固体废弃物提取出的材料效益计算，该项工程的建筑固体通过废弃物回收得到的最高收益可达到895.89万元，而企业若想得到更高的利润，则需要减少废弃物物流回收处理比例，而将资金投入到其他领域获得利润，但采取该种策略会有遭受罚款的风险.

4　模型敏感性分析

1) 对p*的数值分析与结论图2为政府检查成本与补贴罚金之和间的敏感性分析.

图2　政府检查成本与补贴罚金之和间的敏感性分析

由图2可见，当额外利润为定值时，运营方获得的罚款或者奖励越小，政府检查的几率越大，检查成本越高,因此，政府尽可能提高奖励或惩罚力度，可以减少政府检查成本，但政府通过转移支付行为来实现补贴，会造成社会成本增高，而过高的罚款，最终要由社会来承担，增加了社会成本.所以，必须制定有效和合理的激励机制，以使得政府和社会的成本最低.

2) 对p′的数值分析与结论图3为群众单次监督成本与政府检查总成本间的敏感性分析.

图3　群众单次监督成本与政府检查总成本间的敏感性分析

由图3可见，当BP恒定时，政府选择检查运营企业的策略几率上升，会导致群众监督成本的上升，此时群众的监督主动性下降，因此为了保证对企业构建固体废弃物物流的监督效果，政府也会更多地付出检查成本.因此，需要寻求一种兼顾降低政府与群众成本和提高检查与监督效率的方法.

3) 对r的数值分析与结论图4为群众总监督成本与政府补贴间的敏感性分析.

图4　群众总监督成本与政府补贴间的敏感性分析

由图4可见，当额外效益为定值时,政府对企业投入的补贴越小，群众所付出的监督成本越大.政府的补贴能使企业加大废弃物物流投入，使回收率超过规定比例I.经过多回合的博弈之后，社会民众与政府投入的监督与检查成本会逐步减少，但过多的政府补贴也会加大政府的财政压力.

与之相反，要维持一定的监督概率，除了可以降低检查成本和监督奖励之外，可以考虑让运营企业为群众的损失承担一定的责任.此外，虽然提高监督概率会在一定程度上减少政府检查成本，但为了能取得社会效益H，政府也必须提高检查概率，政府检查成本也会上升.因此，需统筹安排政府的检查与群众的监督.

4) 对q*的数值分析与结论图5为处理吨数与罚金额度间的敏感性分析.

图5　处理吨数与罚金额度间的敏感性分析

由图5可见，当rBP与BM恒定时，提高对运营企业的惩罚力度会降低企业采用低于规定比例I的策略的概率，废弃物的处理量会上升.但惩罚力度会随着额度的提高，对处理量的影响越来越小，因此提高惩罚力度需适当.政府检查成本的下降也会促使运营企业选择高于规定比例I的策略，因此还需寻求降低检查成本的方法.

5　结 束 语

通过对城市固体废弃物物流运营的问题进行描述，引进社会群众作为博弈的第3方，建立多目标的3方博弈优化模型，并推导出政府、企业和社会民众间重要参数变化时对各自决策的影响.对武汉新港集装箱码头改建项目中建筑固体废弃物环境效益和政府治理成本及回收经济效益分析，验证了模型的可行性.针对3方博弈模型中的主要参数进行敏感性分析，对建筑固体废弃物物流的发展策略进行了探讨，为政府解决固体废弃物回收问题提供了机理依据.由分析可知构建建筑固体废弃物物流运营管理体制要积极推进专业第3方物流企业的建立、实现政企分开及末端的全民监督.

[1]陈云敏,柯瀚.城市固体废弃物的压缩性及填埋场容量分析[J].环境科学学报,2003(5):694-698.

[2]PIRES A,MARTINHO G,CHANG N. Solid waste management in European countries: A review of systems analysis techniques [J]. Journal of Environmental Management, 2011,92:1033-1050.

[3]WANG Xinbei, GENG Yong. Municipal solid waste management in Dalian: practices and challenges[J]. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2012,6(4):540-548.

[4]薛顺利,徐渝,宋悦林.再制造逆向物流结构整合优化[J].系统工程,2006(4):13-17.

[5]王婷婷,南国芳.基于博弈论的零售商产品回收决策模型[J].系统工程学报,2015(6):790-803.

[6]刘冬林.绿色物流的制度研究[D].武汉：武汉理工大学,2010.

[7]王世磊,严广乐,李贞.逆向物流的演化博弈分析[J].系统工程学报,2010(4):520-525.

[8]李佳书.工业固体废弃物回收网络规划研[D].大连：大连海事大学,2014.

[9]唐沛,杨平.中国建筑垃圾处理产业化分析[J].江苏建筑,2007(3):45-57.

The Game Research for the Management of the Building Solid Waste Logistics Operation

YANG XiangchuanYANG JiaqiWANG HaiyanZHAO Xueyu

(DepartmentofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

With the development of reverse logistics, the research on Building Solid Wastes logistic has been hot spot of research. By analyzing the behavior characteristics and influencing factors as well as the interests pursued by each interest entity in the solid waste recycling logistics system, the complete information static game model for the establishment of MSW logistics of government and enterprise is established in this paper. By taking Wuhan New Port Container Terminal renovation project as an example, using price to quantify the environmental benefits is verified. At last, The sensitivity analysis of important parameters is done and the potential relationship between the various stakeholders is taped, in order to provide evidence for optimizing the construction of building solid waste logistics operations and management system.

building solid wastes logistic; the complete information static game; the triple-entity game; sensitivity analysis

2016-06-20

U116.1

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.018

杨香传(1993- )：女，硕士生，主要研究领域为物流管理和交通运输规划

*国家社会科学基金资助(14BGL133)