基于区块链的供应链绿色采购演化博弈研究

徐晓璇，张瑜，陈静

（1.南京工业职业技术大学 商务贸易学院，江苏 南京 210023；2.东南大学 经济管理学院，江苏 南京 211189）

2021 年10 月24 日，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，为完整、准确、全面贯彻绿色低碳循环发展理念，做好碳达峰、碳中和工作提出了指导性意见。在低碳背景下，坚持生态优先、绿色可持续发展，是人类社会经济发展共同追求的目标。随着社会经济的发展，企业与环境的依存度不断提高，在供应链企业间合作的各个环节，不可避免地出现各种资源消耗及浪费，对生态环境造成不同程度的影响，这与社会低碳环保的生态目标相背离。因此，积极探索企业减排路径，构建绿色低碳供应链，既是企业可持续发展的内在需要，又是新常态时期对供应链管理提出的新要求，同时也是实现我国生态文明建设的有效途径。

随着生态环境压力的加大和绿色供应链的不断发展，绿色供应链管理成为环境可持续发展的重要战略。绿色供应链管理关注供应链中各个环节对环境的影响，并在实施过程中不断传播绿色理念，增强成员企业的环保意识。绿色供应链是低碳策略的核心内容，而绿色供应链的构建，关键靠绿色采购发力，供应链核心企业的采购理念和采购行为，对供给侧的中小制造企业会产生巨大影响。供应链核心企业通过技术变革或产品结构调整可以转变为智能低碳绿色企业，这些企业提供的指导以及技术扩散，可以帮助供给侧中小供应商进行绿色生产，降低供应链中碳排放的总体水平。在供应链合作过程中，核心企业应强化质量优先战略，通过绿色采购对供应商实行优胜劣汰，与持续提供高质量产品和服务的供应商结成长期稳定的合作关系，推动行业内绿色供应链的形成。

然而，供应链成员作为独立的经济体，上下游之间往往存在着严重的信息不对称问题，如产品的成本与质量、企业的生产能力等。因此，供应链上下游企业间的绿色合作受到供应链数据真实性低且信息不对称等因素的限制，容易造成供应链成员之间的信任危机。区块链技术具有信息去中心化、数据不可篡改、可溯源、降低交易成本等特点[1]。供应链核心企业及各级供应商可以借助区块链技术，搭建供应链体系内共享账本，在共享账本内按照预设权限规则，共享业务相关信息，从而实现信息流、资金流及物流的统一协同流转，解决信息不对称问题。区块链技术的应用能够有效增加供应链的透明度，实现供应链多主体信息共享，为供应链核心企业进行绿色采购，选择绿色供应商、消费者进行产品溯源提供依据，极大地提高了供应链的运行效率[2]。

实施区块链技术的供应链绿色采购可以建立节点企业间信任、降低交易成本，但区块链开发与应用成本已成为影响实施区块链技术的重要因素[3]。其中区块链的开发成本主要根据开发商数量和投入的工作时间计算，大约在数十万至数百万之间。此外，区块链的人工维护以及硬件消耗也要耗费巨大成本。基于此，本文通过考虑企业实施低碳所需支付的绿色成本，探讨区块链技术下由供应商和制造商组成的供应链进行绿色采购的问题。具体来说，本文通过演化博弈分析，考虑区块链技术如何影响供应链中供应商、制造商的绿色采购行为，找出影响供应链企业间绿色采购的关键因素，寻找供应链成员之间进行绿色采购的制约因素，研究群体间达到稳定均衡状态的条件及影响因素，为促进供应链合作，减少企业碳排放提供管理启示。

1 文献回顾

绿色供应链是一种在整个供应链中综合考虑环境影响和资源效率的现代管理模式，是供应链节点企业（包括政府在内）寻求社会和经济效益最大化的有效途径。绿色供应链管理作为改善环境的潜在解决方案，最早可以追溯到20 世纪60 年代，其概念在20 世纪90 年代之后得到发展，并且作为一种新的学科被正式提出，到2000 年以后开始受到学者的广泛关注[4]，也成为学术研究的热点。

