城市冷链物流多温共配模式的费用分摊机制研究，本文主要内容关键词为：费用论文,机制论文,模式论文,物流论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2013年被喻为“生鲜电商元年”，业内预计，以新鲜水果、蔬菜、海鲜产品以及各种包装精美的干货为内容的生鲜食品，将成为继图书、3C电子产品、服装之后的第四大类网上热销产品(李春晖和邓攀，2013)。[1]生鲜领域本来一直是传统零售业最稳固的阵地，但以1号店、沱沱公社为首的电商大佬们正“攻池掠地”，将传统零售业推上绝路。面对电商们的猛烈攻势，传统零售商只能抓住最后一根“救命稻草”——与供应商共同组建的冷链物流配送系统，并充分利用接近消费终端的地理优势，加强对生鲜食品的配送能力。集约化、多元化和高效化的多温共配(多温层产品的共同配送)城市冷链配送模式不但具有经济、安全、环保等优势，还有不可估量的社会效益，是传统零售商们节约冷链物流成本，提高物流效率的绝佳途径(唐珍和王淑云，2012)。[2]然而该模式在我国还没有得到较大程度的发展，笔者认为一个关键的原因就是其所产生的经济效益和成本费用往往无法得到合理地分配和分摊。因此，下文就对多温共配中的利益分配和费用分摊问题进行探讨。
二、相关研究评述
多温共配的利益分配、费用分摊问题具体是指因多温共配模式所产生的“共同经济效益”如何在成员间进行分配，产生的“共同成本”如何在成员间进行分摊。近年来，共同配送模式已是国内外学者的研究热点。通过研究多温度共同配送，通过建立不同温度的冷藏环境来实现冷冻冷藏货物的配送(Kuo和Chen，2010)。[3]王维婷(2011)指出了低碳物流的瓶颈，并提出积极发展城市共同配送是减少环境污染，缓解交通拥挤状况的最好配送方法。[4]张潜(2009)针对城市物流外部不经济问题，应用定性以及定量的方法，提出基于共同配送的城市物流配送方案。[5]温卫娟和乔忠(2012)提出城市共同配送绩效具有效益倍增性。[6]在这些共同配送研究文献中，配送费用如何分担，收益如何公平分配还没有得到有效研究，因此，本文特介绍结合博弈论建立共同配送收益分配模型的相关文献：如Guardiola(2007)结合合作博弈理论的基本知识，建立了收益分配模型，通过实验证明了物流链上供应商与零售商采取合作可以实现1+1＞2的效果。[7]叶飞和郭东风(2000)提出了四种利益分配方法——Shapley Value法、Nash谈判模型、MCRS法以及群体重心模型。[8]叶志坚等(2004)根据客户组合方式的不同，讨论了由于租赁费用、运费等的不同所节约的费用，导致共同化所产生的费用分担不同的各种计算法。[9]刘松等(2006)利用博弈论中的纳什谈判理论，通过求解非线性规划问题确定共同配送费用分摊方案。[10]胡小文(2006)给出共同配送效益的计算范围以及项目，使得共同配送效益的计算变得清晰。[11]孔维莎和张强(2007)将经典合作对策的Shapley值方法拓展到基于区间数的Hukuhara-Shapley值，提出了单位运价不确定情况下的成本分摊模型。[12]琚春华等(2011)运用Shapley值法、最小核心法、最小核心多目标规划法、GQP法和纳什谈判模型等有效分配方法对共同配送利润分配问题进行求解和对比分析。[13]王晶和贾琪(2013)提出了基于“农超对接”的第三方共同配送模式，通过Rubinstein讨价还价模型对共同配送的收益进行了有效分配。[14]
尽管现在已有很多国内外学者对共同配送的利益分配和成本分摊机制进行了研究，但很少有针对城市冷链物流的共同配送利益分配和成本分摊问题进行研究的(许宗萍，2012)，[15]更少有在多温共配这个背景下进行探讨的。因此，本文针对多温共配冷链物流系统建立了费用分摊模型，并利用考虑调节系数的Shapley值法对算例进行了深入研究。研究结果可以为城市冷链物流服务提供商和传统零售企业制定合作协议提供参考，同时该研究充实和丰富了物流企业间合作理论和城市冷链物流的相关研究成果。
三、城市物流企业多温共配的费用分摊原则
