考慮產品運輸過程碳排放的供應鏈契約協調

張宗明，李 珊，許曉晴

1.西安電子科技大學 經濟與管理學院，西安 710126

2.長安大學 經濟與管理學院，西安 710064

在全球變暖趨勢日益加劇的今天，關于綠色供應鏈管理的理論和實踐越來越受到學者們和企業管理者的關注。與此同時，越來越多的消費者變得有環保意識，Bull 的一項調查顯示[1]，67%的消費者認為購買環保產品非常重要，即使需要支付更高的價格。為了滿足消費者日益增長的綠色需求，制造商需確保其產品滿足特定的綠色水平。一般來說，綠色度較高的產品產生的碳排放量較少，但生產成本較高。因此，對于制造商而言，如何做出最優碳減排決策以獲得更大效益，具有重要理論和現實意義。

隨著社會各界對環境問題的關注，綠色供應鏈管理已成為學術界研究的重點領域。早期，學者們集中研究低碳供應鏈中產品的定價問題。文獻[2]提出很大一部分消費者樂意為綠色產品支付更高的價格，文獻[3]在市場需求和價格都對碳排放量敏感的前提下，得到了該供應鏈的最優價格決策。類似地，文獻[4]以中性稅收和低碳經濟為背景考慮了碳稅補貼給零售商和碳稅共同分擔兩種碳稅模式，研究了兩種模式下消費者的搭便車行為對雙渠道供應鏈的定價和企業碳減排努力程度的影響。文獻[5]在碳標簽制度背景下，考慮了風險規避和制造商碳減排情況下雙渠道供應鏈中供應鏈各成員的定價決策問題。

分散決策下各成員都以自己的利潤最大化為目的，其供應鏈的總利潤遠小于集中決策下的利潤，因此學者們開始在低碳供應鏈中應用契約協調。文獻[6]分析了產品市場需求對消費者低碳偏好敏感的情況下，碳減排成本分共擔合同對提高供應鏈績效的影響。文獻[7]通過比較兩種不同的成本分擔合同，研究了綠色制造成本和消費者環境偏好對綠色供應鏈的影響。文獻[8]研究了成本分擔和批發價格契約合同如何影響最優決策，發現采用成本分擔合同能使兩個渠道成員都得到帕累托改進。此外，文獻[9]在低碳供應鏈中比較了成本分擔和收益共享兩種合同，發現成本分擔合同更為適用。

以上的文獻對低碳問題的研究著眼于產品的生產過程，然而，最近的文獻[10]表明，產品運輸過程也應該給予同樣的關注，因為物流和運輸產生的溫室氣體排放量之大僅次于電力工業。實踐中，大部分制造商將產品運輸外包給第三方物流，籍此可以減少其在物流設施上的資本投資，專注于公司主打業務。一項調查[11]顯示，西歐、美國和亞太地區超過70%的企業都使用過物流外包。而現有的一些文獻[12-13]單純地研究第三方物流服務提供商與其客戶之間的互動，還有一部分[14]研究其服務水平對供應鏈的影響，更多地是將其作為簡單的產品回收者。比如在文獻[15-16]的研究中，第三方物流負責閉環供應鏈中為制造商回收產品。另外，文獻[17]采用兩種不同的Stackelberg 競爭來確定最優零售價格和物流服務水平。所以，關于第三方物流運輸產生的碳排放對綠色供應鏈的影響，至今鮮有研究。

綜上所述，以上學者對低碳供應鏈和第三方物流的研究做了大量富有成效的工作，但關于低碳供應鏈中第三方物流碳排放量的研究還比較有限且不夠全面。雖然也有少部分文獻研究三級供應鏈[18]，但是尚無文獻探討在三級供應鏈中不同的成本分擔方式對碳排放量以及產品綠色度的影響。文獻[19]雖然研究了類似的問題，在產品需求對產品價格、綠色度、第三方物流的碳排放量以及產品交付時間敏感的情形下，得出不同權力結構下的均衡解，但是沒有采用有效的契約來提高供應鏈的收益。基于此，本文分析制造商領導的綠色成本共擔和第三方物流領導的碳減排成本共擔兩種合同對供應鏈的協調作用，以期為企業間契約協調機制的選擇以及成本共擔契約合同的設計提供了理論支撐。