近年来，博弈论在研究绿色供应链管理相关问题中的应用受到学者的广泛关注。通过构建演化博弈模型，不少学者考虑了政府政策因素对策略的影响，以期找到激励供应链各方绿色行为的最佳途径。SAHA 等[5]建立了由制造商和零售商组成的两级供应链，分别讨论了消费者补贴和制造商补贴下的绿色营销分享和收入分享合同机制对供应链决策的影响。彭廷等[6]通过引入国际技术溢出系数和吸收能力系数，构建了供应链企业合作创新的演化博弈模型。邵必林等[7]结合进化博弈法和系统动力学思想，对政府补贴、政策措施、绿色管理水平、企业绿色成果质量的影响路径进行建模。除此之外，多位学者[8-10]从不同视角分析了有政府参与的绿色供应链策略选择。随着绿色理念的不断传播，消费者的环保意识也在逐渐提高。徐乐等[11]构建了两方和三方演化博弈模型，分别探讨了企业进行绿色技术创新的关键因素。柳瑛等[12]建立了循环闭合管理模式，论证了绿色供应链相比于传统供应链能为B2C 企业带来更多的利益。

关于供应链绿色采购的研究认为供应链中的不同企业绿色采购意愿及收益各不相同。例如，陈怀宇等[13]认为核心企业推行绿色采购的目的是实现低碳减排，并与供应商创造共享价值。王晓红[14]强调了绿色供应链风险控制对供应商、制造商和销售商的重要性。也有学者构建政府参与的供应链绿色采购模型，探讨各方的策略选择。例如，何奇龙等[15]建立了由地方政府、核心企业、中小制造企业构成的三方演化博弈模型，讨论中小制造企业污染治理的影响因素。封红旗等[16]利用系统动力学分析了外部政府补贴及绿色采购供应链的内部关系，研究了政府补贴政策与绿色采购供应链之间的机制运作。覃朝晖[17]以制药企业为例，运用动态演化博弈分析了绿色采购决策多方博弈的演化稳定策略。以上文献多从政府的角度分析了不同行业的企业推行绿色采购的博弈策略选择，而较少研究参与绿色采购的各方运用区块链技术进行合作的博弈。

区块链技术在供应链管理中的应用已成为学术界研究的热点。2008 年区块链首次发布了最初版本，主要用于金融业。如今区块链的特有功能可以确保网络安全、透明度和可见性。区块链技术可以从供应链起源、业务流程再造到供应链安全等方面，对转变供应链功能产生巨大影响，因此被广泛应用于农业和食品、医疗保健、林业、能源、航空航天、制造业、汽车、电子商务和教育等行业的供应链管理[18]。PEARSON 等[19]指出供应链中的所有利益相关者都可以使用区块链查看、跟踪和验证有关产品的来源、流程以及参与相关交易和物流信息。由此可见，区块链技术应用于绿色供应链，特别是用于供应链企业间的绿色采购是可行的。现阶段，研究区块链技术在供应链绿色采购中的应用文章并不多见，文章多从不同侧面分析了与传统技术相比，区块链应对供应链采购风险的防范更加高效，同时也指出了目前区块链应用过程不可避免存在成本过高等风险和障碍。DE GIOVANNI[20]认为区块链可以消除供应链风险，节省交易成本；MONTECCHI 等[21]认为区块链技术可以增加客户对产品来源的了解；KAZANÇOĞLU 等[22]除了讨论区块链技术的好处外，还确定了可能产生的风险。

越来越多的学者将区块链应用于特定领域，通过建立演化博弈模型分析各参与方的演化稳定策略。楼永等[23]引入了一个区块链加供应链的金融理论框架，利用三方演化博弈模型研究了区块链技术引入后对供应链金融体系的影响。王旭坪等[24]分析了农户和合作社的上链行为，并建立演化博弈模型。崔铁军等[25]将区块链技术引入农产品供应链，构建演化博弈模型分析了实施区块链技术的农产品供应链参与主体是否守约的问题。杨学成等[26]指出通过建立供应链多主体数据共享演化博弈模型，可分析区块链技术对供应链数据共享的驱动作用。

