洪 帥符曉藝王天尊

1．河北經(jīng)貿(mào)大學京津冀協(xié)同發(fā)展河北省協(xié)同創(chuàng)新中心

2．河北經(jīng)貿(mào)大學經(jīng)濟研究所

0 引言

隨著我國加快推動能源消費革命，進一步提高傳統(tǒng)化石能源的清潔高效利用水平，節(jié)能減排和提高能效成為低碳化過程中的重中之重。由早年“高排放、高污染、高消耗”發(fā)展路徑所引起的生活污染、能源危機等環(huán)境問題，給人們的生產(chǎn)、生活帶來諸多不便。城市社區(qū)作為人們生活、居住、學習的主要場所，是推動節(jié)能、降耗、減排的基礎(chǔ)地域單元，更是實現(xiàn)城市人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要空間載體。

城市能源可持續(xù)發(fā)展的目標是通過對資源的優(yōu)化管理和為市民提供全面的、高質(zhì)量的潛在生活來實現(xiàn)的［1］。城市社區(qū)一級的能源規(guī)劃對減緩氣候變化至關(guān)重要［2］，德國政府明確城市社區(qū)更新改造的實施流程和要點，旨在實現(xiàn)既有建筑達到氣候中和的規(guī)劃目標［3］。美國和波蘭等國家的居住建筑ESPC項目發(fā)展順利且成效明顯主要取決于健全的法律環(huán)境、完善的居住建筑ESPC服務(wù)體系、有效的推廣政策和手段［4］。民生科技對城市社區(qū)建設(shè)的節(jié)能環(huán)保績效有重要的評估功能和作用［5］。城市社區(qū)能源供應結(jié)構(gòu)主要以電力為主，可再生能源收入與能源使用之間不存在顯著關(guān)系，家庭使用的耗能裝備多為非高效設(shè)備［6］。對于寒冷氣候區(qū)，城市社區(qū)能源偏差評估方法為其典型既有社區(qū)能源系統(tǒng)節(jié)能改造提供參考方向［7］。

對社區(qū)能源的總體態(tài)度是積極的，社會規(guī)范、信任、環(huán)境關(guān)注和社區(qū)認同是社區(qū)能源參與意愿的重要決定因素［8］。城市社區(qū)能源問題需要在所有社會和機構(gòu)層面上綜合解決，社區(qū)能源可作為能源行為改變催化劑的理論基礎(chǔ)［9］，開放城市能源數(shù)據(jù)是支持能源決策的重要方式［10］。依據(jù)目標人群的不同需求，低碳城市發(fā)展與居民行為存在差異關(guān)系，低碳城市中居民對現(xiàn)有居住環(huán)境具有重要的改造影響［11］。英國的能源效率承諾制度推動了居民和社區(qū)提高能效［12］。一個人與自然和諧共生，融生產(chǎn)、生活、生態(tài)為一體的創(chuàng)新綠色節(jié)能住宅社區(qū)，最大限度地釋放地面空間，形成生態(tài)、節(jié)能良好的自循環(huán)系統(tǒng)，滿足人們對田園生活的向往和對安全食品的心理需求［13］。

基于此，聚焦城市社區(qū)節(jié)能，厘清多元主體耦合關(guān)系，構(gòu)建城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合模型，探索城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合均衡，為解決城市社區(qū)節(jié)能改造和節(jié)能降耗等重大問題以及推動城市的可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論借鑒和管理啟示。

1 基于Logistic方程的城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合模型

借助生態(tài)學理論中種群動力學理論分析城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合模型。以城市社區(qū)節(jié)能為情景，以服務(wù)于節(jié)能為目標。假設(shè)城市社區(qū)節(jié)能多元主體分別為政府、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)。以多元主體的規(guī)模變化表示其成長過程，多元主體規(guī)模越來越大表示其成長良好，進一步認為對支撐其成長的資源的占有率就越大；多元主體規(guī)模越來越小表示其趨于消亡，進一步認為對支撐其成長的資源的占有率就越小。多元主體資源占有率為零則表明其已消亡。多元主體所用資源是消耗包括市場資源、自然資源、信息資源及其它資源在內(nèi)的資源總稱。資源的總量限制著多元主體的規(guī)模。不同類型的主體消耗的資源存在差異，進一步認為城市社區(qū)節(jié)能多元主體消耗的資源具有明顯的互補性。同一類型的多元主體共同消耗同樣的資源。多元主體的成長過程服從Logistic成長過程，其增長率受到多元主體密度的影響。多元主體密度增加，則其增長率就下降，這種影響作用沒有時滯，瞬間發(fā)生。多元主體的變化與個體的年齡無關(guān)，即最早出現(xiàn)和最晚出現(xiàn)的個體對其成長過程的影響是一樣的。當城市社區(qū)節(jié)能多元主體成長的邊際收益等于邊際成本時，多元主體將停止增長，達到最大規(guī)模。

