博弈視角下廢舊共享單車閉環(huán)供應(yīng)鏈回收問題探討

韓 冰

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院物流與電商學(xué)院 鄭州 450044）

一、引言

2014年以來，共享單車逐步走進(jìn)大眾視野，其以智能出行、智能支付、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)各個(gè)城市迅速扎根。但僅在過去的6年內(nèi)，中國(guó)的共享單車發(fā)展經(jīng)歷了由最初的政府鼓勵(lì)、城市特色、公眾叫好和“百花齊放”，到最近的供過于求，各大城市強(qiáng)制暫停繼續(xù)投放，多數(shù)共享單車企業(yè)宣布破產(chǎn)，“僵尸”共享單車堆積影響城市正常交通秩序，共享單車的可持續(xù)發(fā)展正經(jīng)歷著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)國(guó)家信息中心分享經(jīng)濟(jì)研究中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至到2017年，全國(guó)投放共享單車數(shù)量多達(dá)4000萬輛，而這些投入市場(chǎng)的共享單車報(bào)廢后約會(huì)產(chǎn)生30萬噸廢舊物。根據(jù)共享自行車團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求，共享單車報(bào)廢年限為3年，因此現(xiàn)階段我國(guó)將有大量共享單車進(jìn)入“報(bào)廢大浪潮”。但是現(xiàn)階段我國(guó)尚沒有專業(yè)的共享單車回收處理機(jī)構(gòu)，現(xiàn)有共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商也僅有極少數(shù)參與到共享單車的維修再利用。在此背景下，我國(guó)各大城市將面臨大量的共享單車堆積待處理，這將導(dǎo)致城市交通擁擠、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等一系列問題。為此找尋并建立有效的共享單車回收再制造體系，成為社會(huì)、政府、企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。共享單車車身組成包含智能電子鎖、電池、電路板等組件，這與廢棄物與報(bào)廢的電子電器設(shè)備（Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE）的處理情況非常相似，其均有拆卸流程復(fù)雜、維修難度大、資源浪費(fèi)程度大、回收價(jià)格低、回收渠道不完善等特征，因此可以借鑒國(guó)內(nèi)外電子電器廢棄物回收再制造的經(jīng)驗(yàn)來處理共享單車問題。Ino（2017）、Shih（2017）和Wiesmeth（2011）等指出生產(chǎn)責(zé)任延伸制（Extended Producer Responsibility，EPR）是實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，并且在全球范圍內(nèi)廢舊電子產(chǎn)品的回收再制造中起到廣泛且成熟的應(yīng)用。我國(guó)在2016年制定的《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案》明確指出對(duì)電器電子、汽車、鉛酸蓄電池和包裝物等四類產(chǎn)品實(shí)施生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度。在此背景下，閉環(huán)供應(yīng)鏈（Closed-loop Supply Chain，CLSC）成為企業(yè)、政府及學(xué)者研究的熱點(diǎn)。閉環(huán)供應(yīng)鏈一方面可以減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)可持續(xù)利用；另一方面，可實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)收益。與制造新產(chǎn)品相比，利用廢舊產(chǎn)品進(jìn)行再制造可以節(jié)約成本50%、節(jié)能60%、節(jié)約原材料70%、減少大氣污染86%、減少水污染76%、減少固體廢物97%、節(jié)約用水量40%。

截至目前，廢舊共享單車回收的研究受到了眾多學(xué)者的關(guān)注，并涌現(xiàn)出一批具有啟發(fā)性的研究成果。黎飛（2019）、魏子凌（2019）、馬振耀（2019）闡述了共享單車逆向物流發(fā)展的現(xiàn)狀、阻礙、原因和必要性，最后提出了共享單車實(shí)行逆向物流的建議；葉成龍（2018）等剖析了共享單車發(fā)展現(xiàn)狀和問題，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的逆向物流系統(tǒng)。此外，廢舊電子產(chǎn)品回收再制造經(jīng)驗(yàn)表明，共享單車生產(chǎn)商和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商作為共享單車的生產(chǎn)和處理主體，其資源可持續(xù)發(fā)展和回收再制造意識(shí)在很大程度上決定了共享單車的回收效率。

通過整理以上文獻(xiàn)，雖然共享單車回收研究已涌現(xiàn)大量成果，但針對(duì)共享單車生產(chǎn)商和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的博弈行為的研究尚存在不少空白。基于此，本文圍繞共享單車的回收問題，綜合考慮了共享單車生產(chǎn)商和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商作為主體構(gòu)成的閉環(huán)供應(yīng)鏈，并在博弈視角下分析了閉環(huán)供應(yīng)鏈主體的利潤(rùn)分配問題。

