碳稅政策下考慮三重底線的低碳供應鏈優(yōu)化決策及協(xié)調(diào)

摘要 本文研究了碳稅政策下考慮三重底線的低碳供應鏈優(yōu)化協(xié)調(diào)問題.首先研究集中式供應鏈模型的決策問題，考慮批發(fā)價格契約下四種不同的分散式供應鏈模型：模型Ⅰ、模型Ⅱ、模型Ⅲ和模型Ⅳ.然后考慮兩部定價契約下四種不同的分散式低碳供應鏈模型：模型Ⅰ-LTT、模型Ⅱ-LTT、模型Ⅲ-LTT和模型Ⅳ-LTT.研究結(jié)果表明：兩部定價契約可以完美協(xié)調(diào)模型Ⅰ-LTT和模型Ⅲ-LTT下的低碳供應鏈，同時可以在模型Ⅱ-LTT和模型Ⅳ-LTT中實現(xiàn)低碳供應鏈的帕累托改進.最后進行數(shù)值分析，分析碳稅和碳減排投資系數(shù)對契約協(xié)調(diào)前后供應鏈的總利潤的影響.本文為低碳企業(yè)的減排策略和契約選擇提供了可靠的理論依據(jù).

關(guān)鍵詞低碳供應鏈；碳稅政策；企業(yè)社會責任；碳減排；三重底線；兩部定價契約；協(xié)調(diào)

中圖分類號 F274

0引言

氣候變暖、環(huán)境惡化與人類能源需求增加之間的矛盾是一個全球性的難題，而排放過量的二氧化碳等溫室氣體是造成矛盾的主要原因[1].各國政府與相關(guān)組織比以往任何時候更加注重環(huán)境保護，并出臺了一系列低碳政策來控制工業(yè)生產(chǎn)的碳排放問題[2].在各種低碳政策中，碳稅、碳交易政策和碳限額政策最為有效[3].與此同時，低碳企業(yè)重點關(guān)注碳減排，控制整個供應鏈中生產(chǎn)和銷售以及回收過程的碳排放量，實現(xiàn)供應鏈的低碳化.供應鏈企業(yè)協(xié)同減排成為貫徹綠色發(fā)展理念的重要舉措[4].比如：在奢侈品行業(yè)，開云集團（Kering集團）正專注于可持續(xù)發(fā)展，并努力將其發(fā)展為企業(yè)的核心能力；某些制造企業(yè)通過開發(fā)更低碳環(huán)保的產(chǎn)品，帶動供應鏈上下游的節(jié)能減排（比如：華為）.消費者在購買產(chǎn)品時會傾向于選擇有良好企業(yè)社會責任（Corporate Social Responsibility，CSR）角色的企業(yè)[5].通過政府監(jiān)督、企業(yè)培育綠色消費市場和承擔CSR等方法實現(xiàn)供應鏈協(xié)調(diào)，可以達到碳排放總量管控和優(yōu)化市場資源配置的目的[6].在政府實施碳稅政策時，如何通過企業(yè)同時承擔碳減排（Carbon Emission Reduction，CER）責任和CSR實現(xiàn)供應鏈協(xié)調(diào)，提高供應鏈總效用是一個值得研究的問題.

目前，已經(jīng)有很多學者開展低碳供應鏈的相關(guān)研究.Du等[7]考慮了排放依賴的供應鏈，發(fā)現(xiàn)供應鏈成員合作能提升利潤并降低碳排放量.夏良杰等[8]探索競爭零售商模型中低碳供應鏈推廣決策問題以及成本信息共享問題.Wesseh等[9]指出實施碳稅政策大約可以減少62.5%的排放量，電力部門也可從中獲利.夏良杰等[10]研究了強制碳減排規(guī)制對低碳供應鏈的影響，并設(shè)計了新的利潤分享契約進行協(xié)調(diào).李新軍等[11]研究了政府激勵下汽車制造業(yè)進行低碳供應鏈管理時的決策問題.王君等[12]研究了碳稅政策對二級供應鏈中成員的行為選擇的影響.張福安等[13]研究了不同碳補貼情景下多元需求閉環(huán)供應鏈的減排決策模型.方國昌等[14]基于系統(tǒng)動力學理論構(gòu)建了政企碳減排演化博弈模型.相比于其他政策，碳稅政策更加直接有效，也得到了更多的關(guān)注.

