4PL平臺與物流服務提供商合作演化博弈研究

曹曉軍，顧振輝，李雅夢，彭會萍

(蘭州財經大學 絲綢之路經濟研究院 ，甘肅 蘭州 730020)

一、引言

近年來，隨著大數據、人工智能等新技術發展，物流正朝著模塊化、自動化方向快速地變化[1]。為應對這樣的變化，4PL平臺需要構建動態能力[2]，做出適應性調整，更好地進行動態合作演化。本研究的4PL平臺指的是諸如菜鳥網絡等已經聚合了物流全產業鏈(涵蓋了倉儲、干線、快遞、跨境物流等)上的優勢資源，試圖打造成數據驅動的第三方物流公司的協作平臺。而現階段，在4PL平臺與物流服務提供商的合作中，仍然存在合作模式單一、合作沖突難以消解、合作價值提升有限等問題。如菜鳥網絡在和中通等物流服務提供商合作中，物流服務提供商被賦予的任務可能是以配送端為主，這意味著物流服務提供商需要將客戶資源以及配送系統等重要商業信息交給菜鳥網絡，因此在合作中可能會面臨著訂單分配不合理、喪失行業話語權等合作沖突的問題。面對現實合作所面臨的困境，如何創造更大的合作價值，是亟須解決的問題。

因此，在降本增效的條件下，本文將采用演化博弈的方法主要研究4PL平臺和物流服務提供商在什么情況下能夠維持穩定的合作關系，以及4PL平臺與物流服務提供商演化過程中受超額收益、額外成本、損失成本哪些因素的影響，這些因素又是怎么影響演化的。

二、文獻綜述

隨著物流業的發展，第四方物流(4PL)憑借其強大的供應鏈資源整合能力獲得快速發展，菜鳥網絡等4PL平臺也伴隨著4PL的快速發展而得到越來越多人的關注。目前已有學者針對4PL平臺的商業模式創新、4PL平臺利益分配、4PL平臺價值等方面進行探討。王慧穎和許哲毓(2020)[3]將商業生態系統理論引入4PL平臺中研究其商業模式創新的過程。先提出由環境、途徑、創新效果構成的4PL平臺商業模式創新過程框架，然后通過傳化物流的案例分析發現，市場驅動、價值鏈驅動以及技術和文化雙輪驅動是4PL平臺各發展階段商業模式創新的主要影響因素，并且在4PL平臺商業模式創新過程是與系統成員價值共創的過程，商業模式創新推動商業生態系統演化發展與價值創造。張瑩(2017)[4]以4PL平臺為研究對象，探討4PL平臺內企業的利益分配問題，通過構建模型得出資源共享度、關系親密度、信息處理能力、資源整合能力以及方案設計能力是影響4PL平臺利益分配的主要因素，從根源上為4PL平臺健康發展提出有效建議。桂馨(2017)[5]從電子商務平臺的視角，對4PL平臺在價值的產生、價值的累積、價值的微變、價值的巨變方面，基于建設主體與業務流程進行了研究，構建了價值評價指標體系。

關于企業間合作問題,學者分別從企業合作模式[6-7]、合作的發展與優化[8]、合作治理[9]等方面展開研究。雖然有學者分別對戰略聯盟與并購[10]、網絡與生態[11]等合作模式進行了比較分析,但缺乏對傳統模式向生態模式演化的動態觀察。也有研究從演化角度分析合作關系在商業生態系統不同發展階段的不同側重點[12]，但未能在4PL平臺具體運作的場景下進行討論[13]。而生態合作包括生態系統的構建及生態合作關系的形成。系統中存在多個物種企業,其架構更具有流動性與靈活性[14],合作依賴于組織,領導企業發揮引領與協調作用,并制定生態系統的治理規則,促進生態系統良性運轉。

通過梳理文獻發現，現有關于4PL平臺的研究主要集中在商業模式和利益分配以及平臺價值上，很少有研究4PL平臺與物流服務提供商合作演化的，另外演化博弈論常用以研究主體行為的存在性及演化穩定性，系統動力學則可以定量分析關鍵因素的影響路徑。因此，結合演化博弈和系統動力學的研究方法，更有利于探究兩主體的動態過程和演化因素。