传统物流服务商的企业战略管理理论还是以竞争为导向，认为企业之间只有进行充分竞争才能实现效率最大化。然而近年来，顾客需求的日益多样化导致物流企业战略的主流思想从竞争走向了合作(罗剑锋，2012)。[16]
城市冷链物流的多温共配模式是一种城市物流企业间和其零售商之间的联盟行为，虽然联盟企业形成了一个利益共同体，但就其内部而言，各参与企业仍然是独立的经济实体。因此，多温共配模式既要保证联盟的整体利益，又要满足单个企业所追逐的经济利益。一般说来，追求更低的成本是城市物流企业进行多温共配的合作基础，而费用分摊的原则是共同配送成本得以合理分摊的保障。下面对城市物流企业在进行费用分摊时所要遵循的原则进行论述。
(一)平等原则
平等原则是合作最基本的原则，指参与城市多温共配的物流企业都是平等的主体，在运营过程中必须被平等地对待，不应因某企业在联盟中处于劣势地位，而侵占其应享有的权利。
(二)共赢原则
共赢原则是指在城市物流企业采取合作策略实施多温共配时，必须保证参与多温共配的每一企业均可从共同配送中获得收益，来保证企业对合作的积极性。
(三)多劳多得原则
多劳多得原则是指在合作过程中，企业所获得的收益根据企业为合作所投入的贡献量来确定。这里所说的贡献可以指资金、基础设施设备、人员、管理经验、完成工作量、成本节省等等。
(四)风险利益相关联原则
风险利益相关联原则指配送费用的分摊，应充分考虑各参与企业所承担的风险，对承担风险大的企业给予适当的补偿，以增强合作的积极性。
四、城市物流企业多温共配博弈模型的构建
合作博弈的方法是直接关注于联盟怎样形成，哪些联盟可以形成以及形成的联盟如何分配收益和分摊成本。城市物流企业之间进行多温共配的合作模式就可以看作合作博弈的一种。企业之间通过沟通和交流达成共识，通过同业的配送资源整合，以一种合适的配送模式满足客户对货物运输的多温度需求，既降低了冷链物流和常温物流的营运成本，又提高了城市物流企业的赢利能力。下面我们通过合作博弈的方法解决多温共配的费用分摊问题。
(一)多温共配合作博弈的基本假设
合作博弈应该建立在有合作前景和可能的基础之上。也就是说，研究合作博弈，至少应该有一个重要的假设或前提，那就是所有的局中人总是有可能组成大联盟的，或者说，所有的局中人可以期待合作将为自己带来更多利益。
其中V(N)表示多温共配合作联盟形式中最大的收益，V(｛j｝)为多温共配合作联盟中第i个局中人未参加该联盟时单独决策的收益。
因而，可以得到城市冷链物流多温共配合作博弈的两个基本假设是：(1)对多温共配合作联盟来说，整体收益大于每个城市物流企业单独经营时的收益总和；(2)对多温共配合作联盟内部而言，应存在着具有帕累托改进性质的分配规则，即每个城市物流企业都能获得比不加入该多温共配冷链物流合作联盟时更多的收益。
(二)多温共配合作博弈的模型构建
定义城市物流进行多温共配的合作博弈局中人(城市物流企业)集合N=｛1，2，……，n｝，如果对于N的任何一个子集S(表示n个城市物流企业所组成的任何一个集合)都对应着一个实值函数满足如式(1)、式(2)：
分别表示为：
1.各个物流企业获利总和等于该多温共配合作联盟获利之和。
2.多温共配合作博弈中任意两个独立的合作对策和所得到的新博弈的值等于原来两个独立博弈的值的和。
3.无贡献者不分配。
满足上述三个条件的合作对策的解被认为在n人合作对策中是稳定的，所有稳定解的集合构成了该合作博弈的核心，但核心可能是空的。因此，我们考虑求解Shapley值是一个可行的方法。
五、基于多温共配合作博弈模式的Shapley(夏普利)值改进算法
常见的可运用于共同配送中的利益分配方法主要有Shapley值法和基于Nash谈判模型的分配方法，其他的还有最小核心法、GQP法和简化的MCRS法等。在这些算法中最具代表性且简单易用的是Shapley值法。Shapley值法能够实现多人合作的利益分配问题，计算简单，应用广泛(高洁和周衍平，2012；孙世民等，2008)，[17-18]实现了联盟总体利益在各成员之间的公平和有效的分配，联盟中若干人组合的每一种合作都会得到一定的效益，当人们之间的活动具有非对抗性时，合作中人数的增加不会引起效益的减少，这种合作具有Pareto改进性质(郑鑫等，2011)，[19]这是Nash均衡所做不到的(Fel Tkamp，1995)，[20]满足了理性人普遍接受的合理性规则。此外，效益的确定要通过开展多温共配的前后对比分析才能得到，而Shapley值法正体现了这一原则。因此，本文选择对Shapley值法做了简单的改进工作，以便将其应用到多温共配的费用分摊问题中去。
