博弈分析法在建筑设计方案优化中的应用

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  摘要:对整个建筑系统来说,宏观经济效益建立在对微观技术经济效果论证的基础上,也就是建立在反映微观技术经济效果的建筑设计方案优化的基础上。本文以博弈理论为基础,利用博弈中的图解分析法,研究了委托方和设计方之间的博弈对设计质量带来的影响,并提出了优化建筑设计方案的对策,希望为推进建筑设计的管理工作提供参考。
  关键词:博弈分析法;建筑设计方案;优化
  前言
  概括的说,博弈论是关于决策者在对决策结果没有完全信息和互动条件下做出理性决策的理论。各决策主体采取理性决策行为所达到的均衡是对各决策主体都最合理的选择,即给定其他决策人选择均衡所规定的选择时,任何一个决策人若偏离均衡所要求其做出的选择,则其利益将受到损害。因此,均衡是预测决策主体在博弈中的理性行为的关键。对于建筑设计方案来说,博弈论中的各种模型能够为设计者进行优化提供有益的启迪,博弈论对解的寻求与探讨,能够使设计者不断深化对设计方案优化问题的认识。
  1.建筑市场中存在的博弈
  相比较常规的优化决策理论,博弈论研究的是如何优化参与者的决策,使得个人的利益最大化。由于双方对相关信息占有的不对称,处于劣势的一方为了作出更为科学、合理的决策,会采取手段获得更多的信息,因此它是一个不完全信息的博弈。
  在建筑市场中,委托方和代理方都被假设为有理性的经济人,各自有自己的利益追求,都在寻求各自的效用最大化,由此难免会产生利益冲突。解决这种冲突的一种有效办法是双方经过协商订立契约,人们希望双方共同遵守契约来避免利益冲突。但是,由于信息不对称,代理人在寻求自身效用最大化中比委托人处于更为有利的地位,代理人的效用最大化往往不取决于委托人的效用最大化,甚至是对委托人利益的侵蚀。在契约的执行过程中,委托人和代理人之问也存在着信息不对称现象,即代理人可以在不被委托人察觉的情况下为追求自身效用最大化而缩减自己工作努力的程度,这种可能性就是在代理人中存在着的道德风险问题[1]。
  2.博弈模型
  2.1委托方和设计方之间的博弈关系
  建筑市场中,委托方想使代理方按照自己的利益设计建筑方案,但委托方不能直接观测到代理方是否认真努力,能观测到的只是另一些变量,这些变量由代理方的行动和其他的外生的随机因素共同决定,因而充其量只是代理方行动的不完全信息。委托方的问题是如何根据这些观测到的信息来奖惩代理方,以激励其设计出对委托方最有利的行动方案。假设A表示代理人所有可选择的行动的组合, ∈A表示代理方的一个特定行动。值得注意的是,尽管在许多模型中行动 被简单地假定为代表工作努力水平的一维变量,理论上讲,行动 可以是任何维度的决策向量。如: ,一种可能的解释是 和 分别代表代理方花在“数量”和“质量”上工作的工作时间。不过,为了分析的方便,假定 是代表努力水平的一维变量。令 是不受代理方(和委托方)控制的外生随机变量(称为“自然状态”), 是 的取值范围, 在 上的分布函数和密度函数分别为 和 (一般来说,假定 是连续变量;如果 只有有限个可能值, 为概率分布)。在代理方选择行动 后,外生变量 实现。 和 共同决定一个可观测的结果 和一个货币收入(“产出”) ,臼),其中 的直接所有权属于委托方。我们假定 是 的严格递增的凹函数(即给定 ,代理方工作越努力,设计方案越优,建筑质量越高,但努力的边际产出率递减), 是 的严格增函数(即较高的 代表较有利的自然状态)。但 可能是一个向量,可能包括 ,甚至 和 (后一种情况意味着 是可观测的)[2]。
  假定委托方和代理方的 期望效用函数分别为 和( )其中 , ; , ; , 。即委托方和代理方都是风险规避者或风险中性者,努力的边际负效用是递增的。委托方和代理方的利益冲突首先来自假设 和 ; 意味着委托方希望代理方多努力进行方案设计,而 意味着代理方希望少努力。因此,除非委托方能对代理方提供足够的激励,否则,代理方不会如委托方希望的那样努力工作。
