自然垄断的“三位一体”理论，本文主要内容关键词为：理论论文,自然论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F038.1文献标识码：A文章编号：1005-0892（2004）08-0005-07
一、引言
自然垄断是经济学中的基本概念之一，自然垄断理论也一直是经典经济理论之一。根据不同时代背景下的自然垄断理论，人们判定哪些产业属于自然垄断产业，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、范围经济和成本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世纪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自然垄断机制应该带来的规模经济、范围经济和成本劣加性的好处，反而深受质次价高等垄断弊端之苦；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年代以来，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。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迫切需要新的理论来加以指导。因此，对现有自然垄断理论进行深入反思，发展新的自然垄断理论，以增强对经济实践的解释力，就成为经济学家的主要任务之一。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。
二、规模经济与自然垄断
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本，如果在某一区间递减（或递增），则称在该区间存在规模经济（或规模不经济）”。而自然垄断的定义是：“如果由一个企业生产整个产业产出的生产总成本比由两个或两个以上企业生产这个产出水平的生产总成本低，则这个产业是自然垄断的”（伊特维尔等，1996）。
从规模经济和自然垄断的上述定义可以得到两个命题：
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：在单产品情况下，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，现实经济生活中的企业只单独生产单产品的情况是十分罕见的，几乎所有的企业都是生产多种产品的，因而基于单一产品的规模经济和自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。
为了克服原来传统描述性定义的不足，Baumol，Panzar和Willig（1982，1989）从成本函数的角度重新定义了规模经济和劣加性的概念：
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）/∑y[，i]C[，i]（y，w）衡量。（注：这里隐含地假定成本曲线是可微的，定义3中也有相同的假定。）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y=（y[，1]，y[，2]，…，y[，w]）为产出产品的向量组合，w=（w[，1]，w[，2]，…w[，r]）为不变的要素价格向量，C（y，w）为成本函数，y[，i]＞0，C[，i]≡
C/y[，i]。
定义2（成本函数的严格劣加性）：如果对任意的产出向量y[，1]，y[，2]，…，y[，k]，0＜y[，i]＜y，y[，i]≠y，i=1，2，…，k，∑y[，i]=y，有C（y）＜∑C（y[，i]）成立，则称成本函数C（y）在产出水平y具有严格劣加性（Strict Cost Subadditivity）。
进一步，Baumol，Panzar，Willig和Sharkey（1982，1989）利用成本劣加性的概念严格定义了自然垄断：
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[，i]≤y，成本函数C（y[，i]）都具有严格劣加性，则该产业是自然垄断产业。
