博弈視角下廢舊共享單車閉環供應鏈回收問題探討

韓 冰

（河南牧業經濟學院物流與電商學院 鄭州 450044）

一、引言

2014年以來，共享單車逐步走進大眾視野，其以智能出行、智能支付、減少環境污染等優點在我國各個城市迅速扎根。但僅在過去的6年內，中國的共享單車發展經歷了由最初的政府鼓勵、城市特色、公眾叫好和“百花齊放”，到最近的供過于求，各大城市強制暫停繼續投放，多數共享單車企業宣布破產，“僵尸”共享單車堆積影響城市正常交通秩序，共享單車的可持續發展正經歷著嚴峻的挑戰。根據國家信息中心分享經濟研究中心統計數據顯示，截至到2017年，全國投放共享單車數量多達4000萬輛，而這些投入市場的共享單車報廢后約會產生30萬噸廢舊物。根據共享自行車團體標準和國家強制性標準的要求，共享單車報廢年限為3年，因此現階段我國將有大量共享單車進入“報廢大浪潮”。但是現階段我國尚沒有專業的共享單車回收處理機構，現有共享單車平臺運營商也僅有極少數參與到共享單車的維修再利用。在此背景下，我國各大城市將面臨大量的共享單車堆積待處理，這將導致城市交通擁擠、資源浪費和環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、政府、企業關注的焦點。共享單車車身組成包含智能電子鎖、電池、電路板等組件，這與廢棄物與報廢的電子電器設備（Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE）的處理情況非常相似，其均有拆卸流程復雜、維修難度大、資源浪費程度大、回收價格低、回收渠道不完善等特征，因此可以借鑒國內外電子電器廢棄物回收再制造的經驗來處理共享單車問題。Ino（2017）、Shih（2017）和Wiesmeth（2011）等指出生產責任延伸制（Extended Producer Responsibility，EPR）是實現資源循環可持續發展的有效途徑，并且在全球范圍內廢舊電子產品的回收再制造中起到廣泛且成熟的應用。我國在2016年制定的《生產者責任延伸制度推行方案》明確指出對電器電子、汽車、鉛酸蓄電池和包裝物等四類產品實施生產者責任延伸制度。在此背景下，閉環供應鏈（Closed-loop Supply Chain，CLSC）成為企業、政府及學者研究的熱點。閉環供應鏈一方面可以減少資源浪費，實現資源的循環可持續利用；另一方面，可實現一定的經濟收益。與制造新產品相比，利用廢舊產品進行再制造可以節約成本50%、節能60%、節約原材料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者的關注，并涌現出一批具有啟發性的研究成果。黎飛（2019）、魏子凌（2019）、馬振耀（2019）闡述了共享單車逆向物流發展的現狀、阻礙、原因和必要性，最后提出了共享單車實行逆向物流的建議；葉成龍（2018）等剖析了共享單車發展現狀和問題，構建了基于物聯網的逆向物流系統。此外，廢舊電子產品回收再制造經驗表明，共享單車生產商和平臺運營商作為共享單車的生產和處理主體，其資源可持續發展和回收再制造意識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，雖然共享單車回收研究已涌現大量成果，但針對共享單車生產商和平臺運營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商和平臺運營商作為主體構成的閉環供應鏈，并在博弈視角下分析了閉環供應鏈主體的利潤分配問題。

二、問題描述、基本假設和符號說明

（一）問題描述

共享單車生產商作為生產者，需要在產品設計初期就考慮到后期共享單車的回收問題。在生產共享單車初期就要采取比較環保、可降解的原材料，從而促進后期回收工作的順利進行，也就是說共享單車生產商要對共享單車的整個生命周期進行合理規劃。同時，共享單車平臺運營商要對共享單車的運營做好規劃，要對市場上堆積的故障共享單車進行集中回收，并提供初步整理打包的工作，然后將這些故障共享單車轉移到共享單車生產商，從而經處理實現二次利用的目的。

本文通過建立共享單車生產商與共享單車平臺運營商二者之間的Stackelberg博弈模型，研究了共享單車平臺運營商主導模式下的共享單車回收決策以及共享單車生產商和共享單車平臺運營商的期望利潤，并通過運用逆向歸納法對Stackelberg博弈模型進行求解，最后得出結論。

