博弈视角下废旧共享单车闭环供应链回收问题探讨

韩 冰

（河南牧业经济学院物流与电商学院 郑州 450044）

一、引言

2014年以来，共享单车逐步走进大众视野，其以智能出行、智能支付、减少环境污染等优点在我国各个城市迅速扎根。但仅在过去的6年内，中国的共享单车发展经历了由最初的政府鼓励、城市特色、公众叫好和“百花齐放”，到最近的供过于求，各大城市强制暂停继续投放，多数共享单车企业宣布破产，“僵尸”共享单车堆积影响城市正常交通秩序，共享单车的可持续发展正经历着严峻的挑战。根据国家信息中心分享经济研究中心统计数据显示，截至到2017年，全国投放共享单车数量多达4000万辆，而这些投入市场的共享单车报废后约会产生30万吨废旧物。根据共享自行车团体标准和国家强制性标准的要求，共享单车报废年限为3年，因此现阶段我国将有大量共享单车进入“报废大浪潮”。但是现阶段我国尚没有专业的共享单车回收处理机构，现有共享单车平台运营商也仅有极少数参与到共享单车的维修再利用。在此背景下，我国各大城市将面临大量的共享单车堆积待处理，这将导致城市交通拥挤、资源浪费和环境污染等一系列问题。为此找寻并建立有效的共享单车回收再制造体系，成为社会、政府、企业关注的焦点。共享单车车身组成包含智能电子锁、电池、电路板等组件，这与废弃物与报废的电子电器设备（Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE）的处理情况非常相似，其均有拆卸流程复杂、维修难度大、资源浪费程度大、回收价格低、回收渠道不完善等特征，因此可以借鉴国内外电子电器废弃物回收再制造的经验来处理共享单车问题。Ino（2017）、Shih（2017）和Wiesmeth（2011）等指出生产责任延伸制（Extended Producer Responsibility，EPR）是实现资源循环可持续发展的有效途径，并且在全球范围内废旧电子产品的回收再制造中起到广泛且成熟的应用。我国在2016年制定的《生产者责任延伸制度推行方案》明确指出对电器电子、汽车、铅酸蓄电池和包装物等四类产品实施生产者责任延伸制度。在此背景下，闭环供应链（Closed-loop Supply Chain，CLSC）成为企业、政府及学者研究的热点。闭环供应链一方面可以减少资源浪费，实现资源的循环可持续利用；另一方面，可实现一定的经济收益。与制造新产品相比，利用废旧产品进行再制造可以节约成本50%、节能60%、节约原材料70%、减少大气污染86%、减少水污染76%、减少固体废物97%、节约用水量40%。

截至目前，废旧共享单车回收的研究受到了众多学者的关注，并涌现出一批具有启发性的研究成果。黎飞（2019）、魏子凌（2019）、马振耀（2019）阐述了共享单车逆向物流发展的现状、阻碍、原因和必要性，最后提出了共享单车实行逆向物流的建议；叶成龙（2018）等剖析了共享单车发展现状和问题，构建了基于物联网的逆向物流系统。此外，废旧电子产品回收再制造经验表明，共享单车生产商和平台运营商作为共享单车的生产和处理主体，其资源可持续发展和回收再制造意识在很大程度上决定了共享单车的回收效率。

通过整理以上文献，虽然共享单车回收研究已涌现大量成果，但针对共享单车生产商和平台运营商的博弈行为的研究尚存在不少空白。基于此，本文围绕共享单车的回收问题，综合考虑了共享单车生产商和平台运营商作为主体构成的闭环供应链，并在博弈视角下分析了闭环供应链主体的利润分配问题。

二、问题描述、基本假设和符号说明

（一）问题描述

共享单车生产商作为生产者，需要在产品设计初期就考虑到后期共享单车的回收问题。在生产共享单车初期就要采取比较环保、可降解的原材料，从而促进后期回收工作的顺利进行，也就是说共享单车生产商要对共享单车的整个生命周期进行合理规划。同时，共享单车平台运营商要对共享单车的运营做好规划，要对市场上堆积的故障共享单车进行集中回收，并提供初步整理打包的工作，然后将这些故障共享单车转移到共享单车生产商，从而经处理实现二次利用的目的。

本文通过建立共享单车生产商与共享单车平台运营商二者之间的Stackelberg博弈模型，研究了共享单车平台运营商主导模式下的共享单车回收决策以及共享单车生产商和共享单车平台运营商的期望利润，并通过运用逆向归纳法对Stackelberg博弈模型进行求解，最后得出结论。