可以看出，传统的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；而新定义的规模经济是一个点概念，即在某个既定的产量水平上，（注：如果假定成本函数是连续函数，根据连续函数的性质，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，但与区间概念有着本质的不同。）也存在规模经济的概念。新定义的规模经济概念适用于多产品情况，也适用于单产品情况；（注：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，反之未必成立。）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自然垄断概念要求在特定产量区间范围内的每一产出水平上，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。其内涵与传统的自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，几个企业的联合生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。
根据重新定义的规模经济和自然垄断的概念，可以得到以下几个命题，并且命题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δ＞0，
y[，i]，y[，i]满足y-δ＜y[，i]＜y[，i]＜y+δ，都有AC（y[，i]）=C（y[，i]）/y[，i]＜C（y[，i]）/y[，i]=AC（y[，i]）成立，则称平均成本函数在产出水平y处是严格下降的。如果y[，i]，y[，i]满足0＜y[，i]＜y[，i]≤y，都有AC（y[，i]）=C（y[，i]）/y[，i]＜C（y[，i]）/y[，i]=AC（y[，i]）成立，则称平均成本函数在整个产出水平范围内是严格下降的。
命题3：在单产品情况下，某个特定产量区间内每一点都存在规模经济是平均成本曲线在该产量区间内严格下降的充分而非必要条件。（注：命题3～6的证明可参见于立、姜春海发表在《首都经贸大学学报》2002年第5期的《规模经济与自然垄断关系探讨》一文。）
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，则成本函数在产出水平y具有严格劣加性；反之未必成立。
命题5：在单产品情况下，如果在产量区间内的每一点处处存在规模经济，则在每一点成本函数都具有严格的劣加性，即该产品是自然垄断生产；反之未必成立。也就是说，单产品情况下每一产出水平都存在规模经济只是该产品自然垄断生产的充分而非必要条件。
命题6：在多产品情况下，规模经济既不是自然垄断的充分条件，也不是自然垄断的必要条件。或者说，多产品情况下，在任意产出水平，规模经济既不是成本函数严格劣加性的充分条件，也不是成本函数严格劣加性的必要条件。
三、范围经济、成本劣加性与自然垄断
现实中的企业总是生产多样化的产品，即进行“联合生产”。联合生产有三个主要的技术理由（史普博，1999）：第一，通过产出的多样化可节约成本。“范围经济”（Economies of Scope）就指的是以联合生产多样产品而取得的成本收益。第二，通过本身增长或横向兼并来扩大企业规模，也可以节约成本。第三，通过纵向联合把投入与产出结合起来，可以节约成本，即存在“关联经济”（Economies of Sequence）。因此必须考虑多产品规模经济以及关联经济，才能更好地理解范围经济。
定义5（范围经济）：设M=｛1，2，…，M｝为产品集合，S为M的某些子集合，Q为产出向量，Q[，S]代表产出在子集合S中而其它产出为零的产出向量。如果对S，T
M，S≠Φ，T≠Φ，S∩T≠Φ，有C（Q[，S]）+C（Q[，T]）＞C（Q，[，SUT]）成立，则成本函数C（Q）显示出范围经济。其中IC[，S]（Q[，SUT]）=C（Q[，SUT]）-C（Q[，T]）称为生产子集合S的追加成本。
从定义1和定义5可以看出，规模经济和范围经济对多种产品而言，都可以出现，因此认为规模经济是针对一种产品而言、范围经济是针对多种产品而言的看法是错误的。实际上，当企业生产既定的某组产品时，规模经济强调的是大批量生产该组产品可以带来成本节约，而范围经济强调的是如果单独生产该组产品，成本将高于在其它组产品基础上联合生产该组产品的追加成本，两者的侧重点不同。