現(xiàn)有的大部分研究僅考慮經(jīng)濟責任和社會責任或僅考慮經(jīng)濟責任和環(huán)境效益，很少有學者同時考慮三重責任.英國學者約翰·埃爾金頓最早提出“三重底線”，認為可持續(xù)發(fā)展的核心在于堅持三重底線，即企業(yè)利潤、環(huán)境效益、社會責任的統(tǒng)一[15].一些學者研究了三重底線概念的應用.Gimenez等[16]發(fā)現(xiàn)裝配行業(yè)內(nèi)部環(huán)境規(guī)劃對環(huán)境、社會和經(jīng)濟績效有正向影響，裝配行業(yè)的項目也對社會和環(huán)境績效有正向影響.Bergenwall等[17]從三重底線跨學科的角度研究了不同的豐田生產(chǎn)系統(tǒng)流程設(shè)計對美國汽車制造商的影響.Lai 等[18]發(fā)現(xiàn)逆向物流的回收、再利用具有經(jīng)濟效益和環(huán)境效益.有些學者基于三重底線構(gòu)建了環(huán)境效率評價模型或環(huán)境效率指數(shù).Devika 等[19]建立了基于三重底線概念的通用多目標優(yōu)化模型.Sarkis等[20]提出一種利用三重底線的不同維度來有效識別和選擇供應商的方法.Martins等[21]在多期規(guī)劃框架內(nèi)重新設(shè)計了現(xiàn)有的多層次糧食援助供應鏈網(wǎng)絡.有的學者研究了三重底線下的綠色供應鏈優(yōu)化問題.Biswas等[22]研究了一個供應鏈成員承擔綠色投入，另一個供應鏈成員承擔企業(yè)社會責任的情況.林志炳等[23]研究了零售商CSR對政府補貼和供應鏈減排的影響，并設(shè)計了契約對供應鏈進行協(xié)調(diào).然而，目前還沒有學者研究低碳供應鏈中成員同時承擔CER責任和CSR的情形.

很多學者設(shè)計契約來協(xié)調(diào)供應鏈，緩解分散式?jīng)Q策中的“雙重邊際效應”.Cachon[24]指出企業(yè)是基于自身利潤最大化來做決策的，供應鏈成員與整個供應鏈之間存在利益沖突，契約可以緩解此沖突.兩部定價契約是指產(chǎn)品在銷售時分為兩部分進行定價，一部分是向零售商收取的固定費用，另一部分是與銷售量相關(guān)的可變成本[1].比如，品牌商想要進入沃爾瑪?shù)蠕N售渠道時，除了批發(fā)價格之外，還需要額外繳納場地使用費等[25].通過兩部定價契約機制，供應鏈可以實現(xiàn)縱向整合的最優(yōu)結(jié)果，并實現(xiàn)成員間利潤的任意分配.兩部定價契約相對于單一價格契約更有效率，相對于數(shù)量折扣契約對制造商更有利，在理論上有較優(yōu)表現(xiàn)[26-27].趙海霞等[28]建立了風險規(guī)避的供應鏈成員在需求不確定環(huán)境下的兩部定價契約模型.本文基于碳稅政策來考慮三重底線下的低碳供應鏈決策問題，設(shè)計兩部定價契約實現(xiàn)供應鏈的完美協(xié)調(diào)與帕累托改進.

