绿色供应链中区块链技术引入决策研究

摘 要：针对传统供应链信息不对称引发的消费者对绿色产品不信任的问题，本文结合区块链技术可追溯、不可篡改等优势，运用博弈理论分析四种情形下绿色供应链中区块链引入的最优策略及区块链应用条件并探讨区块链成本对供应链产品绿色度及最优利润的影响。研究发现，制造商若能控制区块链成本，引入该技术可提高产品绿色度和市场需求，同时确保各成员和整体供应链的利润。随着市场规模削弱和消费者质疑增加，引入区块链技术的成本会上升，但相应的获利可能性也增加。在分散决策下，提升产品环保水平和供应链利润的区块链成本阈值小于集中决策。

关键词：区块链技术；绿色供应链；产品绿色度；引入决策；市场削弱因子

随着“双碳”目标的提出及人们绿色消费观念的增强，越来越多的制造业意识到生产绿色产品的重要性，并积极采取绿色生产方式以满足市场需求、增强竞争力。然而，由于绿色产品信息不透明且难以验证，消费者无法判断绿色产品的真伪，从而降低了对绿色产品的信任度。区块链作为一种分布式去中心化技术，具有数据可追溯、不可篡改等特性，可以有效避免信息失真，从而增强消费者的可信度。虽然区块链技术为企业带来诸多收益，但由于目前区块链技术的资金投入比较高昂，企业在引入时需要着重考虑区块链技术的应用成本。

一、文献综述

目前，学术界已对供应链管理进行了大量研究，主要包括绿色供应链、区块链技术在供应链中的应用两个方面。张雷、周艳菊等聚焦消费者偏好对绿色供应链决策的影响，前者在碳配额交易机制下探讨绿色供应链最优决策与消费者低碳偏好的关系的影响；后者主要考虑在产品绿色度、消费者偏好等因素影响需求的情况下，探究不同契约下零售商主导的绿色供应链决策优化。部分学者在两级供应链的基础上，将研究进一步拓展到三级供应链。Ong等人考虑绿色投资成本影响下的三级供应链决策问题。Alamdar·S等探究需求不确定下绿色供应链的最优策略。张云丰等运用斯塔克博弈模型构建三种决策模式下碳减排最优策略组合，推导供应链各企业参与协调的必要条件。以上文献以绿色供应链为研究对象，从不同方面探究了供应链决策协调与优化，但上述文献均假设消费者对绿色产品完全信任。事实上，消费者可能因为获取绿色产品信息的能力有限或难于验证产品信息的真实性而对绿色产品产生怀疑并减少需求。对于绿色供应链来说，需要建立高效的溯源系统以保证绿色产品信息的真实性与可靠性，从而消除消费者的疑虑。

已有研究表明，区块链技术有助于提高供应链的透明度，为消费者构建可信环境的同时也为绿色供应链管理提供创造性价值。Wang、M等指出区块链可以用作跟踪碳足迹和提高碳管理效率的工具，可以最大限度地减少供应链中的碳排放。Xu等研究指出区块链技术可以增加产品绿色度及供应链利润。黄湘萌等在区块链背景下，建立Shapley值修正模型来处理绿色供应链中的利益分配问题。胡韩莉等认为区块链技术既可以提高消费者的信任度也可以扩大市场规模。蔡璐等利用区块链技术提高经济环境中低碳供应链内部的信息共享程度，从而促进供应链效率与效益的提升。上述文献均侧重于分析区块链在供应链的应用价值，但未从区块链成本角度考虑供应链是否采纳该技术的问题。

基于此，考虑区块链技术影响消费者信任度及市场规模的情况下，本文构建由单一制造商、物流服务商与零售商组成的绿色供应链决策模型，分别求解在集中决策和分散决策模式下绿色供应链引入区块链技术前后的均衡策略，分析比较在不同决策模式下制造商实施区块链技术的成本条件，以及区块链引入对绿色供应链产品绿色度及利润的影响，为绿色供应链企业运营决策提供参考。

二、模型描述及符号说明

1.问题描述

考虑由单一制造商、物流服务商和零售商构成的三级绿色供应链博弈模型，在这个供应链中制造商生产绿色产品，物流服务商负责运输任务，运输费用为pd；制造商以批发价格w将这些产品提供给零售商；零售商再以价格p将产品销售给消费者。

2.模型假设及参数

根据模型建立需要做出以下假设：

假设1：制造商、物流服务商及零售商均无风险偏好且完全理性，以追求自身利润最大化为目标。

假设2：消费者具有绿色偏好，愿意为绿色产品支付更高的价格。

假设3：假设制造商和物流服务商的绿色努力成本均为一次性投入且是关于绿色努力水平的凸函数，参照文献设制造商和物流运营商的努力成本分别为C（em）=he2m和C（ed）=ke2d。