綜上所述，本文將4PL平臺、物流服務提供商作為討論的主體，假設兩個博弈主體都是“有限理性”的，構建4PL平臺-物流服務提供商參與的非對稱演化博弈模型，求解復制動態方程、雅可比行列式判別等，討論了不同情況下4PL平臺和物流服務提供商的決策機制及系統的演化趨勢，然后建立SD模型，并通過數值仿真討論超額收益、額外成本、損失成本帶來的影響，探討合作演化的規律，期望對4PL平臺發展提供支持。

三、基本假設和非對稱博弈模型構建

(一)基本假設及模型參數

演化博弈模型中有兩個參與群體：4PL平臺與物流服務提供商。4PL平臺的策略合集是(生態合作，傳統合作)，物流服務提供商的策略合集是(合作，不合作)。

假設1：4PL平臺選擇“生態合作”的概率為x(0≤x≤1)，選擇“傳統合作”的概率為1-x；物流服務提供商選擇“合作”的概率為y(0≤y≤1),物流服務提供商選擇“不合作”的概率為1-y。

假設2：4PL平臺選擇“生態合作”策略時，此時合作的雙方是共生進化[15]的關系，意味著進行深度合作：4PL平臺會與物流服務提供商共享信息與數據，并且運用互聯網、大數據技術對物流服務提供商提供技術支持，此時，4PL平臺可能會有更多物流服務提供商來合作，從而獲得一定的超額收益R1，同時，4PL平臺因為分享數據、提供技術支持而產生的投資成本，也可能會因為物流服務提供商不配合等構成商業風險，此時產生的成本都記為額外成本C1。

假設3:4PL平臺選擇“傳統合作”策略時，意味著保持現有的淺層次合作：此時4PL平臺和物流服務提供商是一般的業務合作關系，4PL平臺僅為物流服務提供商分配訂單業務。這時，4PL平臺獲得的收益為V1，但在當下互聯網技術發展飛快的背景下，對于4PL平臺來說可能會喪失競爭優勢甚至被同類的4PL平臺所超越，因此4PL平臺選擇“傳統合作”策略時可能會有損失成本，記為L1。

假設4：物流服務提供商選擇“合作”策略時，4PL平臺會為其帶來更多的訂單，同時4PL平臺會為其提供技術支持和數據共享，有助于物流服務提供商降低公司運營成本，此時物流服務提供商會獲得的超額收益為R2。但另一方面，物流服務提供商也可能因為數據共享帶來風險從而喪失行業優勢，同時，物流服務提供商還會面臨4PL要求其進行改造從而產生一定的成本，這一系列的額外成本為C2。

假設5：當物流服務提供商選擇“不合作”策略時，此時不依靠4PL平臺能獲得的收益為V2，但缺乏4PL平臺的賦能及支持，尤其與和4PL平臺合作的物流服務提供商相比，會喪失競爭優勢，此時產生的成本都記為損失成本L2。模型參數及含義見表1。

表1 模型參數及含義

(二)非對稱博弈模型的構建

依據4PL平臺、物流服務提供商選擇“生態合作”“合作”策略時帶來的額外收益分別為R1、R2，額外成本分別為C1、C2。假設參數均大于零，得到不同參與主體在合作關系的收益支付矩陣，如表2所示。

表2 演化收益支付矩陣

E11=y(V1+R1-C1)+(1-y)(V1-C1)=yR1+V1-C1

(1)

E12=y(V1-L1)+(1-y)(V1-L1)=V1-L1

(2)

(3)

因此，4PL平臺的復制動態方程：

(4)

E21=x(V2+R2-C2)+(1-x)(V2-C2)=

xR2+(V2-C2)

(5)

E22=x(V2-L2)+(1-x)(V2-L2)=V2-L2

(6)

(7)

物流服務提供商的復制動態方程：

(8)

經整理，由4PL平臺、物流服務提供商組成系統的復制動態方程組為：

(9)

四、演化博弈均衡點穩定性分析

(一)均衡點

表3 均衡點

(二)均衡點的穩定性分析

演化穩定策略(ESS)可能只是系統均衡點的一部分。根據Friedmand(1991)[16]提出的方法，演化均衡點的穩定性可以從系統的雅可比矩陣(記為J)局部穩定性分析導出。

(10)