城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合的過程實際上就是具有不同程度節(jié)能需求的政府、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)以服務(wù)于節(jié)能作為一致目標，共同參與節(jié)能活動并不斷提高節(jié)能水平的過程。因此，可借助生態(tài)種群增長模型建立城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合模型。城市社區(qū)節(jié)能多元耦合主體相互作用時，其關(guān)鍵問題還是兩兩之間的耦合問題，因此可應用Logistic方程。當存在n個耦合主體時，任意第i個耦合主體都符合模型（1）。

模型（1）中，參數(shù)Ni是第i個耦合主體的最大潛在數(shù)量規(guī)模，xi是第i個耦合主體的當前實際規(guī)模；參數(shù)Nj是其它n-1個耦合主體中第j個耦合主體的最大潛在數(shù)量規(guī)模，xj是其它n-1個耦合主體中第j個耦合主體的當前實際規(guī)模。

城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合模型實質(zhì)上是關(guān)于n個耦合主體的方程組。設(shè)“x1”表示政府部門，“x2”表示城市社區(qū)，“x3”表示節(jié)能企業(yè)，“x4”表示科研機構(gòu)，則城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合的方程，如方程（2）所示。

方程（2）中，系數(shù)bij表示城市社區(qū)節(jié)能多元耦合主體j對耦合主體i的耦合系數(shù)，其取值的不同表示耦合的強弱程度不同。當bij取值為0時，說明城市社區(qū)節(jié)能耦合主體j和i是獨立共存的，互相不影響；當bij取值為正數(shù)時，說明城市社區(qū)節(jié)能耦合主體j和i是競爭耦合關(guān)系；當bij取值為負數(shù)時，說明城市社區(qū)節(jié)能耦合主體j和i是協(xié)調(diào)耦合關(guān)系。

縱觀城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合方程系數(shù)bij共有12個之多，其取值決定了城市社區(qū)節(jié)能多元主體的耦合關(guān)系。

1）系數(shù)bij均為零，則城市社區(qū)節(jié)能多元主體相互之間獨立共存，各自發(fā)展，互不影響。

2）系數(shù)bij均為正數(shù)，則城市社區(qū)節(jié)能多元主體相互之間競爭耦合，競爭的實質(zhì)是通過影響其它耦合主體獲得適合其自身發(fā)展需要的資源。適合耦合主體自身發(fā)展需要的資源存在互補性，但各耦合主體仍需要通過影響其它耦合主體來獲得更多適合自身發(fā)展需要的資源。由于城市社區(qū)節(jié)能多元主體并不是同一類型，且需要的資源類型不盡相同，使得系數(shù)bij難以出現(xiàn)均為正數(shù)且相等的情況，但存在均為正數(shù)且不等的可能。

3）系數(shù)bij均為負數(shù)，則城市社區(qū)節(jié)能多元主體相互之間協(xié)調(diào)耦合，協(xié)調(diào)的實質(zhì)是城市社區(qū)節(jié)能多元主體相互協(xié)調(diào)、互惠互利，促進資源、信息有效傳遞，共同實現(xiàn)節(jié)能的終極目標。由于城市社區(qū)節(jié)能多元主體在規(guī)模類型、互利程度、利益分配等方面存在差異，使得系數(shù)bij難以出現(xiàn)均為負數(shù)且相等的情況，但存在均為負數(shù)且不等的可能。

4）系數(shù)bij有正數(shù)也有負數(shù)，則城市社區(qū)節(jié)能多元主體相互之間的關(guān)系界于競爭耦合與協(xié)調(diào)耦合之間。為方便區(qū)別，將系數(shù)bij均為正數(shù)視為城市社區(qū)節(jié)能多元主體之間絕對競爭耦合；將系數(shù)bij均為負數(shù)視為城市社區(qū)節(jié)能多元主體之間絕對協(xié)調(diào)耦合。若系數(shù)bij為正數(shù)的個數(shù)多于為負數(shù)的個數(shù)，則視為城市社區(qū)節(jié)能多元主體之間相對競爭耦合；若系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)多于為正數(shù)的個數(shù)，則視為城市社區(qū)節(jié)能多元主體之間相對協(xié)調(diào)耦合。bij系數(shù)正負個數(shù)如圖1所示。對于bij系數(shù)正負個數(shù)的討論實際上就是確定城市社區(qū)節(jié)能多元主體間的耦合關(guān)系。

圖1 bij系數(shù)正負個數(shù)圖

2 城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合仿真研究

在缺乏大量時間序列數(shù)據(jù)時，數(shù)值模擬就成為相對最有效的實證方法。通過仿真分析城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合演化過程，確定城市社區(qū)節(jié)能多元主體是如何相互作用和相互影響的。通常來說，bij系數(shù)間沒有確定的關(guān)系，為方便研究，僅討論bij各系數(shù)相互獨立的情形。