（二）基本假设

为了便于Stackelberg博弈模型的分析研究并结合实际情况，本文提出以下几点假设：

H1：假设共享单车生产商和共享单车平台运营商二者之间不存在竞争关系且相互独立、信息完全对称，同时二者均按照自身利益最大化原则进行决策:。

H2：假设二者之间的运营模式为共享单车生产商负责制造共享单车和回收废旧共享单车后的二次制造和降解处理，共享单车平台运营商负责日常运营及废旧共享单车回收。

H3：假设共享单车是免押金的。目前发展较好的共享单车平台运营商如摩拜、哈罗、青桔单车等都采取免押和提高租金的运营模式。为了便于研究，模型中建立共享单车平台运营商利润函数时除去押金收入这一项。

H4：根据我国共享单车的相关管理规定，共享单车连续使用3年即达到强制报废标准，因此在计算共享单车平台运营商利润函数时假设共享单车的使用年限为3年，计算3年内每辆共享单车带来的收入，即每辆新共享单车投入市场三年以来的收入为S。

H5：假设新共享单车与回收再制造后共享单车的使用价值和定价都是相同的，且 C1＞C2，新共享单车制造成本大于二次再利用成本，表明共享单车生产商愿意对废旧共享单车实施回收。

H6：假设共享单车回收每辆共享单车应承担的单位回收费用N与生产商向共享单车平台运营商回收共享单车应支付的单位回收价格M存在关系，即 M=N+L，（M＞N＞L＞0），其中L表示共享单车平台运营商回收废旧共享单车后，再将废旧共享单车转手卖给生产商所获得的差额。

H7：假设市场需求量为Q=a-bS ，其中常数a，b＞0 ，a 为市场容量，b 为租金敏感程度，表明当租金越高时，共享单车的市场需求就越小。另假设批发价格B 与租金价格 S之间建立函关系，即S=B+Z，（S＞B＞Z＞0），其中Z表示每辆共享单车赚取的租金价格比批发价格相比多出的差额。

H8：假设回收量为D(N)=k-hN ，其中常数k h＞0，k 是指回收价格为0时废旧共享单车的潜在回收量，h 表示对N 的敏感程度，N 为将一辆共享单车进行回收时，共享单车平台运营商所承担的单位回收费用，当 N越大时，其回收量越小。

H9：假设G(N) 是共享单车平台运营商将废旧共享单车回收应支付的回收成本。假定G(N)=(1-d)*D2(N) ，其中常数d＞0 ，表示回收共享单车的完好程度，d越大，表明回收成本越低，回收成本与回收量呈正向发展，回收量的增多将导致回收成本的增加。

（三）符号说明

B ：新共享单车的批发价格。

Q ：共享单车的潜在总需求量。

M ：共享单车生产商向共享单车平台运营商所支付的单位回收价格。

L ：共享单车平台运营商回收故障共享单车后，再将故障共享单车转手卖给生产商所获得的差额，其中M=N+L 。

C1：每辆共享单车投入的制造成本。

C2：共享单车再利用的单位成本。

C3：不能再二次回收利用的共享单车处理成本。

Pm：共享单车生产商获取的利润。

αm：回收共享单车的二次利用率。

S ：投入市场使用的每辆共享单车所获得的租金价格。

Z ：每辆共享单车所赚取的租金价格要比批发价格多出的差额，用 S=B+Z表示。

C4：每辆共享单车日常运营所承担的成本。

N ：回收每辆共享单车所承担的单位回收费用。

D(N) ：共享单车回收量，用D(N)=k-hN 表示。

G(N) ：共享单车平台运营商回收共享单车支付的回收成本，用G(N)=(1-d)*(k-hN)2表示。

Ps：共享单车获取的利润。

其中，B 、S 、N 为决策变量。

三、模型建立及求解

（一）模型建立

基于以上理论假设，现对共享单车平台运营商主导模式建立模型，首先共享单车和共享单车平台运营商两者的目标函数，即二者的利润函数。共享单车生产商的利润函数为：

共享单车平台运营商的利润函数为：

其闭环供应链系统总利润函数为：

（二）模型求解

共享单车平台运营商占主导地位，其作为决策领导者通过设定共享单车的租金价格，共享单车生产商作为跟随者，根据共享单车平台运营商的价格决策制定共享单车的最优批发价格和生产商向共享单车平台运营商支付的最优回收价格，共享单车平台运营商以此为依据确定自身企业的最优租金价格，根据逆向归纳法求解可得批发价格、租金价格、回收费用的最优解如下：

