考虑产品运输过程碳排放的供应链契约协调

张宗明，李 珊，许晓晴

1.西安电子科技大学 经济与管理学院，西安 710126

2.长安大学 经济与管理学院，西安 710064

在全球变暖趋势日益加剧的今天，关于绿色供应链管理的理论和实践越来越受到学者们和企业管理者的关注。与此同时，越来越多的消费者变得有环保意识，Bull 的一项调查显示[1]，67%的消费者认为购买环保产品非常重要，即使需要支付更高的价格。为了满足消费者日益增长的绿色需求，制造商需确保其产品满足特定的绿色水平。一般来说，绿色度较高的产品产生的碳排放量较少，但生产成本较高。因此，对于制造商而言，如何做出最优碳减排决策以获得更大效益，具有重要理论和现实意义。

随着社会各界对环境问题的关注，绿色供应链管理已成为学术界研究的重点领域。早期，学者们集中研究低碳供应链中产品的定价问题。文献[2]提出很大一部分消费者乐意为绿色产品支付更高的价格，文献[3]在市场需求和价格都对碳排放量敏感的前提下，得到了该供应链的最优价格决策。类似地，文献[4]以中性税收和低碳经济为背景考虑了碳税补贴给零售商和碳税共同分担两种碳税模式，研究了两种模式下消费者的搭便车行为对双渠道供应链的定价和企业碳减排努力程度的影响。文献[5]在碳标签制度背景下，考虑了风险规避和制造商碳减排情况下双渠道供应链中供应链各成员的定价决策问题。

分散决策下各成员都以自己的利润最大化为目的，其供应链的总利润远小于集中决策下的利润，因此学者们开始在低碳供应链中应用契约协调。文献[6]分析了产品市场需求对消费者低碳偏好敏感的情况下，碳减排成本分共担合同对提高供应链绩效的影响。文献[7]通过比较两种不同的成本分担合同，研究了绿色制造成本和消费者环境偏好对绿色供应链的影响。文献[8]研究了成本分担和批发价格契约合同如何影响最优决策，发现采用成本分担合同能使两个渠道成员都得到帕累托改进。此外，文献[9]在低碳供应链中比较了成本分担和收益共享两种合同，发现成本分担合同更为适用。

以上的文献对低碳问题的研究着眼于产品的生产过程，然而，最近的文献[10]表明，产品运输过程也应该给予同样的关注，因为物流和运输产生的温室气体排放量之大仅次于电力工业。实践中，大部分制造商将产品运输外包给第三方物流，籍此可以减少其在物流设施上的资本投资，专注于公司主打业务。一项调查[11]显示，西欧、美国和亚太地区超过70%的企业都使用过物流外包。而现有的一些文献[12-13]单纯地研究第三方物流服务提供商与其客户之间的互动，还有一部分[14]研究其服务水平对供应链的影响，更多地是将其作为简单的产品回收者。比如在文献[15-16]的研究中，第三方物流负责闭环供应链中为制造商回收产品。另外，文献[17]采用两种不同的Stackelberg 竞争来确定最优零售价格和物流服务水平。所以，关于第三方物流运输产生的碳排放对绿色供应链的影响，至今鲜有研究。

综上所述，以上学者对低碳供应链和第三方物流的研究做了大量富有成效的工作，但关于低碳供应链中第三方物流碳排放量的研究还比较有限且不够全面。虽然也有少部分文献研究三级供应链[18]，但是尚无文献探讨在三级供应链中不同的成本分担方式对碳排放量以及产品绿色度的影响。文献[19]虽然研究了类似的问题，在产品需求对产品价格、绿色度、第三方物流的碳排放量以及产品交付时间敏感的情形下，得出不同权力结构下的均衡解，但是没有采用有效的契约来提高供应链的收益。基于此，本文分析制造商领导的绿色成本共担和第三方物流领导的碳减排成本共担两种合同对供应链的协调作用，以期为企业间契约协调机制的选择以及成本共担契约合同的设计提供了理论支撑。