（二）基本假設

為了便于Stackelberg博弈模型的分析研究并結合實際情況，本文提出以下幾點假設：

H1：假設共享單車生產商和共享單車平臺運營商二者之間不存在競爭關系且相互獨立、信息完全對稱，同時二者均按照自身利益最大化原則進行決策:。

H2：假設二者之間的運營模式為共享單車生產商負責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，共享單車平臺運營商負責日常運營及廢舊共享單車回收。

H3：假設共享單車是免押金的。目前發展較好的共享單車平臺運營商如摩拜、哈羅、青桔單車等都采取免押和提高租金的運營模式。為了便于研究，模型中建立共享單車平臺運營商利潤函數時除去押金收入這一項。

H4：根據我國共享單車的相關管理規定，共享單車連續使用3年即達到強制報廢標準，因此在計算共享單車平臺運營商利潤函數時假設共享單車的使用年限為3年，計算3年內每輛共享單車帶來的收入，即每輛新共享單車投入市場三年以來的收入為S。

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

H6：假設共享單車回收每輛共享單車應承擔的單位回收費用N與生產商向共享單車平臺運營商回收共享單車應支付的單位回收價格M存在關系，即 M=N+L，（M＞N＞L＞0），其中L表示共享單車平臺運營商回收廢舊共享單車后，再將廢舊共享單車轉手賣給生產商所獲得的差額。

H7：假設市場需求量為Q=a-bS ，其中常數a，b＞0 ，a 為市場容量，b 為租金敏感程度，表明當租金越高時，共享單車的市場需求就越小。另假設批發價格B 與租金價格 S之間建立函關系，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格比批發價格相比多出的差額。

H8：假設回收量為D(N)=k-hN ，其中常數k h＞0，k 是指回收價格為0時廢舊共享單車的潛在回收量，h 表示對N 的敏感程度，N 為將一輛共享單車進行回收時，共享單車平臺運營商所承擔的單位回收費用，當 N越大時，其回收量越小。

H9：假設G(N) 是共享單車平臺運營商將廢舊共享單車回收應支付的回收成本。假定G(N)=(1-d)*D2(N) ，其中常數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展，回收量的增多將導致回收成本的增加。

（三）符號說明

B ：新共享單車的批發價格。

Q ：共享單車的潛在總需求量。

M ：共享單車生產商向共享單車平臺運營商所支付的單位回收價格。

L ：共享單車平臺運營商回收故障共享單車后，再將故障共享單車轉手賣給生產商所獲得的差額，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：共享單車生產商獲取的利潤。

αm：回收共享單車的二次利用率。

S ：投入市場使用的每輛共享單車所獲得的租金價格。

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

C4：每輛共享單車日常運營所承擔的成本。

N ：回收每輛共享單車所承擔的單位回收費用。

D(N) ：共享單車回收量，用D(N)=k-hN 表示。

G(N) ：共享單車平臺運營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。

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，現對共享單車平臺運營商主導模式建立模型，首先共享單車和共享單車平臺運營商兩者的目標函數，即二者的利潤函數。共享單車生產商的利潤函數為：

共享單車平臺運營商的利潤函數為：

其閉環供應鏈系統總利潤函數為：

（二）模型求解

共享單車平臺運營商占主導地位，其作為決策領導者通過設定共享單車的租金價格，共享單車生產商作為跟隨者，根據共享單車平臺運營商的價格決策制定共享單車的最優批發價格和生產商向共享單車平臺運營商支付的最優回收價格，共享單車平臺運營商以此為依據確定自身企業的最優租金價格，根據逆向歸納法求解可得批發價格、租金價格、回收費用的最優解如下：