假设4：在非合作状态下，由零售商承担运输费用会增加供应链系统利润。故假设由零售商承担全部运输成本。

假设5：区块链成本包括将区块链技术应用于供应链时所发生的平台建设成本和单位应用成本，如数据的上传、存储等产生的相关费用。

假设6：基于以往研究，对引入区块链技术之前和引入区块链技术后，提出两种线性需求函数。假设如下：

引入区块链技术前市场需求函数为：

Q0=（1-u）a-p+α（1-i）（em+ed）（a）

引入区块链技术后市场需求函数为：

Q=a-p+α（em+ed）（b）

在引入区块链技术之前，消费者由于无法准确评估绿色产品信息，对其真实性存在质疑，从而降低了对绿色产品的接受度，影响了潜在市场规模。市场需求函数表示为式（a），其中u为绿色产品潜在市场规模削弱因子，i为消费者对绿色产品的质疑程度。引入区块链技术后，通过促进产品信息传递，消除了潜在市场规模削弱因子和消费者质疑程度，从而扩大了绿色产品的消费需求。引入区块链技术后的市场需求可表示为式（b）。

三、模型构建与求解

1.引入区块链技术前的绿色供应链模型

（1） 集中决策（N模型）

在N模型中，供应链参与者追求供应链系统的利润最大化，从而达到全局最优，此时供应链的利润函数为：

（1）

对式（1）分别求关于p、em和ed的海赛矩阵，，一阶顺序主子式|HN1|=-2lt;0，二阶主子式|HN2|=2h-[（1-i）α]2，|HN3|=-2hk+（k+h）[（1-i）α]2gt;0，当2h-[（1-i）α]2gt;0，2hk-（k+h）[（1-i）α]2gt;0时，HN为负定矩阵，目标函数存在最大值，分别对式（1）求关于p、em和ed的一阶导数，并令其等于0，联立求解得到引入区块链技术前集中决策下的均衡策略，此时绿色产品的市场需求、零售价格与制造商及物流服务商的绿色努力水平、供应链利润分别为：

（2）

（3）

（4）

（5）

（2） 分散决策（NN模型）

在NN模型中，制造商、物流服务商及零售商均以自身利益最大化为目标，决策顺序为绿色制造商先确定批发价格w及绿色水平em，随后物流企业决定运输价格pd与自身绿色努力水平ed，最后零售商确定其零售价格p。此时制造商、物流服务商、零售商以及供应链整体的利润函数分别为：

（6）

（7）

（8）

（9）

联立（6）-（9）求解得到引入区块链技术前分散决策下的均衡策略为：

（10）

（11）

（12）

（13）

（14）

（15）

（16）

推论1 无论是集中决策还是分散决策，企业在未引入区块链技术时，制造商与物流服务商的绿色努力水平、市场需求及各企业利润均随消费者对绿色产品质疑程度或绿色产品潜在市场规模削弱因子的增加而减少。

2.引入区块链后的绿色供应链模型

（1） 集中决策（B模型）

在B模型中，制造商应用区块链技术可以消除消费者对绿色产品的质疑，并且最大程度上扩大了绿色产品的市场规模，但也会增加区块链的应用成本。引入区块链技术后供应链的利润函数为：

（17）

求解得到引入区块链技术后集中决策下的均衡策略，此时绿色产品需求、零售价格、制造商绿色努力水平及物流商绿色努力水平为：

（18）

（19）

（20）

（21）

（2） 分散决策（BN模型）

在BN模型中，决策顺序为绿色制造商先确定批发价格w及绿色水平em，随后物流企业决定运输价格pd与自身绿色努力水平ed，最后零售商确定其零售价格p。此时制造商、物流服务商、零售商以及供应链整体的利润函数分别为：

（22）

（23）

（24）

（25）

联立式（22）-（25）求解得到引入区块链技术前分散决策下的均衡策略为：

（26）

（27）

（28）

（29）

（30）

（31）

（32）

推论2：emNgt;emNN；edNgt;edNN；QNgt;QNN；πNgt;πNN；emBgt;emBN； edBgt;edBN；QBgt;QBN；πBgt;πBN。

四、区块链技术引入前后比较分析

将引入区块链技术前后不同决策下的均衡解进行比较，得出以下推论：

推论3在集中决策下，当flt;（1-s）（a-cm-cd）+sau时，QBgt;QN；emBgt;emN；edBgt;edN；πBgt;πN。

推论4在分散决策下，当flt;（1-s）（a-cm-cd）+sau时，QBNgt;QNN；emBNgt;emNN；edBNgt;edNN；πBNgt;πNN；πmBNgt;πmNN；πdBNgt;πdNN；πrBNgt;πrNN。

五、数值仿真分析

为了更直观地展示不同决策模式下区块链技术对企业决策变量的影响，参考相关文献，在满足模型内在约束条件的基础上，假设a=500，cm=120，cd=100，f=80，u=0.2，i=0.5，α=3，h=20，k=15，对不同决策模式下的市场需求量、绿色努力水平、供应链各节点企业利润水平进行比较分析。

