我国石油供应链成本分担问题研究

崔 树 杰，张 文 杰，薛 东 辉

一、绪论

石油是世界各国竞相储备的重要战略资源，石油产品的价格波动对国民经济会产生巨大影响。为提高我国石油企业的竞争力，1998年我国政府对石油企业进行重组，成立了中国石油、中国石化和中国海洋石油三大集团公司，改变了以往石油企业资源分散、竞争力薄弱的局面，三大集团构成了我国石油产业供应链的核心。随着社会化生产的深入，单个企业很难完成产品生产的全部环节，需要借助上下游企业的力量共同完成最终产品的生产，因此当前产品的竞争已演化为供应链的竞争，企业间比拼的不仅是企业的实力，而是各自所在供应链的整体竞争力和企业在供应链中的竞争地位。随着供应链在社会生产中地位的不断提升，对供应链的研究也在不断升级，这其中有将供应链作为一个整体，对供应链整体特征和供应链竞争能力的研究，也有以供应链中各企业作为研究对象，考察供应链内各企业的利益分配问题的研究。而对供应链内各企业利益分配的研究多是基于博弈模型的分析，此类研究一般通过对实际情况的总结，提出前提假设，并构建博弈模型，通过对模型的求解找出均衡状态，从而得出结论。

在本文中我们建立斯提尔伯格（Stackelberg）博弈模型，对我国石油供应链中勘探企业和开采企业的成本分担问题进行研究。本文认为在采油商领导的斯提尔伯格博弈模型中，采油商对勘探局投入资助比例取决于两者的边际利润。采油商给勘探局的费用补贴与采油商的边际收益成正比，与勘探局的边际收益成反比。对采油商来说，如果其边际收益很高，就会给勘探局提供更多的补贴，以增加原油供应量；对勘探局来说，如果其边际收益很高，即使采油商为它提供很少的补贴，也有强烈的动力增加投入来增加供应量。

本文主要在以下三个方面对供应链理论作出贡献：其一，对石油供应链的特点进行分析，并根据其特点设计斯提尔伯格博弈模型。其二，从勘探成本分担的角度分析了石油供应链企业间的关系。其三，通过对博弈模型的求解，得出结论，为我国石油供应链企业间的成本分担方式提供依据。

接下来的一部分是对石油供应链的研究，对供应链博弈模型研究及斯提尔伯格博弈模型的研究进行理论回顾；在第三部分重点分析我国石油供应链的特点，并提出本文设计模型的假设前提；第四部分用于建立博弈模型，并对不同情况下的模型求解；第五部分对博弈均衡情况作出解释和分析；第六部分总结全文。

二、理论文献回顾

1.石油供应链相关研究回顾

自斯提尔（Stear）[1]以一家石油企业为例对其供应链进行研究以来，国内外多位学者对石油供应链的结构、分销、网络优化、价格、政治影响等问题进行研究。埃斯科优德罗（Escudero）、昆塔纳（Quintana）和 希尔莫容（Salmeron)[2]提出了线性模型处理石油公司的供应、运输和配送问题。内罗（Neiro）和品脱（Pinto）[3]论述了石油供应链建模的一般框架，并为石油供应链建立了一个综合的模型。奥夫曼（Al-Othman）、拉巴彼迪（Lababidi）、阿拉提奇（Alatiqi）和 奥莎依吉（Al-Shayji）[4]将不确定性引入到市场需求和价格中，建立了一个由原油、精炼、石化、下游化工组成的四个部门的供应链网络来说明上述模型。

在国内文献中，对石油供应链的研究多是进行现状分析和政策研究。刘晓、王成恩、储诚斌[5]研究了石油供应链中的原油采购方法，建立了在有限资源约束下的准时制多目标采购优化数学模型，并利用层次分析法与多目标规划相结合的方法对模型进行求解，得出了原油采购方案。邸丛颖、田立新[6]建立了一个有关成品油供应链优化的模型，模型以总成本最小为目标函数，通过一个简单成品油供应链实例对模型进行求解，并得出了最优解。李卓[7]采用动态最优控制方法分析了在面临外生性石油供给冲击时，国家石油战略储备计划对国内石油消费以及石油价格走势的动态影响。

