通过小世界网络框架对跨地区地方政府在建筑和拆除废弃物资源利用方面的合作进行建模

《Engineering Applications of Artificial Intelligence》：Modeling cross-regional local government cooperation in construction and demolition waste resource utilization through a small-world network framework

　　李星伟 | 邹玉熙 | 刘思静 | 彭蓓 | 陈卫红
四川农业大学建筑与城乡规划学院，成都，611830，中国

**摘要**
地方政府之间的合作治理对于应对建筑和拆除废弃物资源利用的挑战至关重要。然而，关于地方政府在建筑和拆除废弃物跨区域资源利用项目中如何传播合作行为的研究仍然较少。本研究采用来自人工智能领域的基于代理的建模方法，并结合复杂适应系统理论，模拟决策偏好、合作效益、中央政府补贴和处罚对地方政府合作行为的影响。研究构建了一个包含40个实体的小世界网络模型。经过100次演化迭代后，结果表明，当具有顽固决策特性的地方政府比例较高时，积极合作行为的传播更为有效。相反，决策特性可变的地方政府的增加则促进了消极合作行为的传播。此外，合作效益的增加和中央政府的法规都促进了地方政府之间积极合作行为的更广泛传播。从工程应用的角度来看，这些结果为推进面临类似挑战的其他地区或领域的协作治理提供了宝贵的见解。

**引言**
全球建筑和拆除活动的激增每年产生超过100亿吨的建筑和拆除废弃物（CDW）（Jain, 2021; Wang et al., 2024a）。其中，2020年中国产生了30.39亿吨CDW（Zhang, 2021）。然而，中国的CDW资源回收率仅为约50%（Ding et al., 2023）。研究表明，如果中国的CDW资源回收率达到100%，预计每年可产生60亿元人民币的净收入（Lin et al., 2024）。但由于中国的发展特点，各地区之间存在资源不平衡。这种不平衡主要体现在不同地区产生的CDW量与当地回收设施的处理能力之间的地理不匹配。这一实际挑战使得跨区域合作成为必然选择。如果没有这种跨区域协调，产生废弃物的地区将面临本地处理能力不足的困境，从而导致非法倾倒。此外，具有处理能力的地区也会因原材料供应不足而受到当地资源回收企业规模经济的限制。幸运的是，研究表明，资源丰富的地区与资源缺乏的地区之间的区域合作可以有效解决资源分配不均的问题（Zhen et al., 2024）。因此，中国提出了一个区域一体化的发展机制，倡导构建具有互补优势的高质量发展区域经济布局（The China.gov.cn, 2023）。在这一背景下，探索地方政府如何打破行政壁垒以促进CDW的跨区域协作治理对于优化更大范围内的废弃物资源配置和提高区域治理的整体效果具有重要的实际意义。地方政府之间的合作实践也证明，跨区域合作是克服CDW资源不平衡的重要途径。

尽管地方政府在CDW资源利用项目中起着主导作用，但它们的决策受到自身因素、邻近政府以及外部环境的影响。一方面，由于绩效压力，地方政府可能会选择“搭便车”策略（Madsen, 2024），即希望其他政府代理人与其积极合作，而自身却无需付出任何努力（Song et al., 2022）。另一方面，地方政府有自己的决策特性，本研究将其定义为他们在互动中坚持自身策略的坚定性以及对邻近政府影响的敏感性。具有不同特性的地方政府会根据邻居的行为和自身的利益来制定合作策略（Pisauro et al., 2022; Xu et al., 2022）。此外，地方政府还受到中央政府的外部监管（Zhang et al., 2023）。通过对自己行为的反馈和其他政府的行为状态，地方政府不断调整策略以促进本地发展，从而形成一个复杂适应系统（CAS）。目前关于CDW资源回收的文献主要集中在单一行政区域内的企业技术创新（Li et al., 2026; Yaz?c? et al., 2026）、政策分析（Ou et al., 2026）和企业间互动（Li et al., 2025; Wang et al., 2024b）上。虽然一些学者探讨了地方政府之间的协作治理（Chen et al., 2023），但基于CAS理论研究地方政府在CDW跨区域资源利用项目中合作行为演变的研究仍然缺乏。此外，现有的宏观经济政策模型往往忽略了微观决策者的个体特征与外部政策环境之间的相互作用。因此，迫切需要填补这些理论空白，并揭示地方政府合作网络在CDW资源回收项目中传播的机制。