  2.2激励相容约束
  给定委托方不能观测到代理方的行动 和自然状态 ,在任何的激励合同下,代理方总是选择使自己的期望效用最大化的行动 ,因此,任何委托方希望的 都只能通过代理方的效用最大化行为实现。换言之,如果 是委托方希望的行动, ∈A是代理方可选择的任何行动,那么,只有当代理方从选择 中得到的期望效用大于从选择 中得到的期望效用时,代理人才会选择 。激励相容约束的数学表述如下:
  ( ) ,
  2.3分布函数的参数化方法
  简单地说,这种方法是将上述自然状态 的分布函数转换为结果 和 的分布函数。给定 的分布函数 ,对应每一个 ,存在一个 和 的分布函数,这个新的分布函数通过技术关系 和 从原分布函数 导出。用 和 分别代表所导出的分布函数和对应的密度函数。在状态空间模型化方法中,效用函数对自然状态0取期望值;在参数化方法中,效用函数对观测变量 取期望值[3]。
  3.建筑设计方案优化的对策和措施
  3.1均衡各方的关系
  首先可以一方面引导冲突各方通过互动实现信息对称、达成谅解、妥协和一致等来实现设计方案的优化。当无法充分了解各方利益需求、要尽量全面权衡各方的利害关系,尽量避免出现零和博弈,而让各方都能从优化的设计方案中中得到自己最想得到的东西,从而最大限度地实现双赢或多赢的结局。实际上就一次设计优化来说,经常很难完全实现双赢或多赢的结局,但是可以从长远出发,在设计方案的不断修改和完善中渐进地加以实现,甚至可以在不同问题的决策中对有关各方的利益做出调节和均衡。
  3.2提高设计人员素质
  (1)提高责任心
  设计优化方案的难以较好的完成原因包括两个方面:一是部分设计人员对结构设计充满了恐惧,在害怕楼塌了的心理阴影下极力增加荷载取值,选用设计参数偏严;二是部分设计人员得过且过,粗心大意,对自己的计算模型及施工图纸不进行仔细核对,漏洞百出。一个人的责任心如何,决定着他在工作中的态度,决定着其工作的好坏和成败。有了责任心,才会认真地思考,勤奋地工作,细致踏实,实事求是;才会按时、按质、按量完成任务,圆满解决问题;才能主动处理好分内与分外的相关工作,从事业出发,以工作为重,有人监督与无人监督都能主动承担责任而不推卸责任。因此应努力提高设计人员的责任心。
  (2)要善于思考
  建筑设计方案的优化还要求在满足建筑要求的前提下,从宏观的角度考虑结构整体性及主要分体的相互协调关系。并且在理论设计过程中综合考虑工程条件、计算理论、材料性能等各种因素对计算结果的影响,判断理论设计的准确性。这就要求设计人员在设计过程中,既要注意到总体布置的大原则,又要顾及到关键部位的细节,从根本上提高结构的可靠度,力求使设计方案安全、可靠、经济、合理。
  4.结语
  总的来说,随着我国建筑市场竞争性和对抗性的日趋激烈,行为主体之间相互影响、相互依存和相互制约不断加强,行为主体对自身行为及决策的理性和效率有了更高层次的追求。同时,我国经济处于快速增长和制度转型阶段,新经济形式、新交易制度不断出现,而市场经济的信息传递机制却尚未建立或完善,使经济活动中的信息不完全性、不对称性问题比较严重。特别是当前建筑市场竞争相对激烈和市场相对混乱,信息不完全和不对称问题尤其严重,运用博弈论及信息经济学的模型对建筑设计方案优化进行研究,在深层次上寻找有效的和科学的解决办法,并从博弈的结果指导设计方案,从而为建设设计者提供新的思路,并为建筑业在市场经济条件下健康发展提供有益的启示。
  参考文献:
  [1]张维迎.博弈论与信息经济学[M].上海:上海人民出版社,2012.
  [2]王艳,黄学军,王浣尘.工程质量监控的博弈分析[J].中国软科学,2013(05):138~141.
  [3]刘斌南,赵海霞,苗海洋,等.博弈分析法在建筑设计方案优化中的应用[J].工程设计学报,2013(07):499-504.
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