2.供应链博弈模型研究理论回顾

在通过构建博弈模型研究供应链内企业间的利益分配方面，主要有三种分析视角：其一，有的研究从信息视角分析供应链内企业在信息对称和信息不对称情况下，供应链上下游企业间博弈规则会发生怎样的变化，如侯琳琳、邱菀华[8]认为供应链上的企业可以利用供应链的契约，向其他企业传递信息，从而达到信息共享的目的，提高供应链的整体收益。其二，还有的研究从演化博弈的视角，将供应链上下游企业间的博弈放到更长的时间段来考察，找出博弈规则的进化路径和稳定状态，从而找出当前的最佳机制设计方法，如王玲[9]通过运用演化博弈中的单种群博弈和双种群博弈理论，分析了供应链网络横向和纵向竞合博弈演化过程及演化均衡的影响因素，并发现合作可以提高供应链的整体收益，进而有利于提高供应链内各环节企业的收益。此类研究还有戚桂清、杨锡怀、李森，[10]周雯、邓飞其，[11]张素博、宋光兴[12]等。还有的研究把供应链中的企业分为主导型企业和跟从型企业，利用斯提尔伯格博弈模型分析供应链内企业的合作机制，并考察企业间的利益分配过程，如张贵磊、刘志学[13]从对供应商主导和分销商主导两类供应链博弈模型的分析，得出供应链主导企业能获得全部剩余收益，而其他企业只能获得平均利润，但如果主导企业放弃主导地位，供应链所有企业都将遭受损失的结论。此类研究还有王利、陆继，[14]滕春贤、姚锋敏、刘志勇[15]等。

3.斯提尔伯格博弈相关理论回顾

斯提尔伯格问题是由德国经济学家海因依奇·斯提尔伯格（Herinrich Von Stackelberg）最初于1952年在研究市场经济问题时提出的，这是具有主从递阶结构的决策问题。在这一类的决策问题中，存在两种类型的决策者：处于较高决策层次的主方和处于下级决策层次的从方。在斯提尔伯格博弈中存在一个和其他决策者不同的决策者，可以称其为主导者，他可以预期到其他成员（可以称其为跟随者）的反应，并且利用这些反馈信息来作出自己的最优决策。具体一点来说，主导者从策略集中选择某一个策略，然后每个跟随者根据主导者所选择的策略来确定自身的策略。在这种情况下，每个下层跟随者的策略都是依赖于主导者的策略，并且每个跟随者的成本函数不仅依赖于主导者的策略，而且还依赖于所有其他跟随者的策略。如果主导者失去了预料对方反应的优势，那么斯提尔伯格博弈也就转变成纳什（Nash）博弈。这种主导者权力的丧失通常会导致成本的增加和收益的降低。相似的，如果主导者的这种预测能力并不能对其收益产生影响，那么斯提尔伯格博弈也就成了纳什博弈了。

三、我国石油供应链特点和模型假设前提

1.我国石油供应链特点分析

一方面石油是国家的重要战略资源，政府对石油产品的生产、定价等问题具有重要的影响力；另一方面石油产业又具有较强的垄断特征，我国三大石油公司占据了石油产业的主要份额。因此石油产业供应链具有与其他产业供应链不同的特性。本文认为，我国石油产业供应链主要具有以下特点：

石油行业供应链的各企业之间的关系既包括企业之间的独立法人关系，也包括企业内属关系，还包括系统内的关联关系。整个供应链的协调运作还需要依靠核心企业来驱动，也就是所谓供应链即是基于核心企业的利益共同体。这里的核心企业指的是具有一定的核心能力，在供应链上发挥核心作用的企业，它是整个供应链的管理中心、信息集成与交互中心以及协调控制中心。