綜上，現(xiàn)有的大部分研究僅考慮經(jīng)濟責任和社會責任或僅考慮經(jīng)濟責任和環(huán)境效益，很少有學者在供應鏈管理中同時考慮三重底線.也沒有學者研究碳稅政策對同時承擔CER責任和CSR的低碳供應鏈運營決策的影響.此外，在低碳政策背景下設(shè)計相應契約對考慮三重底線的低碳供應鏈進行優(yōu)化與協(xié)調(diào)是值得研究的問題.在已有研究的基礎(chǔ)上，本文主要有如下創(chuàng)新：1）在模型的構(gòu)建上，基于三重底線來構(gòu)建供應鏈成員承擔CER責任和CSR的集中式和分散式?jīng)Q策模型，研究碳稅政策對承擔CER責任和CSR的制造商與零售商的影響（以往大部分研究集中在承擔CER責任的制造商或承擔CSR的零售商）；2）在協(xié)調(diào)機制上，設(shè)計兩部定價契約對四種分散式?jīng)Q策模型進行協(xié)調(diào)，并分別實現(xiàn)完美協(xié)調(diào)或帕累托改進；3）不僅分析碳稅對協(xié)調(diào)前后供應鏈總利潤的影響，而且考慮碳減排技術(shù)投資系數(shù)對協(xié)調(diào)前后供應鏈總利潤的影響.總之，本文將三重底線引入低碳供應鏈，分別建立四種批發(fā)價格契約下分散式供應鏈模型，得到不同情境下供應鏈成員的最優(yōu)定價策略、碳排放量以及利潤情況.然后設(shè)計四種兩部定價契約來實現(xiàn)供應鏈的協(xié)調(diào)或帕累托改進，為低碳企業(yè)的減排策略和契約選擇提供了可靠的理論依據(jù)，使企業(yè)在滿足減排要求的基礎(chǔ)上兼顧社會責任并獲取可觀的利潤，具有一定的現(xiàn)實意義.

1問題描述與模型假設(shè)

1.1模型描述

本文考慮由政府、一個低碳制造商和一個零售商構(gòu)成的二級低碳供應鏈.制造商生產(chǎn)低碳產(chǎn)品并將產(chǎn)品批發(fā)給零售商，零售商將產(chǎn)品售賣給市場上的顧客.產(chǎn)品的需求由產(chǎn)品價格與減排量決定.為了響應政府鼓勵低碳消費的號召，假設(shè)供應鏈成員都可以承擔CER責任.比如，制造商可以投資低碳技術(shù)生產(chǎn)低排放量的產(chǎn)品，零售商可以通過投資智能倉庫管理系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)減少運輸或儲存貨物過程中的碳排放.此外，假設(shè)供應鏈成員在決策時會考慮CSR，即供應鏈成員的決策問題由一定比例的利潤和CSR構(gòu)成.本文涉及到的相關(guān)符號及其含義匯總?cè)绫?所示.

本文研究三重底線下二級低碳供應鏈的優(yōu)化決策問題.考慮兩種供應鏈結(jié)構(gòu)形式：1）集中式?jīng)Q策；2）分散式?jīng)Q策.分散式?jīng)Q策首先考慮批發(fā)價格契約下四種不同的分散式供應鏈模型（模型Ⅰ、模型Ⅱ、模型Ⅲ和模型Ⅳ），然后考慮兩部定價契約下四種不同的分散式低碳供應鏈模型（模型Ⅰ-LTT、模型Ⅱ-LTT、模型Ⅲ-LTT和模型Ⅳ-LTT）.

1.2模型基本假設(shè)

本文模型有如下假設(shè)：

假設(shè)1：假設(shè)制造商和零售商是完全理性的，他們的風險偏好程度是中性的.二者均以自身的目標函數(shù)最大化為目標進行決策.

假設(shè)2：考慮由政府、一個制造商和一個零售商構(gòu)成的二級供應鏈，制造商生產(chǎn)低碳產(chǎn)品，零售商銷售低碳產(chǎn)品，且消費者具有低碳偏好.