二、問題描述、基本假設(shè)和符號(hào)說明

（一）問題描述

共享單車生產(chǎn)商作為生產(chǎn)者，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就考慮到后期共享單車的回收問題。在生產(chǎn)共享單車初期就要采取比較環(huán)保、可降解的原材料，從而促進(jìn)后期回收工作的順利進(jìn)行，也就是說共享單車生產(chǎn)商要對(duì)共享單車的整個(gè)生命周期進(jìn)行合理規(guī)劃。同時(shí)，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商要對(duì)共享單車的運(yùn)營(yíng)做好規(guī)劃，要對(duì)市場(chǎng)上堆積的故障共享單車進(jìn)行集中回收，并提供初步整理打包的工作，然后將這些故障共享單車轉(zhuǎn)移到共享單車生產(chǎn)商，從而經(jīng)處理實(shí)現(xiàn)二次利用的目的。

本文通過建立共享單車生產(chǎn)商與共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商二者之間的Stackelberg博弈模型，研究了共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)模式下的共享單車回收決策以及共享單車生產(chǎn)商和共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的期望利潤(rùn)，并通過運(yùn)用逆向歸納法對(duì)Stackelberg博弈模型進(jìn)行求解，最后得出結(jié)論。

（二）基本假設(shè)

為了便于Stackelberg博弈模型的分析研究并結(jié)合實(shí)際情況，本文提出以下幾點(diǎn)假設(shè)：

H1：假設(shè)共享單車生產(chǎn)商和共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商二者之間不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系且相互獨(dú)立、信息完全對(duì)稱，同時(shí)二者均按照自身利益最大化原則進(jìn)行決策:。

H2：假設(shè)二者之間的運(yùn)營(yíng)模式為共享單車生產(chǎn)商負(fù)責(zé)制造共享單車和回收廢舊共享單車后的二次制造和降解處理，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)日常運(yùn)營(yíng)及廢舊共享單車回收。

H3：假設(shè)共享單車是免押金的。目前發(fā)展較好的共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商如摩拜、哈羅、青桔單車等都采取免押和提高租金的運(yùn)營(yíng)模式。為了便于研究，模型中建立共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)函數(shù)時(shí)除去押金收入這一項(xiàng)。

H4：根據(jù)我國(guó)共享單車的相關(guān)管理規(guī)定，共享單車連續(xù)使用3年即達(dá)到強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，因此在計(jì)算共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)函數(shù)時(shí)假設(shè)共享單車的使用年限為3年，計(jì)算3年內(nèi)每輛共享單車帶來的收入，即每輛新共享單車投入市場(chǎng)三年以來的收入為S。

H5：假設(shè)新共享單車與回收再制造后共享單車的使用價(jià)值和定價(jià)都是相同的，且 C1＞C2，新共享單車制造成本大于二次再利用成本，表明共享單車生產(chǎn)商愿意對(duì)廢舊共享單車實(shí)施回收。

H6：假設(shè)共享單車回收每輛共享單車應(yīng)承擔(dān)的單位回收費(fèi)用N與生產(chǎn)商向共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商回收共享單車應(yīng)支付的單位回收價(jià)格M存在關(guān)系，即 M=N+L，（M＞N＞L＞0），其中L表示共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商回收廢舊共享單車后，再將廢舊共享單車轉(zhuǎn)手賣給生產(chǎn)商所獲得的差額。

H7：假設(shè)市場(chǎng)需求量為Q=a-bS ，其中常數(shù)a，b＞0 ，a 為市場(chǎng)容量，b 為租金敏感程度，表明當(dāng)租金越高時(shí)，共享單車的市場(chǎng)需求就越小。另假設(shè)批發(fā)價(jià)格B 與租金價(jià)格 S之間建立函關(guān)系，即S=B+Z，（S＞B＞Z＞0），其中Z表示每輛共享單車賺取的租金價(jià)格比批發(fā)價(jià)格相比多出的差額。

H8：假設(shè)回收量為D(N)=k-hN ，其中常數(shù)k h＞0，k 是指回收價(jià)格為0時(shí)廢舊共享單車的潛在回收量，h 表示對(duì)N 的敏感程度，N 為將一輛共享單車進(jìn)行回收時(shí)，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商所承擔(dān)的單位回收費(fèi)用，當(dāng) N越大時(shí)，其回收量越小。

H9：假設(shè)G(N) 是共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商將廢舊共享單車回收應(yīng)支付的回收成本。假定G(N)=(1-d)*D2(N) ，其中常數(shù)d＞0 ，表示回收共享單車的完好程度，d越大，表明回收成本越低，回收成本與回收量呈正向發(fā)展，回收量的增多將導(dǎo)致回收成本的增加。

（三）符號(hào)說明

B ：新共享單車的批發(fā)價(jià)格。

Q ：共享單車的潛在總需求量。

M ：共享單車生產(chǎn)商向共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商所支付的單位回收價(jià)格。

