考虑拥堵的集装箱海运链不同合作模式选择.pdf
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1、技术与方法物流技术2023年第42卷第8期(总第443期)收稿日期2023-02-16基金项目国家自然科学基金项目(71974123)作者简介郑嘉林(1996-),男,四川广安人,硕士研究生,研究方向:物流与供应链管理;汪传旭(1967-),男,安徽安庆人,上海交通大学博士,上海复旦大学博士后,教授,博士生导师,研究方向:航运管理与物流决策;蒋璐(1998-),女,江苏泰兴人,硕士研究生,研究方向:物流与供应链管理。doi:10.3969/j.issn.1005-152X.2023.08.011考虑拥堵的集装箱海运链不同合作模式选择郑嘉林,汪传旭,蒋璐(上海海事大学经济管理学院,上海20130
2、6)摘要针对集装箱海运链上的合作问题,考虑集装箱港口与班轮公司进行业务挂靠、合谋共利、班轮公司参与港口投资这三种不同的合作模式,运用伯川德博弈的方法,建模时考虑了港口设计吞吐能力所带来拥堵成本的影响,计算出班轮公司和集装箱港口的均衡定价、吞吐量及利润,对均衡结果进行比较,并对影响均衡结果的因素进行分析。结果表明,集装箱港口设计吞吐能力越大时拥堵成本越小,对集装箱海运链越有利;与业务挂靠模式相比,集装箱海运链更倾向于合谋共利;班轮公司对合作模式的均衡选择取决于投资港口扩大的吞吐能力大小;班轮公司定价需考虑自身投资港口的占比和拥堵程度;集装箱海运链吞吐量指标与班轮公司的投资占比和港口拥堵成本呈负相
3、关。关键词集装箱海运链;拥堵成本;合作模式中图分类号U695.22文献标识码A文章编号1005-152X(2023)08-0062-07Cooperation Mode Selection for Container Shipping Chain Considering CongestionZHENG Jialin,WANG Chuanxu,JIANG Lu(School of Economics&Management,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)Abstract:In this paper,in view of a c
4、ontainer shipping chain,considering the three different modes of cooperation between thecontainer port and liner company,namely business affiliation,joint planning for mutual gain,and investment by liner company in portconstruction,we used the Bertrand game method to study the influence of congestio
5、n cost due to limit in the design throughput capacity of theport,calculated the equilibrium pricing,throughput volume and profit of the liner company and the container port,and by comparing themwith the equilibrium results,analyzed the influence factors relevant in this process.The result showed tha
6、t the greater the design throughputcapacity of the container port,the smaller the congestion cost,which is more beneficial to the container shipping chain;compared with thebusiness affiliation mode,the container shipping chain is more inclined to joint planning for mutual gain;the liner companys equ
7、ilibriumchoice of cooperation mode depends on the increase in the ports throughput capacity from the investment;the liner company needs toconsider their investment share in the port and the degree of congestion in its pricing decision;and the container shipping chain throughputindex is negatively co