將式批發價格、租金價格、回收費用的最優解帶入式（1）、（2）得到共享單車生產商、共享單車平臺運營商的最優利潤及系統總利潤函數的最優解：

四、算例分析

（一）參數賦值

為貼近實際情況，更好的驗證模型，本文對鄭州市摩拜單車進行了詳細的數據調研，通過摩拜單車的日常運營數據及實地考察，得出相關數據如表1所示。

表1 相關參數賦值

（二）數值分析

表2 共享單車平臺運營商主導模式下算例分析取值及計算結果

通過計算得到Z∈（199．7223，1000．3）時，共享單車平臺運營商的總利潤是大于零的。共享單車平臺運營商主導模式下各個均衡解的計算結果如表2所示。

五、結論

通過對閉環供應鏈主體共享單車生產商和平臺運營商的博弈行為建立Stackelberg博弈模型、求解并進行算例分析，可得以下結論：

第一，共享單車運作前期，在共享單車平臺運營商作為領導者時，市場上的共享單車處于供小于求的狀態，生產商的利潤在此時是增加的。其主要原因是前期要生產新的共享單車投入市場是生產商賺取利潤最多的時候，而在個時期共享單車平臺運營商要根據市場需求制定共享單車采購計劃，并投入大量資金購買共享單車，因此這個時期共享單車平臺運營商獲得的利潤是少于生產商的。

第二，在共享單車運作中期，此時市場上的共享單車供求基本處于平衡狀態。在這個時期生產商又多了一部分對故障共享單車回收所賺取的利潤，但這項利潤是小于制造新共享單車的利潤的。在運作中期，共享單車平臺運營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，因此其利潤是不斷增加的。但總體來說，中期共享單車生產商與共享單車平臺運營商都是盈利者。

第三，共享單車運作后期，此時市場上的共享單車供求處于失衡狀態，共享單車的供給遠遠大于了需求。這直接導致了共享單車生產商賺取的利潤直線下降，雖然回收故障共享單車的利潤直線上升，但二者加總后的利潤還是下降的。在運作后期，共享單車平臺運營商依舊是盈利的，但由于前期的無節制投放，在回收共享單車這個環節也花費了不少金額，但故障共享單車的數量必定遠遠小于正常單車數量，所以說此時共享單車平臺運營商的利潤仍是增加的。

第四，共享單車運作后期，可以發現無論是共享單車生產商還是共享單車平臺運營商其并非一直處于盈利的狀態。這兩個主體在對共享單車進行運營和回收時，出現過相對均衡的局面，但大部分仍處于失衡狀態。假設共享單車平臺運營商一直盈利，而生產商利潤卻一直下降，這種情況就會導致整條供應鏈斷裂，最終兩敗俱傷。所以必須保證整個供應鏈上的各環節所賺取的利潤都是相對均衡的，這樣才能保證整個供應鏈平穩運作，同時也能保證共享單車運營與回收工作能更好地進行下去。

通過對算例結果進行分析，本文明確地認識到只有整體供應鏈均衡發展才能保證共享單車回收工作良好實施，對此提出以下幾點建議：

第一，共享單車的回收工作要融入整條供應鏈中。實行閉環供應鏈需要將共享單車的回收和再利用貫穿于整條供應鏈之中，因此要保證共享單車在生產初期就考慮到回收問題。在設計共享單車時，上游企業可以采用綠色環保的原材料，這有利于共享單車回收進行二次處理后再利用；共享單車平臺運營商要制定精準化運營標準，可以設置運營專員分區實時監控，以保證共享單車利用最大化以及回收及時化；同時共享單車下游用戶要有社會責任，共享單車平臺運營商可通過制定相應的獎懲制度來約束用戶對共享單車的不利使用。

第二，企業之間要做到共享信息，互通有無。要加強溝通確保供應鏈上各企業之間得到的信息是一致的。共享單車平臺運營商一旦在運營及回收過程中出現問題，各個節點就可以直接反饋企業本身，從而做到精細化管理；同時在進行共享單車回收工作時，共享單車平臺運營商可以將具體的回收情況發送給合作的企業，合作企業可以根據自身情況將故障共享單車進行回收，這能使共享單車回收工作達到最佳狀態。

第三，共享單車平臺運營商要制定循環回收體系。目前共享單車平臺運營商對于回收問題還沒有完全關注，主要原因在于共享單車的回收體系不明確。大多數共享單車平臺運營商只是采取共享單車生產（生產商）——共享單車運營（共享單車平臺運營商）——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。共享單車平臺運營商需要改進回收體系，從而將共享單車的作用發揮到最大，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。對于可利用的故障共享單車進行維修就可正常投入市場；對損壞程度較高的不可再用的共享單車進行拆解處理，并將可用的零部件發送給共享單車生產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供應鏈系統，通過建立Stackelberg博弈模型、求解并進行算例分析得到了相應結論。但本研究仍存在一定的局限性，例如數據調研群體較小、信息完全對稱、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。