将式批发价格、租金价格、回收费用的最优解带入式（1）、（2）得到共享单车生产商、共享单车平台运营商的最优利润及系统总利润函数的最优解：

四、算例分析

（一）参数赋值

为贴近实际情况，更好的验证模型，本文对郑州市摩拜单车进行了详细的数据调研，通过摩拜单车的日常运营数据及实地考察，得出相关数据如表1所示。

表1 相关参数赋值

（二）数值分析

表2 共享单车平台运营商主导模式下算例分析取值及计算结果

通过计算得到Z∈（199．7223，1000．3）时，共享单车平台运营商的总利润是大于零的。共享单车平台运营商主导模式下各个均衡解的计算结果如表2所示。

五、结论

通过对闭环供应链主体共享单车生产商和平台运营商的博弈行为建立Stackelberg博弈模型、求解并进行算例分析，可得以下结论：

第一，共享单车运作前期，在共享单车平台运营商作为领导者时，市场上的共享单车处于供小于求的状态，生产商的利润在此时是增加的。其主要原因是前期要生产新的共享单车投入市场是生产商赚取利润最多的时候，而在个时期共享单车平台运营商要根据市场需求制定共享单车采购计划，并投入大量资金购买共享单车，因此这个时期共享单车平台运营商获得的利润是少于生产商的。

第二，在共享单车运作中期，此时市场上的共享单车供求基本处于平衡状态。在这个时期生产商又多了一部分对故障共享单车回收所赚取的利润，但这项利润是小于制造新共享单车的利润的。在运作中期，共享单车平台运营商由于前期投放的共享单车所获得的用户赚取了一些利润，因此其利润是不断增加的。但总体来说，中期共享单车生产商与共享单车平台运营商都是盈利者。

第三，共享单车运作后期，此时市场上的共享单车供求处于失衡状态，共享单车的供给远远大于了需求。这直接导致了共享单车生产商赚取的利润直线下降，虽然回收故障共享单车的利润直线上升，但二者加总后的利润还是下降的。在运作后期，共享单车平台运营商依旧是盈利的，但由于前期的无节制投放，在回收共享单车这个环节也花费了不少金额，但故障共享单车的数量必定远远小于正常单车数量，所以说此时共享单车平台运营商的利润仍是增加的。

第四，共享单车运作后期，可以发现无论是共享单车生产商还是共享单车平台运营商其并非一直处于盈利的状态。这两个主体在对共享单车进行运营和回收时，出现过相对均衡的局面，但大部分仍处于失衡状态。假设共享单车平台运营商一直盈利，而生产商利润却一直下降，这种情况就会导致整条供应链断裂，最终两败俱伤。所以必须保证整个供应链上的各环节所赚取的利润都是相对均衡的，这样才能保证整个供应链平稳运作，同时也能保证共享单车运营与回收工作能更好地进行下去。

通过对算例结果进行分析，本文明确地认识到只有整体供应链均衡发展才能保证共享单车回收工作良好实施，对此提出以下几点建议：

第一，共享单车的回收工作要融入整条供应链中。实行闭环供应链需要将共享单车的回收和再利用贯穿于整条供应链之中，因此要保证共享单车在生产初期就考虑到回收问题。在设计共享单车时，上游企业可以采用绿色环保的原材料，这有利于共享单车回收进行二次处理后再利用；共享单车平台运营商要制定精准化运营标准，可以设置运营专员分区实时监控，以保证共享单车利用最大化以及回收及时化；同时共享单车下游用户要有社会责任，共享单车平台运营商可通过制定相应的奖惩制度来约束用户对共享单车的不利使用。

第二，企业之间要做到共享信息，互通有无。要加强沟通确保供应链上各企业之间得到的信息是一致的。共享单车平台运营商一旦在运营及回收过程中出现问题，各个节点就可以直接反馈企业本身，从而做到精细化管理；同时在进行共享单车回收工作时，共享单车平台运营商可以将具体的回收情况发送给合作的企业，合作企业可以根据自身情况将故障共享单车进行回收，这能使共享单车回收工作达到最佳状态。

第三，共享单车平台运营商要制定循环回收体系。目前共享单车平台运营商对于回收问题还没有完全关注，主要原因在于共享单车的回收体系不明确。大多数共享单车平台运营商只是采取共享单车生产（生产商）——共享单车运营（共享单车平台运营商）——共享单车使用（用户）——共享单车故障——共享单车回收、拆解处理（回收厂）这样的单向回收模式，然而这种模式是极其不合理的，其没有将回收工作一步步落实。共享单车平台运营商需要改进回收体系，从而将共享单车的作用发挥到最大，其改善后的回收体系如图1所示。

图1 改善后的共享单车回收体系

通过改善回收体系，可以将回收过来的共享单车分为可再利用和不可再用两类。对于可利用的故障共享单车进行维修就可正常投入市场；对损坏程度较高的不可再用的共享单车进行拆解处理，并将可用的零部件发送给共享单车生产商加入到新共享单车的制造中。

六、研究不足及展望

本文在博弈视角下研究了共享单车闭环供应链系统，通过建立Stackelberg博弈模型、求解并进行算例分析得到了相应结论。但本研究仍存在一定的局限性，例如数据调研群体较小、信息完全对称、只考虑了共享单车免押金模式等，而这些也将是未来研究的方向。