朱钰冉,崔庆宏,2,*,闫盛华

(1.青岛理工大学 管理工程学院,青岛 266525;2.山东省高校智慧城市建设管理研究中心,青岛 266525)

智能建造是以云计算、BIM、物联网、大数据、人工智能等信息化技术为核心,与工程建造系统深度融合的工程建造创新发展模式[1]。智能建造技术作为智能建造的支撑体系,旨在加强建筑生命周期的不同阶段组织间协作,并且能有效减少主体间的冲突矛盾、降低重复劳动与成本[2],从而提升建筑项目的质量和进度[3]。由于具有协同性、便利性和集成化等优点[4],智能建造技术受到了政府部门的大力支持。2020年7月,住房和城乡建设部等十三个部门发布了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》,提出各地要加大对智能建造技术的研究和支持力度,充分开展对智能建造技术的指导和推广。

现有文献对智能建造技术采纳与应用的研究,主要涉及两个方面:①技术的采纳有赖于政府的激励与监管。陈珂等[5]指出政府建立智能建造关键技术创新投入激励机制有助于企业加快孵化新技术。JAMIL等[6]认为政府应制定有关法律法规激励和维护智能建造技术相关流程。杨高升等[7]建议政府以技术人才引进为导向调整制定激励政策。②推动智能建造技术的采纳需要政府、业主、设计方、施工单位、技术供应商等多方的参与[8]。汤洪霞等[9]通过构建业主与设施管理综合服务商的双方演化博弈模型,探究影响智能建造关键技术采纳率的主要因素,并指出业主可通过制定相应激励机制调动组织成员积极性。GUO等[10]通过调查研究施工单位对智能建造关键技术的采用情况,得出施工单位不愿与业主共享信息是影响技术采纳行为的主要原因,并建议施工单位建立技术激励制度以提高项目绩效。叶萌等[11]通过分析影响建筑企业和技术供应商采纳与改进智能建造关键技术的因素,构建了基于复杂网络理论的技术扩散模型,得出政府相关激励政策能显著提高技术需求和改进。因此,合理的激励措施是解决智能建造技术采纳水平不高的关键所在。

综上所述,关于智能建造技术采纳问题的研究主要集中在完善政府相关法律法规及制定标准体系等理论层面上,政府激励措施下施工单位和技术供应商之间的博弈未得到足够重视。现有研究中主要涉及企业与政府、企业与企业之间的双方博弈,鲜有文献从政府、施工单位和技术供应商三方参与主体有限理性的角度出发,探究施工单位技术采纳率不高和技术供应商不愿创新开发技术的主要原因。基于此,本文首先从理论角度构建政府、施工单位和技术供应商三方演化博弈模型,其次分析激励措施下三方博弈平衡状态,最后通过数值仿真讨论行为策略选择对不同参数值的敏感程度。因而,本研究对智能建造技术采纳问题的研究提供理论依据,也为政府激励技术采纳和企业采纳开发新技术提供参考依据。

1 模型构建

1.1 参与主体分析

1) 政府。作为智能建造技术的推广者和监管者,政府是智能建造技术发展初始阶段的激励主体,其主要目标是针对施工单位和技术供应商分别展开采纳激励和开发激励。采纳激励过程中的激励目标在于证明采纳智能建造技术的效用大于传统技术的施工工艺和成本,并予以补贴,以提高技术在施工单位中的认可度。开发激励过程中的激励目标在于补偿技术供应商开发智能建造技术的增量成本,确保技术供应商的收支平衡,调动企业积极性。另外,对于政府来说,进行采纳和开发激励的同时,还应考虑激励所投入的成本问题,以免造成过高财政支出及公信力下降。

2) 施工单位。作为智能建造技术的使用者,施工单位是智能建造技术的主要需求端,增加施工单位的需求是推动智能建造技术采纳的关键动力。施工单位可通过采纳智能建造技术,拓展自身业务能力和集成工程项目全过程服务[12],提高自身核心竞争力。另外,智能建造技术的采纳在给施工单位带来效用的同时,也会承担技术和人才引进成本,且智能建造技术的采纳尚处于起步阶段,技术的使用需要资金投入和探索,施工单位看不到新技术带来的收益,从而行为策略选择较为保守。

