4PL平台与物流服务提供商合作演化博弈研究

曹晓军，顾振辉，李雅梦，彭会萍

(兰州财经大学 丝绸之路经济研究院 ，甘肃 兰州 730020)

一、引言

近年来，随着大数据、人工智能等新技术发展，物流正朝着模块化、自动化方向快速地变化[1]。为应对这样的变化，4PL平台需要构建动态能力[2]，做出适应性调整，更好地进行动态合作演化。本研究的4PL平台指的是诸如菜鸟网络等已经聚合了物流全产业链(涵盖了仓储、干线、快递、跨境物流等)上的优势资源，试图打造成数据驱动的第三方物流公司的协作平台。而现阶段，在4PL平台与物流服务提供商的合作中，仍然存在合作模式单一、合作冲突难以消解、合作价值提升有限等问题。如菜鸟网络在和中通等物流服务提供商合作中，物流服务提供商被赋予的任务可能是以配送端为主，这意味着物流服务提供商需要将客户资源以及配送系统等重要商业信息交给菜鸟网络，因此在合作中可能会面临着订单分配不合理、丧失行业话语权等合作冲突的问题。面对现实合作所面临的困境，如何创造更大的合作价值，是亟须解决的问题。

因此，在降本增效的条件下，本文将采用演化博弈的方法主要研究4PL平台和物流服务提供商在什么情况下能够维持稳定的合作关系，以及4PL平台与物流服务提供商演化过程中受超额收益、额外成本、损失成本哪些因素的影响，这些因素又是怎么影响演化的。

二、文献综述

随着物流业的发展，第四方物流(4PL)凭借其强大的供应链资源整合能力获得快速发展，菜鸟网络等4PL平台也伴随着4PL的快速发展而得到越来越多人的关注。目前已有学者针对4PL平台的商业模式创新、4PL平台利益分配、4PL平台价值等方面进行探讨。王慧颖和许哲毓(2020)[3]将商业生态系统理论引入4PL平台中研究其商业模式创新的过程。先提出由环境、途径、创新效果构成的4PL平台商业模式创新过程框架，然后通过传化物流的案例分析发现，市场驱动、价值链驱动以及技术和文化双轮驱动是4PL平台各发展阶段商业模式创新的主要影响因素，并且在4PL平台商业模式创新过程是与系统成员价值共创的过程，商业模式创新推动商业生态系统演化发展与价值创造。张莹(2017)[4]以4PL平台为研究对象，探讨4PL平台内企业的利益分配问题，通过构建模型得出资源共享度、关系亲密度、信息处理能力、资源整合能力以及方案设计能力是影响4PL平台利益分配的主要因素，从根源上为4PL平台健康发展提出有效建议。桂馨(2017)[5]从电子商务平台的视角，对4PL平台在价值的产生、价值的累积、价值的微变、价值的巨变方面，基于建设主体与业务流程进行了研究，构建了价值评价指标体系。

关于企业间合作问题,学者分别从企业合作模式[6-7]、合作的发展与优化[8]、合作治理[9]等方面展开研究。虽然有学者分别对战略联盟与并购[10]、网络与生态[11]等合作模式进行了比较分析,但缺乏对传统模式向生态模式演化的动态观察。也有研究从演化角度分析合作关系在商业生态系统不同发展阶段的不同侧重点[12]，但未能在4PL平台具体运作的场景下进行讨论[13]。而生态合作包括生态系统的构建及生态合作关系的形成。系统中存在多个物种企业,其架构更具有流动性与灵活性[14],合作依赖于组织,领导企业发挥引领与协调作用,并制定生态系统的治理规则,促进生态系统良性运转。

通过梳理文献发现，现有关于4PL平台的研究主要集中在商业模式和利益分配以及平台价值上，很少有研究4PL平台与物流服务提供商合作演化的，另外演化博弈论常用以研究主体行为的存在性及演化稳定性，系统动力学则可以定量分析关键因素的影响路径。因此，结合演化博弈和系统动力学的研究方法，更有利于探究两主体的动态过程和演化因素。