命题7：成本函数C（Q）显示范围经济等价于对满足定义5的S、T而言，生产的独立成本要超过联合生产时的追加成本，即C（Q[，S]）＞IC[，S]（Q[，SUT]），C（Q[，T]）＞IC[，T]（Q[，SUT]）。
证明：如果成本函数C（Q）显示范围经济，则对满足定义5的S、T而言，有C（Q[，S]）+C（Q[，T]）＞C（Q[，SUT]），即C（Q[，S]）＞C（Q[，SUT]）-C（Q[，T]）=IC[，S]（Q[，SUT]）。反过来，因为IC[，S]（Q[，SUT]）=C（Q[，SUT]）-C（Q[，T]），若C（Q[，S]）＞IC[，S]（Q[，SUT]），则C（Q[，S]）＞C（Q[，SUT]）-C（Q[，T]），显然C（Q[，S]）+C（Q，T）＞C（Q[，SUT]）。
利用命题7，可以将定义2重新表述为：对于Q，0≤Q[，1]，Q[，2]≤Q，且Q[，1]+Q[，2]=Q，如果有C（Q[，1]）+C（Q[，2]）＞C（Q），则成本函数在集合上显示出劣加性。
命题8：在多产品情况下，如果成本函数C（Q）显示劣加性（自然垄断），则成本函数C（Q）显示出范围经济。
证明：S
M，S≠Φ，T=
≠Φ，S∩T≠Φ，分别令Q[，1]=Q[，S]，Q[，2]=Q[，T]，则Q=Q[，1]+Q[，2]=Q[，S]+Q[，T]=Q[，SUT]成立。再根据本节对自然垄断定义（定义2）的重新表述，有C（Q[，1]）+C（Q[，2]）=C（Q[，S]）+C（Q[，T]）＞C（Q）=C（Q[，SUT]）成立，结论得证。
为了简单起见，假定某种最终产品（用Q代表最终产出）经过上下游两个相互关联的生产阶段，上游生产中间投入品（用标量I表示），下游利用上游生产的中间投入品（假定全部被利用）来生产最终产品。设C[，U]（I；W）为上游的成本函数（即用生产要素W来生产中间投入品I的成本函数，其中W是投入要素价格的正向量，并且固定不变），C[，D]（Q；I，W）是下游的成本函数（即用中间投入品I和W生产最终产品Q的成本函数），C（Q；W）是纵向一体化企业利用生产要素W来生产最终产品口的成本函数，则有以下定义：
定义6（关联经济）：对任意的中间投入品I和生产要素W，当且仅当独立的上游和下游生产企业单独生产中间投入品I和最终产品Q的生产成本之和大于纵向一体化生产最终产品Q的成本时，则称技术（C，C[，U]，C[，D]）在产出为Q时显示出关联经济。即如果C（Q；W）＜C[，U]（I；W）+C[，D]（Q；I，W）对I＞0，W＞0成立，则技术（C，C[，U]，C[，D]）在产出为Q时显示出关联经济。
显然，存在关联经济时，上游企业和下游企业单独生产的总成本要大于纵向一体化生产企业的成本，因而单独生产中间投入品I和最终产品Q是低效率的。
由上述定义可见，规模经济和范围经济主要是针对同一个企业内部横向生产而言的，而关联经济主要是指产品的不同生产阶段纵向一体化以后发生的成本节约。关联经济既可以存在于纵向一体化企业的内部，也可以存在于不是纵向一体化的同一企业、但技术是相互联接的独立的上、下游企业之间。
四、网络经济与自然垄断
1.网络与网络效应
一般说来，网络由多个结点和联系结点的连接构成，自身形成一个网状配置系统，网络功能的体现和发挥就需要多个网络成分共同参与。因而，网络成分之间是相互补充的。网络产业一般由较高的固定成本、较低的边际成本、弱替代使用以及某种基本形式的物理连接等特点所刻画。需要特别说明的是，本文所描述的网络是一种具体的实实在在的物理形态的网络（Physical Network或literal Network）。不包括抽象的虚拟网络（Virtual Network或Metaphorical Network）。
Economides和White（1994）还把网络分为单向网络和双向网络。在单向网络中，某些非中心结点与其它结点存在差别，有意义的交易只能够向一个方向进行，相同类别的结点之间的交易也没有意义。单向网络系统有电力、输水管道、有线电视、天然气管道、银行贷款卡系统等。在双向网络中，交易可以向任何方向进行，即交易可以在任何非中心结点开始，在任何非中心结点终结。双向网络系统有铁路、电话、高速公路、航空、邮政服务等。网络类型的划分并不是网络拓扑结构的函数，而是依赖该结构所代表的具体服务内容而定的。