综上所述，已有研究从不同角度分析了绿色供应链管理的相关内容，同时学者们运用区块链技术分析其在供应链管理中的不同应用，而演化博弈模型也是研究绿色供应链管理行之有效的手段。但以上区块链的应用多集中在特定行业供应链管理以及零售商定价策略、节约交易成本的领域，很少有将区块链技术应用于供应链绿色采购过程。因此，本文探讨区块链技术下由供应商和制造商组成的供应链进行绿色采购的问题，通过演化博弈分析，研究供应链合作群体间达到稳定均衡状态的条件及影响因素，为区块链技术应用于供应链绿色采购提供参考。

2 模型构建

2.1 基本假设及参数设计

本文考虑一个由供应商与制造商组成的两级供应链，其中制造商为该供应链的核心企业。双方均为有限理性且两企业间存在信息不对称。为方便讨论，我们做出如下假设。

假设参与博弈的双方为制造业供应链的企业，即原材料或零部件供应商和产品制造商。以使用区块链进行采购及生产的某品牌汽车为例，假设供应商为该汽车品牌的原材料或零部件供应商，制造商为该品牌的整车制造商，区块链技术可以跟踪汽车零部件在供应商和制造商之间移动时的来源和状况，并协助预防和管理供应链中断。

制造商向上游供应商进行采购时，有“绿色采购”和“非绿色采购”两种策略可供选择，选择概率分别为y和1-y（0 ≤y≤1）；供应商针对绿色采购有“合作”和“不合作”两种策略可供选择，选择概率分别为x和1-x（0 ≤x≤1）。

若未进行绿色采购，双方获得初始利润Ri（下标i=1 或2，1 为供应商，2 为制造商）。

若进行绿色采购，双方会因信息不对称的存在而无法完全信任。假设企业i对企业3-i的信任程度为Pi，Pi越高，则被信任的企业3-i所获得的收益越高。我们用Qi表示被信任的企业i所获得的收益。

若其中一方选择不合作，不合作方会获得合作方因绿色采购而获得的声誉收益Hi，同时受到系统的惩罚F，并对合作方造成额外损失Si。

供应商和制造商任何一方不合作都将造成供应链中断的风险，断链风险系数为k（k＞0，为实数），产生断链风险成本Di。

双方之间的交易使用区块链技术进行记录，交易记录真实、可追溯且不可篡改，实施区块链的接入成本为C。

进行绿色采购的企业会获得一定的激励，用m表示激励系数[27]。双方共享绿色信息存在潜在的风险，用n表示风险系数。假设n＜m，即进行绿色生产的激励系数大于共享绿色信息的风险系数。

模型的主要参数如表1 所示。

表1 模型的主要参数

2.2 演化博弈模型构建

根据以上假设和参数，我们可以得到供应链双方演化博弈的支付矩阵，如表2 所示。

表2 供应商、制造商支付矩阵

设供应商合作和不合作的期望收益及平均收益分别为Ug、、U1，由表2 得：

由式（1）、式（2）可得供应商选择合作的复制动态微分方程为：

设制造商选择绿色采购和不选择绿色采购的期望收益及平均收益分别为Uz、、U2：

由式（5）、式（6）可得供应商选择合作的复制动态微分方程为：

令F(x) = 0 ， 则或为3 个可能的均衡解。令F(y)=0，则为3 个可能的均衡解。因此，可得出博弈模型的5 个均衡点为E1(0, 0)、E2(1, 0)、E3(0, 1)、E4(1, 1)、E5(x*,y*)。分别对供应商、制造商求关于x、y的偏导数，得到动态博弈的雅可比矩阵为：

