航運企業(yè)競合博弈仿真研究

（華僑大學 工商管理學院，福建 泉州 362021）

1 引言

當前航運市場競爭激烈，企業(yè)間爭相開啟價格戰(zhàn)，行情不斷低迷。面對近乎負利潤的殘酷市場，航運企業(yè)之間時而選擇合作聯(lián)盟，共擔成本與風險，共同抵抗競爭對手；時而選擇競爭，昨日的伙伴轉眼成為你死我活的商業(yè)對手，甚至相同的兩家企業(yè)可能在不同航線上同時存在合作和競爭的奇異現(xiàn)象。

航運企業(yè)這種競爭與合作并存交錯變幻的經(jīng)營策略與現(xiàn)象，其內(nèi)部有著怎樣深層次的決策機理，吸引了很多專家學者的注意：例如Brian slack、Claude Comtois和Robert McCalla研究了集裝箱運輸業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟的三個主要特征：航線變化、船隊發(fā)展及掛靠港口調整[1]；Dong-Wook song和Photis M.Panayides應用合作博弈理論分析了班輪運輸戰(zhàn)略聯(lián)盟的利益分配[2]；封學軍受航運企業(yè)結盟的啟發(fā)，使用伯特蘭德寡頭模型分析了兩個港口物流戰(zhàn)略聯(lián)盟的假設案例[3]；章雁、盧長利對于古諾模型的應用進行創(chuàng)新，根據(jù)航運業(yè)的現(xiàn)實狀況，建立了一個含有n個航運寡頭的模型，并進一步運用斯塔伯格寡頭模型分析了國際航運市場的領導者和追隨者之間的利潤分配和變化[4]；陳沿伊，都成祥建立了一個聯(lián)盟中兩企業(yè)對于是否采取合作策略的博弈模型，分析了在重復博弈的情形下長江散貨航運聯(lián)盟的穩(wěn)定性[5]；王丹、趙媛、劉芃引入進化博弈論的“進化穩(wěn)定策略”和“復制動態(tài)”來分析航運聯(lián)盟的發(fā)展[6]；王煥臣運用動態(tài)博弈對集裝箱航運企業(yè)聯(lián)盟進行了研究[7]；王然從班輪公司經(jīng)營管理決策的方法方面，基于綜合控制論建立了航運企業(yè)經(jīng)營管理的科學模型[8]；季瑤瑤對航運企業(yè)競爭合作策略的博弈論研究方法，如動態(tài)博弈、重復博弈、有限理性和進化博弈等方面的研究成果進行了綜述[9]；閻媛運用系統(tǒng)動力學方法分析了企業(yè)競爭力主要因素之間的因果關系，建立了系統(tǒng)仿真流圖[10]；李季芳站在供應鏈的角度，探討了經(jīng)濟全球化背景下供應鏈節(jié)點企業(yè)競爭合作博弈[11]等。

這些研究為揭示航運企業(yè)間競合策略決策選擇的機理進行了有益的開拓，取得了初步的成果。本文在前人的研究基礎之上，嘗試運用動態(tài)博弈和智能體仿真方法來建立航運企業(yè)競合博弈仿真模型，并以中遠、中海在石湖港的實際競合博弈為例，闡釋航運企業(yè)競合決策作用機理，希望為航運企業(yè)競合策略的科學決策提供一種有實際價值的理論分析工具。

2 航運企業(yè)競合博弈仿真模型

2.1 航運企業(yè)競合策略影響因素分析

通過對中遠、中海等航運企業(yè)的實際調查得到，航運企業(yè)的競合決策需要考慮運營和外部大環(huán)境兩類影響因素：

首先，航運企業(yè)在某條航線上選擇聯(lián)盟合作的可能性主要取決于以下幾個要素：（1）航運市場狀況。（2）航運市場的蕭條對各企業(yè)收益的影響，市場繁榮對企業(yè)之間聯(lián)盟概率的影響。（3）預聯(lián)盟對象在該條航線上單獨運營的成本、單獨運營的收益，以及預計聯(lián)盟后運營的成本、聯(lián)盟后的收益。（4）自身對預聯(lián)盟對象的聯(lián)盟需求強度。