假設(shè)城市社區(qū)節(jié)能多元主體最大的潛在數(shù)量規(guī)模Ni分別為政府部門N1=50，城市社區(qū)N2=100，節(jié)能企業(yè)N3=200，科研機構(gòu)N4=80。賦予政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)的當前實際規(guī)模數(shù)量分別為30、50、80、40。令r1=0．01、r2=0．03、r3=0．04、r4=0．02，迭代400次和1 000次進行觀察。以下各圖中橫軸表示迭代次數(shù)，縱軸表示城市社區(qū)節(jié)能多元主體的規(guī)模數(shù)量。“-+-+”線表示政府部門規(guī)模數(shù)量的變化，“＊＊＊＊”線表示城市社區(qū)規(guī)模數(shù)量的變化，“++++”線表示節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量的變化，“----”線表示科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量的變化。

圖2 bij系數(shù)均為負數(shù)

圖2是城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij均為負數(shù)，且取值范圍為區(qū)間（-0．5，0），迭代400次和1 000次的仿真結(jié)果。根據(jù)當前耦合系數(shù)bij的取值，參與城市社區(qū)節(jié)能的政府部門規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代300次左右后達到峰值500；參與節(jié)能的城市社區(qū)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代350次左右后達到峰值1 100；參與城市社區(qū)節(jié)能的節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代400次左右后達到峰值2 600；參與城市社區(qū)節(jié)能的科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，迭代360次左右后達到峰值800。政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量均大幅度突破了最大潛在數(shù)量規(guī)模，這說明在城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij均為負數(shù)的情況下，現(xiàn)有資源可供更多的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能，這是由城市社區(qū)節(jié)能多元主體間絕對協(xié)調(diào)耦合關(guān)系決定的。

圖3 bij系數(shù)均為正數(shù)

圖3是城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij均為正數(shù)，且取值范圍為區(qū)間（0，0．5），迭代400次和1 000次的仿真結(jié)果。根據(jù)當前耦合系數(shù)bij的取值，參與城市社區(qū)節(jié)能的政府部門規(guī)模數(shù)量緩慢下降，在迭代340次左右后穩(wěn)定于28；參與節(jié)能的城市社區(qū)規(guī)模數(shù)量小幅緩慢上升，在迭代110次左右后達到峰值52；參與城市社區(qū)節(jié)能的節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量持續(xù)下降，在迭代200次左右后穩(wěn)定于74；參與城市社區(qū)節(jié)能的科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代300次左右后達到峰值49。政府部門、節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量均小幅低于當前實際規(guī)模數(shù)量；城市社區(qū)、科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量雖小幅高于當前實際規(guī)模數(shù)量，但遠低于最大潛在規(guī)模數(shù)量。這說明在城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij均為正數(shù)的情況下，現(xiàn)有資源不能完全保證政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能，這是由城市社區(qū)節(jié)能多元主體間絕對競爭耦合關(guān)系決定的。

圖4 bij系數(shù)為負數(shù)的個數(shù)多于正數(shù)的個數(shù)

圖4是城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)多于正數(shù)的個數(shù)，且取值范圍為區(qū)間（-0．5，0．5），迭代400次和1 000次的仿真結(jié)果。根據(jù)當前耦合系數(shù)bij的取值，參與城市社區(qū)節(jié)能的政府部門規(guī)模數(shù)量緩慢持續(xù)上升，在迭代300次左右后達到峰值60；參與節(jié)能的城市社區(qū)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代200次左右后達到峰值130；參與城市社區(qū)節(jié)能的節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代110次左右后達到峰值，爾后緩慢下降維持在260；參與城市社區(qū)節(jié)能的科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量緩慢上升，在迭代100次左右后達到峰值60。政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量均小幅度突破了最大潛在數(shù)量規(guī)模，科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量小幅低于最大潛在數(shù)量規(guī)模。這說明在城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)多于正數(shù)的個數(shù)情況下，現(xiàn)有資源能夠滿足較多的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能，這是由城市社區(qū)節(jié)能多元主體間相對協(xié)調(diào)耦合關(guān)系決定的。

圖5 bij系數(shù)為正數(shù)的個數(shù)多于負數(shù)的個數(shù)

