基于演化博弈的高铁快运物流基地经营模式选择策略研究

王丹竹，周凌云，王 强，于雪峤

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国国家铁路集团有限公司 运输部，北京 100844)

0 引言

2019 年我国快递业务量达635.2 亿件，近10年快递需求复合增长率高达39%，市场规模连续6 年世界第一，超过美国、日本、欧洲等发达经济体快递量总和。蓬勃发展的电商快递物流市场，为我国高铁快运物流发展提供了有利环境。高铁快运物流基地是高铁快运物流网络的核心节点，能够充分发挥高铁快运物流的规模效应，提高高铁快运物流效率和经营效益。

在高铁快运物流基地经营研究中，郝益[1]通过分析高铁快运服务产品的经营模式，提出产品策略、价格策略、渠道策略和促销策略等营销策略；李玉民等[2]针对高铁快运业务经营中铁路与快递企业业务合作模式的影响因素及竞合关系进行博弈分析；丁永民[3]提出我国铁路物流基地的融链发展策略，拓宽了铁路物流基地经营的发展方向。另外，针对高铁快运市场定位[4]、产品设计[5]、运营模式[6]、运输组织[7]的研究较多，而高铁快运物流基础设施建设运营等经营模式研究还相对较少。

高铁快运物流基地在提供高铁快运动车组接发、装卸、存车功能的同时，需要兼顾社会物流的仓储、集散、分拨、配送等功能，加强与社会快递物流企业分拨中心高度融合，采用更为社会化、市场化、一体化的管理方式，实现高铁快运与社会快递物流融合发展。因此，需要综合考虑高铁快运物流基地的功能定位及投资主体，比较分析高铁快运物流基地经营模式优劣势，通过构建演化博弈模型分析高铁快运物流基地经营模式选择的内在动态决策机理，为高铁快运物流基地经营模式选择提供决策参考。

1 高铁快运物流基地经营模式分析

高铁快运物流基地是高铁快运动车组作业的专用场站，也是依托高速铁路进行干线运输的快递物流企业分拨集散作业的重要场地。为最大限度发挥高铁快运物流的快速性、高效性和绿色环保优势，高铁快运物流基地与快递物流企业分拨集散中心应积极进行一体设计、联合建设。根据高铁快运物流基地投资及运营主体不同，高铁快运物流基地可以由铁路运输企业独立投资经营，或者由铁路运输企业与社会快递物流企业(或地方政府)联合投资经营。

1.1 功能定位

时效性是电商快递物流的最显著特征之一，高铁快运业务的核心目标市场是以时效性要求为首的电商快递货物。为最大限度提升高铁快运业务的时效性，应尽量压缩货物在快递物流企业分拨集散中心与高铁快运物流基地间的短驳运输时间，提升公铁联运的转运效率。因此，与普速铁路物流基地以铁路作业为主不同，高铁快运物流基地作为高速铁路干线运输与社会快递物流服务的衔接节点，其功能定位应注重将高铁快运作业功能与综合物流功能高度融合。高铁快运作业功能定位于支撑高铁快运动车组相关作业，包括高铁快运动车组的到发、装卸、存车、运用检修，以及集装器的掏装箱、分拣、转运、安检等；综合物流功能是吸引其他产业入驻高铁快运物流集聚区的辅助性功能，可以保证高铁快运货源，减少两端公路短驳运输时间，需要提供电商快递货物仓储、暂存、分拣、包装、配送，冷链货物仓储、加工，进出口货物保税监管等服务功能。

1.2 投资主体

高铁快运物流基地功能定位的特殊性，决定其具备采用多种投融资模式建设经营的必要性和可行性。针对基地内部的不同功能区，高铁快运物流基地的投资主体可以包括国家和地方铁路投资公司、铁路局集团公司、中铁快运公司、社会快递物流企业、社会投资平台、商贸企业、生产企业、物流地产企业和其他社会资本等，基地开发可采用股份制方式，通过组建项目公司的形式予以实施。项目公司可选择由铁路运输企业主导、地方政府主导或者由社会企业主导等不同方式组建。其中，铁路运输企业主导开发建设与高铁快运动车组作业紧密相关的核心功能区，社会企业主导开发建设与综合物流服务紧密相关的综合物流功能区。创新市场化开发机制，引入多元化投资主体建设运营高铁快运物流基地，推动铁路与社会物流设施一体化设计及运营开发，可以降低物流短驳成本，提升运输产品时效，形成物流产业集聚和规模经济效应，提高资本开发收益率。

