《Carbon Management》：Network-mediated effect of low-carbon technology diffusion from industrial clusters to hubs among manufacturing enterprises
编辑推荐：
为探索制造企业在产业集群与网络枢纽双重作用下，如何实现低碳技术的扩散，本研究以食品行业啤酒企业为例，结合小世界网络与无标度网络模型，模拟了企业战略行为与网络拓扑结构的协同演化。研究揭示，通过构建碳足迹与标签体系，政策制定者能有效建立连接制造供给与消费需求的低碳供应链，从而加速技术扩散。此外，无标度网络相比小世界网络展现出更强的抗干扰性。政策层面应推动制造业结构转型，强化对中小企业的支持，并鼓励大型企业在引导中小企业集体采用低碳生产实践中发挥领导作用。
在全球经济快速扩张与技术进步的背景下，人类生产效率与生活水平得到提升，但资源消耗与温室气体排放也随之加剧。世界各国正将低碳经济作为战略目标，推动社会可持续发展与环境友好型增长。制造业是二氧化碳排放的主要来源之一，其排放量约占温室气体总量的75%。作为全球制造业大国，中国在第75届联合国大会上正式提出在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标。从社会视角看，碳排放是典型的负外部性，而低碳技术则呈现出正外部性。随着低碳技术研究的进步，制造商能够在整个生产过程中实施有效的减排措施，因此，采用低碳技术已成为企业减少碳排放、缓解全球变暖的关键策略。
然而，在产业发展早期，制造企业因资源可得性和政策激励等因素倾向于在特定地理区域聚集。这种集群使企业能够共享基础设施和劳动力市场等关键资源，从而降低生产成本、提高运营效率。随着工业发展与技术进步，制造企业已超越了传统的区域集群模式。基于网络枢纽的整合发展克服了地理限制，通过数字化和网络化方法促进跨区域、跨部门协作，增强了产业的整体竞争力。现有研究表明，制造企业间的竞争与合作动态嵌于复杂的社会系统中，呈现出复杂系统的关键特征。因此，基于制造企业同质化假设的演化分析难以解释产业集群和网络枢纽效应。
复杂网络有效地捕捉了此类系统中各主体间的互动模式，是模拟复杂系统结构架构的基本工具。小世界网络和无标度网络捕捉了众多现实世界复杂系统不同但基本的结构特征，并已广泛应用于制造企业集群的研究。小世界网络具有短平均路径长度和高聚类系数的特征，反映了制造企业网络固有的局部聚类特性。无标度网络则呈现幂律度分布，这与制造业中主导企业的资源主导地位相对应。在制造业中，主导企业掌握着广泛的核心资源并拥有显著影响力。新进入者通常寻求与这些关键企业建立联系，以获取更优的发展机会和关键资源。这种模式强烈反映了制造企业网络的无标度特性。复杂网络上的演化博弈论结合网络拓扑结构来分析参与者的策略如何从节点互动中涌现，为制造业中低碳技术的扩散提供了一个清晰而新颖的视角。
为此，研究人员在《Carbon Management》上发表论文，重点研究了政府碳税与补贴、碳减排成本以及消费者购买偏好如何共同影响生产无显著低碳属性产品的制造商对低碳技术的采用与扩散；揭示了影响低碳技术在制造企业间扩散的关键决定因素；并探讨了不同复杂网络拓扑结构特性如何影响制造企业网络内低碳技术扩散的动力学。
为探究上述问题，研究者采用了复杂网络演化博弈理论作为核心方法。该方法将网络拓扑整合到博弈论中，将网络中的每个节点视为独立的智能体（即制造企业），节点间的边代表它们的互动关系。博弈的动态演化从根本上由底层网络结构塑造。研究主要包含三个组成部分：网络结构、博弈模型和更新策略。
在网络结构方面，研究引入了WS小世界网络和BA无标度网络模型，网络节点数（N）分别设置为50、100和200，以模拟制造业的集群效应和网络枢纽效应。网络特征属性（平均路径长度、聚类系数、平均度）作为实验样本。
在博弈模型构建上，研究者建立了一个在政府碳税和补贴政策下的制造企业博弈模型。模型设定了多项关键参数，例如：无论企业采用低碳技术还是原始技术，单位产品售价（p）相同；低碳产品的生产成本（cl）高于原始产品成本（co），且cl= co+ μ(eo- el)，其中μ为碳减排成本系数，eo和el分别为单位产品的原始碳排放和目标碳排放；消费者购买行为偏好（δ）在无碳标签系统时视为随机中性（δ=0.5）；政府以概率ω进行监管，若监管则对采用原始技术的单位产品征收碳税T = τeo，并对采用低碳技术的产品提供单位补贴S。基于这些假设，推导出了制造企业采用低碳技术和原始技术的期望收益函数（Uil和Uio）及总收益函数Ui(t)。
在更新策略方面，定义了制造企业网络中低碳技术扩散的概率密度P(t) = n(t)/N × 100%。政府行使监管的概率ω与P(t)负相关，即ω = 1 - P(t)。企业策略更新采用Fermi规则，即企业Vi在下一时间步以一定概率模仿其收益更高的邻居企业Vj的策略，该概率由公式P(Vj→Vi) = 1 / [1 + exp((Ui- Uj)/k)]给出，其中k为环境噪声因子，本研究设置为0.1，以模拟企业的有限理性。所有企业在每轮博弈后同步更新策略。