圖5是城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)少于正數(shù)的個數(shù)，且取值范圍為區(qū)間（-0．5，0．5），迭代400次和1 000次的仿真結(jié)果。根據(jù)當前耦合系數(shù)bij的取值，參與城市社區(qū)節(jié)能的政府部門規(guī)模數(shù)量幾乎呈現(xiàn)出一種水平狀態(tài)，維持在30左右，僅有非常微小的波動；參與節(jié)能的城市社區(qū)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代60次左右后達到峰值70，隨后開始下降，在迭代320次左右后穩(wěn)定于53；參與城市社區(qū)節(jié)能的節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代400次左右后達到峰值180；參與城市社區(qū)節(jié)能的科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代200次左右后達到峰值100。政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量均沒有達到最大潛在數(shù)量規(guī)模，其中政府部門、城市社區(qū)僅維持在當前實際規(guī)模數(shù)量，而節(jié)能企業(yè)趨于接近最大潛在數(shù)量規(guī)模，科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量小幅突破最大潛在數(shù)量規(guī)模。這說明在城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij為正數(shù)的個數(shù)多于負數(shù)的個數(shù)情況下，現(xiàn)有資源僅能供較少的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能，這是由城市社區(qū)節(jié)能多元主體間相對競爭耦合關(guān)系決定的。

圖6 bij系數(shù)為正數(shù)的個數(shù)等于負數(shù)的個數(shù)

圖6是城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)等于正數(shù)的個數(shù)，且取值范圍為區(qū)間（-0．5，0．5），迭代400次和1 000次的仿真結(jié)果。根據(jù)當前耦合系數(shù)bij的取值，參與城市社區(qū)節(jié)能的政府部門規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代350次左右后達到峰值73；參與節(jié)能的城市社區(qū)規(guī)模數(shù)量小幅上升后，持續(xù)下降，在迭代750次左右后趨近于零；參與城市社區(qū)節(jié)能的節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量快速上升，在迭代90次左右后達到峰值180，爾后持續(xù)下降，在迭代550次左右后穩(wěn)定于100；參與城市社區(qū)節(jié)能的科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量持續(xù)上升，在迭代400次左右后達到峰值117。政府部門、科研機構(gòu)規(guī)模數(shù)量均突破最大潛在數(shù)量規(guī)模，規(guī)模數(shù)量趨近于零的城市社區(qū)相當于退出城市社區(qū)節(jié)能，節(jié)能企業(yè)規(guī)模數(shù)量僅達到最大潛在數(shù)量規(guī)模的一半。這說明在城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij為正數(shù)的個數(shù)等于負數(shù)的個數(shù)情況下，現(xiàn)有資源難以支撐更多的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能，這是由城市社區(qū)節(jié)能多元主體介于相對競爭耦合和相對協(xié)調(diào)耦合關(guān)系決定的。

為保證仿真結(jié)果更有效，嘗試保持城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合系數(shù)bij的絕對值不變，改變多元主體耦合系數(shù)bij正負個數(shù)，得到的仿真結(jié)果與上述分析結(jié)果具有基本一致的變化趨勢。這說明，城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合的結(jié)果取決于多元主體的耦合關(guān)系，即耦合系數(shù)bij的正負個數(shù)，系數(shù)bij正負個數(shù)的不同將導致城市社區(qū)節(jié)能多元主體間產(chǎn)生不同的耦合均衡結(jié)果。

3 結(jié)論

通過分析城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合仿真結(jié)果，可得如下結(jié)論。

1）城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合均衡結(jié)果取決于耦合系數(shù)bij的正負個數(shù)。城市社區(qū)節(jié)能多元主體耦合的優(yōu)劣依次為絕對協(xié)調(diào)耦合、相對協(xié)調(diào)耦合、相對競爭耦合、絕對競爭耦合。

2）當耦合系數(shù)bij均為負數(shù)時，城市社區(qū)節(jié)能多元主體處于絕對協(xié)調(diào)耦合狀態(tài)，各主體間相互協(xié)調(diào)和促進使得現(xiàn)有資源能夠滿足更多的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能。

3）當耦合系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)多于正數(shù)的個數(shù)時，城市社區(qū)節(jié)能多元主體處于相對協(xié)調(diào)耦合狀態(tài)，各主體間協(xié)調(diào)和促進多于競爭和爭奪使得現(xiàn)有資源能夠滿足較多的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能。

4）當耦合系數(shù)bij為負數(shù)的個數(shù)少于正數(shù)的個數(shù)時，城市社區(qū)節(jié)能多元主體處于相對競爭耦合狀態(tài)，各主體間協(xié)調(diào)和促進少于競爭和爭奪使得現(xiàn)有資源僅能夠滿足較少的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能。

5）當耦合系數(shù)bij均為正數(shù)時，城市社區(qū)節(jié)能多元主體處于絕對競爭耦合狀態(tài)，各主體間相互競爭和爭奪使得現(xiàn)有資源僅能滿足更少的政府部門、城市社區(qū)、節(jié)能企業(yè)、科研機構(gòu)參與城市社區(qū)節(jié)能。