网络系统将产生较为明显的网络经济效应。一方面，网络系统传输规模（主要指消费者数量和距离分布）越大，其所需的固定资本投资也越大。在固定成本占总成本比重很大的产业中，一般来讲，需求量越多，固定成本就越可以分摊在每一需求上，单位成本就越低，因而也越能收到网络系统的规模经济效益。另一方面，网络系统还将产生较强的网络正外部效应，即网络的参与者越多，这个网络的价值就越高。由此不难理解，在极端情况下，网络正外部效应可以导致“赢家通吃”的市场，即单个市场、技术或标准击败所有的对手。网络正外部效应是对网络经济起支配作用的梅特卡夫法则（Metcalfe Law）的本质所在。（注：所谓梅特卡夫法则，是指一个网络的总价值等于该网络所有结点的平方。）生网络正外部效应的关键原因在于网络自身的系统性和网络内部组成成分之间的互补性。无论网络如何向外延伸，也不论新增多少个网络节点，它们都将成为网络的一部分，同原网络结成一体，因此整个网络都将因为网络的扩大而受益。同时，一般而言，在网络系统中，信息流或是其它物质的流动都不是单向的，网络内的任何两个节点之间都具有互补性（在整个网络中没有“中心”或“首脑”区域的存在，也就是说，即使网络的一部分节点消失了，也不影响网络的其它节点之间的正常联系），这就保证了网络正外部效应的普遍意义。
2.网络经济定义与基本命题
网络经济（Economies of Network）在夏皮罗和瓦里安（2000）眼中就是“需求方规模经济”。在本文中，将网络经济理解为一个复合概念，是由于需求方和供给方规模经济共同作用的结果，因而其定义可从社会总价值或总效用和总成本两个角度去考虑。
定义7（网络经济，从社会总价值或总效用角度考虑）：该网络的参与节点数为n，节点连结数为s，则s与n之间存在下列关系s=n（n-1）/2。假定每条连结产生的价值或效用固定不变为2k（k为大于零的常数），则总价值或总效用函数R（n）=k（n[2]-n），并且有R（0）=0，dR（n）/d（n[2]-n）=k成立，即总价值或总效用与（n[2]-n）成严格的正比例变化，且当节点数为零时网络没有价值或效用。
定义8（网络经济，从总成本角度考虑）：一般认为，网络的产出水平与参与节点数成正比例变化。用C（n）代表网络的总成本函数，则有如下特征：对于n[，1]，n[，2]，当n[，1]＜n[，2]时，有AC（n[，1]）=C（n[，1]）/n[，1]＞C（n[，2]）/n[，2]=AC（n[，2]），即dAC/dn＜0成立。换句话说，网络平均成本函数在整个产出水平范围内是严格下降的。
定义9（从社会净收益角度考虑）：在网络参与节点数为n时的社会净收益可定义为π（n）=R（n）-C（n）。
由以上各定义可推导出如下命题：
命题9：存在网络经济时，网络总成本函数C（n）在任意产出水平都具有严格劣加性。
证明：在既定的产出水平n的任意非空分割n[，1]，n[，2]，…，n[，k]，Σn[，i]=n，0＜n[，i]＜n，i=1，2，…，k，因为在最大产出水平为n的产量区间范围内平均成本曲线是严格递减的，所以AC（n）=C（n）/n＜AC（n[，i]）=C（n[，i]）/n[，i]，即n[，i]C（n）/n＜C（n[，i]）。又因为Σn[，i]=n，所以∑n[，i]C（n）/n=C（n）＜∑C（n[，i]），根据成本劣加性的定义知，存在网络经济时，网络总成本函数在产出水平n处具有成本劣加性。
命题10：存在网络经济时，社会总价值或总效用函数R（n）具有平均价值或效用小于边际价值或效用的性质，即AR＜MR。
证明：因为对于n，R（n）都有dR（n）/d（n[2]-n）=k成立，并且R′（n）=MR=[dR（n）/d（n[2]-n）][d（n[2]-n）/dn]=（2n-1）k，则：（R（n）/n/R′（n））=（AR（n）/MR（n））=（n-1/2n-1）＜1，又因为通常AR（n）＞0，MR（n）＞0。因此AR＜MR。
命题11：存在网络经济时，社会总价值或总效用函数R（n）具有平均价值或效用严格递增的性质。
证明：AR′（n）=d（R（n）/n）/dn=[MR（n）n-R（n）]/n[2]=[MR（n）-AR（n）]/n，根据命题10，AR（n）＜MR（n），所以AR′（n）＞0。
命题12：存在网络经济时，社会总价值或总效用函数R（n）在任意的产出水平n都具有严格优加性（Superadditivity）。（注：“价值优加性”（或“效用优加性”）系本文提出的一个与鲍莫尔、潘泽与威利格等人提出的“成本劣加性”相类似的概念，主要是用于描述网络价值或效用随产出水平增加而增加的特性。如同“价值优加性”（或“效用优加性”）正是从总价值或总效用角度论述的“自然垄断”的充要条件。相应地，“收益优加性”正是从总收益角度论述的“自然垄断”的充要条件。）