综上所述，本文将4PL平台、物流服务提供商作为讨论的主体，假设两个博弈主体都是“有限理性”的，构建4PL平台-物流服务提供商参与的非对称演化博弈模型，求解复制动态方程、雅可比行列式判别等，讨论了不同情况下4PL平台和物流服务提供商的决策机制及系统的演化趋势，然后建立SD模型，并通过数值仿真讨论超额收益、额外成本、损失成本带来的影响，探讨合作演化的规律，期望对4PL平台发展提供支持。

三、基本假设和非对称博弈模型构建

(一)基本假设及模型参数

演化博弈模型中有两个参与群体：4PL平台与物流服务提供商。4PL平台的策略合集是(生态合作，传统合作)，物流服务提供商的策略合集是(合作，不合作)。

假设1：4PL平台选择“生态合作”的概率为x(0≤x≤1)，选择“传统合作”的概率为1-x；物流服务提供商选择“合作”的概率为y(0≤y≤1),物流服务提供商选择“不合作”的概率为1-y。

假设2：4PL平台选择“生态合作”策略时，此时合作的双方是共生进化[15]的关系，意味着进行深度合作：4PL平台会与物流服务提供商共享信息与数据，并且运用互联网、大数据技术对物流服务提供商提供技术支持，此时，4PL平台可能会有更多物流服务提供商来合作，从而获得一定的超额收益R1，同时，4PL平台因为分享数据、提供技术支持而产生的投资成本，也可能会因为物流服务提供商不配合等构成商业风险，此时产生的成本都记为额外成本C1。

假设3:4PL平台选择“传统合作”策略时，意味着保持现有的浅层次合作：此时4PL平台和物流服务提供商是一般的业务合作关系，4PL平台仅为物流服务提供商分配订单业务。这时，4PL平台获得的收益为V1，但在当下互联网技术发展飞快的背景下，对于4PL平台来说可能会丧失竞争优势甚至被同类的4PL平台所超越，因此4PL平台选择“传统合作”策略时可能会有损失成本，记为L1。

假设4：物流服务提供商选择“合作”策略时，4PL平台会为其带来更多的订单，同时4PL平台会为其提供技术支持和数据共享，有助于物流服务提供商降低公司运营成本，此时物流服务提供商会获得的超额收益为R2。但另一方面，物流服务提供商也可能因为数据共享带来风险从而丧失行业优势，同时，物流服务提供商还会面临4PL要求其进行改造从而产生一定的成本，这一系列的额外成本为C2。

假设5：当物流服务提供商选择“不合作”策略时，此时不依靠4PL平台能获得的收益为V2，但缺乏4PL平台的赋能及支持，尤其与和4PL平台合作的物流服务提供商相比，会丧失竞争优势，此时产生的成本都记为损失成本L2。模型参数及含义见表1。

表1 模型参数及含义

(二)非对称博弈模型的构建

依据4PL平台、物流服务提供商选择“生态合作”“合作”策略时带来的额外收益分别为R1、R2，额外成本分别为C1、C2。假设参数均大于零，得到不同参与主体在合作关系的收益支付矩阵，如表2所示。

表2 演化收益支付矩阵

E11=y(V1+R1-C1)+(1-y)(V1-C1)=yR1+V1-C1

(1)

E12=y(V1-L1)+(1-y)(V1-L1)=V1-L1

(2)

(3)

因此，4PL平台的复制动态方程：

(4)

E21=x(V2+R2-C2)+(1-x)(V2-C2)=

xR2+(V2-C2)

(5)

E22=x(V2-L2)+(1-x)(V2-L2)=V2-L2

(6)

(7)

物流服务提供商的复制动态方程：

(8)

经整理，由4PL平台、物流服务提供商组成系统的复制动态方程组为：

(9)

四、演化博弈均衡点稳定性分析

(一)均衡点

表3 均衡点

(二)均衡点的稳定性分析

演化稳定策略(ESS)可能只是系统均衡点的一部分。根据Friedmand(1991)[16]提出的方法，演化均衡点的稳定性可以从系统的雅可比矩阵(记为J)局部稳定性分析导出。

(10)