供应链中的核心企业是供应链得以维持的核心力量，它是供应链游戏规则的制定者。因此供应链的核心企业是供应链的领航者、领导者。在石油行业供应链中，由于石油开采企业在石油产品形成过程中起着最为重要的作用，是石油产品形成的关键过程，可拉动上游公司原料的供应和勘探公司的勘探，也可以拉动下游的石油冶制与化工及分销体系和客户。因此，石油开采公司具备供应链核心企业的特点，是石油行业供应链的核心企业。本文主要研究石油开采企业与上游的勘探企业的关系。

由于油气勘探风险高，成功率低，需要投入大量资金、设备、人力，但一旦探明新油田，收益巨大，不但可以收回勘探过程中的成本，而且对国家和社会的发展具有极强的正外部性。因此，需要作为核心企业的开采公司与勘探公司的协调，做好成本分担方面的工作。

2.模型假设前提

在油气勘探开发开采阶段，假设供应链是由一家石油勘探公司和开采公司组成，供应链的重点是石油勘探开采中的问题，总的勘探费用由勘探费用和开采费用两部分组成，这常见于各石油公司的勘探局和采油商。由于油气勘探风险高，成功率低，需要投入大量资金、设备、人力，而一旦探明新油田，收益巨大，不但可以收回勘探过程中的成本，而且对国家和社会的发展具有极强的正外部性。因此，在此阶段要勘探公司和开采公司结合成一个整体，构筑稳定的成本分担关系，使油气勘探工作有足够的资源支撑。

原油的供给量可以看成石油开采商和勘探局的投入的函数，此时，原油的供给量主要受开采商投入费用C和勘探局投入费用E的影响，随着这两项费用的提高而提高，给定原油的供给函数 S（C，E）=1-C-γE-δ，其中 γ、δ 是大于零的常数，分别是开采商投入费用和勘探局投入费用对原油供给量的影响因子。γ越大，开采商投入对供给量的影响越大；δ越大，勘探局对供给量的影响越大。

每多供给一单位原油，开采商和勘探局获得的边际收益分别为ρe和ρp，ρe和ρp都是可以预测的常数。

在投入费用中，λE是开采商对勘探局提供的资助，λ是开采商对勘探局提供的资助比例，0≤λ≤1。

开采商利润函数πe、勘探局利润函数πp和整体的期望收益π可以表示为：

四、斯提尔伯格博弈模型

在开采商和勘探局之间的博弈中，开采商作为核心企业和领导者用成本分担政策来激励勘探局，使其增加投入，开采商战略是选择投入费用C∈[0，∞]和补贴政策λ∈[0，1]，勘探局在观测到C和λ后，再选择开发费用E，使其利润πp最大化。

采用后退归纳法，先考虑勘探局的决策问题，此时勘探局的问题可以表示为：

由此可得到勘探局的最优决策为：

分析E*可得出：

由式（6）可以看出，开采商愿意补贴的费用越多，勘探局费用支出也越多，因此开采商可以通过提高补贴使勘探局投入费用，使其达到开采商所期望的水平；由式（7）可以看出，开采商投入越多，勘探局的投入越少，因此，勘探局有强烈的搭便车的倾向。

开采商在决策时能预见到勘探局的最优反应函数（5）式，其决策问题可表示为：

由此可得到开采商的最优决策，带入（5）式中的E*，可以得到唯一的斯提尔伯格均衡解：

五、均衡结果分析

对斯提尔伯格的均衡解进行分析。

采油商对勘探局的资助比例取决于两者的边际利润以及参数δ的影响。因此，第一，如果采油商和勘探局的边际利润比<δ+1，相当于勘探局的边际利润高于采油商，那么勘探局完全有激励去增加投入，此时采油商没有动机为勘探局提供补贴，即λ等于零。第二，由于δ与供应量成正比，增大δ以至于<δ+1，将会引起供应量的增加，勘探局无需采油商的资助，也会增加投入。也就是说，对于开采商来说，如果其边际收益很高，就会给勘探局提供更多的补贴，以增加原油供应量；对于勘探局来说，如果其边际收益很高，即使开采商为它提供很少的补贴，它也有强烈的动力增加投入来增加供应量。