证明：对任意既定产出水平的任意非空分割n[，1]，n[，2]，…，n[，k]，∑n[，i]=n，0＜n[，i]＜n，i=1，2，…，k。因为在最大产出水平为n的产量区间范围内平均价值或效用曲线是严格递增的。所以AR（n）=R（n）/n＞AR（n[，i]）=R（n[，i]）/n[，i]，即n[，i]R（n）/n＞R（n[，i]）。又因为∑n[，i]=n，所以∑n[，i]R（n）/n=R（n）＞∑R（n[，i]），即存在网络经济时，社会总价值或总效用函数在产出水平n处具有总价值或总效用的优加性。
命题13：存在网络经济时，社会净收益函数在任意的产出水平n都具有严格优加性，即网络由一家企业经营比由多家企业经营形成的社会净收益更大。
证明：对任意既定产出水平的任意非空分割n[，1]，n[，2]，…，n[，k]，∑n[，i]=n，0＜n[，i]＜n，i=1，2，…，k。由命题9可以得到C（n）＜∑C（n[，i]），由命题12可以得到R（n）＞∑R（n[，i]），所以π（n）=R（n）-C（n）＞∑R（n[，i]）-∑C（n[，i]）=∑π（n[，i]），即存在网络经济时，社会净收益函数具有严格的优加性。
定义10（自然垄断）：如果在所有相关产出范围内，社会总价值或总效用函数或社会净收益函数在任意的产出水平都具有严格优加性，则该产业被称为自然垄断产业。
虽然利用社会总价值或总效用函数或社会净收益函数来定义自然垄断仍然面临着判断标准仅具有理论上的意义，实践中很难运用。但毕竟克服了将产出成本最低等同于社会福利最大化的失误。（注：实际上，产出成本最低只是社会福利最大化这一目标的实现手段或次目标，二者并不等同。建立在成本劣加性概念基础之上的当代自然垄断理论虽然能够解释规模不经济阶段仍可能存在自然垄断的原因（尽管这种解释的可靠性是令人怀疑的，但它毕竟符合经济学常识，而科学研究就是向常识挑战），但和传统的自然垄断理论一样，也是从成本节约的角度出发的，笼统地将成本最低等同于社会福利最大化，认为只要单个企业能比两家或两家以上的企业更有效率（成本更低）地向市场提供同样数量的产品就必将导致自然垄断，从而对社会来说是最有利的。但是这种高效率（成本更低）在自然垄断条件下并不必然导致社会福利最大化，因此仅仅把社会福利最大化的视野局限在成本节约的范围内显然是太窄了。）
由命题12和命题13可以得到下述命题：
命题14：根据定义11所重新定义的自然垄断概念，在所有相关产出范围内存在网络经济是自然垄断的充分而非必要条件。换句话说，如果在所有相关产出范围内，某产业存在网络经济，该产业是自然垄断产业。
命题15：存在网络经济时，从最大化的社会净收益角度考虑，当dC（n）/dn＜k（2n-1）时，网络的节点数越多，社会净收益越大。当dC（n）/dn＞k（2n-1）时，网络的节点数越多，社会净收益越小。（注：这从理论上论证了网络最优规模的决定问题，即网络规模的扩大是有条件的。当然，本命题所涉及的成本仅考虑了生产成本概念，在现实生活中还需要考虑更广泛的成本内容。由于网络一般具有拥挤性（Congested），在理解这个命题时应注意拥挤性对边际成本的影响。对于铁路路网，其具有典型的拥挤性特征。在路网容量达到临界点之前，其增量成本或边际成本近似为零；一旦客货流量突破了这个阀值，则拥挤成本、边际成本将呈加速增加的态势。）
证明：由命题13可知，存在网络经济时，由一家企业经营网络时形成的社会净收益最大，此时对于n，最大化的社会净收益为π（n）=R（n）-C（n）。两边关于n求导数得dπ（n）/dn=[dR（n）/d（n[2]-n）][d（n[2]-n）/dn]-dC（n）/dn=k（2n-1）-dC（n）/dn，因此，当时dC（n）/dn＜k（2n-1）时，dπ（n）dn＞0，即对于n[，1]，n[，2]，n[，1]＜n[，2]都有π（n[，1]）＜π（n[，2]）成立，即网络参与节点数越多，社会净收益越大；当dC（n）/dn＞k（2n-1）时，dπ（n）/dn＜0，对于n[，1]，n[，2]，n[，1]＜n[，2]都有π（n[，1]）＞π（n[，2]）成立，即网络参与节点数越少，社会净收益越大。
五、自然垄断的“三位一体”理论
单从规模经济和范围经济角度解释现代自然垄断产业具有较大的局限性。
