考虑公平关切的航运物流区块链平台定价策略与契约协调

陈燕婷，李登峰

(1.福州大学 经济与管理学院，福建 福州 350108；2.电子科技大学 经济与管理学院，四川 成都 611731)

航运物流业需要加快实现数字化转型发展，形成 “一站式”服务的新趋势[1]。目前，许多航运物流企业正积极应用区块链技术作为底层架构构建物流平台，利用区块链技术的去中心化、不可篡改、可追溯、集体维护、公开透明等特点[2]，解决航运物流中的物流信息不透明、物流货品难溯源、物流信息的真实性难验证等问题。作为航运物流重要环节的货代公司也试图应用区块链技术来构建航运物流区块链平台去应对日益激烈的竞争。近年来，国内外学者对区块链技术在供应链中的应用展开了广泛的研究。Yadav 等[3]调查印度的农业供应链在应用区块链技术时遇到的重大障碍，并使用ISM-DEMATEL方法进行建模。结果发现，政府监管缺失和农业利益相关者对使用区块链缺乏信任是印度农业供应链采用区块链时遇到的重要障碍。Zhong 等[4]研究集装箱航运公司在集装箱航运业应用区块链技术时该如何决策的问题，研究结果可为集装箱航运公司在区块链引入初期提供决策建议。Orji 等[5]提出影响货运物流行业应用区块链技术的关键因素：技术-组织-环境 (TOE) 的理论框架，并使用网络分析方法 (analytic network process, ANP) 对其进行优先排序。Liu 等[6]研究绿色农产品供应链中的投资决策与协调问题，研究发现区块链成本要在一定的范围内才会使供应链成员获益。张令荣等[7]以政府投资构建区块链技术应用平台为背景，考虑政府补贴政策对供应链成员的影响，并考虑了区块链平台建设成本、应用成本对供应链的影响。

虽然已经有许多关于区块链技术在供应链相关领域应用的研究，但其研究的前提假设条件为决策者是完全理性的，即决策者都以追求自身的利益最大化为目标。但决策者在实际生活中作出的决策不一定完全理性，因为他们在决策过程中除了关注自身的利益是否最大化，还会关注供应链中的其他参与者的利润分配是否公平[8]。若决策者发现供应链上的利润分配有失公平时，也许会采取损害自身利益的方式进行恶意竞争。因此，将公平关切理论引入到区块链技术应用下的航运物流供应链研究非常有必要。关于决策者的公平关切行为对供应链的影响，学术界早已展开广泛的讨论。杜少甫等[9]使用Nash 讨价还价博弈对零售商的公平关切行为进行讨论。周艳菊等[10]对零售商考虑公平关切下的低碳供应链的“广告合作-减排成本分担”的契约协调所带来的影响进行研究。李重莲等[11]讨论消费者渠道偏好下的双向公平关切的问题。姜宝等[8]以航运供应链为研究对象，讨论船公司进行品牌价值建设时的公平关切行为所带来的影响。王玉燕等[12]以制造商和电商平台为研究对象，讨论电商平台的公平关切行为对低碳E-闭环供应链的影响，并提出“收益共享联合双成本共担”契约实现协调。

综上所述，目前已有很多关于公平关切的供应链协调的研究，但鲜有文献涉及供应链成员投资应用区块链技术时所存在的公平关切问题。例如，若货代公司构建航运物流区块链平台并投入使用时,“公平关切”必然会影响货代公司的决策和收益。因为航运物流区块链平台的构建与应用需要投入巨大的区块链成本。巨大的区块链成本投入和船公司的“搭便车”会使货代公司无法完全理性作出决策，他会关注构建航运物流区块链平台时的投资与回报的公平问题，尤其是与上游船公司进行利润分配时存在的利益冲突，这将会对航运供应链中的成员和整体的最优决策造成影响。基于此，本文借鉴姜宝等[8]的研究思路，以货代公司投资构建航运物流区块链平台并投入应用为背景，讨论航运物流区块链平台的公平关切行为对“船公司-航运物流区块链平台 (货代公司) ”的航运供应链的影响。同时，为促进航运供应链中成员的合作共赢，进一步设计收益共享和区块链成本共担的契约来协调航运供应链，以期研究结论可为货代公司投资构建航运物流区块链平台的具体实践提供一定的指导。