为进行实证分析，研究选取中国食品工业中的啤酒企业作为案例，具体以中国华润啤酒有限公司生产的500毫升8.0°P雪花纯生啤酒为单位产品，并基于生命周期评估（LCA）等公开数据对模型参数进行了赋值（如p=8 CNY, co=3 CNY, eo≈0.43 kg CO2/kg, el≈0.08 kg CO2/kg, τ=0.1 CNY/kg, T=0.043 CNY, S=0.013 CNY, μ=0.1, δ=0.5, φ=1000）。模拟实验在MATLAB中进行，结果取1000次重复实验的平均值以减小随机性。
研究结果部分通过多组仿真实验，揭示了不同因素和网络结构对低碳技术扩散的影响：
- •
消费者行为偏好（δ）的影响：在WS小世界网络中，当δ<0.5（即消费者偏好原始产品）时，低碳技术扩散概率密度（P）很低且随企业规模扩大而略有下降；当δ=0.5时，P稳定在0.3-0.4左右；当δ≥0.6时，P显著上升，在δ≥0.7时接近或达到1，表明技术几乎完全扩散，且此时P随企业规模扩大而上升。在BA无标度网络中，趋势类似，消费者低碳偏好与P正相关。但当δ<0.5时，P随企业规模扩大而略有上升；当δ>0.5时，P随企业规模扩大而下降。结论是，提升消费者低碳偏好能极大促进技术扩散，但在中国尚未实施碳标签体系的背景下，δ固定为0.5，导致扩散缓慢。政策制定者需建立碳足迹和碳标签系统，以连接供给与需求，加速技术扩散。
- •
碳减排成本系数（μ）的影响：在两种网络结构中，μ与P均呈负相关，即碳减排成本越高，技术越难扩散。在WS网络中，当μ≤0.4时，P最终能收敛到较高水平（>0.8）；当μ≥0.5时，P收敛值显著降低。在BA网络中，趋势类似，但P的收敛值普遍低于同参数下的WS网络。这表明降低成本是推动技术扩散的关键。对于中小企业而言，高昂的初始投资是主要障碍，政策应提供专项补贴或融资支持以降低其μ值。
- •
网络拓扑结构的影响：对比相同参数下（N=100）的WS和BA网络，在大多数情况下，WS网络中的P(t)演化速度更快，最终收敛值更高或相当，表明小世界结构更有利于低碳技术的快速扩散。这归因于其高聚类系数和短平均路径长度，促进了局部集群内的快速模仿和全局信息的有效传播。然而，BA网络在抗外部冲击（如模拟随机移除部分节点）方面表现出比WS网络更强的稳健性。在BA网络中，少数核心企业（枢纽节点）因拥有大量连接和资源，受网络冲击影响较小，寡头企业由于其雄厚的经济资源，更不易受到外部网络冲击的影响。因此，政策制定者应鼓励这些企业发挥引领作用，引导周边中小型制造商集体采用低碳生产实践。
- •
企业规模（N）的影响：在WS网络中，当其他条件有利于扩散时（如δ较高、μ较低），P通常随N增大而提高，但在N达到一定规模（如100）后，增长效应减弱。在BA网络中，企业规模的影响与消费者偏好相关，呈现更复杂的关系。总体而言，扩大产业集群或网络规模本身并不总是直接促进扩散，需结合其他政策和市场条件。
- •
政府碳税与补贴政策的有效性：模拟结果表明，碳税和补贴政策组合能有效激励企业转向低碳技术。当碳税提高或补贴增加时，P(t)的收敛速度和水平均有提升。但研究也指出，政策需动态调整，例如政府监管概率ω与扩散概率P负相关的设定，模拟了政府根据技术普及情况灵活调整干预力度的策略，这比静态政策更有效。
研究结论与讨论部分对全文进行了总结并阐述了其重要意义。本研究通过构建复杂网络演化博弈模型，以中国啤酒制造业为案例，深入探讨了低碳技术从制造企业个体采纳到产业内集体扩散的动态过程，以及网络结构在此过程中扮演的关键角色。主要结论如下：
首先，消费者对低碳产品的偏好是驱动技术扩散的最强劲市场力量。建立碳足迹和碳标签体系，使消费者能够有效识别低碳产品，是连接供给侧低碳转型与需求侧绿色消费的核心纽带，能显著加速技术扩散。
其次，碳减排成本是制约企业，尤其是中小企业采纳低碳技术的主要障碍。政府需通过财政补贴、税收优惠、绿色融资等政策工具，有针对性地降低企业的减排成本系数（μ），为其技术升级提供切实支持。
再次，网络拓扑结构深刻影响扩散动力学。小世界网络因高度的局部聚集和全局连接效率，更利于技术的快速传播；而无标度网络则因其枢纽节点的稳定性，在面临外部干扰时表现出更强的韧性。这表明，在制定产业政策时，需考虑特定产业集群的实际网络结构特征。
最后，政府政策需兼具针对性与动态性。针对中小企业的扶持、鼓励龙头企业发挥带动作用，以及根据技术扩散进程灵活调整监管强度与补贴力度，是提升政策效能的关键。
本研究的理论贡献在于，区别于以往关注具有显著低碳属性产品（如新能源汽车）的研究，将视角聚焦于缺乏外在低碳特征、未被纳入碳交易体系的制造业产品；通过整合小世界与无标度网络来刻画产业集聚与枢纽效应；并系统比较了不同网络架构及其内在结构特性对制造业低碳技术扩散动力学的影响。在实践层面，研究为政策制定者设计促进制造业绿色转型的组合式政策（碳税、补贴、碳标签、结构改革）提供了基于复杂系统思维的决策参考，强调了“网络化治理”和“精准施策”的重要性。研究也指出，未来可进一步考虑企业异质性、技术学习曲线、供应链协同等更多现实因素，使模型更贴近复杂的产业演化实际。