1 問題描述和假設

1.1 基本假設

考慮由制造商、第三方物流供應商和零售商組成的三級綠色供應鏈，其中制造商負責生產綠色產品，并通過專業第三方物流將其供應給零售商，以減少運輸過程中對環境造成的污染，零售商將這些產品銷售給終端消費者。比如作為國民經濟基礎的建材行業，其生產和運輸過程產生大量的CO2，對我國實現低碳發展目標構成了嚴峻的挑戰，建材供應商一般會利用專業建材物流以優化資源配置，降低生產成本[20]。本文假設消費者具有環保偏好，即愿意為環保產品支付更高的價格[1]。市場研究公司Global Web Index 的調查數據顯示[21]，60%的消費者愿意為綠色可持續產品支付更高的價格，越來越“苛刻”的消費者正推動著零售行業走向可持續性發展。巴西紡織時尚品牌Malwee推出了一種新型節水牛仔褲，被其自稱為“巴西最可持續的牛仔褲”。這種牛仔褲生產制造時以有機化學品取代了傳統化學物質，還將傳統商品標簽替換成了可回收材料，減小了對環境的污染。雖然價格較普通牛仔褲貴了一些，但因其可持續理念深受消費者喜歡。因此，市場對產品的需求不僅受產品綠色程度的影響，而且對產品運輸過程中產生的碳排放量也很敏感[19]。考慮在一些市場中，因為政策或產品特性等原因，產品價格相對比較穩定[22]，同時為了將研究重點放在低碳生產的影響上，參考現行通用的處理辦法[9，23-24]，本文將價格進行外生處理，且加入價格不影響本文分析結論。因此，假設零售商以固定的批發價格從制造商那里購買產品，并以固定的零售價格出售給終端消費者。最后，假設所有供應鏈成員之間的信息都是對稱的，客戶在購買之前可以準確地獲得他們想要購買的產品的環保水平。如沃爾瑪在其產品上標有“天然”的標簽，以展示其產品是“自然和生物可降解”清潔產品。或者一些企業可以通過政府認證機構對企業產品的綠色水平進行認證，并貼上標簽。企業可以通過標簽介紹產品的綠色屬性，使消費者熟知[25]。

本文所用的數學符號及其定義如表1所示。

表1 符號及其定義Table 1 Symbols and their definitions

1.2 模型建立

其中m1為制造商的單位利潤，等于制造商的批發價格減去制造成本減去單位物流成本。同樣，m2表示零售商的單位利潤，等于產品的零售價格減去批發價格減去單位物流成本；m3表示第三方物流供應商的單位利潤，等于單位物流價格減去單位運輸成本。為了集中研究碳排放的影響，本文模型不包括產品定價決策。為了簡化分析，假設制造商的固定生產成本和第三方物流的固定運輸成本為零，放松此假設并不影響分析結果[22]。

本文中符號的安排如下：ej*、gj*、πij*分別為碳排放、產品綠色度和利潤的均衡解；j表示C（集中供應鏈）或NC（無成本分擔）、ECS（碳減排成本分擔）或GCS（綠色制造成本分擔）；i表示M（制造商）、L（第三方物流）或R（零售商）。

2 模型求解

2.1 無成本共擔

首先研究了不分攤成本的最優決策問題，并將其作為評價成本共擔機制績效的基準。

通過逆向歸納法對模型進行求解。第三方物流供應商為實現利潤最大化，對公式（5）關于碳排放量e進行一階求導，令?π3PL/?e=0，得到第三方物流供應商的最佳碳排放量eN*。同時，最優綠色度g是?πM/?g=b2m1-gu=0 的唯一解，得到最優綠色度gN*，將eN*和gN*代入相應的等式。

比較集中決策和無成本共擔的分散決策的均衡后果得到：e*>ec*，g*

2.2 成本共擔機制

2.2.1 綠色制造成本共擔

本小節考慮綠色制造成本共擔。消費者對低碳產品的關注，讓零售商愿意銷售低碳產品，但低碳產品的生產需要大量資金投入，如果只是制造商承擔這部分成本，勢必會導致產品的批發價和零售價都上升，影響低碳產品的市場需求，進而影響供應鏈成員的利益。因此，第三方物流供應商和零售商可能會與制造商協商，愿意主動承擔部分綠色制造成本，以激勵制造商追求綠色制造。在這個情境下，博弈時序如下：首先，零售商決定與制造商的成本共擔率n1，0 ≤n1≤1；接下來，第三方物流供應商宣布碳排放e并決定成本共擔率n2，0 ≤n2≤1。然后，制造商做出關于最優綠色度g的決策。