1 问题描述与基本假设

1.1 问题描述

本文以“船公司-航运物流区块链平台 (货代公司) ”组成的两级航运供应链为研究背景。当货代公司投资构建航运物流区块链平台并应用时，代替了原有货代公司的功能，成为航运供应链的中心环节。航运物流区块链平台的应用可为托运人和船公司提供更加智能化的服务。例如，航运物流区块链平台接收到托运人的货运订单后，可根据托运人的需求自动匹配合适的船公司预定舱位，船公司再根据托运人的需求信息发放合适的舱位给航运物流区块链平台。然而，航运物流区块链平台的投资和应用，需要货代公司投入巨大的区块链成本。因此，航运物流区块链平台不仅仅只关注航运供应链整体利润的增加，还会关注供应链整体利润分配的公平性。

1.2 基本假设

1) 假定船公司是航运供应链的主导者，航运物流区块链平台 (货代公司) 是航运供应链的追随者。

2) 航运物流区块链平台以海运运费w获得船公司的航运服务，再向托运人提供总运费报价p。

3) 根据价值共创理论，航运物流区块链平台的应用在一定程度上提升了平台价值。那么，平台价值具体可体现为消费需求增加 (如托运人因物流信息的透明度和安全性增加了寄送货物的数量) 和企业边际利润的提高。借鉴姜宝等[8]的研究，平台的价值提升可设为hθ ，h表 示价值提升率，且h绝对值相对较小； θ 是航运物流区块链平台的应用价值。平台可向船公司收取平台使用费cbf。航运物流区块链平台的成本包括如下。1) 单位运营成本 φcft，其中， φ 为成本优化系数，即区块链平台的智能合约、数字认证及分布式账本等功能提高了运营效率。2) 航运物流区块链平台的区块链建设成本。借鉴姜宝等[8]研究，区块链成本可设为，其中，β(β＞0)是构建航运物流区块链平台的成本系数，包括区块链技术提供的数据存储、验证和提供透明化物流信息成本及区块链平台的维护成本。船公司的成本包括单位运营成本 φcst和支付给货代公司的平台使用费cbs，并包括利用区块链技术的优势获取真实有效的市场信息及智能化单据，高效完成物流业务交易。由于本文只分析航运物流区块链平台和一个船公司作为平台的参与者及使用者，暂不考虑其他参与者，故此处设cbf=cbs。

4) 借鉴姜宝等[8]对航运市场供需的假定，本文设航运市场的基础需求为k， α 为市场总需求对航运物流区块链平台提供的价值 θ 变化的敏感系数，它反映了托运人的消费偏好。市场总需求为

1.3 利润函数

船公司的利润函数为

航运物流区块链平台的利润函数为

2 模型的构建与求解

2.1 集中决策

航运物流区块链平台的应用加强了与船公司之间的合作，可看成一个航运供应链整体，形成集中决策。集中决策下的航运供应链的总体利润为

对πsc分 别 关 于 θ 和p求 二 阶 偏 导 数，当2β-(α+h)2＞0 时，πsc是 θ和p的严格联合凹函数，存在唯一的 θ∗和p∗使 得πsc取得极大值π∗sc。

对πsc分 别 关 于 θ和p求一 阶 偏 导 数并 令 其等 于零，得

联立方程组，解得

把式 (5) 和式 (6) 分别代入式 (1) 和式 (4)，可得

2.2 公平中性下的分散决策

在分散决策下，船公司和航运物流区块链平台之间博弈过程是典型的完全信息动态博弈。采用逆向归纳法依次求解平台和船公司的均衡策略，用上标n 表示，求解可得

推论1

推论1 表明，在分散决策下，船公司利用在航运供应链主导权的优势，在供应链中获得较多的利润，而航运物流区块链平台因在决策中是跟随者，所以获得较少的利润。这说明在航运物流供应链中依然存在“谁主导系统，谁的利润大”的结论，这与传统供应链的研究结论一致[12]。而船公司和航运物流区块链平台利润分配不公也是导致其在决策时会产生公平关切心理特征的主要原因。