1.3 经营模式

高铁快运物流基地根据多元化的投资主体，可以采用铁路运输企业自主的独立经营模式或铁路运输企业与社会企业合作的联合经营模式。

（1）独立经营模式。是指铁路运输企业自主规划、选址、投资、建设和运营高铁快运物流基地，通过铁路运输企业自行筹集资金进行高铁快运物流基地开发建设并组建经营公司。在独立经营模式下，高铁快运物流基地仅定位于提供高铁快运动车组的相关服务功能，由铁路局集团公司、中铁快运公司、铁路投资公司等铁路运输企业投资建设，建成后由铁路投资方组建经营公司负责基地经营管理，社会企业不参与基地经营。社会快递物流企业、商贸企业、生产企业等，作为客户向高铁快运物流基地提供货源，支付运输、暂存等服务费用。采用独立经营模式，高铁快运干线运输服务与快递货物的分拨集散作业难以有效衔接，会增加大量公路集疏运短驳运输及装卸成本，降低全程物流的时效性。高铁快运物流基地独立经营模式如图1所示。

图1 高铁快运物流基地独立经营模式Fig.1 Independent business mode of high-speed railway express logistics center

由图1 可见，铁路运输企业采用独立经营模式，预期收益直接体现为高铁快运产品运费、装卸费、信息服务费等。该模式有利于理顺铁路内部作业流程、提升运营效率；铁路运输企业独立对基地进行经营管理，沟通协调等管理成本低，组织管理集中度高、执行能力强，有利于站场的安全管理。但是，由于高铁快运物流基地未与社会快递物流企业分拨中心联合规划建设，不利于提升高铁快运业务的时效性，增加两端公路短驳运输成本和装卸成本，延长全程物流服务时间，降低高铁快运产品的市场竞争力；不利于吸引社会快递物流企业集聚发展，难以充分保障高铁快运物流基地的货源供给；铁路运输企业投资压力大，经营风险高。

（2）联合经营模式。是指高铁快运物流基地在规划设计阶段，既考虑铁路运输企业作为供给方的资源条件，又综合考虑社会快递物流企业等需求方的分拨中心建设情况，将高铁快运物流基地与分拨中心进行一体化开发。此时，高铁快运物流基地由铁路运输企业与地方政府、社会资本联合投资，并共同组建经营公司，采用股份制、公司制的市场化经营方式，对基地的规划设计、开发建设、招商引资和运营管理进行联合经营。在联合经营模式下，高铁快运物流基地不仅具备高铁快运动车组服务功能，而且能够提供一体化的综合物流服务功能，社会企业的货源无需经过公路短驳运输，可直接在高铁快运物流基地完成生产加工、分拨集散后进行高铁干线运输。既有效降低公路短驳运输成本，又很好的提升了全程物流的时效性。高铁快运物流基地联合经营模式如图2 所示。

由图2 可见，铁路运输企业与社会企业采用联合经营模式，预期收益除了铁路运输企业与社会企业各自经营物流产品的直接收益外，还有因深度融合、分工协作产生更多的物流集聚额外收益，如降低快件短驳成本和装卸成本，提升快件时效等。该模式有利于实现高铁快运物流基地与社会快递物流企业分拨中心、高端制造企业生产基地、商贸流通企业交易中心等设施的一体化建设，能够有效提升高铁快运业务的时效性，减少两端公路短驳运输成本和装卸成本，提升高铁快运产品的市场竞争力；有利于保障高铁快运物流基地货源供给，实现多产业集聚发展；有利于减少铁路运输企业的投资压力，实现多方主体利益共享、风险共担，能够广泛吸收各参与主体的经营管理优势，提升管理科学化水平。但是，联合经营模式中参与高铁快运物流基地经营的主体多，将导致沟通协调等管理成本高，组织执行力较弱，削弱铁路运输企业在高铁快运物流基地经营中的话语权。