根据雅可比矩阵的局部稳定性判别法，detJ＞0，trJ＜0，可以判断博弈各均衡点的演化稳定性，如表3 所示。

表3 各均衡点稳定性分析

点E5(x*,y*)的稳定性可通过微分方程求导，见式（9）、式（10）。

由于0 ≤x≤1、0 ≤y≤1，可知式（9）、式（10）均为正，点E5是不稳定点。博弈将收敛于E4点，博弈双方的策略是供应链合作进行绿色采购。

2.3 仿真结果分析

供应商和制造商都选择进行绿色采购时，绿色采购系统达到最优，此时需满足m＞n，C+S1＞(m-n)Q1+H1，C+S2＞(m-n)Q2+H2，C+S1+F+kD1＞H1，C+S2+F+kD2＞H2。对于供应商和制造商组成的供应链，使用区块链技术，供应商进行绿色生产、制造商进行绿色采购，双方的激励系数m应高于双方合作、共享绿色信息的风险系数n；对于供应商而言，实施区块链的接入成本C以及由于供应商合作而制造商不合作所产生的额外损失S1应小于供应商合作并提供绿色产品所获得的收益Q1；对于制造商而言，实施区块链的接入成本C与由于制造商合作而供应商不合作所产生的额外损失S2应小于制造商合作进行绿色采购所获得的收益Q2；供应商和制造商实施区块链的接入成本C、因一方合作而另一方不合作而对合作方产生的额外损失Si、因不合作而受到系统的惩罚F、供应链中断的风险成本Di应大于双方获得的声誉收益Hi。

3 数值仿真

在本节中，本文利用MATLAB 软件仿真模拟供应链双方在区块链下的绿色采购演化过程，并分析关键因素对双方决策的影响，验证以上演化博弈结果的正确性。为使演化结果收敛于E4(1, 1)的稳定状态，参数设定应遵循上述仿真结果的要求。假设系统参数的初始值为C=2，S1=3，H1=3，F=1，k=0.5，D1=2，m=0.3，n=0.2，Q1=6，S2=4，Q2=8，H2=4，D2=1，假设供应商选择合作的概率x为0.5，制造商选择绿色采购的概率y为0.2，博弈的演化相位图如图1 所示。

图1 初始值演化相位图

3.1 供应商和制造商的初始合作意愿对演化的影响

假设制造商的初始合作概率不变为y=0.2，供应商的初始合作概率为x=0.2、0.52、0.53、0.8，如图2 所示，当x=0.2、0.52 时，供应商和制造商均选择不合作；当x=0.53、0.8 时，双方均选择合作进行绿色采购，演化进入稳定状态。同理，假设供应商的初始合作概率不变为x=0.5，制造商的初始合作概率为y=0.1、0.22、0.23、0.4，如图3 所示，当y=0.1、0.22 时，双方均选择不合作；当y=0.23、0.4 时，双方均选择合作进行绿色采购，演化进入稳定状态。对比图2、图3 可以看出，供应商的初始合作概率x≥0.53，即供应商初始意愿较高时，才会选择合作，这是因为供应商经济实力有限，对区块链技术的引入有资金压力，对合作进行绿色生产有一定的不确定性。相反，制造商的初始合作概率y≥0.23 时，即制造商初始意愿相对较低时，就会选择合作，制造商资金充足，处于供应链核心地位，愿意通过引入新技术增强企业的核心竞争力，从而提高社会影响力，对合作进行绿色采购更有信心。

图2 初始值x对供应商、制造商合作意愿的影响

图3 初始值y对供应商、制造商合作意愿的影响

3.2 关于区块链接入成本C的灵敏度分析

令区块链接入成本C分别取值1、1.9、2、2.5，其他初始值不变，从图4 可以看出，博弈双方对区块链接入成本C较为敏感，即区块链接入成本的增加将阻碍供应商和制造商选择合作进行绿色采购的意愿。当区块链接入成本C＜1.9 时，群体倾向于选择合作进行绿色采购；当区块链接入成本达到临界值2 时，群体承担的风险加大，双方选择合作进行绿色采购的可能性越来越小，并进入临界状态；随着区块链接入成本C的增加，当C＞2 时，群体均选择不合作的概率增加，当C进一步增大时，群体均选择不再合作。在企业实际合作过程中，区块链作为新技术在引入过程中会受到层层阻力，经济实力较弱的供应商比资金充足的制造商对区块链的引入成本更加敏感，区块链接入成本对供应商的绿色生产决策的影响大于对制造商绿色采购的影响。一旦区块链的接入成本超出供应商的经济承受范围，将选择放弃合作。

