契約理論下考慮區塊鏈因素的港口LSSC協調研究

中圖分類號：F274文獻標志碼：A

Research on Port LSSC Coordination Considering Blockchain Factors under Contract Theory

ZUO Yong-gang1'2，HU Jing2 （1.Management Engineering Department， Anhui Industry Polytechnic， Tongling 2440oo， China; 2. College of Accounting，Tongling University，Tongling 244Ooo，China）

Abstract： Due to the double marginalization effect and inadequate trust mechanisms，it is difficult for port enterprises and carrier companies to achieve coordination in the logistics service supply chain （LSSC） under decentralized decision-making. To address this issue， the blockchain technology was incorporated and a Stackelberg game was employed to construct coordination decision models for port LSSC under revenue-sharing contracts and quantity flexibility contracts. The research results show that the optimization coefficient of logistics costs by blockchain is positively correlated with wholesale prices of logistics capabilities，negatively correlated with the unit service cost of carrier enterprises，port LSSC profit is negatively correlated with the blockchain logistics cost optimization coefficient. Both revenue sharing contracts and quantity flexibility contracts can achieve port service supply chain coordination，with the coordination condition that the wholesale price of logistics capacity is equal to the unit service cost of carrier enterprises after blockchain optimization. The contract makes the profit distribution of port LSSC flexible and enhance the coordination of port LSSC.

Keywords： port logistics service supply chain; blockchain; supply chain coordination; contract theory

信息技術推動了港口物流服務供應鏈（Logistics Service Supply Chain，LSSC）快速發展。中國現代物流體系規劃中多次提到要高度重視海運與供應鏈，海運是全球貿易的動脈，港口LSSC的發展能提升海運貿易量，有利于建設海洋強國。但港口LSSC中合作方眾多，容易造成不協調、整體收益降低等情況，各節點企業正不斷轉變自身發展理念，積極與供應鏈其他企業建立合作關系，供應鏈協調和合作穩定性問題受到廣泛關注。契約理論為解決供應鏈協調問題提供了有力的理論工具，典型的供應鏈契約模型包括批發價格契約、回購契約、收益共享契約、期權契約等。在港口LSSC中，通過制定合理的契約，可以明確供應鏈各成員的責任，優化資源配置，降低成本，提高整體運營效率[1。通過期權機制建立供應鏈協調過程中各決策主體的決策模型，使供應鏈及成員收益較傳統報童模型更具優勢[2;有研究提出兩種限制性回購契約，通過約束回購產品數量實現供應鏈協調[3];另有研究基于隨機市場需求構建雙渠道供應鏈協調的收益共享契約模型，并明確了契約參數適用條件[4]。組合契約領域中，“數量折扣 + 成本分擔 + 收益共享\"的組合契約能在特定參數條件下實現系統利潤最優化和帕累托改進[5]，而\"收益共享 + 回購 + 促銷成本分擔\"的組合契約則應用于解決雙重邊際效應問題。現有文獻多從契約理論視角探討供應鏈協調機制[6-8]，近年來區塊鏈技術與供應鏈管理的融合成為研究熱點，區塊鏈的去中心化、高透明度及強可追溯性等特點，在提升供應鏈信息透明度、強化信任機制及優化契約執行效率方面具有顯著優勢[9，其技術特性有助于降低物流鏈認證成本、縮短認證周期，并能有效整合物理流、金融流與信息流[10]。已有文獻系統分析了區塊鏈在智慧港口的應用場景，并探討了去中心化特征對港航供應鏈成員投資決策的影響[11]。在技術實現層面，基于 Hyperledger Fabric 架構的港口供應鏈系統通過引人監管節點增強了數據可信性與安全性[12]。大數據技術與港口LSSC 協同作用的研究表明，適當引人大數據服務有利于實現港口LSSC 協調[13]。區塊鏈技術通過優化信息共享機制、降低交易成本及提升協作效率，為港口LSSC 協調提供了創新解決方案[14-15]。目前港口LSSC 協調的研究往往只關注正常情景下的供應鏈協調問題，而實際生產中，區塊鏈技術對港口LSSC協調起到了積極作用，如何在契約理論框架下分析影響港口LSSC 協調因素，利用區塊鏈技術提高港口LSSC協調并促進供應鏈整體效用，尚未從理論上充分解答。本文以LSSC為研究對象，提出基于區塊鏈的港口LSSC協調策略，運用Stackelberg博弈，構建考慮區塊鏈因素的收益共享契約與數量柔性契約下的模型，分析模型參數需要滿足的條件，并討論區塊鏈對供應鏈成員決策、期望利潤和協調契約的影響，深人分析契約理論與區塊鏈技術的融合點。

