自然垄断“三位一体”理论的构建与应用于立肖兴志姜春海（东北财经人学产业组织与企业组织研究中心 人连116025）内容提要：传统对自然垄断理论的解释一般是从规模经济的角度来分析，而美国经济学 家鲍莫尔、潘泽与威利格等人则利用成本劣加性和范围经济等概念来解释自然垄断。本文则 从规模经济、范围经济、网络经济“三位一体”角度论述了这些概念与自然垄断的相互关系。 并应用这种自然垄断“三位一体”理论，分析了铁路产业的自然垄断性质，为铁路产业规制 及其改革奠定了理论和实证基础。关键词：自然垄断 规模经济 范围经济 网络经济1引言自然垄断是经济学中的基本概念2，口然垄断理论也一直是经典经济理论Z。根 据不同时代背景下的口然垄断理论，人们判定那些产业属于口然垄断产业，并进而采取不同 的治理政策。从发展历史看，自然垄断理论已经历了自然条件决定论、规模经济、范围经济和成木 劣加性三个发展阶段，认识水平不断提升。不过，我们也同时看到，这种理论上的进步却仍 然停留在传统自然垄断理论的框架内，因而难以有效地解释当今世界各国自然垄断产业改革 的现实，从而使理论与现实出现巨大的反差。20 比纪70年代以前，根据现有自然垄断理论及其政策结论运营的各国自然垄断产业， 普遍存在着质次价高和严重亏损的问题。消费者不仅没能享受|然垄断机制应该带來的规模 经济、范围经济和成本劣加性的好处，反而身受质次价高等垄断弊端Z苫；而政府不仅增加 了大量的规制成本，还不得不承担巨额的企业亏损。理论和现实的巨大反差导致了 20世纪 70年代以來，西方发达国家率先对传统的自然垄断产业大刀阔斧的改革，其中最为重要的 举措是打破自然垄断，引进竞争机制。这已经引发了全世界范围内自然垄断产业放松规制、 引进竞争的改革潮流。对此，自然有人怀疑自然垄断理论是否还有继续存在下去的必要。“自然垄断消失了” 的说法已经开始出现在理论界，现实中一些传统的口然垄断产业放松规制，引进竞争的改革 也迫切需耍新的理论来加以指导。因此 对现有口然垄断理论进行深入反思，发展新的口然 垄断理论，以增强对经济实践的解释力，就成为经济学家的主要任务2。本文就是对此进 行的一次尝试，希望能够为自然垄断理论的进一步发展和自然垄断产业改革的深化，提供有 益的借鉴。木文其它内容的结构如下，第二部分探讨了规模经济、范围经济和成本劣加性与自然垄 断的关系。第三部分讨论了网络经济及具效应，并分析了网络经济与口然垄断的关系。第四 部分提出了规模经济、范围经济和网络经济“三位-体”的自然垄断理论。第五部分在介绍 铁路产业技术经济特征的基础上，运用本文提出的“三位一体”的自然垄断理论分析了铁路 产业的自然垄断性质，并得出了铁路产业应该实行“网运分离”的结论。最后，第六部分对 全文进行了简单总结。木文是国家自然科学基金项H自然垄断产业的规制政策研究（项目主持人：东北财经大学产业组织与 企业组织研究中心主任于立教授；项冃编号：70073004）的阶段性成果。2规模经济、范围经济和成本劣加性与自然垄断2.1规模经济与自然垄断2.1.1问题的提出传统的规模经济理论认为：“在既定不变的技术条件下，生产一单位单一或复合产品的 平均成木，如果在某一区间递减（或递增），则称在该区I可存在规模经济（或规模不经济）。” 规模经济的传统定义表明：（1）规模经济是一个区间概念，即在某个特定的产量区间范围内 才存在；（2）在某个特定的产量区间范围内存在规模经济等价于牛产平均成本曲线在该区间 内是下降的；（3）规模经济主要是针对单一产品牛产而言的。一般认为，口然垄断的定义是: “如果由一个企业生产整个产业产出的生产总成本比rh两个或两个以上企业牛产这个产出 水平的牛产总成本低，则这个产业是口然垄断的（伊特维尔、米尔盖特、纽曼，1996）。”从规模经济和自然垄断的上述定义可以得到两个命题，并H儿乎国内的每木初级经济学 教科书都收入了这两个结论。命题1：在单产品情况下，某个特定产量区间内存在规模经济等价于平均成本曲线在该 产量区间内（严格）下降。命题2：单产晶情况下，如果在所有的产出水平范围内都存在规模经济，那么必然导致 该产品是自然垄断生产。但是，现实经济牛活中的企业只单独牛产单产品的情况是十分罕见的，几乎所有的企业 都是牛产多种产品的，因而基于单一产品的规模经济和口然垄断的概念的解释力明显不足， 必须把规模经济、自然垄断的概念和相关命题扩展到多产品情况。2.1.2规模经济和自然垄断的重新定义为了克服原来传统描述性定义的不足，实现定义的严格化，同吋也为了把规模经济和自 然垄断的定义扩展到多产品情况，以便更好地解释现实经济生活，鲍莫尔、潘泽与威利格 （Baumol, Panzar&Willig, 1982; Panzar, 1989）从成本函数的角度重新定义了规模经济：定义1 （规模经济）：从成本函数角度看，规模经济的程度可以用S（y,w） = C（y,w）/ 工XCO，w）衡量。当S的值大于、等于或小于1时，分别对应着规模收益（局部）递 增、不变或下降。