這幾個要素都應納入企業(yè)在該條航線的運營要素中。

其次，航運企業(yè)處在共同的外部大環(huán)境中。這個大環(huán)境包括政府政策、其他的航運企業(yè)及相關企業(yè)、自然環(huán)境、港口自然條件等，航運企業(yè)共同受制于這個大環(huán)境。由于本文研究的是航運企業(yè)競合決策的制定，并且企業(yè)在制定決策時主要考慮對方企業(yè)能夠給自身帶來什么，也就是說主要考慮對方企業(yè)自身的因素，所以本文的模型中會將大環(huán)境中的政府政策、港口條件等共同外界因素納入到一個“environment”變量中，而不是把他們看做一個個獨立要素來單獨分析其對兩企業(yè)的影響。

此外，在這個大環(huán)境中，他們的運行需要一些控制機制，控制各要素反應的先后順序，以及控制兩個企業(yè)的行動，使模型能夠實現(xiàn)兩個企業(yè)行動的先后順序，以及對對方的決策做出反應。

因此，整個博弈系統(tǒng)模型由航運企業(yè)、各自航線運營要素、外部大環(huán)境和控制機制組成，具體如圖1所示。

圖1 競合博弈系統(tǒng)結構要素圖

2.2 航運企業(yè)競合博弈模型

本文的航運企業(yè)假設前提是雙方均為理性和獨立的經(jīng)濟體，追求企業(yè)利潤的最大化和長遠發(fā)展。航運市場是一個多寡頭壟斷的市場，為降低研究難度，本文以最簡單的雙寡頭競爭為例，研究具有相同的經(jīng)濟腹地、具有相同或者相似的貿(mào)易物種，企業(yè)規(guī)?；旧舷喈?shù)膬蓚€航運企業(yè)之間的競合決策。兩個企業(yè)聯(lián)盟后成為一個聯(lián)盟體，他們的收益值和成本存在此消彼長的關系。

航運企業(yè)之間的博弈假設為基于完全信息下的動態(tài)博弈：在博弈中，企業(yè)雙方都擁有另一方的特征、策略集合（競爭和合作），以及收益函數(shù)方面的信息。并且在博弈時考慮時間因素，企業(yè)的行動有先后順序，這種博弈會多階段的重復進行下去。

在以上基本前提下，在前人的研究基礎之上進行如下假設[7]：

（1）航運市場的繁榮與蕭條是一個循環(huán)過程，這里假設集裝箱運價指數(shù)為p0。市場繁榮的概率為P，當整個市場低迷時，行情對各企業(yè)收益的影響協(xié)調系數(shù)為a（0＜a＜1）；當市場繁榮時，對于企業(yè)聯(lián)盟合作的概率的影響系數(shù)為b（0＜b＜1）。

（2）企業(yè)1在這條航線上獨立運營的年均收益為U1，企業(yè)2為U2，聯(lián)盟成功后聯(lián)盟體內(nèi)企業(yè)1與企業(yè)2年均收益分別為Us1、Us2，聯(lián)盟年均總收益為U。

（3）企業(yè)1在該條航線上獨立運營時的集裝箱載箱率為x1，企業(yè)2為x2，聯(lián)盟成功后兩企業(yè)共艙，聯(lián)盟體內(nèi)兩企業(yè)的集裝箱載箱率均為x3。企業(yè)1預計年投入該航線的運力為s1（單位：TEU），企業(yè)2為s2（單位：TEU）。

（4）企業(yè)1聯(lián)盟合作的概率為P1，企業(yè)2聯(lián)盟合作的概率為P2。

（5）企業(yè)1在某條航線上單獨運營的單位成本為C1，年均總成本為C1z，企業(yè)2在該條航線上單獨運營的單位成本是C2，年均總成本為C2z；聯(lián)盟成功后，聯(lián)盟體內(nèi)兩企業(yè)在該條航線上運營的單位成本分別為Cs1、Cs2，年均總成本分別為 Cs1z、Cs2z，這里有 C1z+C2z＞Cs1z+Cs2z＞C1z、C1z+C2z＞Cs1z+Cs2z＞C2z，C1z＞Cs1z，C2z＞Cs2z。

（6）建立聯(lián)盟由企業(yè)1提出，且假設無論聯(lián)盟是否成功，企業(yè)1都沒有任何商業(yè)信息和經(jīng)濟損失。如果企業(yè)2拒絕，那么企業(yè)1對企業(yè)2的聯(lián)盟合作需求值降低y，y的取值介于（1-10）之間。

用博弈樹來表明競合決策之間的關系，如圖2所示。

圖2 競合博弈樹

根據(jù)博弈樹，共有六種結果：合作一、競爭二、競爭三、合作四、競爭五、競爭六。基于博弈樹，計算各種結果的均衡收益值，進一步推出兩企業(yè)各自的期望收益E1與E2，見表1。