2.3 航运物流区块链平台公平关切下的分散决策

航运物流区块链平台具有公平关切行为决策目标是公平效用Uf最大化，而船公司是公平中性，决策目标依然为利润πs最大化。由推论1 可知，只需考虑航运物流区块链平台劣势不公平情境，用上标b 表示。借鉴Fehr 等[13]的研究，船公司的效用函数仍为式 (2)，航运物流区块链平台的效用函数为

其中， λ (λ＞0) 是航运物流区块链平台的公平关切系数，表示航运物流区块链平台的公平关切程度。仍然采用逆向归纳法求解，可得

3 均衡结果分析

命题1

命题1 表明，集中决策能使航运物流区块链平台发挥最大价值。同时也表明随着托运人的敏感系数增大，货代公司会增加对航运物流区块链平台的投资来提高航运物流区块链平台的价值，而随着区块链成本的增加，也会使航运物流区块链平台的价值随之减少。

命题2

命题2 说明，航运物流区块链平台的公平关切行为会降低海运运费。随着公平关切程度提高，船公司倾向于保持相对较低海运运费。这说明航运物流区块链平台越关注公平，船公司作出的决策就越保守。

命题3当 α (h+α)＞β 时，p∗＞pb∗=pn∗；当α(h+α)＜β 时，p∗＜pb∗=pn∗。

命题3 表明，航运物流区块链平台的公平关切行为对总运费不产生影响。那么，从托运人的角度出发，航运物流区块链平台的公平关切行为不会对托运人的运费支出成本产生影响。在集中决策下，总运费的价格与区块链成本系数 β(β＞0) 、托运人的消费偏好 α 、平台价值提升率h之间的关系密切相关。

命题4

命题4 表明，若航运物流区块链平台的应用能够促使航运供应链上下游企业形成纵向联盟 (集中决策) 时，市场总需求会逐步提高。与公平中性的分散决策相比，当航运物流区块链平台具有公平关切行为时，市场总需求不会改变。

命题5

命题5 表明，航运物流区块链平台的公平关切行为会改变航运供应链中船公司与平台的利润分配。公平关切行为会对船公司产生不利影响，即公平关切下船公司的利润小于公平中性下船公司的利润，且公平关切系数越大，船公司的利润越小。公平关切下平台的利润大于公平中性下平台的利润，且公平关切系数越大，平台的利润越大。从平台的角度出发，公平关切行为会使其在供应链整体利润中的分配占比提高，使平台和船公司的利润差距变小，从而改善航运物流区块链平台在航运供应链中的弱势博弈地位。

命题6

命题6 表明，当航运物流区块链平台具有公平关切行为时，其决策目标由追求自身的利润最大化转为追求公平效用最大化，平台为了满足自身的公平需求则会争取更多的利益。同时，随着平台公平关切程度的提高，会采取抗议的方式寻求更为公平的结果，使其在航运供应链上的利润分配占比不断提高。

命题7

命题7 表明，在分散决策下，公平关切行为会使船公司的海运运费降低，从而提升供应链整体利润。集中决策下实现经济效益的最优化使供应链整体利润最高。这也进一步验证了分散决策下，由于平台与船公司追求自身利润最大化，引起“双重边际效应”造成的航运供应链的运作效率的损失，尤其是当公平关切时，可能会加剧“双重边际效应”。但集中决策是理想化的决策模式，需要设计一个契约来协调航运供应链的成员之间的利益冲突。

4 航运物流区块链平台公平关切下的契约协调

为了便于发现契约协调的条件，借鉴姜宝等[8]研究，本节设h=0 。这是由于当船公司与航运物流区块链平台选择供应链契约时，船公司和平台的合作模式已趋于成熟。平台利润的增长大多源自于平台应用下市场需求的扩张效应，而平台的价值则会在某一较长时期内较为稳定，且随着市场成熟，越来越接近于零。另外，考虑到船公司和平台要利用供应链契约来协调二者合作后的利润分配，故不考虑平台服务费。此时分散决策下的船公司和航运物流区块链平台的利润分别是