即同時滿足detJ>0(雅可比行列式條件)、trJ<0(跡條件)兩個條件下，均衡點才是演化穩定策略(ESS)[17]。

該雅可比矩陣的行列式是：

detJ=(1-2x)(yR1+L1-C1)*(1-2y)(xR2+L2-C2)-x(1-x)R1*y(1-y)R2

(11)

該雅可比矩陣的跡是：

trJ=(1-2x)(yR1+L1-C1)+(1-2y)(xR2+L2-C2)

(12)

1.4PL平臺的穩定性分析

為了進一步分析4PL平臺與物流服務提供商的損益對雙方之間的非對稱博弈的影響，將式(4)所反映的4PL平臺的復制動態方程F(x)對x求導：

F′(x)=(1-2x)(yR1+L1-C1)

(13)

4PL平臺選擇演化穩定策略(Evolutionarily Stable Strategy，ESS)的條件是：F(x)=0且F′(x)<0。令F(x)=0可以解出x，即x=0或1。此外，F(x)=0還可以得到yR1+L1-C1=0，即：

(14)

上式表明當物流服務提供商采取“合作”策略意愿時y=y*時，所有x都為穩定狀態。相位圖如圖1。

圖1 y=y*時的復制動態相位圖

圖2 y>y*時的復制動態相位圖

圖3 y

2.物流服務提供商的穩定性分析

同理，將式(8)反映的物流服務提供商的復制動態方程F(y)對y求導：

F′(y)=(1-2y)(xR2+L2-C2)

(15)

與上述相同，物流服務提供商選擇演化穩定策略的條件時F(y)=0且F′(y)<0。令F(y)=0可以解出y=0或1。而且，F(y)=0還可以得出xR2+L2-C2=0，即：

(16)

上式意味著當4PL平臺采取“生態合作”策略的意愿x=x*時，不管y取什么值都為穩定狀態。相位圖如圖4所示。

圖4 x=x*時的復制動態相位圖

圖5 x>x*時的復制動態相位圖

圖6 x

3.4PL平臺與物流服務提供商演化博弈模型穩定性分析

綜上，根據復制動態方程，當R1>C1-L1且R2>C2-L2時，4PL平臺與物流服務提供商之間的非對稱博弈有5個均衡點，即A(0,0)、B(0,1)、C(1,0)、D(1,1)和O(x*，y*),如表4所示。

表4 博弈均衡點的穩定性分析

于是演化博弈相位圖如圖7所示，演化博弈的均衡點為A、B、C、D、O，其中點A和D為演化的穩定點，點B和C為不穩定點，O點為鞍點。演化博弈相位圖如下。

圖7 演化博弈相位圖

根據圖7所示，4PL平臺和物流服務提供商博弈的長期演化的策略集是(生態合作，合作)和(傳統合作，不合作)，即如果物流服務提供商選擇“不合作”的策略，4PL平臺最終也會選擇“傳統合作”的策略；如果物流服務提供商選擇“合作”的策略，那么4PL平臺也最終會選擇生態合作策略。如果博弈的初始狀態落到圖中的區域1(即四邊形ACOB)之中，那么系統將會在長期的演化過程中收斂于A點，即4PL平臺和物流服務提供商選擇連接(傳統合作，不合作)的策略集，兩者達到最差的博弈狀態。如果博弈的初始狀態落到圖中的區域2(即四邊形BOCD)之中，那么系統將會在長期的演化過程中收斂于D點，即4PL平臺和物流服務提供商選擇(生態合作，合作)的策略集，達到最好的博弈狀態。

根據圖7，顯然(生態合作，合作)的策略集是最優的選擇，但是演化會走向哪一方，要看四邊形ACOB的面積S1和四邊形BOCD的面積S2的大小：當S1S2時，選擇(傳統合作，不合作)策略集的概率會大一些；如果S1=S2時，4PL平臺和物流服務提供商選擇兩種策略集的概率是一樣的，S1的面積如式(17)。所以，要想知道影響4PL平臺和物流服務提供商策略選擇的因素，可以轉化為分析什么因素影響S1的大小。

(17)