图2 高铁快运物流基地联合经营模式Fig.2 Joint business mode of high-speed railway express logistics center

2 高铁快运物流基地经营模式选择演化博弈模型构建

独立经营模式与联合经营模式拥有其各自的适用范围，如何选择高铁快运物流基地经营模式，需要综合分析各参与主体的软硬件资源条件及物流基地经营的投入产出效益。博弈论(Game Theory)是研究具有斗争或竞争性质现象的数学理论及方法，可以通过优化博弈各方的行为策略选择，实现整个博弈系统的整体最优，适用于高铁快运物流基地不同经营模式选择的博弈分析。建立高铁快运物流基地经营模式博弈分析模型，能够通过量化分析给出高铁快运物流基地经营模式选择建议，为投资者、管理者提供决策依据。

2.1 演化博弈模型构建

演化博弈论(Evolutionary Game Theory)是以传统博弈论为基础，融入达尔文进化论中“优胜劣汰”的生物进化法则，将传统博弈论中的“完全理性”假设拓展为“有限理性”假设。1973 年，生物学家梅纳德· 史密斯和乔治· 普莱斯提出“演化稳定策略”(Evolutionary Stable Strategy，ESS)。1978年，生物学家泰勒和乔克共同建立了模仿者动态(Replicator Dynamics)方程，通过研究群体中选择不同博弈策略的参与者的数量变化，求解博弈系统的演化稳定策略。

演化博弈模型主要涉及参与博弈的双方或多方，称为“参与者”；每个参与者在博弈中做出的博弈行为称为选择的“策略”；参与者在选择不同的博弈策略时，付出的成本及获得的收益情况使用“收益矩阵”表示；参与者进行博弈行为时期望的总收益称为“预期收益”。演化博弈模型中，博弈参与者都是有限理性的，博弈开始时，各参与者会根据自身的条件及对方的策略选择情况，调整自身的策略选择方案，最终得到一个令博弈各方都满意的结果，即获得演化稳定策略。根据群体的数目不同，演化博弈模型可分为单群体模仿者动态模型和多群体模仿者动态模型。

高铁快运物流基地经营模式选择演化博弈模型中，参与者为铁路运输企业、社会快递物流企业、商贸企业、生产企业、物流地产企业等多类型群体，这些类型群体有不同的平均预期收益和不同的演化速度，不同群体中企业可能有不同的策略集，因而可适用多群体模仿者动态模型。简明起见，模型建立时以社会快递物流企业作为所有社会企业的代表，进行铁路运输企业与社会企业的博弈分析。博弈活动中，参与者可选择的策略包括：联合经营模式和独立经营模式。假设铁路运输企业与社会快递物流企业选择联合经营模式时，博弈参与者i选择策略为ui∈Ui，Ui= {u1，u2，…，ui}为参与者i的策略集；xt(ui)为参与者i在t时刻选择策略ui的概率；xt(v)为任意参与者在t时刻选择策略v(v∈Ui)的概率，则此时参与者i的预期收益ft(ui)可表示为[8]

式中：ft(ui，v)为参与者i在其他参与者选择策略v时的预期收益。

则整个群体的平均预期收益可表示为

根据多群体模仿者动态模型公式推导，可得多群体模仿者复制动态方程为[9]

2.2 联合经营模式与独立经营模式的收益矩阵

考虑铁路运输企业与社会快递物流企业在经营中投入资金金额完全相等的概率非常小，因而假设两者间博弈行为为非对称合作博弈。设两者在独立经营状态下，高铁快运物流基地为各自带来的收入分别为I1和I2；高铁快运物流基地与社会快递物流企业分拨中心一体化建设时，可以降低快件短驳成本和装卸成本，提升快件时效，为两者带来额外收益ΔI，设ω(0 ≤ω≤1)为“收入分配系数”，双方按照投资金额比例分配额外收益，铁路运输企业为ωΔI，社会快递物流企业为(1 -ω) ΔI。为实现联合经营，铁路运输企业与社会快递物流企业较各自独立经营相比，需要支付额外的投资成本，如土地购置、设施迁移、设备配置等成本。设铁路运输企业需要额外投资为C1(C1＞ 0)，社会快递物流企业需要额外投资为C2(C2＞ 0)，可得铁路运输企业与社会快递物流企业间非对称合作博弈收益矩阵如表1 所示。

