基于納什均衡理論的煤炭供應鏈生態(tài)及博弈策略探討

朱 亮

ZHU Liang

（中國鐵道科學研究院 研究生部，北京 100081）

(Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

基于納什均衡理論的煤炭供應鏈生態(tài)及博弈策略探討

朱 亮

ZHU Liang

（中國鐵道科學研究院 研究生部，北京 100081）

(Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

在闡述納什均衡理論的基礎上，分析煤炭供應鏈產(chǎn)需雙方價格博弈的演變過程，探討基于產(chǎn)需雙方博弈的煤炭供應鏈存在的失衡問題，提出重新構(gòu)建鐵路主導型煤炭供應鏈的思路，對鐵路主導重構(gòu)供應鏈博弈關系、煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體與電企的博弈納什均衡、鐵路主導型煤電供應鏈的衍生價值進行研究，實現(xiàn)生產(chǎn)方、運輸方、需求方合作共贏的局面。

煤炭供應鏈；博弈策略；納什均衡

鐵路是我國煤炭的主要運輸方式，鐵路煤炭運量占社會煤炭總產(chǎn)量的45%以上；同時煤炭也是鐵路的主要貨源，其發(fā)送量約占鐵路貨運總量的50%，周轉(zhuǎn)量約占鐵路貨物周轉(zhuǎn)總量的40%，煤炭與鐵路息息相關、相互依存。在煤炭供應鏈中，鐵路通常只擔當“承運人”角色，專注于提高運能，盡量滿足煤炭運輸需求，對供應鏈格局參與度較少，提供的物流服務主要停留在運輸、裝卸等低層次業(yè)務內(nèi)[1]，缺少增值性較高的現(xiàn)代物流服務。在煤炭火力發(fā)電企業(yè) (以下簡稱“電企”) 逐步占據(jù)主導地位的煤炭供應鏈中，上游供應環(huán)節(jié)利潤空間不斷壓縮的壓力已經(jīng)逐步傳導到鐵路運輸行業(yè)，供應鏈利潤分配失衡的格局已經(jīng)嚴重影響到產(chǎn)運企業(yè)的生存，因而鐵路亟需轉(zhuǎn)變觀念，利用其煤炭運輸影響力，積極引導構(gòu)建均衡穩(wěn)定的煤炭供應鏈。為此，基于納什均衡理論，分析煤炭供應鏈產(chǎn)運雙方博弈演變過程，探討煤炭供應鏈失衡問題，研究構(gòu)建鐵路主導型煤炭供應鏈。

1　煤企與電企博弈納什均衡分析

1.1 納什均衡理論概述

納什均衡 (Nash Equilibrium)，又稱為非合作博弈均衡，假設有 n 個博弈方參與博弈，如果某情況下無一參與者可以獨自行動而增加收益(即為了自身利益的最大化，沒有任何單獨的一方愿意改變其策略)，則此策略組合被稱為納什均衡[2]。

納什均衡的數(shù)學描述為：n 個博弈方博弈，記第 i 個博弈方的第 j 個策略為 sij，若第 i 個博弈方有mi個策略，則第 i 個博弈方策略集可以表示為 si=n 個博弈方各采取一個策略形成一個對策組合，記第 k 個對策組合為 Sk= (Sk1，Sk2，…，Skn)，其中，Ski為第 i 個博弈方策略集 si選取的一個策略，對應 Sk的收益組合為uk= (uk1，uk2，…，ukn)，為第 i 個博弈方對其余博弈方策略組合的最佳對策，ui*為第 i 個博弈方對應策略的收益，則為對策組合 S*=對應的收益，則 u*≥uk(k = 1，2，稱對策組合 S*為該博弈的一個納什均衡[2]，其對應的收益 u*為該博弈的納什均衡解。