即同时满足detJ>0(雅可比行列式条件)、trJ<0(迹条件)两个条件下，均衡点才是演化稳定策略(ESS)[17]。

该雅可比矩阵的行列式是：

detJ=(1-2x)(yR1+L1-C1)*(1-2y)(xR2+L2-C2)-x(1-x)R1*y(1-y)R2

(11)

该雅可比矩阵的迹是：

trJ=(1-2x)(yR1+L1-C1)+(1-2y)(xR2+L2-C2)

(12)

1.4PL平台的稳定性分析

为了进一步分析4PL平台与物流服务提供商的损益对双方之间的非对称博弈的影响，将式(4)所反映的4PL平台的复制动态方程F(x)对x求导：

F′(x)=(1-2x)(yR1+L1-C1)

(13)

4PL平台选择演化稳定策略(Evolutionarily Stable Strategy，ESS)的条件是：F(x)=0且F′(x)<0。令F(x)=0可以解出x，即x=0或1。此外，F(x)=0还可以得到yR1+L1-C1=0，即：

(14)

上式表明当物流服务提供商采取“合作”策略意愿时y=y*时，所有x都为稳定状态。相位图如图1。

图1 y=y*时的复制动态相位图

图2 y>y*时的复制动态相位图

图3 y

2.物流服务提供商的稳定性分析

同理，将式(8)反映的物流服务提供商的复制动态方程F(y)对y求导：

F′(y)=(1-2y)(xR2+L2-C2)

(15)

与上述相同，物流服务提供商选择演化稳定策略的条件时F(y)=0且F′(y)<0。令F(y)=0可以解出y=0或1。而且，F(y)=0还可以得出xR2+L2-C2=0，即：

(16)

上式意味着当4PL平台采取“生态合作”策略的意愿x=x*时，不管y取什么值都为稳定状态。相位图如图4所示。

图4 x=x*时的复制动态相位图

图5 x>x*时的复制动态相位图

图6 x

3.4PL平台与物流服务提供商演化博弈模型稳定性分析

综上，根据复制动态方程，当R1>C1-L1且R2>C2-L2时，4PL平台与物流服务提供商之间的非对称博弈有5个均衡点，即A(0,0)、B(0,1)、C(1,0)、D(1,1)和O(x*，y*),如表4所示。

表4 博弈均衡点的稳定性分析

于是演化博弈相位图如图7所示，演化博弈的均衡点为A、B、C、D、O，其中点A和D为演化的稳定点，点B和C为不稳定点，O点为鞍点。演化博弈相位图如下。

图7 演化博弈相位图

根据图7所示，4PL平台和物流服务提供商博弈的长期演化的策略集是(生态合作，合作)和(传统合作，不合作)，即如果物流服务提供商选择“不合作”的策略，4PL平台最终也会选择“传统合作”的策略；如果物流服务提供商选择“合作”的策略，那么4PL平台也最终会选择生态合作策略。如果博弈的初始状态落到图中的区域1(即四边形ACOB)之中，那么系统将会在长期的演化过程中收敛于A点，即4PL平台和物流服务提供商选择连接(传统合作，不合作)的策略集，两者达到最差的博弈状态。如果博弈的初始状态落到图中的区域2(即四边形BOCD)之中，那么系统将会在长期的演化过程中收敛于D点，即4PL平台和物流服务提供商选择(生态合作，合作)的策略集，达到最好的博弈状态。

根据图7，显然(生态合作，合作)的策略集是最优的选择，但是演化会走向哪一方，要看四边形ACOB的面积S1和四边形BOCD的面积S2的大小：当S1S2时，选择(传统合作，不合作)策略集的概率会大一些；如果S1=S2时，4PL平台和物流服务提供商选择两种策略集的概率是一样的，S1的面积如式(17)。所以，要想知道影响4PL平台和物流服务提供商策略选择的因素，可以转化为分析什么因素影响S1的大小。

(17)