表1 企業(yè)期望收益

基于企業(yè)追求利潤最大化的原理，要得到預期利潤的最大化，E1、E2分別對P1、P2求偏導，并且令偏導式為0，于是得到均衡解P1、P2如下：

對以上均衡解的經(jīng)濟含義具體解釋如下：

（1）航運市場狀況P與聯(lián)盟可能性呈負相關。當航運市場繁榮時，各個航運企業(yè)在某條航線上獨立生存的可能性越大，相應聯(lián)盟的可能性也就越小。

（2）航運市場的蕭條對收益的影響系數(shù)a與聯(lián)盟可能性呈正相關。因為蕭條對企業(yè)收益的影響系數(shù)a越大，企業(yè)收益的波動性就越大，越不穩(wěn)定，企業(yè)就越想要通過企業(yè)之間的聯(lián)盟合作，來削弱市場蕭條帶來的影響，提高自己的抗風險能力。

（3）航運市場的繁榮對企業(yè)聯(lián)盟概率的影響系數(shù)b與聯(lián)盟的可能性呈正相關。

（4）預聯(lián)盟對象在該條航線上單獨運營的年均成本與聯(lián)盟可能性呈負相關。成本越小，表明企業(yè)經(jīng)營能力越強，發(fā)起企業(yè)更可能向這種企業(yè)發(fā)出聯(lián)盟邀請，以利用這個企業(yè)的優(yōu)勢資源來減少本企業(yè)獨立運營的成本，所以，聯(lián)盟的可能性越大。

（5）預聯(lián)盟對象在該條航線上單獨運營的年均收益與聯(lián)盟可能性呈正相關。收益越大，表明企業(yè)具有越強的資源整合優(yōu)勢，其他企業(yè)越想與這個企業(yè)進行聯(lián)盟來利用其優(yōu)勢，以彌補自身在這方面的不足。

（6）聯(lián)盟后對方預期的航線年均運營成本與聯(lián)盟可能性呈正相關，因為假設聯(lián)盟的總成本是一定的，對方企業(yè)的成本占比比較大，那么自身企業(yè)投入的成本就會比較小，就會越有利于自身企業(yè)，就更可能選擇聯(lián)盟。

（7）聯(lián)盟后預期對方的年均收益與聯(lián)盟可能性呈負相關。由于外貿(mào)假設聯(lián)盟的總收益值是一定的，所以對方企業(yè)在聯(lián)盟中的收益越大，自身企業(yè)在聯(lián)盟中的收益就會越小，因此，自身就越不愿與其聯(lián)盟，聯(lián)盟的概率就會越小。

（8）發(fā)起方對于后起者的聯(lián)盟需求與聯(lián)盟可能性呈正相關。即y值越大，表明企業(yè)1想要與企業(yè)2聯(lián)盟的概率越小。y表示的是假如企業(yè)2拒絕了企業(yè)1的聯(lián)盟邀請之后，企業(yè)1對企業(yè)2聯(lián)盟的需求就降低y，這對于企業(yè)2來說就形成了機會成本，對于其未來建立聯(lián)盟可能帶來的收益值就會造成威脅。

通過對于各個影響要素的調查分析，可以得出企業(yè)選擇聯(lián)盟的可能性，當發(fā)起企業(yè)預測的可能性P1大于0.5時，就提出聯(lián)盟邀請，后起者根據(jù)自身聯(lián)盟可能性的預測拒絕或者接受邀請，發(fā)起者根據(jù)其反應做出最終決策，以此來判斷選擇聯(lián)盟的時機。

2.3 基于智能體的競合博弈仿真模型

為模擬上述模型中航運企業(yè)之間多階段的動態(tài)競合博弈過程，采用anylogic仿真軟件建立基于智能體的仿真模型。

模型主要是由智能體（agent）、事件（event）、參數(shù)（parameter）、變量（plain variable）、環(huán)境（environment）組成。

根據(jù)兩個企業(yè)發(fā)起聯(lián)盟的主動性，分別建立發(fā)起者和接受者兩種智能體，其判斷邏輯圖如圖3、圖4所示。

前述航運企業(yè)的競合決策需要考慮運營和外部大環(huán)境兩類影響因素，外部大環(huán)境中的政府政策、港口條件等共同外界因素納入到“environment”環(huán)境變量中，運營要素通過參數(shù)設定和變量動態(tài)反映其變化。