8、rrelated with the investment share of theliner company and the congestion costofthe port.Keywords:container shipping chain;congestion cost;cooperation model0引言在我国“一带一路”倡议下,国内和国际海洋贸易量迅猛增长,航运业成为世界经济发展的重要组成部分,我国沿海主要港口随之成为畅通国内国际双循环的重要枢纽节点。国际集装箱的海运需求呈现持续上涨的态势,我国上海港、宁波舟山港、广州港等主要沿海港口的吞吐量屡创新高。但是受新冠疫情的影响,国内外
9、的航运物流供应链阻塞,类似苏伊士运河航道堵塞、许多国家港口拥堵严重的情况屡见不鲜,海运供应链上的企业均出现不同幅度的价格上涨,竞争激烈。近年来,集装箱海运链上的合作模式发生了重大变化,港口与班轮公司正积极探索更有利的合作模式,班轮公司参与港口运营和投资的趋势明显加强1。集装箱海运链联盟常见方式有两种,一是横向合谋,即同业企业间合作,如港口群联盟、班轮公司联盟;二是纵向合谋,即班轮公司与港口合作形成纵向联盟。为不断规范港口经营行为,促进公平竞争,自2017年4月起国家发改委同交通运输部依法对上海-62技术与方法港和天津港开展反垄断调查,并查明其涉嫌违反 反垄断法 禁止的“不公平高价”等行为,说明
10、部分港口企业存在垄断行为、具有合谋动机。由于集装箱海运链企业在竞争合作中的决策相互影响,因此,在探究班轮公司与集装箱港口的合作模式时,合谋问题不容忽视。关于港口拥堵因素,郭丽彬,等2研究发现散货和集装箱业务港口选择拥堵成本共担的合作模式时会带来更高的吞吐量;Basso,等3研究了在海运供应链结构中,两个拥堵港口之间的竞争会对港口均衡定价、港口设计吞吐能力等产生不同程度的影响;崔姝,等4基于豪泰林模型研究了拥挤港口的定价策略,发现港口投资水平越高,港口吞吐能力和利润也会随之升高。关于海运联盟的研究主要围绕港口(或班轮公司)之间的横向合谋、港口与班轮公司的纵向合谋展开。Dong,等5研究发现价格匹
11、配策略促进了集装箱码头之间的默契合谋;在航运领域,Ma,等6也证明了京沪高铁的进入促进了该航线上航空公司之间的默契合谋;Barbot7则研究了两条航空运输链上机场与航空公司的纵向合谋激励。从海运链的角度出发,邹静,等8研究了班轮公司与港口的纵向合谋对班轮公司之间横向合谋的影响传导机制;Bian,等9比较分析了供应链中零售商在伯川德竞争和古诺竞争模式下制造商之间的横向合谋激励;Liu,等10研究了海上运输链中承运人的横向联盟动机,研究发现承运人之间的联盟削弱了港口的垄断优势,并证明了联盟具有一定的稳健性。海运业关于港口投资的研究主要有:Chen,等11建立了两阶段博弈模型,证明了当投资成本较低时
12、,区域内竞争的两个港口同时进行设施投资时的均衡收益比都不投资时的均衡收益小;Wang,等12基于非合作博弈研究了一个港口内两码头之间投资扩建的策略选择;程健南,等13建立了港口投资模型,证明了在多港口地区的港口投资存在唯一的Nash均衡解;Zhu,等14研究发现纵向一体化有利于港口扩张,并通过数值分析证明了社会福利也会有所增加。综上所述,现有研究大多围绕海运企业合谋的可能性及稳定性、拥堵港口的定价策略和港口投资策略的选择等,而关于班轮公司考虑上游港口拥堵时如何选择与港口合作模式的研究较少。基于此,本文建立了班轮公司与集装箱港口采用业务挂靠模式、合谋共利模式、班轮公司参与港口投资模式。三种合作模
13、式下的博弈模型。比较分析了不同合作模式下班轮公司与港口均衡收益的大小,推断双方在博弈中的均衡选择。进一步,通过数值模拟分别探究港口设计吞吐能力大小、班轮公司参与港口投资的比例对博弈双方均衡定价、吞吐量和利润的影响。1问题描述与模型假设本文假设班轮公司L长期选择在集装箱港口S挂靠,双方保持着稳定的合作关系。集装箱港口S向班轮公司L收取的各项服务费用计为f,班轮公司L向托运人收取的各项服务费用计为p,托运人需求量为q。根据以往的研究15,设集装箱港口S的固定成本为0,单位集装箱的恒定边际处理成本为c,港口设计吞吐能力为k。该条集装箱运输链模式如图1所示。图1集装箱海运链模式不失一般性,将班轮公司的
14、固定成本简化为0,(00)为港口设计吞吐能力,qk表示班轮公司承担的总拥堵成本。港口的拥堵程度由k的大小决定,若投资扩大港口设计吞吐能力,则拥堵程度得到缓解,由班轮公司所承担的拥堵成本随之降低。因此,用港口设计吞吐能力大小表示拥堵成本,设计吞吐能力k越大,则单位拥堵成本越小。在假设长期合作的基础上,本文考虑了班轮公司L与集装箱港口S合作的几种模式:(1)班轮公司与港口仅存在挂靠关系。港口始终保持原有的设计吞吐能力,拥堵程度变化小,拥堵成本由班轮公司承担。(2)班轮公司与港口合谋共利。港口在保持原有设计郑嘉林,等:考虑拥堵的集装箱海运链不同合作模式选择-63技术与方法物流技术2023年第42卷第