首先，现代自然垄断产业主要集中在具有网络传输系统的产业中，用规模经济和范围经济难以解释网络传输系统所产生的网络经济特性。一般而言，铁路、电力、煤气、自来水等自然垄断产业都具有网络（Network）特征，即生产企业必须借助于传输网络才能将其产品或服务传递给用户，用户也必须借助于传输网络才能使用企业生产的产品或服务，故自然垄断产业有时还可称为网络产业（Network Industry）。（注：用网络产业来描述自然垄断产业早已有之，并不是为了赶时髦。可以肯定的是，早在因特网出现之前，网络产业这种称谓就已经存在。见张昕竹《网络产业：规制与竞争理论》第1页。）
其次，网络现象或网络产业在社会生活中起着越来越重要的作用，从网络经济角度分析自然垄断理论将是一个理论难点和热点。这里所指的网络经济强调的是“网络经济性”，或者由于网络特性而引起的“成本节约”或“价值增加”，而不是指铁路网、电网、通讯网等各种具体产业。在现代自然垄断产业规制改革过程中，一个很明显的趋势是就是纷纷改变过去纵向一体化的组织结构，实行类似于“厂网分离”、“网运分离”等纵向分离的市场结构改革。于是现实中就引出了对“网络”的认识问题，即“网络”环节是否也应该像其它基于网络而提供服务或生产的环节一样打破垄断型市场结构。
第三，传统的自然垄断理论都是从生产者角度考虑成本劣加性问题，即一家企业生产既定产量的技术成本小于多家企业共同生产的成本，主要体现的是生产者的利益要求。而一个社会除了生产者之外，还有其它群体，比如消费者。规范意义上的政府政策应当考虑全社会的总价值或总效用和净收益，对社会整体来说，生产成本最低不一定是价值或效用最大。对自然垄断而言，它可能是指在某些情况下，垄断是一个社会意义上的最优结果，垄断结构应当从全社会角度进行判断。由此，自然垄断理论也应当超越生产成本研究的视野，从社会总价值或总效用和净收益角度进行研究。
所谓自然垄断的“三位一体”理论，就是突破传统经济理论仅仅从规模经济和范围经济角度解释自然垄断的局限和不足，从网络经济、规模经济、范围经济三个概念角度分析自然垄断，从而形成更加完整的自然垄断理论，以适应网络经济特性较强的现代自然垄断产业分析的需要（见表1）。
表1规模经济、范围经济、网络经济与自然垄断的关系
根据前面的分析可知，在多产品情形下，规模经济既不是成本劣加性的充分条件，也不是必要条件。而范围经济是多产品生产具有成本劣加性的必要条件。对于许多成本函数，夏基（1982）证明了规模经济和范围经济同时成立是成本劣加性的充分条件。而成本劣加性一般是难以直接检验的，所以确定在某些情况下易于证明的充分条件是有意义的。夏基认为，成本劣加性最有用的充分条件是所谓的“成本互补性”，当成本函数的二阶偏导数处处为非正时，这种“成本互补性”就会存在，大致说来，如果存在“递增的规模收益和范围收益”，成本互补性就会出现。而在网络经济条件下，前面已经证明，其成本函数必然具有劣加性。而从社会总价值或总效用和净收益角度出发，网络经济的总价值或总效用函数和净收益函数具有严格的优加性，同样应属自然垄断。
从对应的领域分析，传统的规模经济、范围经济概念的分析更适合于传统自然垄断产业中的非自然垄断环节的分析，而网络经济适用于传统自然垄断产业中的网络传输系统部分的分析。当然网络传输系统的网络经济中包含了部分（供给方）规模经济的因素，但更重要的是网络经济学中的“需求方规模经济”，导致出现社会总价值或总效用和净收益的优加性。另外，网络传输系统一般都具有范围经济，即在电网上同时传输高低压电力、铁路路网上从事客货运输具有经济合理性。
通过表1可以看出，在网络传输系统，由于具有较强的规模经济、较强的范围经济和较强的网络经济，所以其自然垄断特性就较强。而在传统自然垄断产业中的非网络传输环节，具有一定的规模经济和范围经济，但一般不具有网络经济特性，所以自然垄断性质就较弱。至于过去在传统自然垄断产业中，网络传输系统和非网络传输环节连为一体，都保持垄断型市场结构，可以理解为是由于关联经济的作用。以铁路运输产业为例，其内部两大组成部分的自然垄断性质如表2所示。
表2铁路运输产业的自然垄断性质
┌────┬────┬────┬────┬─────┐
│业务分解│规模经济│范围经济│网络经济│自然垄断 │
├────┼────┼────┼────┼─────┤
│“网” │强 │强 │强 │强│
├────┼────┼────┼────┼─────┤
│“运” │有 │有 │无 │弱│
└────┴────┴────┴────┴─────┘