集中决策的利润函数为

求解可得

航运物流区块链平台公平关切时分散决策的船公司和平台的利润分别为

航运物流区块链平台的公平效用为

借鉴供应链协调的相关研究[10-11,14]，本文拟设计“收益共享区块链成本共担”契约，实现航运物流区块链平台应用下的航运供应链协调。

4.1 公平中性下的收益共享和区块链成本共担契约

本文提出的收益共享区块链成本共担的契约(用上标m表示)协调机制{w,ρ,η} 如下。航运物流区块链平台的区块链成本比例为ρ(0≤ρ≤1)，则船公司分担区块链成本比例为1-ρ。航运物流区块链平台保留总运费收益的比例η(0≤η≤1)，将总运费收益比例的 ( 1-η) 转移给船公司。因此，船公司和航运物流区块链平台的利润分别为

求解过程与2.1 节类似，可得

4.2 航运物流区块链平台公平关切下的收益共享和区块链成本共担契约

在该阶段，航运物流区块链平台不仅考虑利润，还会考虑公平关切效用，此情景用上标t 表示。船公司、航运物流区块链平台的利润函数和公平效用分别是

求解过程与2.3 节类似，求解可得

航运物流区块链平台的公平效用为

5 数值仿真分析

进一步探讨当航运物流区块链平台具有公平关切行为时，如何调整收益共享和区块链成本共担契约比例使协调更为高效。协调后的各主体利润应分别大于协调前对应的分散决策情形，即由于契约协调前后航运供应链的各主体利润函数较复杂，将采用数值仿真对最佳契约协调区间进行讨论。借鉴文献[13]，采用控制变量法得出最佳的收益共享比例区间，从而讨论最佳的区块链成本共担比例区间。为此，本节运用Matlab R2017a 软件进行仿真分析，以此来验证契约对航运物流供应链协调的有效性。借鉴文献[11]，对文中的基本参数设定如表1 所示。

表1 参数设置Table 1 Parameter settings

5.1 公平中性下的收益共享和区块链成本共担协调契约分析

在 η ∈[0,1]区 间 分 别 取 η =0.01 , 0.5 , 0.99 ，讨 论区块链成本共担比例 ρ 对平台和船公司利润的影响。由图1 (a) 可知，航运物流区块链平台的利润随区块链成本共担比例 ρ 的增大而提高。且当ρ ∈[0.15,1]时，无论 η 为何值，航运物流区块链平台的利润一定高于相应的分散决策情形，且在同一区块链成本分担比例下， η 越小则平台利润越高。这表明，当ρ ∈[0.2,1]时，契约协调下的船公司获得的利润共享比例越小，则平台所获利润越高。由图1 (b) 可知，船公司利润随 ρ 增大而减少，却随 η 增大而明显提高。虽然这与平台随 ρ 的变化趋势相反，但当η ∈[0.5,0.99]时，协调后的船公司利润始终高于或等于协调前对应的分散决策情形。这是因为海运运费的让利所引起的船公司获得的利润共享能极大地弥补船公司支付给航运物流区块链平台的区块链成本共担的成本。

图1 公平中性下的区块链成本共担比例 ρ 对平台和船公司利润的影响趋势Figure 1 The impact of blockchain cost-sharing ratio ρ on profits of the platform and ship companies with fairness neutrality

综合图1 (a) 和图1 (b) 可知，当 η ∈[0.5,0.99]和ρ ∈[0.15,1]时，供应链中的航运物流区块链平台和船公司的收益均大于对应的分散决策的情形，那么，航运供应链的收益共享和区块链成本共担能使航运供应链实现协调优化。