假設(shè)3：只考慮供應鏈在一個周期內(nèi)的運營狀況，假設(shè)制造商的生產(chǎn)能力可以滿足所有的市場需求，所以不考慮貨物短缺的情況.

假設(shè)4：假設(shè)供應鏈成員承擔CER責任.制造商在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中進行CER技術(shù)投資，零售商在產(chǎn)品的運輸、存儲和銷售的過程中進行低碳投資.CER成本與碳排放量和對CER技術(shù)的投資程度有關(guān)，碳排放量越小、CER技術(shù)投資程度越大，則CER成本越高.假設(shè)企業(yè)CER技術(shù)投資成本為t（e0-e1）2，其中，e0是企業(yè)的單位初始碳排放量，e1是企業(yè)的單位碳排放量，t代表碳減排技術(shù)投資系數(shù)[29-30].

假設(shè)5：消費者具有低碳偏好，市場上對于該產(chǎn)品的需求隨著產(chǎn)品零售價格的上漲而減少，同時該產(chǎn)品的市場需求隨著碳排放量的增加而減少.假設(shè)需求函數(shù)為q=a-bp-ke1，其中b，k≥0，且單位產(chǎn)品的零售價格和碳排放量滿足p，e1≥0.其中，q表示該產(chǎn)品的市場需求量，b表示該產(chǎn)品需求的價格彈性系數(shù)，k表示企業(yè)的碳減排系數(shù)[29-31].假設(shè)產(chǎn)品的供應可以滿足市場需求，即q等于零售商的訂購數(shù)量.

假設(shè)6：假設(shè)企業(yè)在追求利潤最大化的過程中，也會關(guān)心其他利益相關(guān)者的利益，主動承擔一定的社會責任，具體效用表示為消費者剩余的一部分（τ∈0，1）.τ=0時，供應鏈成員是完美的利潤最大化者；τ=1時，供應鏈成員是一個完美的福利最大化者.因此，供應鏈成員的目標函數(shù)可以表示為μi=（1-τ）πi（·）+τCSR（q），即由（1-τ）比例的利潤πi和τ比例的消費者剩余（CSR（q））構(gòu)成[22].這里企業(yè)對消費者剩余的關(guān)注代表企業(yè)對社會責任的關(guān)注.

假設(shè)7：假設(shè)制造商的碳減排成本與生產(chǎn)成本沒有關(guān)系.

2集中式供應鏈決策模型

在集中式供應鏈中，整個供應鏈可以視為一個公司，并決定最優(yōu)零售價格、碳減排量.集中式供應鏈可以使制造商和零售商能夠在沒有雙重邊際化的情況下實現(xiàn)各自的目標.在傳統(tǒng)供應鏈中，集中式?jīng)Q策對供應鏈整體來說是最優(yōu)的，可以作為后續(xù)研究的基準模型.集中式供應鏈的目標函數(shù)為

3分散式供應鏈決策模型：批發(fā)價格契約

3.1模型Ⅰ （制造商：CER+CSR）

3.2模型Ⅱ （制造商：CER；零售商：CSR）

3.3模型Ⅲ（制造商：CSR；零售商：CER）

3.4模型Ⅳ （零售商：CER+CSR）

4兩部定價契約協(xié)調(diào)機制

兩部定價契約是指，制造商在出售產(chǎn)品時，向零售商收取一定金額的固定費用（L），并收取每單位的使用費（w）.通過兩部定價契約協(xié)調(diào)機制，可以獲得供應鏈縱向整合的最優(yōu)結(jié)果，實現(xiàn)供應鏈成員的利益分配.下面分別介紹四種模型在兩部定價契約下的均衡情況.