圖3 發(fā)起者智能體判斷邏輯圖

圖4 接收者智能體判斷邏輯圖

另外，通過事件周期性地驅動航運企業(yè)對當前市場環(huán)境進行判斷，決定是否發(fā)起聯(lián)盟邀請。最后建立起的航運企業(yè)港口博弈仿真模型如圖5所示。

在模型中，企業(yè)根據(jù)外界環(huán)境做出判斷，兩者的決策按照前述智能體內(nèi)部邏輯進行博弈互相影響，最終的合作概率P1、P2通過概率趨勢圖反映出來。

3 實例應用

將調查收集到的中遠、中海近幾年的相關數(shù)據(jù)運用到以上模型中，對中遠、中海在泉州市石湖港實際競合博弈的實例進行仿真，以驗證其適用性。

3.1 天津線

根據(jù)調查資料顯示，2013年之前，石湖港的中遠與中海兩家企業(yè)在天津線上不存在合作關系，那幾年的中國平均出口集裝箱運價指數(shù)p0=1 200，中遠自身獨立運營的單位成本為C1=1 000元，獨立運營時的集裝箱載箱率為x1=76%，年投入天津線的運力為s1=96 000TEU；中海自身單獨運營的單位成本為C2=900元，集裝箱載箱率為x2=72%，年投入該航線的運力為s2=90 000TEU。聯(lián)盟成功后，集裝箱載箱率x3=95%，中遠的成本降低為原來的96%，中海的成本降低為原來的90%，因為市場難測，令其繁榮的概率為p=1/2，航運市場低迷時，對企業(yè)首頁的影響協(xié)調系數(shù)為a=0.9，航運市場繁榮時，對聯(lián)盟概率的影響系數(shù)b=0.9，中遠對于與中海聯(lián)盟的需求增量值為y=5。

將相關數(shù)據(jù)運用到模型中，運行結果見表2。

圖5 航運企業(yè)港口博弈仿真模型主圖

表2 天津線運行結果展示表

從仿真結果可以看出，中遠希望與中海合作，并且中海接受了合作邀請，最后兩家企業(yè)達成了合作關系。也就是說在2013年之前的那種局勢下，兩家企業(yè)應該在接下來的幾年里聯(lián)盟合作，這樣彼此都能獲得較高的期望收益。

而事實情況是，2013年中遠和中海兩家航運企業(yè)在天津線上確實聯(lián)盟合作了，而且聯(lián)盟后，效果明顯，聯(lián)盟前最多一周兩個班次，聯(lián)盟后一周至少三個班次，而且經(jīng)常出現(xiàn)爆倉的情況，可見模型運行結果與實際情況相符。

3.2 上海線

根據(jù)調查資料顯示，2013年之前，石湖港的中遠與中海兩家企業(yè)在上海線上不存在合作關系，那幾年的中國出口集裝箱運價指數(shù)p0=1 200，中遠自身獨立運營的單位成本為C1=1 100元，獨立運營時的集裝箱載箱率為x1=96%，年投入上海線的運力為s1=19 200TEU；中海自身單獨運營的單位成本為C2=1 000元，集裝箱載箱率為x2=90%，年投入該航線的運力為s2=15 000TEU。聯(lián)盟成功后，集裝箱載箱率x3=99%，中遠的成本降低為原來的96%，中海的成本降低為原來的90%，因為市場難測，令其繁榮的概率為p=1/2，航運市場低迷時，對企業(yè)收益的影響協(xié)調系數(shù)為a=0.9，航運市場繁榮時，對聯(lián)盟概率的影響系數(shù)b=0.9，中遠對于與中海聯(lián)盟的需求增量值為y=5。

將相關數(shù)據(jù)運用到模型中，運行結果見表3。

表3 上海線運行結果表

由運行結果可以看出，在2013前幾年那種局面下，在上海線上，中遠打算在2013年后幾年與中海進行合作，向中海發(fā)出了聯(lián)盟邀請，但是被中海拒絕，最后兩企業(yè)成為競爭關系。也就是說，在這種情況下，兩企業(yè)不應該進行合作，這樣對彼此都有利。