3) 技术供应商。作为智能建造技术的供给者,技术供应商的决策关乎智能建造技术市场的整体发展。智能建造技术供应商提供了BIM、云计算、物联网等智能建造过程中的基础技术,比如:Graphiso、Tekla、建研科技、小库科技和阿里巴巴等,他们作为盈利性组织,注重成本及效益指标以追求更大经济利润。同时,随着社会发展水平的提高,技术供应商也更加注重自身的品牌价值和信誉的提升,奠定更好的战略布局和发展规划[13]。另外,技术供应商的开发决策也受到施工单位的需求及政府政策的影响,政府可通过智能建造技术导向型的优惠政策调动企业技术开发积极性。

参与主体之间的角色关系见图1。

图1 参与主体角色关系

1.2 模型假设

在查找相关文献和对智能建造技术采纳相关激励政策和措施进行分析的基础上,从经济学的角度考虑收益、成本和损失,做出以下假设:

1) 参与主体。政府、施工单位和技术供应商作为参与主体是有限理性且博弈地位平等。

2) 策略选择。参与主体行为策略集合分别为:政府{激励,不激励};施工单位{采纳,不采纳};技术供应商{开发,不开发}。具体含义为:政府激励是指采取措施激励开发新型智能建造技术和使用智能建造技术进行项目管理,不激励是指认可传统施工管理方式和二维图形技术;施工单位采纳是指使用智能建造技术指导项目施工,包括图纸会审和方案优化等,不采纳是指通过二维图纸进行施工管理;技术供应商开发技术是指研发新型施工技术,包括BIM、云计算和大数据等新型技术,不开发是指提供传统施工技术,不做研发。

3) 策略选择比例。假设政府激励、施工单位采纳智能建造技术且技术供应商开发智能建造技术的概率分别为x,y,z,其中x,y,z∈[0,1]。模型所需参数及其含义见表1。

表1 参数定义

1.3 收益矩阵

政府、施工单位与技术供应商在几种博弈策略组合下的收益,如表2所示。

表2 三方博弈主体的收益矩阵

2 均衡分析

2.1 收益期望函数

2.1.1 政府的期望收益

定义政府选择“激励”策略的期望收益为U11,政府选择“不激励”策略的期望收益为U12,则政府的平均期望收益U1可表示为

U1=xU11+(1-x)U12

(1)

其中,U11=yz(R1-C1+L1-I1-I2)+y(1-z)(R1+P1-C1-I1)+z(1-y)(R1-C1+L1-I2)+(1-y)(1-z)(R1-C1+P1);U12=yzL1+(1-y)zL1。

2.1.2 施工单位的期望收益

定义施工单位选择“采纳”策略的期望收益为U21,施工单位选择“不采纳”策略的期望收益为U22,则施工单位的平均期望收益U2可表示为

U2=yU21+(1-y)U22

(2)

其中,U21=xz(P2+R2+I1-C2+I2)+x(1-z)(P2+R2+I1-C2)+(1-x)z(P2+R2-C2+L2)+(1-x)(1-z)(P2+R2-C2);U22=xzL2+(1-x)zL2。

2.1.3 技术供应商的期望收益

定义技术供应商选择“开发”策略的期望收益为U31,技术供应商选择“不开发”策略的期望收益为U32,则技术供应商的平均期望收益U3可表示为

U3=zU31+(1-z)U32

(3)

其中,U31=xy(P3+R3+I2-C3)+x(1-y)(R3+I2-C3)+(1-x)y(P3+R3-C3)+(1-x)y(P3+R3-C3)+(1-x)(1-y)(R3-C3);U32=-xyP1-x(1-y)P1。

2.2 复制动态方程

根据上述三方主体的期望收益,可得政府选择激励策略的复制动态方程为

F(x)=dx/dt=x(U11-U1)=x(1-x)[R1-C1+P1-yI1-z(P1+I2)]