综上所述，本研究探讨了一个关键的科学问题：在考虑内部和外部因素的情况下，地方政府的合作行为如何在CDW跨区域资源利用项目中传播？通过整合CAS理论，本研究使用NetLogo 6.3.0开发了一个基于代理的模型，并构建了一个Watts–Strogatz（WS）小世界网络来探索地方政府之间的合作动态。该模型考虑了决策特性，并结合了收益分配机制，以探讨这些因素如何相互作用并影响CDW管理中合作的传播。

本研究对处理地方政府合作和资源利用的文献做出了几项重要贡献：（1）引入了CAS理论。这是首次将CAS理论应用于CDW跨区域资源利用项目中地方政府合作的研究，为理解这一背景下的合作行为提供了一个新的理论框架；（2）本研究创新性地使用WS小世界网络模型来捕捉地方政府合作的动态，提供了关于影响地方政府之间合作传播的结构特征的新见解；（3）本研究独特地纳入了地方政府的决策特性，揭示了这些特性如何影响CDW资源利用项目中的合作传播；（4）通过探讨跨区域CDW项目中合作行为的传播，本研究为克服地方政府之间的合作挑战提供了理论基础。本研究填补了现有研究中的重要空白，并为加强环境治理中的政府间合作提供了实际意义。

**研究结构**
第2节深入探讨理论框架并回顾相关文献；第3节概述方法论并设定网络演化规则；第4节展示模拟结果的分析；第5节讨论研究发现；第6节提出政策建议；第7节总结研究结论和管理启示。

**复杂适应系统理论**
复杂适应系统（CAS）理论的核心思想是，代理的适应性导致了系统的复杂性（Wang et al., 2024c; Yaroson et al., 2021）。这一理论框架与基于代理的建模（ABM）方法的核心逻辑密切相关，并已被用于解释各种领域的涌现现象，包括神经网络系统（Chu et al., 2023）、生态系统（Wang et al., 2020）、卫生系统（O’Donnell et al., 2024）和社会系统（Madsen et al.,...）

**方法**
ABM是一种计算实验模型，用于模拟代理属性和互动过程，为学者提供了探索适应性和复杂性的方法（De Marchi and Page, 2014）。本研究使用ABM来探索地方政府在CDW跨区域资源利用项目中合作行为的演变。作为一种自下而上的计算实验方法，ABM已被用于解决各种问题。

**结果**
地方政府合作行为的传播是一个复杂且动态的过程，随时间而变化。ABM通过设置每个代理的属性和互动规则来模拟复杂的系统演化过程。因此，本研究使用NetLogo 6.3.0软件开发了一个WS小世界网络模型来展示地方政府合作行为。基于上述初始值，网络级别的讨论...

**结论**
本研究通过CAS理论考虑了CDW资源利用背景下的内部和外部因素，揭示了地方政府在合作过程中的学习机制，并丰富了合作行为传播的理论体系。

**政策建议**
本研究将CAS理论引入跨区域协作治理领域，挑战了传统进化博弈论中关于代理完美理性和同质性的假设。通过表征地方政府的异质决策特性（即顽固性、中立性和可变性），研究揭示了微观层面行为偏好如何产生宏观层面的协作状态。

**致谢**
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号72204178）、四川省科技计划和四川省自然科学基金（项目编号2023NSFSC1053）的支持。