15、8期(总第443期)吞吐能力的前提下,班轮公司与港口形成航运联盟,共享收益、共担成本。(3)班轮公司参与港口投资。港口为缓解自身拥堵现状、提高竞争力、增加收益,投资扩大原有设计吞吐能力,班轮公司选择参与港口投资,从中分利。用M1、M2、M3分别表示三种合作模式,合作模式示意图如图2所示。图2班轮公司L与集装箱港口S的三种合作模式2不同合作模式下的博弈模型2.1班轮公司与港口仅存在挂靠关系首先讨论的是班轮公司L与集装箱港口S只采用简单的业务挂靠模式。根据序贯博弈17,在第一阶段,集装箱港口S为使自身利润最大化,首先向班轮公司L收取相关费用,在第二阶段,由班轮公司L向托运人收取相关费用。在追求利润
16、最大化下双方的目标函数为:maxM1L=(p-f-qk)q(2)maxM1S=(f-c)q(3)通过式(2)对p求班轮公司L的一阶最优化条件:M1Lp=k(a-f-2p)-2(p-a)2k(4)对 式(4)中 的p求 二 阶 导 数 得:2M1Lp2=-2k-22k0,因此令式(4)等于0,可以得到班轮公司采用的最优价格函数为:pM1=k(a+f)+2a2(k+)(5)将班轮公司的价格函数代入需求函数可得需求量:qM1=k(a-f)2(k+)(6)将式(6)代入式(3),由于2M1Sf2=-20,因此对f求一阶最优化解,可得集装箱港口的最优定价为:fM1=(a+c)/2(7)将式(5)-式(7
17、)代入式(2)和式(3),得到在只进行业务挂靠模式时,班轮公司L与港口S分别获得的最优利润结果:M1L=k2(a+c)(a-c)-k(3c+a)(a+c)16(k+)2(8)M1S=k(a-c)(3a+c)8(k+)(9)2.2班轮公司与港口合谋共利接着讨论班轮公司L与集装箱港口S进行合谋,形成一条集装箱海运链,此时班轮公司和港口的目标将是追求该集装箱海运链的效益最大化,整体利润最大化的目标函数可以表示为:max M2=(p-c-f-qk)q(10)整体利润最大化下的一阶条件为:M2p=(a-p)(k+)+k(c+f-p)-(a-p)2k(11)其中,经过对式(11)中的 p 求二阶导数得:2
18、M2p2=-2k0,因此令式(11)等于0,可解得班轮公司L采用的最优价格函数为:pM2=k(a+c+f)+2a2(k+)(12)此时托运人需求量为:qM2=k(a+c-f)2(k+)(13)得到关于港口定价f的利润函数,对港口定价f求一阶最优化条件:M2f=(-a+c+f)k2(k+)(14)其中,经过对式(14)中的 f 求二阶导数得:2M2f2=-k0,令式(14)等于0,可得港口S在与班轮公司合谋时的最优均衡定价为:fM2=a-c(15)将式(12)、式(13)、式(15)代入式(10)可得,在班轮公司与港口合谋共利合作模式下,整体利润最大化的均衡结果为:M2=k(3c-a)22+k(
19、-k)16(k+)2(16)M3班轮公司参与港口投资模式-64技术与方法2.3班轮公司参与港口投资港口的集装箱设计吞吐能力决定了港口的拥堵程度,而投资水平和建设规模决定着设计吞吐能力的大小。假设集装箱港口S为缓解自身拥堵现状、提高竞争力,选择加大投资以扩大原有设计吞吐能力,扩大的港口吞吐能力表示为k,扩建后的港口设计吞吐能力为k+k。港口投资单位成本表示为,同时班轮公司选择参与港口投资,从中分利。因此,总投资额由集装箱港口S和班轮公司L共同承担,假设投资总份额为1,班轮公司L份额为,(0,1),则港口S自身投资份额为1-。根据序贯博弈,在第一阶段集装箱港口S首先确定收费价格,第二阶段由班轮公司
20、L向托运人确定收费价格。在追求利润最大化下双方的目标函数分别为:max M3L=(p-f-qk)q+kk(f-c)q-k(17)max M3S=(1-kk)(f-c)q-(1-)k(18)其中,kk表示集装箱港口S扩大吞吐能力产生收益后班轮公司分得其中利润占比。对式(17)求p的二阶导数,经计算得:2M3Lp2=-2(k+)2k1。此时令式(21)为0,解得该模式下港口S的最优定价结果:fM3=(a+c)-ck2k(+k/(k-k)(22)3不同合作模式下的结果比较分析前文分别建立了班轮公司L与集装箱港口S三种不同合作模式的博弈模型,计算出三种模式下的均衡结果,将上述三种模型的计算结果进行比较
21、分析,得到以下命题并加以证明。命题1:当班轮公司与港口只存在业务挂靠关系时,港口的设计吞吐能力k越大时,拥堵成本越小,对班轮公司和港口越有利。证明及分析:CL=f+qk(23)M1S=k(a-c)(3a+c)8(k+)=(a-c)(3a+c)8(+/k)(24)由式(23)可知,班轮公司L的总成本与设计吞吐能力k成反比,k越大时,CL越小。在考虑港口拥堵的前提下,班轮公司承担港口收取的服务费f和拥堵成本qk,因此,当班轮公司L选择只与集装箱港口S产生业务挂靠关系时,若港口设计吞吐能力k越大,则班轮公司需要承担的拥堵成本越小,对班轮公司而言越有利。由式(24)可知,集装箱港口S的收益M1S与设计
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