其中了 = （）1，），2,，儿）为产出产品的向量组合，W =（W|,W2,，叫）为 不变的要素价格向量，C（y,w）为成本函数， 0 , G三QC/西。同时，鲍莫尔、潘泽与威利格及夏基等人（Baumol、Panzar & Willig, 1982； Panzar, 1989； Sharkey, 1982）述利用成本函数定义了劣加性的概念：定义2 （成本函数的严格劣加性）:如果对任意的产出向量开2,，儿，0 X， y , X H）.，, j = 1,2,R y. = y ,有C（y） Panzar & Willig, 1982； Panzar, 1989； Sharkey, 1982）利用成木劣加性的概念严格定义了向然垄断：定义3 （自然垄断）：如果在所有相关产出范围内，成本函数都具有严格劣加性，则该 产业被称为自然垄断产业。或者说，若在所有产出水平y的范围内，对任意的y,. y ,成 木函数C（y.）都具有严格劣加性，则该产业是自然垄断产业。比较规模经济的传统定义和鲍莫尔、潘泽与威利格对规模经济的新定义，有两点显著的 区别：（1）传统的规模经济是一个区间概念；而新定义的规模经济是一个点概念，即在某个这里隐含地假定成木曲线是可微的，定义3中也有相同的假定。 既定的产量水平上，也存在规模经济的概念，而不必再限于某个区间；(2)新定义的规模 经济概念适川于多产品情况，也适川于单产品情况；而传统的规模经济概念主要是针对单 一产品而言的。利用成本函数严格劣加性定义的口然垄断概念要求在特定产量区间范围内的每一产岀 水平上，成本函数都有严格的劣加性，因此处处存在严格的成本劣加性是自然垄断的充要条 件和本质特征。国内有的学者误认为满足“成本劣加性”仍然不是自然垄断的观点是没有真 正了解两者的相互关系。新定义的向然垄断概念和传统的白然垄断描述性概念是一致的：两 者都是区间概念，在一定的产量区间范围内才有意义;两者都表示在所有可能的产量范围内， 几个企业的联合牛产不及一个单一供给者提供相同产量时成本低，即单个企业能比两家或两 家以上的企业更有效率地向市场提供同样数量的产品。不同的是利用成本函数的严格劣加性 概念，新定义的自然垄断概念可以得到严格的证明或证伪，克服了原定义单纯描述性的局限。2.1.3规模经济与自然垄断的关系根据鲍莫尔、潘泽与威利格及夏基等人重新定义的规模经济和自然垄断的概念，可以得 到以下儿条命题，并H命题1不再成立。我们先引进严格下降的单产品平均成本的概念：定义4 (严格下降的单产品平均成本)：如果存在一个实数5()，0开,儿满足 y-3 y y + d ,苕有= C(yJ/) v l,即 AC(y) MC(y)(一般情况卜，AC(y) 0 , MC(y)0)。因为 dAC/dy = d(C(y)/y)/dy = (MC(y)-AC(y)/yt 所以 dAC/dy0,有:AC(l + )= 2 R v4C(l) = 2 v AC(l )= 2 + / ,即平均成本函数 AC(y)在 y = l处是严格卜降的，但在y = 处，MC = AC = 2, S(l) = AC/MC = 1,所以在y = 处不存在规模经济。命题3的含义是企业生产氓产品时，如果某个特定产量区间内每一点都存在规模经济， 则必然导致平均成本曲线在该产量区间内严格下降；反过來，如果企业平均成本曲线在某个 特定产量区间内严格下降，并不能保证该产量区间内的每一点都存在规模经济。即规模经济%1 如果假定成木换数是连续换数，根据连续换数的性质，在某个点上成立的概念，在该点附近足够小的邻 域内也成立。从这个意义上说，也可以称规模经济是一个局部概念，但与区间概念有着木质的不同。%1 单产品情况可以看成多产品情况的特例。对多产品情况成立的结论一定对单产品情况也成立，反Z未必 成立。%1 这几条命题的证明可以参见鲍莫尔、潘泽与威利格(1982)、夏基(1982)、潘泽(1989)。不再等价于平均成本曲线严格下降。命题4：在单产品情况下，如果在最大产出水平为y的产量区间范围内平均成本曲线是 严格递减的，则成木函数在产岀水平y具有严格劣加性；反之未必成立。证明：对既定的产出水平y的任意非空分割，儿，工X=y，0 yf y , i = ,2,k，因为在最大产出水平为y的产量区间范圉内平均成本曲线是严格递减的，所 以 AC(y) = C(y)/y AC(y,.) = C(yi)/yi,即 xC(y)/y0。显然该成本函数 是连续的，并且平均成木函数是(/型的：在0 v)y yw = J币上是下降的，在y J丽 上是上升的(成本函数和平均成本函数的图形分别见图1和图2)。显然平均成本函数AC(y) 在(何二2F/a )内是严格递增的。该成本函数在(0,儿=j2F/d)范围内都具有严格劣加性。对Vy 6(0,儿=j2F/a), 当k = 2时，即把既定的产出y任意分成两部分：yi=xy,y2=(l-x)yx:0x 1。则 C(yJ C(y)()o2F + ay2(2兀