设铁路运输企业选择联合经营模式的概率为x，社会快递物流企业选择联合经营模式的概率为y。根据表1 可知，铁路运输企业在选择联合经营模式时预期收益f11为

选择独立经营模式时预期收益f12为

表1 铁路运输企业与社会快递物流企业间非对称合作博弈收益矩阵Tab.1 Asymmetric cooperative game profit matrix between railway company and private logistics company

由公式 ⑶ 求得铁路运输企业模仿者复制动态方程为

同理，可求得社会快递物流企业模仿者复制动态方程为

2.3 算例分析

以某采用联合经营模式规划设计的高铁快运物流基地为例，设铁路运输企业需要额外投资C1=1.6 亿元、社会快递物流企业需要额外投资C2= 0.8亿元来实现联合经营，两者超额收益分配比例系数为ω= 0.67。采用联合经营模式将为双方减少短驳运输装卸作业1 次(一装一卸)，节约装卸成本0.4元/件，节约短驳运输成本0.4 元/件；可实现快递产品时效升级，如由“隔日达”升级为“次日达”产品，带来快递收入增加1.5 元/件。设该高铁快运物流基地每日平均发送高铁快运动车组4 列(净载重87 t/列)，平均满载率为70%，基地年平均发送量为0.36 亿件，合作期为20 年，则一体化建设可以为合作双方带来额外收益ΔI= 16.36 亿元。得到铁路运输企业与社会快递物流企业带参数非对称合作博弈收益矩阵如表2 所示。

考虑到参数取值可能涉及铁路运输企业及社会快递物流企业内部经营数据，上述参数取值均为算例数值，并非企业实际经营数据。

表2 带参数非对称合作博弈收益矩阵Tab.2 Asymmetric cooperative game profit matrix with parameters

将表2 中数据代入公式⑷至公式⑻，即可求得铁路运输企业与社会快递物流企业博弈系统的5 个奇点为。其中，为渐进稳定点；为不稳定点；为鞍点。由x*= 0.148，y*=0.146 两点引线将构成的区域分为A，B，C，D 4 个区域，铁路运输企业与社会快递物流企业经营模式选择演化趋势分析如图3 所示。

图3 铁路运输企业与社会快递物流企业经营模式选择演化趋势分析Fig.3 Business mode selection evolving direction

分析结果显示，只要铁路运输企业选择联合经营模式的概率大于0.148，社会快递物流企业选择联合经营模式的概率大于0.146 时(C 区域)，博弈系统将会收敛于稳定状态，即铁路运输企业与社会快递物流企业将选择合作建设并联合经营高铁快运物流基地。

高铁快运物流基地是否采用多主体共同投资建设并联合经营的核心因素在于，高铁快运物流基地是否能够为参与主体带来符合预期的超额收益。演化博弈模型计算结果说明，铁路运输企业与社会企业选择联合经营模式，共同建设运营高铁快运物流基地的概率远大于选择独立经营模式。因此，在高铁快运物流基地经营模式选择时，应积极采用多主体、多元化联合经营模式和经营策略，依托高铁快运物流基地经营公司，共同投资建设、运营管理，并按照投资股比，合理分配收益。

3 结束语

伴随我国电商快递物流的快速发展，铁路快运物流面临巨大的机遇和挑战。为提升铁路在电商快递物流市场中的竞争力，亟待发展高时效、大批量、大规模的高铁快运物流模式。高铁快运物流基地是支撑大批量高铁快运运输组织的关键性基础设施，合理设计高铁快运物流基地功能定位，科学选择市场化、多元化的联合投资模式和经营策略，对于充分保障物流基地货源供给、降低铁路运输企业投融资压力、发挥不同主体经营管理技术优势和防范物流基地运营风险等具有积极意义。通过研究明确高铁快运物流基地经营模式选择的动态决策机理，提出物流基地经营模式选择策略，能够为推动高铁快运物流基地网络构建，促进高铁快运动车组成网运行发挥重要作用。