L ：共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商回收故障共享單車后，再將故障共享單車轉(zhuǎn)手賣給生產(chǎn)商所獲得的差額，其中M=N+L 。

C1：每輛共享單車投入的制造成本。

C2：共享單車再利用的單位成本。

C3：不能再二次回收利用的共享單車處理成本。

Pm：共享單車生產(chǎn)商獲取的利潤(rùn)。

αm：回收共享單車的二次利用率。

S ：投入市場(chǎng)使用的每輛共享單車所獲得的租金價(jià)格。

Z ：每輛共享單車所賺取的租金價(jià)格要比批發(fā)價(jià)格多出的差額，用 S=B+Z表示。

C4：每輛共享單車日常運(yùn)營(yíng)所承擔(dān)的成本。

N ：回收每輛共享單車所承擔(dān)的單位回收費(fèi)用。

D(N) ：共享單車回收量，用D(N)=k-hN 表示。

G(N) ：共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商回收共享單車支付的回收成本，用G(N)=(1-d)*(k-hN)2表示。

Ps：共享單車獲取的利潤(rùn)。

其中，B 、S 、N 為決策變量。

三、模型建立及求解

（一）模型建立

基于以上理論假設(shè)，現(xiàn)對(duì)共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)模式建立模型，首先共享單車和共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商兩者的目標(biāo)函數(shù)，即二者的利潤(rùn)函數(shù)。共享單車生產(chǎn)商的利潤(rùn)函數(shù)為：

共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)函數(shù)為：

其閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)總利潤(rùn)函數(shù)為：

（二）模型求解

共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商占主導(dǎo)地位，其作為決策領(lǐng)導(dǎo)者通過設(shè)定共享單車的租金價(jià)格，共享單車生產(chǎn)商作為跟隨者，根據(jù)共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的價(jià)格決策制定共享單車的最優(yōu)批發(fā)價(jià)格和生產(chǎn)商向共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商支付的最優(yōu)回收價(jià)格，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商以此為依據(jù)確定自身企業(yè)的最優(yōu)租金價(jià)格，根據(jù)逆向歸納法求解可得批發(fā)價(jià)格、租金價(jià)格、回收費(fèi)用的最優(yōu)解如下：

將式批發(fā)價(jià)格、租金價(jià)格、回收費(fèi)用的最優(yōu)解帶入式（1）、（2）得到共享單車生產(chǎn)商、共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的最優(yōu)利潤(rùn)及系統(tǒng)總利潤(rùn)函數(shù)的最優(yōu)解：

四、算例分析

（一）參數(shù)賦值

為貼近實(shí)際情況，更好的驗(yàn)證模型，本文對(duì)鄭州市摩拜單車進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)調(diào)研，通過摩拜單車的日常運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)及實(shí)地考察，得出相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 相關(guān)參數(shù)賦值

（二）數(shù)值分析

表2 共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)模式下算例分析取值及計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算得到Z∈（199．7223，1000．3）時(shí)，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的總利潤(rùn)是大于零的。共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)模式下各個(gè)均衡解的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

五、結(jié)論

通過對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈主體共享單車生產(chǎn)商和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的博弈行為建立Stackelberg博弈模型、求解并進(jìn)行算例分析，可得以下結(jié)論：

第一，共享單車運(yùn)作前期，在共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商作為領(lǐng)導(dǎo)者時(shí)，市場(chǎng)上的共享單車處于供小于求的狀態(tài)，生產(chǎn)商的利潤(rùn)在此時(shí)是增加的。其主要原因是前期要生產(chǎn)新的共享單車投入市場(chǎng)是生產(chǎn)商賺取利潤(rùn)最多的時(shí)候，而在個(gè)時(shí)期共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商要根據(jù)市場(chǎng)需求制定共享單車采購(gòu)計(jì)劃，并投入大量資金購(gòu)買共享單車，因此這個(gè)時(shí)期共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商獲得的利潤(rùn)是少于生產(chǎn)商的。

第二，在共享單車運(yùn)作中期，此時(shí)市場(chǎng)上的共享單車供求基本處于平衡狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)商又多了一部分對(duì)故障共享單車回收所賺取的利潤(rùn)，但這項(xiàng)利潤(rùn)是小于制造新共享單車的利潤(rùn)的。在運(yùn)作中期，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商由于前期投放的共享單車所獲得的用戶賺取了一些利潤(rùn)，因此其利潤(rùn)是不斷增加的。但總體來說，中期共享單車生產(chǎn)商與共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商都是盈利者。