1.2 煤企與電企博弈納什均衡分析

在煤炭供應鏈生產(chǎn)、運輸、需求 3 個主要環(huán)節(jié)中，鐵路為承運方，煤炭運價固定，未參與供應鏈博弈，博弈主要在生產(chǎn)、需求雙方進行。以煤礦企業(yè) (以下簡稱“煤企”)與電企為例，博弈環(huán)境基本條件如下：①電力不允許中斷供電，否則受到來自政府部門的壓力或處罰；②煤炭價格按照市場機制運行，煤企之間充分市場競爭；③煤企、電企為市場供需關系，不隸屬于同一家企業(yè)；④電力上網(wǎng)價由國家電網(wǎng)制定；⑤煤炭價格波動超過規(guī)定比例時，啟動煤電價格聯(lián)動機制[3]。在上述條件下，煤企為保障自身利益，有 2個策略選擇，要求煤炭“提價”或者“維持價格不變”；電企也有 2 個策略選擇，要求煤炭“降價”或者“維持價格不變”。假設在維持現(xiàn)有煤炭價格水平的初始狀態(tài)下，煤企、電企獲得的收益均為 5，初始收益表達為 (5，5)。

1.2.1 煤炭景氣時期博弈關系分析

在煤炭景氣時期，煤企占據(jù)主動權，為追求更大利潤，提出煤炭“提價”的要求，電企可以選擇“同意”或者“不同意”策略。如果電企選擇“同意”提價，假定煤企收益增加 a，電企收益減少 a，則煤企、電企獲得的收益變?yōu)?(5+a，5-a)；如果電企選擇“不同意”提價，煤企可以將煤炭供應給愿出更高價格的其他電企，該電企將面臨煤炭中斷供應、導致電力缺口的情況出現(xiàn)；由于地方政府對煤企無法直接約束，為保障當?shù)厣a(chǎn)、生活電力的正常供應，地方政府不允許出現(xiàn)“電荒”的情況，如果電企仍然拒絕提價導致煤炭中斷供應出現(xiàn)“電荒”，將面臨地方政府的重罰[4]，在這樣的情況下，假定處罰后電企最終收益為 -10，煤企可以原價將煤炭供應其他電企，獲得的收益仍然為5，則煤企、電企此時獲得的收益為 (5，-10)。同理，如果電企提出“降價”要求，煤炭企業(yè)顯然不會同意，可以維持現(xiàn)價將煤炭供應給其他電企，收益不受損失 (5，5)；而電企則面臨煤炭中斷供應，對應收益為 (5，-10)。景氣時期煤企、電企價格博弈標準式如表1 所示。

顯然，對煤企來說提價能夠獲得最大利益，是煤企最優(yōu)策略；對電企來說接受提價比拒絕提價損失要小，也是電企最佳策略。因此，(5+a，5-a) 是煤企與電企博弈的惟一納什均衡解，博弈的最終結(jié)果是煤企提價、電企接受。以上博弈重復發(fā)生，直至電企失去交易的能力為止。如果由于煤炭價格上漲幅度過大，觸發(fā)煤電價格聯(lián)動機制，上調(diào)上網(wǎng)電價，電企收益空間有所提高，但煤炭供需關系如果仍然沒有出現(xiàn)改變，將繼續(xù)進入博弈循環(huán)，直至電企失去交易的能力為止，供應鏈收益將逐步被煤企占據(jù)。例如，2008—2011年煤價居高不下 (環(huán)渤海動力煤價格最高超過 1 000 元/t)，電企大面積虧損但仍需保障供電。

表1 景氣時期煤企、電企價格博弈標準式

1.2.2 煤炭不景氣時期博弈關系

在煤炭不景氣時期，煤企、電企的博弈關系主要存在以下 2 種情況。①情況 1：電企可以隨時在市場中找到替代降價煤源且成本不變；②情況 2：電企在市場中可找到替代煤源，但成本上升。