4.1模型Ⅰ-LTT （制造商：CER+CSR）

4.2模型Ⅱ-LTT （制造商：CER；零售商：CSR）

4.3模型Ⅲ-LTT （制造商：CSR；零售商：CER）

4.4模型Ⅳ-LTT （零售商：CER+CSR）

5數(shù)值分析

該部分通過數(shù)值案例對以上模型進行進一步的分析.首先，分析碳稅對契約協(xié)調(diào)前后供應鏈總利潤的影響.其次，分析碳減排系數(shù)對契約協(xié)調(diào)前后供應鏈總利潤的影響.結(jié)果可為低碳企業(yè)的減排策略和契約選擇提供了可靠的理論依據(jù).

5.1碳稅對供應鏈總利潤的影響

圖2描述了碳稅對兩部定價契約協(xié)調(diào)之后供應鏈總利潤的影響.首先供應鏈總利潤隨著碳稅的增加而減少.其次，由3.1節(jié)和3.3節(jié)可知，供應鏈在模型Ⅰ-LTT和模型Ⅲ-LTT中的總利潤與集中式供應鏈總利潤相等.但供應鏈在模型Ⅱ-LTT和模型Ⅳ-LTT中的總利潤高于集中式供應鏈的總利潤.因為供應鏈在集中式?jīng)Q策時考慮了CSR，目標函數(shù)不僅包括利潤還包括CSR，即基于效用最大化進行決策.對于供應鏈而言，兩部定價契約可以緩解分散式?jīng)Q策時的雙重邊際化現(xiàn)象，實現(xiàn)供應鏈的帕累托改進，提高供應鏈總利潤.從圖2可以看出：在模型Ⅰ-LTT和模型Ⅲ-LTT中，兩部定價契約協(xié)調(diào)后供應鏈的總利潤最高，從而為低碳企業(yè)運營決策提供參考.

5.2碳減排投資系數(shù)對供應鏈總利潤的影響

令a=150，b=50，k=60，e0=5，c=5，τ1=3以及 τ=0.25，研究碳減排投資系數(shù)對協(xié)調(diào)前后供應鏈總利潤的影響[30].圖3描述了五種情形下碳減排投資系數(shù)對供應鏈總利潤的影響.首先，碳減排技術(shù)投資系數(shù)越大，投資程度越高，投資成本也越高，供應鏈總利潤隨碳減排投資系數(shù)增加而減少，并且五種情形有相同的減緩趨勢.其次，供應鏈在集中式?jīng)Q策時所獲利潤最高.供應鏈在模型Ⅳ中的總利潤比在其他分散式模型中所得的總利潤高.供應鏈在模型Ⅰ中的總利潤最低.當碳減排投資程度較低時，投資成本較低，供應鏈在模型Ⅲ的總利潤高于模型Ⅱ的總利潤.此外，供應鏈在模型Ⅱ中的總利潤高于在模型Ⅲ中的總利潤.最后，供應鏈在制造商承擔CSR（模型I和模型Ⅲ）時的總利潤低于零售商承擔CSR（模型Ⅱ和模型Ⅳ）時的總利潤.對于供應鏈而言，由零售商承擔CSR是更好的選擇，當碳減排技術(shù)投資系數(shù)較高時，制造商承擔CER責任是更好的選擇.

圖4描述了碳減排技術(shù)投資系數(shù)對兩部定價契約協(xié)調(diào)后供應鏈總利潤的影響.首先供應鏈總利潤隨碳減排技術(shù)投資系數(shù)增加而減少.其次，由3.1節(jié)和3.3節(jié)可知，供應鏈在模型Ⅰ-LTT和模型Ⅲ-LTT中的總利潤與集中式供應鏈的總利潤相等.但供應鏈在模型Ⅱ-LTT和模型Ⅳ-LTT中的總利潤高于集中式供應鏈的總利潤.對于供應鏈而言，兩部定價契約可以緩解分散式?jīng)Q策時的雙重邊際化現(xiàn)象，實現(xiàn)供應鏈的帕累托改進，提高供應鏈總利潤.從圖4可以看出：在模型Ⅰ-LTT和模型Ⅲ-LTT中，兩部定價契約協(xié)調(diào)后供應鏈的總利潤最高，可以為低碳企業(yè)運營決策提供參考.