图4 区块链接入成本对供应商、制造商合作意愿的影响

因此，在绿色采购博弈中，要促进成本敏感型供应商选择区块链技术进行绿色采购，应发挥社会、政府以及制造商的共同决策，激励中小供应商选择运用区块链技术进行绿色生产，这样也会增强制造商绿色采购的信心。

3.3 关于激励系数m的灵敏度分析

令激励系数m分别取值0.25、0.3、0.31、0.4，其他初始值不变，由图5 可知，群体对进行绿色采购的激励系数m较为敏感。随着激励系数m的增加，博弈双方选择合作进行绿色采购的意愿更强烈，当m=0.25、0.3时，双方企业倾向于选择（不合作，不进行绿色采购），当m=0.31、0.4 时，博弈双方倾向于选择（合作，绿色采购），即绿色采购的演化稳定状态。

由式（4）和式（8）可知，供应商和制造商的复制动态方程均与激励系数m有关。因为企业在采用区块链这项新技术过程中，无疑面临一定的经济和社会压力，同时承担了新技术不确定性带来的风险，如果供应链外部环境能够给予双方企业足够的激励措施，将大大增加双方合作的可能性。

从图5 的两幅图可以看出，随着m继续增加，双方将稳定在合作策略，且合作的可能性随之升高。可见，当外界环境对合作双方的激励系数较低时，双方企业倾向选择不合作，节约的区块链接入等绿色采购合作成本足以弥补对环境污染所造成的经济损失。随着外部环境激励措施实施到位，双方企业受到各项扶持政策的激励，选择合作进行绿色采购所获得的各种收益足以抵消并超过区块链接入成本等合作花费。因此，政府等外部系统可通过补贴、减税等方式激励供应链企业进行绿色采购。

3.4 关于声誉收益的灵敏度分析

令供应商声誉收益H1分别取值1、3.1、3.2、4，其他初始值不变，由图6 可知，供应商群体较为重视企业的声誉收益，外部环境对供应商的声誉产生的收益有利于保障群体间合作而进行绿色采购。供应商企业相对于制造商企业，由于资金有限，企业规模较小，绿色生产意识薄弱，为寻找长期稳定的制造商合作伙伴，更加重视企业的社会声誉。当供应商获得的声誉收益处于较低水平，即H1≤3.1 时，声誉收益尚无法激励供应商进行绿色生产并与制造商合作，供应商选择不进行绿色生产，系统向不合作方向演化。当声誉收益超过一定阈值，即H1≥3.2 时，供应商受到声誉收益的激励，倾向于合作，并且这种倾向随着供应商声誉收益的增加而加强，这是因为供应商选择合作进行绿色生产所带来的社会声誉收益，大于合作产生的各项成本的支出和潜在的风险损失，最终让博弈达到演化稳定状态。

图6 声誉收益对供应商、制造商演化结果的影响

令制造商声誉收益H2分别取值3、4.1、4.2、5，其他初始值不变，由图6 可知，制造商群体对获得的声誉收益同样较为敏感，制造商获得的声誉收益有利于绿色采购策略。由于处于供应链核心地位的制造商相对于供应商，经济实力较强，社会影响力较大，对自身品牌效应和社会声誉都更加重视，如果通过绿色产品获得更多的消费者认可和政府政策倾斜，将大大激励制造商企业进行绿色供应链上的采购合作。当制造商获得的声誉收益处于较低水平，即H2≤4.1 时，制造商获得的声誉收益无法让其作出绿色采购的决策，博弈向不合作方向演化。当声誉收益H2≥4.2 时，制造商受到声誉收益的激励，进行绿色采购所获得的社会认可度转化为与供应商绿色采购合作的动力，最终选择绿色采购策略的稳定状态。