（1）在情況 1 下，電企占據(jù)主動權，為追求更大利潤，提出煤炭“降價”的要求，煤企可以選擇“同意”或者“不同意”策略。如果煤企選擇“同意”降價，假定電企收益增加 a，煤企收益減少 a，煤企、電企獲得的收益為 (5-a，5+a)；如果煤企選擇“不同意”降價，煤企達不成交易，獲取的收益為 0，電企可以從市場上其他煤企購買到降價的電煤，收益仍為 5+a，則煤企、電企獲得的收益為 (0，5+a)；煤企要求提價，電企顯然不會同意提價要求，可以從市場尋找其他低價煤源，收益不變?nèi)匀粸?5，煤企達不成交易，獲取收益為 0，煤企、電企獲得收益為 (0，5)。不景氣時期情況 1 下煤企、電企價格博弈標準式如表2 所示。

表2 不景氣時期情況 1 下煤企、電企價格博弈標準式

在煤炭不景氣時期的博弈中，(5-a，5+a) 是博弈的惟一均衡解，即電企先做選擇要求降價，煤企可以選擇拒絕，但拒絕的結(jié)果是電企從其他煤企購煤，收益不變，而煤企達不成交易，得不到收益。因此，通常煤企不得不接受降價的要求。該博弈重復發(fā)生，直至煤企失去交易能力為止。

（2）在情況 2 下，煤企對于電企“降價”的要求，選擇“同意”策略，則收益為 (5-a，5+a)。如果煤企選擇“不同意”降價，煤企達不成交易，獲取的收益為 0，電企可以從市場上其他煤企購買到替代的電煤，但是收益由于替代煤源的價格、煤炭調(diào)運距離不同等因素影響，收益較之前減少b，則煤企、電企獲得的收益為 (0，5-b)；煤企要求提價，電企尋找替代煤源，對應收益為 (0，5-b)。不景氣時期情況 2 下煤企、電企價格博弈標準式表如表3 所示。

表3 不景氣時期情況 2 下煤企、電企價格博弈標準式

當 b＞a 時，電企如果提出降價要求，考慮到如果煤企不同意，期望獲取的收益 a 小于尋找替代煤源帶來的損失 b 時，電企得不償失，可能放棄提出降價的要求，雙方維持原價，繼續(xù)保持原有均衡，進入 (5，5) 的納什均衡。

當 b≤a 時，電企如果提出降價要求，考慮到如果煤企不同意，談判破裂會帶來損失 b；但是如果煤企同意，就將帶來更大的期望收益 a，可能提出降價的要求，此時形成“獨木橋”博弈，電企具有巨大的先入優(yōu)勢。為應對電企降價要求，煤企將擇優(yōu)選擇損失較小的策略，同意降價只損失 a，否則將完全得不到收益，即雙方進入 (5-a，5+a) 的納什均衡。

以上博弈重復發(fā)生，直至煤企失去交易能力為止。如果由于煤炭價格下跌幅度過大，觸發(fā)煤電價格聯(lián)動機制，下調(diào)上網(wǎng)電價，現(xiàn)有水平下電企收益空間下降，而煤炭仍然供大于需，電企將繼續(xù)下探煤炭底價，進入博弈循環(huán)，直至煤企失去交易的能力為止，供應鏈收益將逐步被電企占據(jù)。此時，即使鐵路煤炭運價下調(diào)，讓出的利潤空間最終將逐步被電企吸收，鐵路企業(yè)、煤企不會從中受益。例如，2012年以來煤炭供需環(huán)境發(fā)生變化后，煤炭價格持續(xù)下跌，煤炭企業(yè)大規(guī)模虧損。

2　煤炭供應鏈失衡問題的解決思路

2.1 煤炭供應鏈失衡問題

在煤企和電企市場博弈的過程中，由于供電需求的政府性干預和煤炭市場價格的放開，政府計劃體制與市場運行機制沖撞[4]，導致煤電產(chǎn)業(yè)鏈利益分配時常出現(xiàn)失衡現(xiàn)象。

（1）當電力供應緊張時，作為需求方的電企在煤炭價格居高時幾乎不可能減少對電煤的需求，電企沒有議價能力，煤炭企業(yè)不斷通過提價擠占電企利潤空間，導致電企出現(xiàn)大面積虧損。從短期看，將影響電企生產(chǎn)積極性，以各種手段減少發(fā)電，導致“電力缺口”及“電荒”現(xiàn)象；從長期看，長期虧損經(jīng)營將導致電企投資能力不足，對電企裝機容量擴容投資、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級等帶來不利影響。