(1)參數對4PL平臺的影響

命題1 當4PL平臺選擇“生態合作”策略所獲得的超額收益越大時，物流服務提供商選擇“合作”策略的動力越大，則最終雙方選擇(生態合作，合作)策略集的概率越大。

“神言”也好，“高峰”也罷，它們指的都不是藝術技巧特別卓越的作品或作品片段，而是指表達了新鮮的感受的作品。 哪怕這些感受的表達不是很巧妙，但只要表達出來，就是偉大的創造。 反之，如果表達的是平庸的俗見，不論你表達得多么巧妙，都與“神言”毫不沾邊。 羅扎諾夫說：

命題2 在其他條件不變的前提下，當4PL平臺選擇“生態合作”策略要付出的額外成本越大時，其選擇“生態合作”策略的概率就越低。

命題3 在其他條件不變的前提下，當4PL平臺選擇“傳統合作”策略要損失成本越大時，其會選擇“傳統合作”策略的概率就越低。

(2)參數對物流服務提供商的影響

命題4 當物流服務提供商選擇“合作”策略時，獲得的超額收益越大，物流服務提供商選擇“合作”策略的動力越大，則最終雙方選擇(生態合作，合作)策略集的概率越大。

命題5 在其他條件不變的前提下，當物流服務提供商選擇“合作”策略要付出的額外成本越大時，其選擇“合作”策略的概率就越低。

命題6 在其他條件不變的前提下，當物流服務提供商“不合作”策略損失成本越大時，其選擇“不合作”策略的概率就越低。

此外，當R1C1-L1且R2C2-L2等條件下，對相應的均衡點的穩定性如表5所示。

表5 其他情況下博弈均衡點的穩定性分析

由此可以看出，在這三種情況下，穩定點都是(0,0)，即雙方最終會選擇(傳統合作，不合作)的策略集。

五、演化仿真分析

(一)仿真模型的建立

在上述模型的基礎上，利用系統動力學構建基于SD的4PL平臺與物流服務提供商合作關系的演化博弈模型，如圖8。

圖8 4PL平臺與物流服務提供商合作關系的演化博弈模型

模型的主要變量根據兩方博弈的支付函數進行設定，其中包含有兩個速率變量(4PL平臺合作變化率、物流服務提供商合作變化率)、四個水平變量(4PL平臺生態合作概率、4PL平臺生態合作概率、物流服務提供商合作的概率、物流服務提供商不合作的概率)。

(二)情景仿真

本文主要運用Vensim PLE軟件來進行模擬仿真，模型初始條件為：初始時間Initialtime=0,仿真周期為10個季度，即Finaltime=10,步長Timestep=0.1。通過調研并結合付帥帥[18]、李安渝[19]等的相關文獻對模型中需要的參數進行賦值，在對參數賦值的過程中需要滿足模型的約束條件。因此將各參數初始值設定為：V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4,L2=4，并且雙方初始意愿設定為x=y=0.5。研究超額收益、額外成本、損失成本對系統演化的影響。

(1)超額收益變化的影響

R1的變化對4PL平臺選擇策略的影響。參數賦值為：

V1=5,V2=4,R1=5、7、9,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。根據圖9,在其他因素保持不變時，4PL平臺“生態合作”獲得超額收益越大，其選擇“生態合作”策略的概率就越大。

圖9 R1變化對4PL平臺選擇策略的影響

R2的變化對物流服務提供商選擇策略的影響。參數賦值為：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4、6、8,C1=8,C2=7,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。根據圖10,在其他因素不變的情況下，物流服務提供商在“合作”策略過程中獲得的超額收益越大，其堅持合作的意愿就越大。

圖10 R2變化對物流服務提供商選擇策略的影響

分析R1和R2兩者共同變化時是如何影響雙方選擇策略的。參數賦值為：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=4,C2=3,L1=2,L2=2。V1=5,V2=4,R1=7,R2=6,C1=4,C2=3,L1=2,L2=2。

根據圖11，可以得出當4PL平臺與物流服務提供商的超額收益都增加時，整個合作博弈的演化會比單方超額收益的增加更容易走向(生態合作，合作)結果。

圖11 R1和R2變化對雙方選擇策略的影響

(2)額外成本變化的影響

同樣，先驗證額外成本對雙方策略選擇的影響。首先看C1變化對4PL平臺策略的影響，相應的參數取值如下：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=9、6、3,C2=7,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。