可见，供应商的激励措施更容易促使其进行绿色合作。因此，无论是社会层面还是政府层面，若能运用有效的策略激励优质供应商扩大社会声誉，将大大提高博弈向稳定状态演化。而对于提供绿色产品的制造商，若能通过外部宣传、政策引导等方式扩大其社会声誉，让绿色产品获得更多消费者的认可，会给制造企业带来更多低碳生产、绿色采购的动力。

4 结论及建议

绿色采购是构建绿色供应链的前提和基础，同时也是降低企业污染、解决环境问题、建设低碳环保社会的重要途径。在现实中，企业的绿色环保意识不断提高，越来越多的企业重视绿色供应链前端的采购环节。可见，重视和促进绿色采购的发展已成为社会共同关注的热点。为推动绿色供应链参与各方进行绿色采购，构建绿色生态环境，加速区块链技术在绿色供应链系统中的应用势在必行。

本文使用演化博弈论，构建了由供应商、制造商组成的博弈模型，分析了双方的演化稳定策略，研究了利用区块链技术解决供应商与制造商之间进行绿色采购所存在的信息不对称问题。结果表明，区块链接入成本、激励系数、风险系数、供应商声誉收益、制造商声誉收益对双方的策略都有影响：区块链技术能够让供应商和制造商的绿色合作建立信任，但双方接入区块链的意愿取决于区块链成本；供应链绿色采购双方对合作的激励措施较为敏感，行之有效的奖励措施将会促使供应商和制造商采取合作的策略；不可否认双方的供应链合作存在一定的风险和信息不对称，也会存在一方“搭便车”的可能，发挥区块链的技术优势，加之合理的惩罚措施非常必要；合作双方对企业的社会声誉较为敏感，通过绿色合作创造消费者认可的绿色产品，将使双方的社会影响力大大提高。

本文通过分析绿色供应链中供需双方采用区块链的博弈模型，来提高供应链企业的绿色水平，实施区块链能够较明显地提升双方合作的信任度，进而达到合作共赢的目的，提升供应链的整体绩效。但过高的区块链接入成本也会影响双方实施区块链的积极性。根据研究结果，提出以下建议。

第一，区块链接入成本过高是阻碍供应商与制造商实施区块链技术进行信息共享的关键制约因素。新技术的采用通常需要付出巨大的成本，为此，可在小范围内应用区块链技术，构建绿色采购、绿色产品信息溯源系统，减少供应链间信息不对称，建立社会、消费者对绿色产品的信任度。此外，供应链企业也可以通过多种方式共同实施区块链技术，降低区块链实施成本，在确保绿色产品可追溯的前提下降低产品溢价，扩大绿色产品的市场认可度。

第二，政府应发挥主导作用，建立激励奖惩机制。政府在绿色采购双方合作中起着重要的指导作用。作为监督方，政府实施的调解双方利益冲突的手段对双方关系有重大影响。对于应用区块链技术的供应链企业，政府应采取适当的激励措施，同时可给予一定的政策扶持，帮助企业实施绿色采购、绿色产品溯源等绿色技术，提高企业应用区块链的积极性。对于进行绿色采购的企业应给予政策补贴，并向社会公布环保企业白名单，提高绿色企业的社会声誉。同时政府可以出台一系列惩罚措施，让不合作方的违约成本远远高于因违约获得的收益。

第三，加强供应链企业之间的合作，倡导公众绿色消费理念。对于供应链企业，绿色采购、绿色生产应与企业经济利益相结合，同时也是提升自身竞争力和社会形象的有效途径。越来越多的供应链核心企业对其供应商提出了建立健全环境管理措施的要求。供应链中的核心企业应带头加强企业间的交流学习，增强彼此信任，借助网络平台扩大绿色采购的宣传力度。针对供应链中积极合作、信息共享并实施绿色生产（采购）的上游（下游）企业，应制定相应的激励机制，对不积极合作的企业也应予以一定的处罚。同时，倡导公众提高环保意识，强化绿色消费理念，以绿色消费引领绿色采购、绿色生产。