1模型構建

1.1收益共享契約下基于區塊鏈的港口LSSC協調模型

一般集中決策的系統利潤優于分散決策，為了使供應鏈成員愿意采取集中決策并都獲得較高收益，可采用契約理論。文中的港口LSSC 協調，是指在契約和區塊鏈服務環境下，港口企業作為集成商，承運人企業作為服務商，在滿足港口企業利益最大化的最優訂購量前提下，實現整個港口LSSC利益最大化。如果港口企業和承運人企業接受該條件，此時港口LSSC具有協調性，反之，則會造成供應鏈不必要損失。

雖然港口LSSC 具有區塊鏈服務，但由于物流市場風險的不確定性，難以事先明確實際的物流需求。此時港口企業與承運人企業可以通過收益共享契約進行協調，收益共享契約能夠吸引港口更多的物流能力訂購。收益共享契約下，港口企業和承運人企業選擇合適的批發價格和保留收益比例組合，實現靈活分配港口LSSC 利潤，保證了收益共享契約的實際應用能力。同時，承運人企業需引人新的契約參數來維護自身的合理利益，接受契約與否取決于承運人企業是否能夠得到更多的期望利潤。如果港口企業選擇合適保留利潤比例來協調港口LSSC，并給予承運人企業所要求的最低期望利潤，則自身的期望利潤最優。

本文使用的變量及含義見表1。

表1符號定義

1.1.1問題描述與技術假設針對區塊鏈服務下的港口LSSC，利用收益共享契約設計一種協調機制，保證承運人企業嚴格使用區塊鏈服務，提高物流服務質量，既滿足港口企業利益最大，又實現整個港口LSSC的利益最大化。港口企業基于物流需求的變化給予承運人企業一定的激勵轉移支付，改變了港口LSSC 的利潤分配，影響了其協調機制[16-17]。

在區塊鏈服務下的港口LSSC中，港口企業采用區塊鏈等技術，將分散的承運人企業的物流資源和物流能力統一運籌安排，并通過區塊鏈服務將其虛擬化整合，根據物流服務需求方的個性化和多樣化需要進行動態組合，承運人企業利用區塊鏈分析物流能力和需求匹配，選擇是否接受物流業務。在此過程中，港口企業以 n_p 引入區塊鏈服務，港口企業根據區塊鏈服務預測向承運人企業以 w 預訂物流能力 K ，港口企業面臨單價為 r 的物流需求 x ，x∈[0，D] ，如果 Kgt;x ，則物流需求能滿足；相反，則無法滿足超出 K 部分的物流需求。港口企業基于物流需求將一定的激勵轉移支付給予承運人企業，保證其物流服務質量，港口企業先以w 從承運人企業處訂購物流能力，在物流周期完成后，分享一定比例的收益給承運人企業作為回報，假設港□企業將所有收益按照 1-ζ 的比例分享給承運人企業，則港口企業保留利潤比例為 5 。

港口企業直接面對終端客戶發送貨物信息，包括位置、運輸量、車輛信息等，但具體提供物流服務的是承運人企業。假設承運人企業使用區塊鏈服務成本為 η=0，5λe² 。

1.1.2模型構建和求解收益共享契約下，基于區塊鏈的港口LSSC協調模型中， rx 為港口企業銷售額，物流需求密度函數服從 f₁（x） 分布，港口企業的期望利潤為

將式（1）視為常量，提取

承運人企業區塊鏈服務時凈利潤不小于0，故有約束1

在港口LSSC中，港口企業引人區塊鏈服務，承運人使用企業區塊鏈服務時的利潤應當不小于不使用區塊鏈服務時，故有約束2

定義 h₁，h₂ 為約束乘子，且均大于零，可得到Lagrange被積函數

利用Euler-Lagrange方程，求得

令 L^′（I）=0 =0，h₁L^′（h₁）=0，h₂L^′（h₂）=0 ，可得最優解的必要條件

I（x）=（f₁（x）η+f₁（x）am_sK-f₀（x）m_sK）/g（x）+（ζ-1）rx0?x?K

g^α（x） 不能為零，否則 I（x） 無意義。為實現區塊鏈服務下的港口企業利潤最優，在港口LSSC協調模型中，港口企業以自身利潤最大化為目的，做出港口企業向承運人企業的最優物流能力訂購量決策，則此最優港口企業的訂購量也需達到整個港口LSSC的利潤最優，假設物流能力不足時的損失為零，港口LSSC的利潤函數