5.2 航运物流区块链平台公平关切下收益共享和区块链成本共担协调契约分析

由图2 (a) 可知航运物流区块链平台公平关切下的契约协调中的利润随 ρ 的变化趋势。当ρ ∈[0.4,0.6]， η ∈[0.5,0.99]时，协调后平台的利润大于协调前的分散决策情形。当 η 增大到一定值时，ρ越大，平台所获利润也越大。这符合市场运行情况。由于航运物流区块链平台初期需投入大量的区块链成本 (如平台建设和维护等)，若货代公司独自承担，将面临巨大的压力。如果船公司能够分担区块链成本，同时还能以优惠的海运运费价格让利给平台，那么平台的收益共享能维护契约的稳定，也能使平台获得更大的利益。由图2 (b) 可知公平关切下契约协调中船公司的利润随 ρ 的变化趋势。当ρ ∈[0,0.5]， η ∈[0.01,0.5]时，协调后船公司的利润大于协调前的分散决策情形。当收益共享比例η=0.5时，船公司的利润随 ρ 的增加而减少，且当ρ ∈[0,0.5]，协调后的船公司利润一定大于对应的分散决策情形。

图2 航运物流区块链平台公平关切下的区块链成本共担比例 ρ 对平台和船公司利润的影响趋势Figure 2 The impact of blockchain cost-sharing ratio ρ on profits of the platform and ship companies with fairness concerns

综合图2 (a) 和图2 (b) 可知，当 η =0.5 和ρ ∈[0.4,0.5]时，公平关切下收益共享和区块链成本共担能使航运供应链实现协调优化。另外，相比公平中性下的契约协调比例，航运物流区块链公平关切下收益共享和区块链成本共担的契约协调比例有所缩小。

6 结语

在航运市场竞争日趋激烈的大环境下，货代企业寄希望于应用新技术进行数字化升级改造，以期能够提高自身的竞争力。因此，本文以货代公司投资构建航运物流区块链平台并投入使用为背景，考虑航运物流区块链平台公平关切对航运物流供应链的影响，得出如下研究结论。

航运物流区块链平台的应用有助于加强与船公司的合作，从而有助于实现航运物流供应链的纵向联盟。如前文所述，航运供应链的集中决策 (纵向联盟) 能使平台和船公司获得最大的收益，形成供应链的良性循环。这也从侧面解释了为什么当前市场中的许多企业都在积极布局区块链平台建设。基于区块链技术的数字运输解决方案TradeLens 平台，已经吸引了全球五大航运公司参与，为航运物流供应链提供更强的信任度、更高的透明度和更大的协作力度。

货代公司投资构建航运物流区块链平台并应用的过程中，船公司所获得的利润可能会大于航运物流区块链平台所获得的利润，那么则会产生公平关切问题。在此背景下，航运物流区块链平台的公平关切行为会使其在航运供应链中的分配占比提高，缩小与船公司的利润差距。同时，航运物流区块链平台为追求物流利润分配公平性，在决策时会受到公平关切心理的影响，也许会采取牺牲部分自身收益的行为来惩罚船公司。因此，船公司在关注自身收益的同时，也要关注供应链其他成员的收益，防止供应链上的其他成员因公平关切心理造成供应链效率的损失。船公司若想应用区块链技术所带来的优势，在制定海运运费和区块链成本分担时，应充分考虑平台的盈利水平，充分调动货代公司投资构建航运物流区块链平台的积极性，实现双赢。

“收益共享区块链成本共担”契约协调可以使航运物流区块链平台和船公司实现“共赢”，推动区块链技术在航运物流链中的应用。无论是公平中性还是公平关切下的“收益共享区块链成本共担”的契约协调都可以实现成员利润的帕累托改进，实现航运物流供应链的协调。但公平关切行为会使契约的最佳协调区间的范围缩小，其契约协调比例比公平中性下的契约协调比例更苛刻。

总之，航运物流区块链平台的公平关切行为不仅会影响货代公司是否愿意在航运物流业务中应用区块链技术的行为决策，也会影响船公司及供应链整体的收益。因此研究航运物流区块链平台公平关切下航运供应链的协调问题，是对行为经济学理论的拓展和检验，也有利于深刻揭示区块链技术应用在航运物流链的运作模式及如何促进物流企业合作的方式。本文的实践价值不仅可为航运物流链的成员如何构建和应用航运物流区块链平台提供理论解释，还为考虑公平关切时如何设计航运物流契约协调提供理论依据。