(4)

施工单位选择采纳策略的复制动态方程为

F(y)=dy/dt=y(U21-U2)=y(1-y)(I1x+P2+R2-C2)

(5)

技术供应商选择开发策略的复制动态方程为

F(z)=dz/dt=z(U31-U3)=z(1-z)[x(I2+P1)+P3y+R3-C3]

(6)

2.3 系统均衡分析

为求解三方演化博弈的平衡点[14],易知由方程(4)-(6)构造的动力系统在定义域内存在8个平衡点:A1(0,0,0),A2(0,1,0),A3(0,0,1),A4(0,1,1),A5(1,0,0),A6(1,1,0),A7(1,0,1),A8(1,1,1)。根据Friedman 提出的方法[15],构造出动力系统所对应的雅克比矩阵,分析以上平衡点的稳定性,下面以A1(0,0,0)为例进行分析。易知,系统在点A1(0,0,0)处的雅克比矩阵可表示为

(7)

可知该矩阵3个特征根分别为:λ1=R1-C1+P1,λ2=P2+R2-C2,λ3=R3-C3,若λ1,λ2,λ3均小于0,则点A1(0,0,0)是渐进稳定的。同理分析各平衡点处的稳定性,见表3。

表3 雅可比矩阵特征值及状态判定

由表3可知,以上8个点均有可能是演化稳定平衡点,系统最终稳定策略取决于政府激励智能建造技术采纳带来的隐性收益、施工单位的采纳成本与收益、技术供应商开发成本与收益、政府激励技术供应商与施工单位采纳技术的投入等各参数值的大小。

3 数值分析

青岛市在智能建造技术运行维护、实践和激励政策方面一直走在国内前列。通过对亚洲杯青岛青春足球场项目、绿地海外滩项目、青岛西海岸新区智慧社区、智慧街区项目等4个智能建造项目的实地调研,通过现场访谈技术研发工程师、项目经理等12位专家,根据实际情况和反馈意见,依据演化博弈模型假设条件,设定R1=12,C1=3,P1=6,I1=4,I2=3,P2=6,R2=8,C2=15,P3=5,R3=4,C3=10,取三方初始选择比例为x0=y0=z0=0.5为参照组,此时演化平衡点为A8(1,1,1),三方选择策略为最优演化策略选择,即{激励,采纳,开发}。考虑到激励智能建造技术采纳过程主要以政府为主导,促进市场资源达到最优配置,则选取政府激励措施下的参数R1,C1,P1,I1和I2为分析对象,探讨参数的变化对三方演化结果的影响,根据上述式(4)-(6),运用MATLAB对政府、施工单位、技术供应商三方选择策略进行数值仿真。参照组演化过程如图2所示。

3.1 参与主体对R1的敏感度

分别取R1=5,10,15,其他参数值保持不变,观察各参与主体对参数R1变化的敏感度,如图3所示。由图3及图2可知,当R1由5依次增加到10,12和15时,政府的策略选择由周期震荡到趋于平衡状态,政府对来自上级部门的奖励和公信力提升等隐性收益的感知变强,选择激励策略有助于智能建造技术的可持续发展。同时,施工单位和技术供应商的策略选择主要取决于政府的选择,当政府选择激励策略并趋于稳定时,施工单位及技术供应商则选择采纳和开发智能建造技术。可以看出,随着R1的增加,各参与主体的敏感度逐渐变弱,但政府仍选择激励策略,施工单位和技术供应商仍选择采纳和开发策略。

3.2 参与主体对C1的敏感度

分别取C1=2,4,10,其他参数值保持不变,观察各参与主体对参数C1变化的敏感度,如图4所示。由图4(a)(b)及图2可知,当C1由2依次增加到3,4时,政府对成本的感知逐渐变弱,因政府高成本投入宣传智能建造技术对技术采纳与开发的影响并不明显,但三方参与主体始终保持着“激励,采纳,开发”的演化稳定策略。同时,从图4(c)可知,C1继续增大至10时,三方选择策略呈周期震荡,无演化稳定状态。从演化过程及结果可以看出,增大C1对政府选择激励策略起到负向作用,但对施工单位和技术供应商影响并不大。当C1增大到一定阈值时,政府无力在宣传智能建造技术中投入高额成本,而放弃选择激励策略。