(1)参数对4PL平台的影响

命题1 当4PL平台选择“生态合作”策略所获得的超额收益越大时，物流服务提供商选择“合作”策略的动力越大，则最终双方选择(生态合作，合作)策略集的概率越大。

“神言”也好，“高峰”也罢，它们指的都不是艺术技巧特别卓越的作品或作品片段，而是指表达了新鲜的感受的作品。 哪怕这些感受的表达不是很巧妙，但只要表达出来，就是伟大的创造。 反之，如果表达的是平庸的俗见，不论你表达得多么巧妙，都与“神言”毫不沾边。 罗扎诺夫说：

命题2 在其他条件不变的前提下，当4PL平台选择“生态合作”策略要付出的额外成本越大时，其选择“生态合作”策略的概率就越低。

命题3 在其他条件不变的前提下，当4PL平台选择“传统合作”策略要损失成本越大时，其会选择“传统合作”策略的概率就越低。

(2)参数对物流服务提供商的影响

命题4 当物流服务提供商选择“合作”策略时，获得的超额收益越大，物流服务提供商选择“合作”策略的动力越大，则最终双方选择(生态合作，合作)策略集的概率越大。

命题5 在其他条件不变的前提下，当物流服务提供商选择“合作”策略要付出的额外成本越大时，其选择“合作”策略的概率就越低。

命题6 在其他条件不变的前提下，当物流服务提供商“不合作”策略损失成本越大时，其选择“不合作”策略的概率就越低。

此外，当R1C1-L1且R2C2-L2等条件下，对相应的均衡点的稳定性如表5所示。

表5 其他情况下博弈均衡点的稳定性分析

由此可以看出，在这三种情况下，稳定点都是(0,0)，即双方最终会选择(传统合作，不合作)的策略集。

五、演化仿真分析

(一)仿真模型的建立

在上述模型的基础上，利用系统动力学构建基于SD的4PL平台与物流服务提供商合作关系的演化博弈模型，如图8。

图8 4PL平台与物流服务提供商合作关系的演化博弈模型

模型的主要变量根据两方博弈的支付函数进行设定，其中包含有两个速率变量(4PL平台合作变化率、物流服务提供商合作变化率)、四个水平变量(4PL平台生态合作概率、4PL平台生态合作概率、物流服务提供商合作的概率、物流服务提供商不合作的概率)。

(二)情景仿真

本文主要运用Vensim PLE软件来进行模拟仿真，模型初始条件为：初始时间Initialtime=0,仿真周期为10个季度，即Finaltime=10,步长Timestep=0.1。通过调研并结合付帅帅[18]、李安渝[19]等的相关文献对模型中需要的参数进行赋值，在对参数赋值的过程中需要满足模型的约束条件。因此将各参数初始值设定为：V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4,L2=4，并且双方初始意愿设定为x=y=0.5。研究超额收益、额外成本、损失成本对系统演化的影响。

(1)超额收益变化的影响

R1的变化对4PL平台选择策略的影响。参数赋值为：

V1=5,V2=4,R1=5、7、9,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。根据图9,在其他因素保持不变时，4PL平台“生态合作”获得超额收益越大，其选择“生态合作”策略的概率就越大。

图9 R1变化对4PL平台选择策略的影响

R2的变化对物流服务提供商选择策略的影响。参数赋值为：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4、6、8,C1=8,C2=7,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。根据图10,在其他因素不变的情况下，物流服务提供商在“合作”策略过程中获得的超额收益越大，其坚持合作的意愿就越大。

图10 R2变化对物流服务提供商选择策略的影响

分析R1和R2两者共同变化时是如何影响双方选择策略的。参数赋值为：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=4,C2=3,L1=2,L2=2。V1=5,V2=4,R1=7,R2=6,C1=4,C2=3,L1=2,L2=2。

根据图11，可以得出当4PL平台与物流服务提供商的超额收益都增加时，整个合作博弈的演化会比单方超额收益的增加更容易走向(生态合作，合作)结果。

图11 R1和R2变化对双方选择策略的影响

(2)额外成本变化的影响

同样，先验证额外成本对双方策略选择的影响。首先看C1变化对4PL平台策略的影响，相应的参数取值如下：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=9、6、3,C2=7,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。