供應鏈各成員的利潤函數為：

通過比較綠色制造成本共擔和無成本共擔的均衡結果，所有企業都能從綠色制造成本共擔方案中獲益，這一點將在下面的命題中得到具體解釋。

命題1 表明綠色制造成本共擔契約適用于制造商與零售商以及第三方物流的單位利潤相差不大的供應鏈。如果利潤相差過大，制造商的利潤占主導，零售商和第三方的利潤空間本來就很小，則沒有為制造商分擔成本的動機。只有單位利潤相差不大時，零售商和第三方物流為制造商分擔成本損失的部分利潤可以通過產品需求的增加所增加的利潤來彌補。此外，第三方物流的單位利潤是小于零售商的，因為第三方物流一般不擁有商品，只是為客戶提供倉儲、配送等物流服務，它的傭金費用由制造商和零售商二者共同承擔。如果第三方物流的單位利潤高于制造商和零售商的單位利潤，則企業沒有外包的必要。

命題2 通過下面的式子，分析了供應鏈成員成本共擔率和所對應的單位利潤之間的關系：

顯然，命題2反映n1和n2分別與m2和m3呈正相關，即供應鏈成員的單位利潤越高，它所愿意承擔的綠色制造成本比例就越大。

2.2.2 碳減排成本共擔

影響市場需求的另一個因素是產品運輸過程產生的碳排放，本小節對減排成本共擔問題進行分析。以往的文獻表明，碳排放水平對消費者的購買行為有顯著影響。因此，該系統中的其他兩方期望第三方物流供應商投入更多資金來減少運輸碳排放量，這種搭便車行為極大地影響第三方物流的碳減排行為，除非另外兩方可以提供一些激勵措施，由此本文設計了碳減排成本共擔機制。所以本節研究的核心問題就是得出每個成員最恰當的成本共擔比例使供應鏈所有成員利潤得到提高。本情境下的博弈順序為：首先，制造商決定綠色度g和成本共擔率k2。然后，零售商決定共擔率k1。最后，第三方物流供應商決定碳排放量e。各成員的利潤函數為：

命題3 使成本共擔機制存在唯一均衡結果的條件是：

化簡可得m3≤2m2，m2≤m1。

命題3表明碳減排成本共擔契約能否奏效，關鍵取決于鏈中各成員單位利潤之間的關系。在碳減排成本共擔契約中，制造商的博弈順序優于零售商，所以制造商的單位利潤大于零售商的單位利潤。制造商和零售商的單位利潤分別大于第三方物流供應商的單位利潤的一半時，制造商和零售商才有足夠的利潤空間來承擔碳減排成本。

命題5 表明，成本共擔關于其對應的單位利潤的一階導函數是一個嚴格的單調遞增函數。無論制造商還是零售商，只要單位利潤增加，就會主動增加成本共擔率。

3 數值分析

數值實驗試圖用直觀的數據展示兩種成本共擔合同可以協調供應鏈，提高所有成員的利潤。所用示例的數據集如表2所示，且所有的數據集都滿足所提出模型的假設和要求。沿用相當一般的數據來驗證分析結果并且展示所提出的模型的適用性。由于難以獲取真實的行業數據，選擇的數據集與之前工作中使用的數據基本一致[19]。

表2 實驗參數Table 2 Experimental parameters

3.1 綠色制造成本共擔和無成本共擔契約

考慮到這個情境下，各成員的單位利潤之間必須滿足m1≤2m3，m3≤m2，不失一般性，本文設置m1=5,m2=3,m3=2。

根據表3，可以直觀看出，在綠色制造成本共擔機制下，各成員的均衡利潤和產品的綠色度都得到了大幅提高，而碳排放量保持不變。

表3 各變量的均衡解以及均衡利潤Table 3 Equilibrium solution of each variable and equilibrium profit