(一)经典的Shapley(夏普利)值算法
很明显，Shapley值法严格证明了合作者公平的分配是各参与者贡献之和的加权平均值。然而在实际共同配送联盟中，加入的企业是存在合作风险，交易成本中包括合作风险。因此，考虑到每种合作组合的风险，将合作成功率引进Shapley值法中，将有助于获得更合理公平的收益预期。
(二)修正后的Shapley(夏普利)值算法及计算步骤
城市冷链物流多温共配体系在实际运作中并不会严格按照标准的Shapley值算法的假定条件去运作。影响他们收益分配的因素存在于多温共配业务开展的各个阶段，主要包括投入因素、经营因素、风险因素等，这些都会影响到多温共配联盟体系的利益分配的公平。因此，本文基于以上考虑，对经典的Shapley值算法进行修正，建立基于多温共配模式的利益分配模型。具体修正步骤如下：
1.初始费用分摊值计算。基于5.1节所论述的Shapley值法，计算参与多温共配的城市物流企业的初始收益分配值
。
2.调节系数ε的确定。ε值的确定可以由参与多温共配的所有企业基于初始投入情况、经营过程运作情况、风险情况等方面因素共同协商确定，但本文为了简便起见，假设以上因素各家物流企业的贡献度都是均等的，唯一存在偏差的是运输过程中货物所需要的温控设备不同。具体来说，常温货物只需用常温保温箱进行保存，成本可忽略不计；冷藏、冷冻货物需要用装有蓄冷器的蓄冷保温箱进行低温保存，而这两种货物所用到的蓄冷器的成本也因要求的温度范围不同而有所差异，假定冷冻设备需要的蓄冷器成本为冷藏设备的两倍。
3.考虑ε因子的收益分配结果计算。基于考虑了调节系数ε的存在，最终确定参与多温共配的物流企业i的收益分配情况为
。
修正后的Shapley值法的求解公式变为式(8)、式(9)：
其中ε为调节系数，其余的符号含义同上。从改进后的Shapley值法可以看出合作者的公平收益预期应取决于三个因素：一是对各种可能合作的贡献值；二是可能参加合作的数量；三是调节系数ε。
此外，在实际企业多温共配运作中，人们很多情况不能获得精确数据。比如单位运价，就会因为受到油价、天气状况、交通管制、人力成本等因素的影响而发生波动。但是这种情况下，我们可以根据经验知识或信息获得相关数据的最小估计值和最大估计值(孔维莎，2007)。[12]
图1 城市冷链多温共配合作联盟示意图
为简明起见，我们假定有三家供应商N=｛1，2，3｝，分别是冷链物流企业1、冷链物流企业2和常温食品供应商3，向一个零售企业家乐福4配送商品，如图1所示。其中冷链物流企业1配送的是冷冻货物，冷链物流企业2配送的是冷藏货物。配送费用的计算公式为：费用=吨数×单位运输费用×里程数，其中，每个供应商的配送量分别为q1=4t，q2=6t，q3=8t。但是，由于实际中单位运价因燃油价格、人员工资、天气情况和突发事件等存在一定的不确定性，我们只能获得一个由最小估计和最大估计组成的区间值，记作
。该案例中每条路的具体单位运价范围如图所示。当然里面还有一个限制条件，即是三家的供应量加起来都不超过运货汽车的额定载重。现假设各企业所使用的配送路线已达到最优，无风险因子，存在调节系数ε。
根据图1所示，采用穷举法可得出所有供应商对零售企业的配送方案。
(1)若三家独立展开配送，则总成本为：
接下来，文章采用上面的Shapley值法将合作所产生的成本在三个供应商之间进行合理的分配。根据公式得到下面的四个表格，如表1-4所示。