Π（K）=rS（K）-η-am_sK-m_pK-n_pK

港口企業利潤函數

π_p=rS（K）-T-m_pK-n_pK

承運人企業利潤函數

收益共享契約下期望激勵轉移支付，令 Λ=f₁（x）η+f₁（x）amK-f₀（x）mK

收益分享契約下港口LSSC的轉移支付

T=I（K）-ζrS（K）+wK+rS（K）

因 F（x） 是嚴格遞增函數，且港口LSSC利潤函數是嚴格凹的，則

港口企業利潤最優時滿足

綜合式（13）和式（15），基于區塊鏈的港口LSSC收益共享契約協調需滿足

1.1.3利潤分析區塊鏈服務下的港口LSSC在收益共享契約下實現協調時，港口企業和承運人企業間同樣也存在利潤分配的柔性問題。收益共享契約的表現形式多樣，但主要目的均是為了吸引港口企業更加樂觀地向承運人企業訂購更多物流能力，實現港口LSSC的帕累托改進。收益共享契約可以在保持港口LSSC處于協調狀態的同時，通過調節留成比例來實現港口LSSC總利潤在成員之間的靈活分配。區塊鏈服務下

港口LSSC協調需滿足

港口企業所占港口LSSC利潤的上限為

承運人企業通過和港口企業談判，要求分享港口LSSC 利潤，降低港口企業所占利潤份額，下限是港口企業的利潤函數為零，因此港口企業的利潤變動范圍

同理，可以得到承運人企業的利潤范圍

因此，港口LSSC能實現利潤的自由分配。港口企業通過區塊鏈服務優化物流服務成本，從而影響港口LSSC利潤，但需滿足一定條件才可以增加港口LSSC和港口企業的利潤。

1.2數量柔性契約下基于區塊鏈的港口LSSC協調模型

利用數量柔性契約，設計基于區塊鏈的港口LSSC協調機制，在滿足港口企業利益最大化前提下，港口企業基于物流需求的變化給予承運人企業一定的激勵轉移支付，使承運人企業嚴格使用區塊鏈，優化信息共享質量，提高物流服務質量，實現整個港口LSSC的利益最大化。在數量柔性契約下，港口企業希望在保證供應的前提下，訂購的物流能力具有一定的靈活性，讓承運人企業共同分擔不確定的市場風險；而承運人企業則要求港口企業承諾一個最小物流能力訂購量，確保自身所分擔的不確定市場風險在合理范圍內，港口企業多訂購的物流能力，由承運人企業退款給港口企業（上限0K）。在區塊鏈服務下的港口LSSC中，港口企業以單位成本 n_p 引入區塊鏈服務并降本增效，能夠降低 m 。，港口企業根據區塊鏈服務預測供需關系，以 w 訂購 K ，港口企業面臨單價為 r 的物流需求 x ， x∈[0，D] 。如果 xK ，則只能成交 K 。對于多訂購的物流能力（小于 θK（θ∈[0，1]） ），港口企業要以 （w+m_p+n_p ）的價格向承運人企業退款。

1.2.1模型構建和求解根據假設構建模型，得到數量柔性契約下的港口企業期望利潤函數

從式（21）中提取

由于式（22）為固定值，化簡，得

在港口LSSC中，港口企業引入區塊鏈服務，但承運人企業不僅提供具體的物流服務，而且要滿足區塊鏈服務時的凈利潤不小于不使用區塊鏈服務時，故有約束1

基于區塊鏈的港口LSSC 協調模型中，承運人企業使用區塊鏈服務時的凈利潤不小于零，故有約束2

定義 h₁，h₂ 為約束乘子，且均大于零，得到Lagrange被積函數，利用Euler-Lagrange方程，得最優解的必要條件

數量柔性契約下基于區塊鏈的港口LSSC協調模型，可以根據 x 所屬區間，確定選擇不同的支付規則。當 x=（1-θ）K 時，兩種方式區塊鏈服務下的激勵轉移支付相等；當 0?x?（1-θ）K 時，激勵轉移支付函數中減去了 （w+m_p+n_p）x-（w+m_p+n_p）（1-θ）K ，以實現港口企業的利益最大化。