事實上，中遠和中海確實在之后的幾年里一直都是競爭關系，并未合作，模型運行結果與實際情況相符。

3.3 影響因素對聯(lián)盟決策的敏感性分析

運用本文的航運企業(yè)競合博弈仿真模型，除了可以根據(jù)當前情況進行聯(lián)盟決策支持，相關航運企業(yè)還可以主動通過一定的改良措施，提高自身的集裝箱載箱率等因素，來改變談判的主動權，增強競合談判能力。

以中遠、中海在天津線上的案例為例，中遠通過一系列措施改變自身單獨運營時的集裝箱載箱率x1，那么中海的合作可能性就會受到影響，具體如圖6所示。

圖6 x1變動影響曲線圖

由圖6可以看出，隨著中遠集裝箱載箱率的提高，中海的合作概率越大，越偏向于與中遠合作。并且可以進一步看出，隨著中遠集裝箱載箱率的提高，中海的合作概率變化會有較為平緩的增幅。由此可見，中遠可以通過一系列的技術措施，提高自身的集裝箱載箱率，來改善聯(lián)盟局勢，使自身處于談判的優(yōu)勢地位。

同樣以中遠、中海兩航運企業(yè)在天津線上的案例為例，中海通過一系列措施改變自身單獨運營時的單位成本C2，中遠的合作可能性就會受到影響，具體如圖7所示。

圖7 C2變動影響曲線圖

由圖7可以看出，隨著中海的單位運營成本的升高，中遠的合作概率越小，越?jīng)]有與中海合作的興趣。并且，隨著成本的逐漸增大，中海的合作概率減少得越來越多，也就是說概率對成本的變化很敏感。那么，中?？梢酝ㄟ^一系列的改進措施，來降低自身的營運成本，以提高自身的談判地位。

這樣，企業(yè)就可以通過分析自身以及對方的航線運營成本、載箱率以及相關的影響因素，制定自身的相關決策措施。

4 結語

本文結合航運業(yè)的市場情況，對航運企業(yè)之間的競合博弈進行了研究與分析，運用博弈理論中的完全信息動態(tài)博弈理論，透過期望收益來反推影響合作的相關因素，通過對各因素的調查與分析，建立了基于智能體的競合博弈仿真模型，以期為航運企業(yè)在復雜競爭環(huán)境下競合時機的選擇提供決策依據(jù)。并將調查所得的中遠和中海兩航運企業(yè)在石湖港的歷史數(shù)據(jù)運用到模型中，與市場實際情況相比對，驗證了模型的適用性。

由于研究資源所限，模型對影響因素進行了簡化，今后進一步的研究，可以在此基礎上運用系統(tǒng)動力學在更寬廣的范圍進行更加精確和長期的預測：比如說通過腹地GDP和人口的變化預測腹地貨運量的長期動態(tài)變化，通過確立因果關系建立反饋循環(huán)模型，進一步預測集裝箱海運貨運量、航線貨運量的長期動態(tài)變化，然后預估這些因素變化對企業(yè)競合決策的影響。

[1]Brian slack，Claude Comtois，Robert McCalla.Strategic alliance in the container shipping industry:a global perspective[J].Maritime Policy&Management,2002,(29):65-76.

[2]Dong-Wook Song，Photis M Panayides.A conceptual application of cooperation theory to liner shipping strategic alliance[J].Maritime Policy&Management,2002,(29):285-298.

[3]封學軍.從博弈來看港口物流聯(lián)盟的必要性[J].中國水運,2003,(3):2-10.

[4]章雁,盧長利.國際航運從聯(lián)盟到兼并的經(jīng)濟模型解析[J].中國水運.2008,(8):18-19.

[5]陳沿伊,都成祥.長江散貨航運企業(yè)聯(lián)盟博弈分析[J].中國高新技術企業(yè),2008,(15):14-15.

[6]王丹,趙媛,劉芃.航運聯(lián)盟發(fā)展演變的進化博弈分析[J].水運管理,2007,29(8):3-6.

[7]王煥臣.基于博弈理論的集裝箱航運企業(yè)聯(lián)盟研究[D].大連:大連海事大學,2008.

[8]王然.集裝箱班輪公司經(jīng)營管理決策方法研究[D].大連:大連海事大學,2009.

[9]季瑤瑤.航運企業(yè)競爭合作策略的博弈論研究綜述[J].中國水運,2010,10(1):37-42.

[10]閻媛.港口結構要素的反饋作用機制與綜合競爭力研究[D].武漢:武漢理工大學,2011.

[11]李季芳.供應鏈節(jié)點企業(yè)競爭合作博弈分析[J].理論學刊,2014,(4):75-80.