1 问题描述和假设

1.1 基本假设

考虑由制造商、第三方物流供应商和零售商组成的三级绿色供应链，其中制造商负责生产绿色产品，并通过专业第三方物流将其供应给零售商，以减少运输过程中对环境造成的污染，零售商将这些产品销售给终端消费者。比如作为国民经济基础的建材行业，其生产和运输过程产生大量的CO2，对我国实现低碳发展目标构成了严峻的挑战，建材供应商一般会利用专业建材物流以优化资源配置，降低生产成本[20]。本文假设消费者具有环保偏好，即愿意为环保产品支付更高的价格[1]。市场研究公司Global Web Index 的调查数据显示[21]，60%的消费者愿意为绿色可持续产品支付更高的价格，越来越“苛刻”的消费者正推动着零售行业走向可持续性发展。巴西纺织时尚品牌Malwee推出了一种新型节水牛仔裤，被其自称为“巴西最可持续的牛仔裤”。这种牛仔裤生产制造时以有机化学品取代了传统化学物质，还将传统商品标签替换成了可回收材料，减小了对环境的污染。虽然价格较普通牛仔裤贵了一些，但因其可持续理念深受消费者喜欢。因此，市场对产品的需求不仅受产品绿色程度的影响，而且对产品运输过程中产生的碳排放量也很敏感[19]。考虑在一些市场中，因为政策或产品特性等原因，产品价格相对比较稳定[22]，同时为了将研究重点放在低碳生产的影响上，参考现行通用的处理办法[9，23-24]，本文将价格进行外生处理，且加入价格不影响本文分析结论。因此，假设零售商以固定的批发价格从制造商那里购买产品，并以固定的零售价格出售给终端消费者。最后，假设所有供应链成员之间的信息都是对称的，客户在购买之前可以准确地获得他们想要购买的产品的环保水平。如沃尔玛在其产品上标有“天然”的标签，以展示其产品是“自然和生物可降解”清洁产品。或者一些企业可以通过政府认证机构对企业产品的绿色水平进行认证，并贴上标签。企业可以通过标签介绍产品的绿色属性，使消费者熟知[25]。

本文所用的数学符号及其定义如表1所示。

表1 符号及其定义Table 1 Symbols and their definitions

1.2 模型建立

其中m1为制造商的单位利润，等于制造商的批发价格减去制造成本减去单位物流成本。同样，m2表示零售商的单位利润，等于产品的零售价格减去批发价格减去单位物流成本；m3表示第三方物流供应商的单位利润，等于单位物流价格减去单位运输成本。为了集中研究碳排放的影响，本文模型不包括产品定价决策。为了简化分析，假设制造商的固定生产成本和第三方物流的固定运输成本为零，放松此假设并不影响分析结果[22]。

本文中符号的安排如下：ej*、gj*、πij*分别为碳排放、产品绿色度和利润的均衡解；j表示C（集中供应链）或NC（无成本分担）、ECS（碳减排成本分担）或GCS（绿色制造成本分担）；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 无成本共担

首先研究了不分摊成本的最优决策问题，并将其作为评价成本共担机制绩效的基准。

通过逆向归纳法对模型进行求解。第三方物流供应商为实现利润最大化，对公式（5）关于碳排放量e进行一阶求导，令∂π3PL/∂e=0，得到第三方物流供应商的最佳碳排放量eN*。同时，最优绿色度g是∂πM/∂g=b2m1-gu=0 的唯一解，得到最优绿色度gN*，将eN*和gN*代入相应的等式。

比较集中决策和无成本共担的分散决策的均衡后果得到：e*>ec*，g*

2.2 成本共担机制

2.2.1 绿色制造成本共担

本小节考虑绿色制造成本共担。消费者对低碳产品的关注，让零售商愿意销售低碳产品，但低碳产品的生产需要大量资金投入，如果只是制造商承担这部分成本，势必会导致产品的批发价和零售价都上升，影响低碳产品的市场需求，进而影响供应链成员的利益。因此，第三方物流供应商和零售商可能会与制造商协商，愿意主动承担部分绿色制造成本，以激励制造商追求绿色制造。在这个情境下，博弈时序如下：首先，零售商决定与制造商的成本共担率n1，0 ≤n1≤1；接下来，第三方物流供应商宣布碳排放e并决定成本共担率n2，0 ≤n2≤1。然后，制造商做出关于最优绿色度g的决策。