當制造商獨立承擔綠色研發成本時，零售商和第三方物流會產生搭便車行為。因為制造商進行綠色研發生產環保產品需要大量投入，而把生產出的環保產品銷售出去得到消費者認可卻會使供應鏈上的所有企業受益。這必然會影響到制造商綠色生產和研發的積極性，因此如何在供應鏈內協調上下游之間的關系，達到很好的經濟環保效益就成為一個很重要的問題。而采用綠色制造成本共擔契約后，綠色產品受益了所有供應鏈成員，而成本共擔又促進制造商提升其生產研發投入水平。所以，綠色制造成本共擔契約既有利于環境績效的提高又能減少搭便車行為給供應鏈帶來的經濟損失。

3.2 碳減排成本共擔契約和無成本共擔契約

類似地，在這個情境下，各成員的單位利潤需要滿足m3≤2m2，m2≤m1，不失一般性，本文設置m1=5,m2=4,m3=6。

由表4 可知，與無成本分擔機制相比，碳減排成本分擔機制減少了碳排放量，保持原有產品的綠色度不變，供應鏈中所有成員的利潤都得到了顯著提高。

表4 各變量的均衡解以及均衡利潤Table 4 Equilibrium solution of each variable and equilibrium profit

當第三方物流獨立承擔碳減排成本時，零售商和制造商希望第三方物流不遺余力地投入資金，減少產品運輸過程的碳排放量，進而增加產品的市場需求。這時除了第三方物流以外的所有供應鏈成員利潤都會增加，這極大地打擊了第三方物流碳減排的積極性。當第三方物流采用不環保的燃料時，在降低自身成本的同時影響了制造商和零售商的利潤。因此，供應鏈三方成員協議共同分擔碳減排成本，以緩解第三方物流的經濟壓力。通過模型驗算以及數值分析證明，引入碳減排成本共擔契約后存在最優成本分擔比例在降低碳排放量的同時使供應鏈所有成員的利潤得到改善。

本文的兩種成本共擔機制能夠對現實中企業的策略提供一定揭示。海爾冰箱作為全球冰箱業的領軍品牌，是中國冰箱企業節能減排的典范。為了順應時代節能低碳的發展潮流，滿足全球消費者對低能耗產品的需求，海爾率先開始節能減排。在其努力研發下，海爾不僅成了最受消費者歡迎的冰箱品牌，還是以節能產品為消費者帶來最大低碳、環保效益的品牌。海爾冰箱的領先節能優勢還得到了專業測評機構的認證以及采購商與政府的一致認可。憑借領先的節能產品與技術，海爾冰箱不僅獲得了美國、英國、西班牙、德國、澳大利亞等政府的節能補貼，下游采購商也紛紛加入海爾聯合減排的隊伍。這進一步降低了海爾節能減排生產和研發的邊際成本，調動了其綠色生產和研發積極性。在低碳環保成為全球趨勢的形勢下，卓越的節能性能與政府的認可使海爾冰箱擁有了全球最大規模的用戶資源[32]。

全球變暖形勢下，低碳經濟作為一種新型發展模式，對企業提出了更加嚴格的要求。供應鏈作為企業之間物流、信息流、資金流的重要載體和控制中心，其低碳化轉型勢必為企業帶來經濟效益和社會效益的沖突和博弈。企業在低碳化背景下尋求經濟與環境效益的均衡點，對企業實現共贏具有重要意義。

4 結論與啟示

本文考慮了一個由制造商、零售商和第三方物流供應商組成的簡單三級供應鏈系統，在消費者有環保產品偏好的背景下，研究供應鏈成員之間的協調共贏的契約機制。探討了兩種成本共擔合同的效果，得出了不同情景下對應的均衡條件、企業利潤、產品綠色度和碳排放量。進一步，分別將兩種激勵方案下的均衡結果與基準模型的結果進行比較，得到以下見解：

兩種契約都可以提高所有成員的利潤，有效地協調供應鏈。相關成員的單位利潤越大，成本分擔比例越大，有利于整個供應鏈。在實際的管理決策中選擇哪一種契約，主要取決于管理者更關心的是提高產品綠色度還是減少碳排放。

本文有兩個方面可以擴展到未來的研究：首先，本文假設需求函數是確定的線性函數;在未來，可以對不確定的需求進行檢驗；其次，本文聚焦于綠色減排，將價價格視為外生的，不涉及產品定價決策未來研究可以考慮價格、產品綠色度和碳排放之間的相互作用，以豐富和深入本文結論。