在基于區塊鏈的港口LSSC協調模型中，數量柔性契約下期望激勵轉移支付為

數量柔性契約下的轉移支付為

數量柔性契約下，港口企業以自身利潤最大化為目的，做出港口企業向承運人企業的最優物流能力訂購量決策，此時的最優物流能力訂購量也需使港口LSSC達到利潤最優。此處不考慮殘值，并假設缺貨損失為零。根據技術假設和參數設置， rS（K） 為港口LSSC的物流銷售額， （am_s+m_p+n_p）K 為港口物流服務供應鏈的物流成本。

港口LSSC利潤最大時的訂購量是 K^° ，因為 F（x） 是遞增函數，所以港口供應鏈的利潤函數是嚴格凹的，數量柔性契約下基于區塊鏈服務的港口LSSC協調需滿足

一般數量柔性契約由于交易規則中存在 ，而區塊鏈服務時難以預測物流分布函數F₁（x） ，無法確定利潤函數，難以得到數量柔性契約協調條件。由于區塊鏈服務和港口LSSC的修正作用，正好將此項抵消，使數量柔性契約和收益共享契約協調條件函數表達式趨同。

1.2.2利潤分析根據數量柔性契約下基于區塊鏈的港口LSSC，將式（29）代入港口LSSC 協調模型。

（1）當 rS（K）-am_sK-m_pK-n_pK-ηlt;0 時，港口LSSC利潤為負，港口企業和承運人企業至少有一方虧損，因此無論是否提高港口企業利潤上限點，港口LSSC均不可協調。

（2）當 rS（K）-am_sK-m_pK-n_pK-ηgt;0 時，假設承運人企業使用區塊鏈服務總成本 η 為定值。若承運人企業利潤 Π_s（K）lt;0 ，滿足 J。g（x）fi（x）dx≤1，則港口LSSC利潤為正，承運人企業利潤為負，無法實現港口LSSC 協調;若承運人企業利潤I（K）gt;0，滿足。x J。ng（x）f1（x）dx≥1，則港口LSSC利潤為正，承運人企業利潤為正，可實現港口LSSC協調。

2 數值仿真

經過對S市某港口企業的調研，設置理論模型測試仿真數據： r=5，m_p=0.5，n_p=0.1，m_s=1，K∈[0， 100]， a∈[0，1] n=12 ，假設此時物流需求服從均勻分布U-（0，100）。

在收益共享契約下，基于區塊鏈的港口LSSC協調模型中，滿足 a=τν/m_s ，方可使港口LSSC協調，將所有收益按照 1-ζ 的比例分享給承運人企業，港口企業保留利潤比例為 5 。由圖1可知，當 ζ=1 時， K= 86.7，港口企業取得最大利潤 π_p=172.89 ，承運人企業取得最小利潤；當 ζ=0 時，港口企業取得最小利潤，承運人企業取得最大利潤。收益共享契約使港口LSSC的利潤分配具有柔性，通過確定 5 的值，使港口LSSC 的利潤自由分配，港口企業更加樂觀地訂購物流能力，雙方合作積極性增加，增強了港口LSSC 的協調性。

圖1契約理論下的港口LSSC仿真圖

（a）港口企業利潤與區塊鏈物流成本優化系數；（b）港口企業利潤、訂購量與退貨比例

圖2中，對于設置不同參數的函數圖形均一致， I（x） 無極值，存在一個間斷點，即無論有無區塊鏈服務，物流需求密度函數 f_o（x）=f₁（x） 的物流需求點，在間斷點右邊， I（x） 為負，即需要懲罰承運人企業；在間斷點左邊， I（x） 為正，即需要激勵承運人企業。 f₁（x） 從左至右經過該間斷點時， I（x） 從正無窮跳轉為負無窮，區塊鏈服務在間斷點上對物流需求不產生任何影響。

圖2I（x）函數

3 結論

本文構建了契約理論下基于區塊鏈的港口LSSC協調模型，在滿足港口企業利益最大化的最優訂購量前提下，實現港口LSSC的利益最優，數量柔性契約和收益共享契約可以實現港口LSSC協調。港口企業構建的港口LSSC 隨著時間結構日益復雜，集成的物流資源和能力增加，其“中心化”問題會越來越嚴重，承運人企業將淪為附屬品。由于承運人企業不能直接面對物流需求，缺乏對物流能力的議價權，此時無論區塊鏈服務具有多強的優化作用，對于承運人企業而言，區塊鏈服務帶來的技術提升無法改變利益分配格局，承運人企業需要尋找新的方法來增強自身的議價能力。因此，“中心化”的港口LSSC仍需升級，本文建議“去中心化”，營造物流生態環境，形成平等、共享、共贏的“物流服務生態平臺”。

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