从供应链整体看，主导企业不仅能最大化其自身利润，同时也能起到协调供应链的作用。如果核心企业开采公司放弃了主导权，将没有能力对高风险、低成功率、投入需求高的勘探企业进行资助，勘探企业将没有足够动力进行石油勘探工作，石油的最终供应量将受到影响，供应链将处于低运作状态，开采企业自身的利益也会受到严重影响。

六、结论

笔者对石油供应链中石油的勘探开采进行了讨论，构建了开采商为领导者的斯提尔伯格博弈模型，通过分析，得出如下结论。

供应链领导者可以利用手中权力在使自身利益最大化的同时使供应链达到协调状态，主导企业放弃领导权会导致自身利益的受损，供应链整体也将处于低运作的状态。在采油商领导的斯提尔伯格博弈模型中，采油商对勘探局投入资助比例取决于两者的边际利润以及参数δ的影响。采油商给勘探局的费用补贴与采油商的边际收益成正比，与勘探局的边际收益成反比。对于开采商来说，如果其边际收益很高，就会给勘探局提供更多的补贴，以增加原油供应量；对于勘探局来说，如果其边际收益很高，即使开采商为它提供很少的的补贴，它也有强烈的动力增加投入来增加供应量。

[1]Stear T.N..Logistics Planning in the Downstream Oil Industry[J].Journal of Operational Research Society，1993（44）：9-17.

[2]Laureano F.Escudero，Francisco J.Quintana，Javier Salmeron.CORO，A modeling and an Algorithmic Framework for Oil Supply，Iransformation and Distribution Optimization under Uncertainty[J].European Journal of Operational Research，1999（(114）：638–656.

[3]Sérgio M.S.Neiro José M.Pinto.A General Modeling Framework for the Operational Planning of Petroleum Supply Chains[J].Computers and Chemical Engineering，2004（28）：871–896.

[4]Wafa B.E.Al-Othman，Haitham M.S.Lababidi，Imad M.Alatiqi，Khawla Al-Shayji.Supply Chain Optimization of Petroleum Organization Under Uncertainty in Market Demands and Prices[J].European Journal of Operational Research，2007（89）：822-840.

[5]刘晓，王成恩，储诚斌.分布式供应链中基于准时制的原油采购计划方法[J].中国管理科学，2003（3）：30-35.

[6]邸丛颖，田立新.成品油供应链优化模型研究[J].统计与决策，2007（3）：56-57.

[7]李卓.石油战略储备计划与石油消费的动态路径分析[J].管理科学学报，2008（1）：22-30.

[8]侯琳琳，邱菀华.基于信号传递博弈的供应链需求信息共享机制[J].控制与决策，2007（12）：1421-1428.

[9]王玲.供应链网络竞合机制：一个演化博弈的视角[J].预测，2007（5）：12-17.

[10]戚桂清，杨锡怀，李森.基于重复博弈的集群网络供应链竞合关系分析[J].东北大学学报，2006（2）：233-236.

[11]周雯，邓飞其.供应链上演化博弈的复制动态及演化稳定策略[J].统计与决策，2007（4）：43-44.

[12]张素博，宋光兴.供应链中长期合作关系形成的博弈分析[J].物流技术，2008（4）：165-166，210.

[13]张贵磊，刘志学.主导型供应链的Stackelberg利润分配博弈[J].系统工程，2006（10）：19-23.

[14]王利，陆继.主从式二级供应链利润分配博弈分析[J].统计与决策，2007（2）：142-144.

[15]滕春贤，姚锋敏，刘志勇.具有Stackelberg博弈特征的供应链定价协调[J].系统工程，2007（7）：32-37.