1.引入区块链技术前后的对比分析

由表1可知，无论是否引入区块链技术，集中决策下的企业绿色努力水平、产品销量以及供应链利润均高于分散决策下的均衡水平，这一现象的原因可能是在集中决策下，供应链中的各方更容易实现信息共享、协同协作和资源优化，企业可以更好地协调生产、运输和销售环节，以满足市场需求；而在分散决策下企业决策存在双重边际效应，会产生信息不对称、资源浪费和协同困难的问题，从而限制了供应链的绩效提升。

2.参数u和参数i对供应链决策的影响

表2表明，绿色产品潜在市场规模削弱因子u和消费者对绿色产品的质疑系数i对绿色努力水平和市场需求量产生负向影响。增加这两个因子会降低消费者对绿色产品的信任，降低市场需求，从而减少供应链整体及成员的利润。相反，当这两个因子减小时，绿色产品的市场需求量增加，制造商和物流服务商愿意为提高产品的绿色度付出更多成本，导致价格提高，最终增加供应链利润。因此，减小潜在市场规模削弱因子和消费者对绿色产品的质疑系数对整个绿色供应链是有益的。

由图1可知，制造商实施区块链技术的成本阈值随消费者对绿色产品质疑程度或绿色产品潜在市场规模削弱因子的增加而增加。对于制造商而言，在消费者对绿色产品质疑程度越高或绿色产品潜在市场规模削弱因子越大时，获取利润的可能性也越大。此外，制造商的成本阈值始终低于物流服务商和零售商的成本阈值，说明制造商在保障自身利润的前提下，也能提高供应链其他参与方的盈利能力。

3.引入区块链技术对供应链决策的影响

（1） 集中决策下供应链决策变量的比较

由图2可知，在集中决策下，随着区块链成本的增加，市场需求量、产品绿色度水平及供应链利润均呈下降趋势，只有将区块链成本控制在一定范围内，引入区块链技术后的产品绿色度、市场需求、供应链利润才会大于引入前的水平。此外，f1gt; f2= f3gt; f4，对于制造商来说，应用区块链技术进行绿色产品信息溯源，可以减少消费者对绿色产品的质疑从而带来市场需求的增加，但这种市场需求的增加不一定转化为供应链利润的增加，这是由于受到区块链成本的影响，企业获取更多利润的可能性变小。因此，企业应根据应用区块链对其市场潜力的提升程度以及成本大小来调整区块链技术引入决策，以保证在提高产品绿色度的同时提升供应链效益。

（2） 分散决策下供应链决策变量的比较

由图3可知，与集中决策相同，分散决策下的绿色努力水平、市场需求量及供应链利润保持着相同的变化趋势，即区块链成本小于一定阈值时，实施区块链技术后的绿色努力水平、市场销量、供应链利润均大于实施前的水平。不同的是，分散决策下改善供应链市场需求量、绿色努力水平、供应链利润的区块链成本阈值要小于集中决策，这意味着在实施区块链成本一定时，在集中决策下实施区块链技术更有优势，而在分散决策下需要更低的成本才能达到与集中决策相同的效益。

六、结语

考虑单一制造商、物流服务商和零售商组成的绿色供应链，本文建立在集中决策与分散决策模式下引入区块链技术前后的博弈模型，探讨不同情形下绿色供应链的均衡策略及区块链引入条件，并分析区块链技术成本对绿色供应链决策的影响，最后通过数值分析验证了相关结论，研究结果如下。

1.引入低成本的区块链技术可提升供应链利润、产品绿色度和市场需求。制造商通过提高信息透明度增强消费者信任，激发市场需求，加强绿色投入以提高产品竞争力。尽管实施区块链技术存在一定成本，但控制在范围内可确保各供应链成员和总体利润的提升。

2.在企业未实施区块链技术时，消费者对绿色产品的质疑程度和市场潜在削弱因子均对企业绿色努力水平、各企业利润及供应链利润存在负向影响。在消费者对绿色产品的质疑程度越高或市场潜在削弱因子越大时，制造商引入区块链技术的成本越高，通过应用区块链技术获取利润的可能性也越大；反之则越小。

3.分散决策下制造商引入区块链技术改善供应链利润、市场需求及产品绿色度的成本阈值要小于集中决策下的成本阈值，说明在分散决策下实施区块链技术获取利润的空间较小，在集中决策下实施区块链技术更有优势；并且无论是否引入区块链技术，集中决策下的市场需求量、绿色努力水平以及供应链利润均高于分散决策的均衡结果。

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作者简介：李艺（1979— ），女，博士，副教授，研究方向：大数据物流、现代服务业等；张姗姗（1998— ），女，硕士，研究方向：物流运营与管理。