根据图12，在其他因素不变的情况下，4PL平台选择“生态合作”策略的额外成本越大，倾向选择“生态合作”策略的概率越低，但额外成本在一定的范围内时，4PL平台会更倾向于“生态合作”策略。

图12 C1变化对4PL平台选择策略的影响

其次看C2变化对物流服务提供商策略选择的影响，相应的参数赋值如下：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=8、5、2,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。

根据图13可以得出，在其他因素保持不变时，物流服务提供商选择“合作”策略的额外成本越大，倾向选择“合作”的概率就越小，并且物流服务提供商投入的成本也在一个范围之内，当其小于这个范围时，物流服务提供商最终会演化到“合作”策略。

图13 C2变化对物流服务提供商选择策略的影响

分析C1和C2两者共同变化时是如何影响双方选择策略的，如图14所示。相应的参数赋值如下：

图14 C1和C2变化对双方选择策略的影响

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8、6,C2=7、5,L1=4,L2=4，x=0.5，y=0.5。

可以得出当4PL平台与物流服务提供商的额外成本都降低时，整个合作博弈的演化会比单方额外成本的降低更容易走向(生态合作，合作)的状态。

(3)损失成本变化的影响

L1的变化对4PL平台选择策略的影响。参数赋值为：

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4、5、6，L2=4，x=0.5，y=0.5。

根据图15，当4PL平台选择传统合作时，其损失成本增大，4PL平台选择传统合作的概率会越来越小，但损失成本在一定范围内，4PL平台还是会选择传统合作的策略。

图15 L1变化对4PL平台策略选择的影响

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4，L2=4、5、6，x=0.5，y=0.5。

根据图16，当物流服务提供商选择不合作，其损失成本增大时，它随着时间的演进最终会倾向于合作的策略；但损失成本在一定范围内时，物流服务提供商还是会选择不合作的策略集。

图16 L2变化对物流服务提供商策略选择的影响

V1=5,V2=4,R1=5,R2=4,C1=8,C2=7,L1=4、5,L2=4、5，x=0.5，y=0.5。

图17 L1和L2变化对双方策略选择的影响

可以得出当4PL平台与物流服务提供商的损失成本都增加时，整个合作博弈的演化会比单方额外成本的增加更容易走向(生态合作，合作)的状态。

六、结论

在4PL平台与物流服务提供商合作演化过程中，要激发平台自身的潜力，鼓励物流服务提供商积极参与到生态合作中来。因此，本文基于演化博弈理论，构建了4PL平台、物流服务提供商合作演化博弈模型，并分析策略的选择以及演化稳定性，并运用系统动力学进行建模仿真，分析了超额收益、额外成本、损失成本对整个系统稳定性的影响，期望能够对4PL平台的生态合作提供理论支持。本文主要得出以下结论。

(1)整个系统演化的方向受4PL平台和物流服务提供商不同的策略选择的共同影响。其中4PL平台、物流服务提供商的选择策略不仅会影响自己，还会对彼此之间有影响。

(2)超额收益和损失成本的增加、额外成本的降低，4PL平台和物流服务提供商选择(生态合作，合作)的策略集的概率就越大。

(3)额外成本的降低和损失成本的增加在一定范围内时，4PL平台和物流服务提供商会选择(传统合作，不合作)的策略集，也就是最差的博弈结果。

为了避免两者陷入最差的博弈状态，即选择(传统合作，不合作)策略集，根据上述研究结论可以得出以下启示：一方面，4PL平台与物流服务提供商需要从各自的角度去努力。如4PL平台去帮助物流服务提供商创造更大的价值，来吸引物流服务提供商加入生态圈中。对于物流服务提供商来说，要更加注重降本增效，同时要优化自己的专业能力，提高自己在物流行业的话语权，也就是提高双方的超额收益、降低双方的额外成本、损失成本，推进4PL平台与物流服务提供商的合作关系。另一方面,是不是应该考虑发挥管理部门的作用防止整个系统陷入困境。从4PL平台的角度来说，政府可以适当对4PL平台进行补贴，以降低平台的成本；从物流服务提供商的角度来说，通过优化市场的经营环境，降低物流服务提供商选择合作的损失成本。