（2）當電力需求低迷時，電力企業(yè)不會因為電煤價格下降而增加發(fā)電量，而煤炭企業(yè)在生產(chǎn)慣性作用下，供大于求，電煤供需關系得不到改善，煤企無議價能力，電企不斷通過壓低到廠煤價，擠占煤炭供應鏈上游企業(yè)的利潤空間。更為嚴重的是，如果煤炭降價觸發(fā)煤電聯(lián)動機制，處于供應鏈弱勢的煤企生存空間將進一步壓縮，甚至可能觸發(fā)煤炭供應鏈金融風險發(fā)生[5]。2015年以來，上網(wǎng)電價已經(jīng)分別下調(diào) 0.02 元/(kW · h) 和 0.03 元/(kW · h)，對應煤炭利潤空間下降約合 70 元/t，煤炭企業(yè)直接面臨大面積虧損、員工下崗等。

綜上所述，煤企、電企雙方博弈的煤炭供應鏈缺乏穩(wěn)定的供應鏈利潤分配支撐點，存在失衡問題，產(chǎn)需企業(yè)任何一方占據(jù)主導地位，在市場作用下，都將快速導致另外一方經(jīng)營困難，從長期來看不利于煤炭產(chǎn)需的穩(wěn)定銜接，不利于供應鏈企業(yè)健康發(fā)展。特別是在當前煤炭蕭條背景下，煤企經(jīng)營困難的壓力已經(jīng)直接傳導到鐵路運輸行業(yè)，2015年全國鐵路煤炭發(fā)送量僅為 20 億 t，同比下降12.6%，鐵路即使采取下調(diào)運價等措施，讓出的利潤空間也將逐步從煤企轉(zhuǎn)移到電企手中，煤企經(jīng)營困難的局面得不到根本改觀。鐵路作為煤炭運輸?shù)闹饕绞剑瑧l(fā)揮其在煤炭供應鏈中的行業(yè)影響力，參與煤炭供應鏈博弈，抑制上游供應環(huán)節(jié)利潤空間不斷被擠壓的趨勢，積極引導構(gòu)建均衡穩(wěn)定的煤炭供應鏈。

2.2 煤炭供應鏈失衡問題的解決思路

目前在煤炭不景氣的背景下，煤企“多頭對外”與電企價格博弈，由于買方市場中電企處于強勢地位，煤企處于不利地位，同時煤企還要面對行業(yè)間傾銷競價博弈，在“買漲不買跌”的市場預期下，電煤滯銷情況時常發(fā)生，影響鐵路煤炭運量。因此，針對這樣的情況，可以從煤企、電企市場博弈主體結(jié)構(gòu)入手，在鐵路運輸依賴性較高的地區(qū)建立區(qū)域煤炭儲配交易中心，購入煤炭自銷或煤企委托銷售電煤，形成煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體，由區(qū)域煤炭儲配交易中心對接區(qū)域內(nèi)電企購煤需求，變“多頭對外”為“統(tǒng)一對外”與電企價格博弈，構(gòu)建鐵路主導型煤炭供應鏈。

2.2.1 鐵路主導重構(gòu)供應鏈博弈關系

構(gòu)建鐵路主導型煤炭供應鏈，就是利用鐵路企業(yè)的網(wǎng)絡優(yōu)勢和對煤炭運輸?shù)木薮笥绊懥?，將業(yè)務觸角向煤炭供應鏈上下游同時延伸，整合煤源供給、運輸、倉儲、配煤、配送等各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對煤炭供應鏈的主導管理。構(gòu)建鐵路主導型煤炭供應鏈需要做好線上平臺和線下通道 2 個方面的建設。