由计算结果可知，冷链物流企业1单独配送到家乐福的成本是[2000，2400]，与冷链物流企业2和常温食品供应商3多温共配的成本是[1740.5，2282.5]＜[2000，2400]；冷链物流企业2单独配送到家乐福的成本是[1920，2400]，与冷链物流企业1和常温食品供应商3多温共配的成本是[1446，1875]＜[1920，2400]；常温食品供应商单独配送到家乐福的成本是[1440，1920]，与冷链物流企业1和与冷链物流企业2多温共配的成本是[373.5，572.5]＜[1440，1920]。如果以各个联盟的成本区间的平均值作为决策依据，三个供应商都会选择多温共配模型进行配送。由此可见，组建多温共配合作联盟是减少城市物流企业配送成本和增强企业竞争力的一条有效途径。
此外，由表1-3依然可知，冷链物流企业1、2和常温食品供应商参与联盟｛1，2，3｝分摊的成本最小，由表4可知，这种多温共配的合作联盟总共节约了[5360，6720]-[3560，4730]=[1800，1990]。这是因为供应商们通过积极的合作，增加了配送车辆和配送装置的利用率，大大降低了物流配送成本，从而增加了整个合作共同体的利益。而对联盟配送成本进行合理的分摊，能够有效地提高联盟的稳定程度，使得合作伙伴能够相互支持，实现最大的联盟效益。本文在改进后的Shapley值算法的帮助下，将多温共配合作所产生的成本在三个供应商之间进行了合理分配，即冷链物流企业1、冷链物流企业2和常温食品供应商在多温共配合作体系中分摊的成本分别为[1740.5，2282.5]、[1446，1875]和[373.5，572.5]。当然，本文所讨论的成本分摊结果是个区间值，这是在单位运价不确定的情况下所做的考虑。而如果在实际应用过程中，单位运价是可确定的，那么利用本文的方法所得的成本分摊结果就是个具体数值；而如果单位运价由于天气状况、交通管制或者突发事件等因素而实在无法确定，作者建议利用区间值的方法或者在多温共配联盟成员商讨过的情况下取估计的单位运价区间值的平均数作为计算单位运价。
城市冷链物流的目的是为了给城市工业或城市居民的日常生活提供冷链服务，保障易腐货物的质量。目前，由于拥堵的城市交通、严格的超市收货时间、非合理的运输资源分配和无法得到改善的冷链物流技术等问题，使得城市冷链物流服务成本居高不下、效率低下、货损严重，无法满足客户对货物运输的多温度需求，甚至还造成严重的城市污染、加重城市道路的拥堵状况。现行的城市冷链物流系统的种种“内、外部不经济”让我们清醒地认识到，寻求一种高经济效益、社会效益和环境效益的城市冷链配送系统意义重大(胡云超，2013)。[21]笔者认为，发展城市冷链物流的多温共配模式是一个有效改善现行城市冷链物流问题的好途径。该模式不但可以最大程度地共享资源，提高人员、设施、资金等物流资源的使用效率，提高配送的产品质量和服务水平、改善城市交通和保护环境城市环境，更可以有效满足客户货物配送小批量、多批次、多品种和多温层的多重需要。总之，无论在冷链物流服务商、传统零售商的角度，还是消费者和社会角度，开展城市多温共配冷链物流模式都是明智的选择。
参与多温共配的各物流企业间经济利益的分配问题一直是实施多温共配的主要障碍。本文以保障城市多温共配冷链物流合作模式成功地运作为出发点，借助Shapley值算法，制定出了一个公平合理的费用分摊机制。该机制充分考虑了多温共配模式的特点，将需要不同温度环境进行常温、冷藏和冷冻运输的货物进行区分，以显示该费用分摊机制在进行费用分摊时的公平性原则。此外，本文在改进的Shapley值算法的基础上引入了单位运价的最小估计值和最大估计值的概念，更加符合实际情况。本文的结论对城市物流服务商和传统零售商进行多温共配冷链物流合作具有积极的促进作用，从而间接地起到缓解交通和保护环境的作用，提高了城市物流的经济、社会和环境效益。但是本文存在以下不足：首先，由于所考虑问题的复杂性，本文没有详细介绍调节系数ε的具体确定方法，只将主要影响因素列出；其次，为促进物流企业合作的稳定性并实现合作的整体利益最大化，需要在企业间建立相应的约束机制来规范企业间的行为(阮南平和黄蕾，2007)。[22]比外，如果参与多温共配冷链物流合作的城市物流企业比较多，怎样将这些物流企业进行先聚类再进行成本分摊，这些都有待进一步研究。