3.3 参与主体对P1的敏感度

分别取P1=0,4,9,其他参数值保持不变,观察各参与主体对参数P1变化的敏感度,如图5所示。由图5及图2可知,当P1由0依次增加到4,6,9时,政府及施工单位对罚金的感知不明显,而技术供应商对处罚金额的感知增强,出于损失最小化原则,技术供应商选择开发智能建造技术以避免承担较高罚金压力。同时,在政府对技术供应商处罚的环境下,施工单位感知不太明显,但在技术供应商的推动和宣传下,施工单位也趋向于采纳智能建造技术,而政府可能会因罚金过高导致公信力降低,从而导致激励措施受限。

3.4 参与主体对I1的敏感度

分别取I1=0,3,10,其他参数值保持不变,观察各参与主体对参数I1变化的敏感度,如图6所示。由图6(a)(b)可知,当I1由0增加到3时,三方参与主体演化稳定策略由“激励,不采纳,开发”演化为“激励,采纳,开发”。由图2可知,I1继续增大至4,施工单位对政府补贴的感知度变强,政府则因补贴增加感知度而降低,技术供应商感知不发生明显变化,且三方演化稳定策略不变。同时,从图6(c)可知,I1继续增大至10时,三方选择策略呈周期震荡,无演化稳定状态。从演化过程及结果可以看出,适度增大I1对施工单位采纳智能建造技术有显著正向作用,只对政府选择激励策略起到轻微负向作用。而当I1增大到一定阈值时,政府无法承担对采纳智能建造技术的高额经济补贴,而放弃选择激励策略。

3.5 参与主体对I2的敏感度

分别取I2=0,5,10,其他参数值保持不变,观察各参与主体对参数I2变化的敏感度,如图7所示。由图7(a)(b)及图2可知,当I2由0依次增加到3,5时,技术供应商对政府补贴的感知度变强,政府则因补贴增加感知度而降低,施工单位感知不发生明显变化。由图7(c)可知,I2继续增大至10时,三方选择策略呈周期震荡,无演化稳定状态。从演化过程及结果可以看出,增大I2对技术供应商开发智能建造技术有显著正向作用,而当I2增大到一定阈值时,政府无法承担开发智能建造技术的过高经济补贴,而阻碍激励。

4 结论

本文通过分析由政府、施工单位及技术供应商三方主体建立的演化博弈模型,进而结合数值仿真,探究主要参数变化对各参与主体选择策略的影响及敏感程度,为推广我国智能建造技术采纳提供理论借鉴。因激励智能建造技术采纳过程主要以政府为主导,则主要分析政府激励策略下相关参数的变化对三方行为策略的影响。政府对施工单位和技术供应商的有效激励,是广泛采纳智能建造技术和提高组织成员积极性的必要条件。基于此,本文提出以政府宏观激励为主导,采纳与开发激励并存的激励机制:

1) 政府宏观激励机制。政府应努力完善BIM、人工智能等新型智能建造技术的开发优化、市场准入、运营管理等方面的法规,充分利用强制性标准作为智能建造技术市场的规制手段,加大对智能建造技术政策的宣传力度,促使企业改善自身技术要求及管理条件,自觉开发和采纳智能建造相关技术。

2) 政府对施工单位的采纳激励机制。政府首先要适当提供财政奖励及补贴,对积极采纳智能建造技术的施工单位提供多种税收优惠政策,区分采纳智能建造技术和采纳传统施工技术的税收标准,有效引导施工单位的选择策略。

3) 政府对技术供应商的开发激励机制。政府可以采取奖金激励、税收减免及技术流程支持等正激励。同时,政府应在不影响政府公信力的同时,对一些不提供新型智能建造技术的技术供应商进行适当罚款等负激励,加强对技术开发工作的监督。