（1）依托“全路一張網(wǎng)”的統(tǒng)一主體優(yōu)勢，線上建立煤炭商務網(wǎng)絡平臺，聚攏上游眾多煤炭資源供應商，銜接下游需求企業(yè)生產(chǎn)計劃和需求信息，整合供需信息并基于運力供給能力，為下游需求企業(yè)提供個性化、最優(yōu)化的煤炭綜合解決方案，并基于煤炭商務網(wǎng)絡平臺提供貨物查詢、結(jié)算支付、金融配套支持、在線服務等相關功能，實現(xiàn)煤炭供應鏈的信息流、資金流的線上平臺管理。

（2）線下將適宜節(jié)點改造為鐵路煤炭儲配基地[6]，借助鐵路網(wǎng)絡全覆蓋的區(qū)位優(yōu)勢和強大的通道輸送能力支撐，圍繞定制的煤炭綜合解決方案，整合煤炭運輸、倉儲、交易、加工、配送等系列環(huán)節(jié)，多渠道、多品種聚集煤源，精益匹配訂制煤種，大規(guī)模集成定向配煤服務，并將優(yōu)質(zhì)標準的煤炭產(chǎn)品通過準時制[7]班列配送交付到下游電企。

以線上為導向優(yōu)化需求，以線下為載體兌現(xiàn)需求，線上線下融合互動，系統(tǒng)實現(xiàn)鐵路主導型的煤電縱向一體化供應鏈。

2.2.2 煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體與電企的博弈納什均衡

煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體由煤企和鐵路運輸企業(yè)聯(lián)合組成，煤企負責煤炭生產(chǎn)供應，鐵路運輸企業(yè)負責煤炭運輸儲配，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體在與電企價格博弈過程中策略保持協(xié)調(diào)一致。在煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體成立的條件下，假設初始狀態(tài)煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體、電企獲得的收益均為 5，收益表達為(5，5)。如果電企為追求更大利潤，提出煤炭“降價”的要求，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體可以選擇“同意”或者“不同意”策略。如果煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體選擇“同意”降價，假定電企收益增加 a，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體收益減少 a，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體、電企獲得的收益為 (5-a，5+a)；如果煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體選擇“不同意”降價，達不成交易，獲取的收益為 0，但電企將得不到充足電煤，出現(xiàn)電荒情況面臨政府的壓力，假定處罰后電企最終收益為 -10，則煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體、電企獲得的收益為 (0，-10)。同理，電企提出“維持原價”要求，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體選擇“同意”，收益維持 (5，5) 不變；如果選擇“不同意”，達不成交易，則煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體、電企獲得的收益為 (0，-10)。煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體與電企關于降價博弈的標準式如表4 所示。

表4 煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體與電企降價博弈標準式

可以看出，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體拒絕降價的后果是電企無法承受的，電企最好的博弈策略是維持現(xiàn)價，雙方維持現(xiàn)價繼續(xù)保持原有均衡，進入(5，5) 的納什均衡，煤炭價格持續(xù)被壓低的趨勢被遏制。但是，作為鐵路主導的煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體，首要責任是改變當前收益嚴重失衡的局面，讓煤炭供應鏈各方收益均保持在合理區(qū)間內(nèi)，3 方均能健康穩(wěn)定發(fā)展。面對當前煤企大面積虧損、經(jīng)營困難的局面，煤炭產(chǎn)運聯(lián)合體可以提出漲價要求；同樣，對于電企來說，將不得不接受漲價要求。當煤炭價格達到 3 方均能接受、3 方收益均合理的局面時，以鐵路為主導的穩(wěn)定的煤炭供應鏈形成。

2.2.3 鐵路主導型煤電供應鏈的衍生價值

基于鐵路主導型煤電供應鏈，能夠在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置煤炭資源，節(jié)省供應鏈成本支出，并創(chuàng)造匹配性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性衍生價值，實現(xiàn)互惠合作、3 方共贏的格局。