6結(jié)語

本文研究了碳稅政策下基于三重底線的二級低碳供應鏈的優(yōu)化與協(xié)調(diào)問題.首先研究集中式供應鏈中考慮三重底線的決策問題，其次考慮了批發(fā)價格契約下四種不同的分散式供應鏈模型（模型Ⅰ、模型Ⅱ、模型Ⅲ和模型Ⅳ），得到了集中式?jīng)Q策和批發(fā)價格契約下分散式供應鏈模型的最優(yōu)定價決策與最優(yōu)減排決策.

為了緩解分散式?jīng)Q策的雙重邊際現(xiàn)象，本文設(shè)計了兩部定價契約對不同模型的分散式供應鏈進行協(xié)調(diào)，即制造商先降低批發(fā)價格、激勵零售商購買更多的產(chǎn)品，構(gòu)建了相應的四種協(xié)調(diào)模型，即模型Ⅰ-LTT、模型Ⅱ-LTT、模型Ⅳ-LTT和模型Ⅳ-LTT.此外，為了補償制造商的損失，零售商需要向制造商支付一筆固定費用.通過對兩部定價契約的研究發(fā)現(xiàn)：在模型Ⅰ-LTT中，兩部定價契約可以實現(xiàn)制造商承擔CER責任和CSR、零售商關(guān)注利潤下的供應鏈協(xié)調(diào)；在模型Ⅲ-LTT中，兩部定價契約可以實現(xiàn)制造商承擔CSR、零售商承擔CER責任并關(guān)注利潤下的供應鏈協(xié)調(diào)；在模型Ⅱ-LTT和模型Ⅳ-LTT中，兩部定價契約不能實現(xiàn)供應鏈的完美協(xié)調(diào)，但是可以實現(xiàn)帕累托改進，提高制造商的利潤，進而提高供應鏈利潤.所以，通過兩部定價契約可以實現(xiàn)制造商和零售商的“雙贏”.

綜合來看，本文對碳稅政策下基于三重底線的低碳供應鏈的決策與優(yōu)化進行了初步探討.此外還有一些不足之處：首先，本文未考慮需求不確定的情況，未來可以研究隨機需求或供應鏈成員在信息不對稱條件下的決策問題；其次，不同渠道權(quán)力結(jié)構(gòu)下基于三重底線的低碳供應鏈優(yōu)化也值得進行探討.

參考文獻

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Optimal decision and coordination of low-carbon supply chains

considering triple bottom line under carbon tax policy

MA Peng1LU Yujia

1School of Management Science and Engineering，Nanjing University of Information Science amp; Technology，Nanjing 210044，China

AbstractIn this article，we investigate the optimization and coordination of the low-carbon supply chain considering triple bottom line under carbon tax policy.First，we examine the decisions of centralized supply chain considering the triple bottom line.Second，we consider four decentralized supply chain models under wholesale price contract，i.e.，Model Ⅰ，Model Ⅱ，Model Ⅲ，and Model Ⅳ.Then we study the four models under two-part tariff contracts，i.e.，Model Ⅰ-LTT，Model Ⅱ-LTT，Model Ⅲ-LTT，and Model Ⅳ-LTT.The results show that the two-part tariff contracts can perfectly coordinate the low-carbon supply chain in Model Ⅰ-LTT and Model Ⅲ-LTT，while realize Pareto improvement of the low-carbon supply chain in Model Ⅱ-LTT and Model Ⅳ-LTT.Finally，numerical analysis is conducted to assess the impact of carbon tax and Carbon Emission Reduction （CER） investment coefficient on total profit of supply chain before and after coordination.This study provides reliable theoretical basis for low-carbon enterprises in selecting appropriate CER strategies and contracts.

Key wordslow-carbon supply chain;carbon tax policy;corporate social responsibility （CSR）;carbon emission reduction （CER）;triple bottom line;two-part tariff contracts;coordination