需要说是的是，本文所研究的自然垄断“三位一体”理论中的成本函数，考虑的依然是传统的生产成本。应该注意的是，上文中我们已经指出，生产成本优势并不足以证明自然垄断的存在就是合理的，真正有意义的成本概念应该是社会成本（张昕竹，2000）。一个企业生产成本最低，居于垄断地位，而垄断所造成的效率损失现象通常较为严重。在任何一本微观经济学教科书里，都能够通过标准垄断模型观察到垄断者在资源配置上的效率损失，经济学家把它称为福利三角或哈伯格三角。
除配置效率的损失之外，垄断还可能会造成包括X非效率损失在内的效率损失。同时，不受任何规制约束的垄断企业是不存在的，而对企业的规制控制是要付出成本的。如果加上这些社会成本和垄断所形成的低效率成本，则自然垄断所获得的社会收益很可能低于付出的社会成本，因此自然垄断很可能不能成立，所以自然垄断概念应当考虑更为广泛的成本含义。
从成本角度对自然垄断的传统解释中隐含有一个基本假定，即市场需求是一定的。而事实上，市场需求的大小是在不断发生变化的，市场需求可以改变市场结构。现代自然垄断理论的一个新进展就是认识到自然垄断特性不是一成不变的。如沃特森认为，一个产业不仅仅可以通过技术基础的改变，也可通过需求改变而成为自然垄断产业。尤其是，如果市场需求不断增长，一个产业可以从自然垄断状态脱离出来。例如，如果两个地区之间的航空服务需求量大增，这类服务的提供就会从一个自然垄断产业转变出来（也许会转变成寡头自然垄断），市场向竞争型结构转变。
另外，从成本角度理解的传统自然垄断理论还有另一个基本假定，即假定技术是不变的。但实践和理论都已经证明，在长期内，技术进步可能使原来的自然垄断产业变为竞争性产业。近几年来，技术的飞速变革已经使原来的自然垄断产业内形成了新企业进入和多家企业共同竞争的基础，自然垄断程度被大大弱化了。沃特森举了个例子，当英国周围的低成本电力传送在技术上变得可行，带有自然垄断特点的国家电网概念就形成了，地区系统最终变成由国家控制。
由此可见，一个产业是否为自然垄断不是永远不变的，技术和需求是最基本的影响因素。当它们改变时，最适宜的产业组织形式也会改变；曾经是自然垄断产业的也可能改变属性，新的产业也可以变成自然垄断。
认识到技术条件和市场需求的变化会使产业最优结构发生质的变化，是现代经济学近年来所取得的重大成果之一。维斯库兹、维纳和哈瑞顿还特别强调市场需求对自然垄断性质的重要作用，提出了“永久自然垄断”和“暂时自然垄断”概念。所谓永久自然垄断，关键在于其长期平均成本随产量的增加持续下降。不论市场需求有多大，单个企业都能以最低的成本生产出来。暂时自然垄断是指长期平均成本下降至产量某一点之后就变为常数。因此，随着需求增加，自然垄断就变成了寡头垄断甚至是完全竞争市场。这种情况可用于描述城市间的电话服务。在电话使用量较多时，许多因素可导致单位成本的大量节省。如微波电话系统是由一些大约距离为20或40公里的、能够转换特殊频率信号的站点组成，每个站点要有土地、建筑、铁塔以及电线、电子设备等等。这些投入并不都随着线路数目成比例地增加。因此随着使用量的增加，固定成本可以分摊至更多的电话上。但随着使用量的增加，这种分摊效应越来越微弱。又如20世纪40年代纽约和费城间的长距离电话服务仅需800条线路。在这一既定的市场容量下，单位成本持续下降，形成了自然垄断状态。到了20世纪60年代后期，线路的数目增至79000（很大程度上起因于对电话的需求增加），在这一使用量下，单位成本基本持平，暂时自然垄断消失。同时，由于技术进步而使自然垄断特征消失的例子在现实生活中也并不少见。例如，铁路运输在19世纪具有相当的成本优势，而到了20世纪20年代，这些优势随着卡车的使用而大量消失。上述分析说明，随着技术进步，在一段较长的时期内，成本函数会因生产中新知识的引用而发生转变，从而产生自由竞争。从长期来看，永久自然垄断很可能越来越稀少。
六、结语
20世纪70年代以来，开始于西方发达国家的自然垄断产业实行放松规制、引进竞争的改革潮流已经波及到全世界。由于各种原因，传统自然垄断理论对人们这种经济实践的解释并不能令人满意，也不能对经济实践提供进一步的指导作用。因此，突破以往自然垄断理论的束缚，发展自然垄断理论，并在新的理论基础上重新设计自然垄断治理的政策体系，是经济学家面临的迫切任务之一。我们对此提出了一些新的看法和思考，希望能有助于自然垄断理论的发展。
标签：自然垄断论文; 规模经济论文; 范围经济论文; 网络经济论文; 平均成本论文; 企业经济论文; 效用函数论文; 成本函数论文; 效用理论论文; 产品概念论文; 社会网络论文; 经济学论文;