（1）煤企。對煤企而言，整列集貨發(fā)往鐵路煤炭儲配基地，更便于礦區(qū)貨源組織，同時能夠?qū)⒚禾繋齑媲爸弥撩禾績ε浠兀徑饷旱V堆場壓力，并在購煤交易中搶占先機。煤企與鐵路聯(lián)手，能夠穩(wěn)住當前供應鏈收益向上游擠壓的失衡局面，增加煤炭價格談判的話語權，爭取更大的價格生存空間。

（2）鐵路企業(yè)。對鐵路企業(yè)而言，能夠?qū)⒎窄h(huán)節(jié)延伸到上下游，拓展鐵路多元經(jīng)營收益，未來還可以進一步向區(qū)域煤炭交易中心[8]升級轉(zhuǎn)型，具有廣闊的物流增值服務空間。同時依托煤炭儲配基地“蓄水池”功能，突破煤炭準時制運輸跨鐵路局協(xié)調(diào)困難、無法開行的限制，只需要在區(qū)域內(nèi)實行準時制運輸，即能達到跨鐵路局準時制的整體效果。通過煤炭運輸組織流程優(yōu)化，能夠節(jié)省裝車不足整列的散煤技術解編的問題，解決節(jié)假日煤炭斷供和困難卸車點“梗阻”等問題，節(jié)省鐵路內(nèi)部生產(chǎn)成本。

（3）電企。對電企而言，能夠在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)煤源優(yōu)化配置，按需供煤、隨用隨取、個性化服務，在享受更高端物流服務的同時，能夠有效地節(jié)省電企燃煤成本，降低電企電煤儲配支出和庫存資金占用。

綜上分析，在煤企、鐵路、電企 3 方均受益的背景下，任何一方脫離供應鏈都將帶來自身利益的損失；只有 3 方共同合作，才能充分挖掘供應鏈整合所創(chuàng)造的衍生價值。因此，鐵路主導型煤電供應鏈能夠改變傳統(tǒng)供應鏈的非合作博弈格局，3 方互惠合作，供應鏈運作更加穩(wěn)定、高效。

3　結(jié)束語

當前煤炭供應鏈生產(chǎn)、運輸、需求環(huán)節(jié)利潤分配嚴重失衡，使煤企、鐵路行業(yè)均陷入經(jīng)營困境。構(gòu)建鐵路主導型煤炭供應鏈，既是鐵路運輸企業(yè)向一流物流企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)在需求，也是維護煤炭供應鏈企業(yè)生態(tài)健康發(fā)展的客觀要求。鐵路應轉(zhuǎn)變角色觀念，充分利用其路網(wǎng)及運力資源優(yōu)勢，與上下游企業(yè)充分開展合作，主動融入煤炭供應鏈管理中，通過整合銜接供需關系、創(chuàng)新物流組織方式，節(jié)省內(nèi)部生產(chǎn)成本，創(chuàng)造供應鏈衍生價值，實現(xiàn)生產(chǎn)方、運輸方、需求方合作共贏的局面。

[1] 徐 偉. 我國煤炭流通體系現(xiàn)狀、問題及發(fā)展趨勢[J]. 發(fā)展研究，2014(8)：10-23. XU Wei. Present Situation，Issues and Development of China Coal Circulation System[J]. Development Research，2014(8)：10-23.

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責任編輯：王 靜

Discussion on Ecology and Game Strategy of Coal Supply Chain based on Nash Equilibrium Theory

Based on expounding Nash equilibrium theory, this paper analyzes the evolution process of price game between production and demand of coal supply chain, and discusses the unbalanced problem existing in coal supply chain based on game between production and demand, and puts forward the thinking of re-building railway dominant coal supply chain, and studies the game relationship of railway dominant re-building supply chain, the game Nash equilibrium between the union of coal product transportation and the electric power enterprise as well as the derived value of railway dominant coal & electricity supply chain, so as to realize the cooperation win-win situation among the production party, the transport party and the demand party.

Coal Supply Chain; Game Strategy; Nash Equilibrium

1003-1421(2016)05-0074-06

F259.22；O225

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.05.16

2016-03-18

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題(2015X006-A)