供应链各成员的利润函数为：

通过比较绿色制造成本共担和无成本共担的均衡结果，所有企业都能从绿色制造成本共担方案中获益，这一点将在下面的命题中得到具体解释。

命题1 表明绿色制造成本共担契约适用于制造商与零售商以及第三方物流的单位利润相差不大的供应链。如果利润相差过大，制造商的利润占主导，零售商和第三方的利润空间本来就很小，则没有为制造商分担成本的动机。只有单位利润相差不大时，零售商和第三方物流为制造商分担成本损失的部分利润可以通过产品需求的增加所增加的利润来弥补。此外，第三方物流的单位利润是小于零售商的，因为第三方物流一般不拥有商品，只是为客户提供仓储、配送等物流服务，它的佣金费用由制造商和零售商二者共同承担。如果第三方物流的单位利润高于制造商和零售商的单位利润，则企业没有外包的必要。

命题2 通过下面的式子，分析了供应链成员成本共担率和所对应的单位利润之间的关系：

显然，命题2反映n1和n2分别与m2和m3呈正相关，即供应链成员的单位利润越高，它所愿意承担的绿色制造成本比例就越大。

2.2.2 碳减排成本共担

影响市场需求的另一个因素是产品运输过程产生的碳排放，本小节对减排成本共担问题进行分析。以往的文献表明，碳排放水平对消费者的购买行为有显著影响。因此，该系统中的其他两方期望第三方物流供应商投入更多资金来减少运输碳排放量，这种搭便车行为极大地影响第三方物流的碳减排行为，除非另外两方可以提供一些激励措施，由此本文设计了碳减排成本共担机制。所以本节研究的核心问题就是得出每个成员最恰当的成本共担比例使供应链所有成员利润得到提高。本情境下的博弈顺序为：首先，制造商决定绿色度g和成本共担率k2。然后，零售商决定共担率k1。最后，第三方物流供应商决定碳排放量e。各成员的利润函数为：

命题3 使成本共担机制存在唯一均衡结果的条件是：

化简可得m3≤2m2，m2≤m1。

命题3表明碳减排成本共担契约能否奏效，关键取决于链中各成员单位利润之间的关系。在碳减排成本共担契约中，制造商的博弈顺序优于零售商，所以制造商的单位利润大于零售商的单位利润。制造商和零售商的单位利润分别大于第三方物流供应商的单位利润的一半时，制造商和零售商才有足够的利润空间来承担碳减排成本。

命题5 表明，成本共担关于其对应的单位利润的一阶导函数是一个严格的单调递增函数。无论制造商还是零售商，只要单位利润增加，就会主动增加成本共担率。

3 数值分析

数值实验试图用直观的数据展示两种成本共担合同可以协调供应链，提高所有成员的利润。所用示例的数据集如表2所示，且所有的数据集都满足所提出模型的假设和要求。沿用相当一般的数据来验证分析结果并且展示所提出的模型的适用性。由于难以获取真实的行业数据，选择的数据集与之前工作中使用的数据基本一致[19]。

表2 实验参数Table 2 Experimental parameters

3.1 绿色制造成本共担和无成本共担契约

考虑到这个情境下，各成员的单位利润之间必须满足m1≤2m3，m3≤m2，不失一般性，本文设置m1=5,m2=3,m3=2。

根据表3，可以直观看出，在绿色制造成本共担机制下，各成员的均衡利润和产品的绿色度都得到了大幅提高，而碳排放量保持不变。

表3 各变量的均衡解以及均衡利润Table 3 Equilibrium solution of each variable and equilibrium profit