第三，共享單車運(yùn)作后期，此時(shí)市場(chǎng)上的共享單車供求處于失衡狀態(tài)，共享單車的供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于了需求。這直接導(dǎo)致了共享單車生產(chǎn)商賺取的利潤(rùn)直線下降，雖然回收故障共享單車的利潤(rùn)直線上升，但二者加總后的利潤(rùn)還是下降的。在運(yùn)作后期，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商依舊是盈利的，但由于前期的無節(jié)制投放，在回收共享單車這個(gè)環(huán)節(jié)也花費(fèi)了不少金額，但故障共享單車的數(shù)量必定遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常單車數(shù)量，所以說此時(shí)共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)仍是增加的。

第四，共享單車運(yùn)作后期，可以發(fā)現(xiàn)無論是共享單車生產(chǎn)商還是共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商其并非一直處于盈利的狀態(tài)。這兩個(gè)主體在對(duì)共享單車進(jìn)行運(yùn)營(yíng)和回收時(shí)，出現(xiàn)過相對(duì)均衡的局面，但大部分仍處于失衡狀態(tài)。假設(shè)共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商一直盈利，而生產(chǎn)商利潤(rùn)卻一直下降，這種情況就會(huì)導(dǎo)致整條供應(yīng)鏈斷裂，最終兩敗俱傷。所以必須保證整個(gè)供應(yīng)鏈上的各環(huán)節(jié)所賺取的利潤(rùn)都是相對(duì)均衡的，這樣才能保證整個(gè)供應(yīng)鏈平穩(wěn)運(yùn)作，同時(shí)也能保證共享單車運(yùn)營(yíng)與回收工作能更好地進(jìn)行下去。

通過對(duì)算例結(jié)果進(jìn)行分析，本文明確地認(rèn)識(shí)到只有整體供應(yīng)鏈均衡發(fā)展才能保證共享單車回收工作良好實(shí)施，對(duì)此提出以下幾點(diǎn)建議：

第一，共享單車的回收工作要融入整條供應(yīng)鏈中。實(shí)行閉環(huán)供應(yīng)鏈需要將共享單車的回收和再利用貫穿于整條供應(yīng)鏈之中，因此要保證共享單車在生產(chǎn)初期就考慮到回收問題。在設(shè)計(jì)共享單車時(shí)，上游企業(yè)可以采用綠色環(huán)保的原材料，這有利于共享單車回收進(jìn)行二次處理后再利用；共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商要制定精準(zhǔn)化運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)，可以設(shè)置運(yùn)營(yíng)專員分區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證共享單車?yán)米畲蠡约盎厥占皶r(shí)化；同時(shí)共享單車下游用戶要有社會(huì)責(zé)任，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商可通過制定相應(yīng)的獎(jiǎng)懲制度來約束用戶對(duì)共享單車的不利使用。

第二，企業(yè)之間要做到共享信息，互通有無。要加強(qiáng)溝通確保供應(yīng)鏈上各企業(yè)之間得到的信息是一致的。共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商一旦在運(yùn)營(yíng)及回收過程中出現(xiàn)問題，各個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以直接反饋企業(yè)本身，從而做到精細(xì)化管理；同時(shí)在進(jìn)行共享單車回收工作時(shí)，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商可以將具體的回收情況發(fā)送給合作的企業(yè)，合作企業(yè)可以根據(jù)自身情況將故障共享單車進(jìn)行回收，這能使共享單車回收工作達(dá)到最佳狀態(tài)。

第三，共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商要制定循環(huán)回收體系。目前共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商對(duì)于回收問題還沒有完全關(guān)注，主要原因在于共享單車的回收體系不明確。大多數(shù)共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商只是采取共享單車生產(chǎn)（生產(chǎn)商）——共享單車運(yùn)營(yíng)（共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商）——共享單車使用（用戶）——共享單車故障——共享單車回收、拆解處理（回收廠）這樣的單向回收模式，然而這種模式是極其不合理的，其沒有將回收工作一步步落實(shí)。共享單車平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商需要改進(jìn)回收體系，從而將共享單車的作用發(fā)揮到最大，其改善后的回收體系如圖1所示。

圖1 改善后的共享單車回收體系

通過改善回收體系，可以將回收過來的共享單車分為可再利用和不可再用兩類。對(duì)于可利用的故障共享單車進(jìn)行維修就可正常投入市場(chǎng)；對(duì)損壞程度較高的不可再用的共享單車進(jìn)行拆解處理，并將可用的零部件發(fā)送給共享單車生產(chǎn)商加入到新共享單車的制造中。

六、研究不足及展望

本文在博弈視角下研究了共享單車閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)，通過建立Stackelberg博弈模型、求解并進(jìn)行算例分析得到了相應(yīng)結(jié)論。但本研究仍存在一定的局限性，例如數(shù)據(jù)調(diào)研群體較小、信息完全對(duì)稱、只考慮了共享單車免押金模式等，而這些也將是未來研究的方向。