根據圖12，在其他因素不變的情況下，4PL平臺選擇“生態合作”策略的額外成本越大，傾向選擇“生態合作”策略的概率越低，但額外成本在一定的范圍內時，4PL平臺會更傾向于“生態合作”策略。

圖12 C1變化對4PL平臺選擇策略的影響

其次看C2變化對物流服務提供商策略選擇的影響，相應的參數賦值如下：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=8、5、2,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。

根據圖13可以得出，在其他因素保持不變時，物流服務提供商選擇“合作”策略的額外成本越大，傾向選擇“合作”的概率就越小，并且物流服務提供商投入的成本也在一個范圍之內，當其小于這個范圍時，物流服務提供商最終會演化到“合作”策略。

圖13 C2變化對物流服務提供商選擇策略的影響

分析C1和C2兩者共同變化時是如何影響雙方選擇策略的，如圖14所示。相應的參數賦值如下：

圖14 C1和C2變化對雙方選擇策略的影響

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8、6,C2=7、5,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。

可以得出當4PL平臺與物流服務提供商的額外成本都降低時，整個合作博弈的演化會比單方額外成本的降低更容易走向(生態合作，合作)的狀態。

(3)損失成本變化的影響

L1的變化對4PL平臺選擇策略的影響。參數賦值為：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4、5、6，L2=4，x=0.5，y=0.5。

根據圖15，當4PL平臺選擇傳統合作時，其損失成本增大，4PL平臺選擇傳統合作的概率會越來越小，但損失成本在一定范圍內，4PL平臺還是會選擇傳統合作的策略。

圖15 L1變化對4PL平臺策略選擇的影響

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4，L2=4、5、6，x=0.5，y=0.5。

根據圖16，當物流服務提供商選擇不合作，其損失成本增大時，它隨著時間的演進最終會傾向于合作的策略；但損失成本在一定范圍內時，物流服務提供商還是會選擇不合作的策略集。

圖16 L2變化對物流服務提供商策略選擇的影響

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4、5,L2=4、5，x=0.5，y=0.5。

圖17 L1和L2變化對雙方策略選擇的影響

可以得出當4PL平臺與物流服務提供商的損失成本都增加時，整個合作博弈的演化會比單方額外成本的增加更容易走向(生態合作，合作)的狀態。

六、結論

在4PL平臺與物流服務提供商合作演化過程中，要激發平臺自身的潛力，鼓勵物流服務提供商積極參與到生態合作中來。因此，本文基于演化博弈理論，構建了4PL平臺、物流服務提供商合作演化博弈模型，并分析策略的選擇以及演化穩定性，并運用系統動力學進行建模仿真，分析了超額收益、額外成本、損失成本對整個系統穩定性的影響，期望能夠對4PL平臺的生態合作提供理論支持。本文主要得出以下結論。

(1)整個系統演化的方向受4PL平臺和物流服務提供商不同的策略選擇的共同影響。其中4PL平臺、物流服務提供商的選擇策略不僅會影響自己，還會對彼此之間有影響。

(2)超額收益和損失成本的增加、額外成本的降低，4PL平臺和物流服務提供商選擇(生態合作，合作)的策略集的概率就越大。

(3)額外成本的降低和損失成本的增加在一定范圍內時，4PL平臺和物流服務提供商會選擇(傳統合作，不合作)的策略集，也就是最差的博弈結果。

為了避免兩者陷入最差的博弈狀態，即選擇(傳統合作，不合作)策略集，根據上述研究結論可以得出以下啟示：一方面，4PL平臺與物流服務提供商需要從各自的角度去努力。如4PL平臺去幫助物流服務提供商創造更大的價值，來吸引物流服務提供商加入生態圈中。對于物流服務提供商來說，要更加注重降本增效，同時要優化自己的專業能力，提高自己在物流行業的話語權，也就是提高雙方的超額收益、降低雙方的額外成本、損失成本，推進4PL平臺與物流服務提供商的合作關系。另一方面,是不是應該考慮發揮管理部門的作用防止整個系統陷入困境。從4PL平臺的角度來說，政府可以適當對4PL平臺進行補貼，以降低平臺的成本；從物流服務提供商的角度來說，通過優化市場的經營環境，降低物流服務提供商選擇合作的損失成本。