当制造商独立承担绿色研发成本时，零售商和第三方物流会产生搭便车行为。因为制造商进行绿色研发生产环保产品需要大量投入，而把生产出的环保产品销售出去得到消费者认可却会使供应链上的所有企业受益。这必然会影响到制造商绿色生产和研发的积极性，因此如何在供应链内协调上下游之间的关系，达到很好的经济环保效益就成为一个很重要的问题。而采用绿色制造成本共担契约后，绿色产品受益了所有供应链成员，而成本共担又促进制造商提升其生产研发投入水平。所以，绿色制造成本共担契约既有利于环境绩效的提高又能减少搭便车行为给供应链带来的经济损失。

3.2 碳减排成本共担契约和无成本共担契约

类似地，在这个情境下，各成员的单位利润需要满足m3≤2m2，m2≤m1，不失一般性，本文设置m1=5,m2=4,m3=6。

由表4 可知，与无成本分担机制相比，碳减排成本分担机制减少了碳排放量，保持原有产品的绿色度不变，供应链中所有成员的利润都得到了显著提高。

表4 各变量的均衡解以及均衡利润Table 4 Equilibrium solution of each variable and equilibrium profit

当第三方物流独立承担碳减排成本时，零售商和制造商希望第三方物流不遗余力地投入资金，减少产品运输过程的碳排放量，进而增加产品的市场需求。这时除了第三方物流以外的所有供应链成员利润都会增加，这极大地打击了第三方物流碳减排的积极性。当第三方物流采用不环保的燃料时，在降低自身成本的同时影响了制造商和零售商的利润。因此，供应链三方成员协议共同分担碳减排成本，以缓解第三方物流的经济压力。通过模型验算以及数值分析证明，引入碳减排成本共担契约后存在最优成本分担比例在降低碳排放量的同时使供应链所有成员的利润得到改善。

本文的两种成本共担机制能够对现实中企业的策略提供一定揭示。海尔冰箱作为全球冰箱业的领军品牌，是中国冰箱企业节能减排的典范。为了顺应时代节能低碳的发展潮流，满足全球消费者对低能耗产品的需求，海尔率先开始节能减排。在其努力研发下，海尔不仅成了最受消费者欢迎的冰箱品牌，还是以节能产品为消费者带来最大低碳、环保效益的品牌。海尔冰箱的领先节能优势还得到了专业测评机构的认证以及采购商与政府的一致认可。凭借领先的节能产品与技术，海尔冰箱不仅获得了美国、英国、西班牙、德国、澳大利亚等政府的节能补贴，下游采购商也纷纷加入海尔联合减排的队伍。这进一步降低了海尔节能减排生产和研发的边际成本，调动了其绿色生产和研发积极性。在低碳环保成为全球趋势的形势下，卓越的节能性能与政府的认可使海尔冰箱拥有了全球最大规模的用户资源[32]。

全球变暖形势下，低碳经济作为一种新型发展模式，对企业提出了更加严格的要求。供应链作为企业之间物流、信息流、资金流的重要载体和控制中心，其低碳化转型势必为企业带来经济效益和社会效益的冲突和博弈。企业在低碳化背景下寻求经济与环境效益的均衡点，对企业实现共赢具有重要意义。

4 结论与启示

本文考虑了一个由制造商、零售商和第三方物流供应商组成的简单三级供应链系统，在消费者有环保产品偏好的背景下，研究供应链成员之间的协调共赢的契约机制。探讨了两种成本共担合同的效果，得出了不同情景下对应的均衡条件、企业利润、产品绿色度和碳排放量。进一步，分别将两种激励方案下的均衡结果与基准模型的结果进行比较，得到以下见解：

两种契约都可以提高所有成员的利润，有效地协调供应链。相关成员的单位利润越大，成本分担比例越大，有利于整个供应链。在实际的管理决策中选择哪一种契约，主要取决于管理者更关心的是提高产品绿色度还是减少碳排放。

本文有两个方面可以扩展到未来的研究：首先，本文假设需求函数是确定的线性函数;在未来，可以对不确定的需求进行检验；其次，本文聚焦于绿色减排，将价价格视为外生的，不涉及产品定价决策未来研究可以考虑价格、产品绿色度和碳排放之间的相互作用，以丰富和深入本文结论。