基于SEM-FAHP的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商選擇

陳 艷，柴 訪，謝運(yùn)慧

(青島理工大學(xué)管理工程學(xué)院，山東 青島 266520)

為解決傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式導(dǎo)致的建筑垃圾污染嚴(yán)重、資源能耗高、人員勞動強(qiáng)度大等日益嚴(yán)重的問題，中央層面出臺了相關(guān)政策以推進(jìn)建筑業(yè)改革，各級政府出臺了相關(guān)政策給予大力支持，來推廣一種房屋集成化的新型預(yù)制裝配式建筑模式，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商應(yīng)運(yùn)而生，為裝配式建筑提供所需要的預(yù)制構(gòu)件。裝配式建筑是指將工廠化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場通過組裝和連接而成的建筑，其以裝配化作業(yè)取代手工砌筑和現(xiàn)場澆筑[1]。作為實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化主要途徑的產(chǎn)物，裝配式建筑不僅要符合低碳環(huán)保理念，還要滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)、保障結(jié)構(gòu)性能等條件。而預(yù)制構(gòu)件作為裝配式建筑的基礎(chǔ)部分，其構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、連接節(jié)點(diǎn)的精確率以及施工的規(guī)范化是保障裝配式建筑質(zhì)量水平的重要因素[2]。因此，在推進(jìn)建筑工業(yè)化進(jìn)程中，科學(xué)合理地選擇預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商對裝配式建筑的成功建造至關(guān)重要。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對供應(yīng)商的選擇有了豐富的研究成果，但大都側(cè)重于物流、制造業(yè)以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，而針對預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商選擇的研究雖有一部分成果，但仍存在一定的局限性。石曉波等[2]、Bai C等[3]僅從理論上分析并構(gòu)建了預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系，帶有較強(qiáng)的主觀性，缺乏科學(xué)的定量分析；孫亞靜等[4]、陳小波[5]、詹翌[6]等運(yùn)用文獻(xiàn)梳理、資料查閱以及問卷調(diào)查法建立了預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系，分別運(yùn)用粗糙集法(RS)、多準(zhǔn)則決策法(VIKOR)、決策與實(shí)驗(yàn)室法(DEMATEL)對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商選擇進(jìn)行評價(jià)，并通過實(shí)例進(jìn)行了分析探究，而在方法的運(yùn)用上，粗糙集法要求數(shù)據(jù)必須具有較高的離散性，多準(zhǔn)則決策法無法將客觀規(guī)律與主觀經(jīng)驗(yàn)有效融合且該方法對準(zhǔn)則值和準(zhǔn)則權(quán)系數(shù)要求較高，在實(shí)際中很難達(dá)到，決策與實(shí)驗(yàn)室法難以解決復(fù)雜的系統(tǒng)問題。鑒于此，筆者根據(jù)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的固有特點(diǎn)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Model，SEM)建立預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系，對各指標(biāo)因素進(jìn)行定量分析，并確定各因素的影響程度；考慮影響預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商選擇的因素之間的模糊性和關(guān)聯(lián)性，以及模糊層次分析法可解決不確定性的多層次復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的優(yōu)良特性，引入模糊層次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，F(xiàn)AHP)定量分析各級指標(biāo)，構(gòu)建模糊層次模型和判斷矩陣，并計(jì)算各指標(biāo)對系統(tǒng)目標(biāo)的權(quán)重和指標(biāo)值得分，以選出最優(yōu)供應(yīng)商。

一、SEM模型的構(gòu)建

SEM本質(zhì)上是一種驗(yàn)證式的模型分析方法，主要根據(jù)搜集的實(shí)證資料檢驗(yàn)潛變量之間的關(guān)系以及潛變量與顯性指標(biāo)的一致性程度[7]。一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)方程模型包含兩個(gè)次模型：結(jié)構(gòu)模型和測量模型。結(jié)構(gòu)模型是指潛變量之間的相關(guān)關(guān)系以及模型中其他變量的變異量部分，而測量模型是指觀測變量與潛變量之間的相關(guān)關(guān)系[8]。筆者運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程的目的在于驗(yàn)證預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的合理性，進(jìn)而利用模型中的路徑指向和路徑系數(shù)來解釋各因素之間的影響程度和相關(guān)關(guān)系。

1.數(shù)據(jù)收集與變量選取

(1)因素來源。為使設(shè)計(jì)的調(diào)查問卷具有較強(qiáng)的說服力、信度和效度，增強(qiáng)其適用性，對青島市青島動車小鎮(zhèn)昌明裝配建筑科技有限公司、青島名流裝配建筑科技有限公司及青島光大集團(tuán)大型構(gòu)件有限公司的權(quán)威專家進(jìn)行了實(shí)地訪談，在充分交流研討的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國知網(wǎng)檢索的相關(guān)文獻(xiàn)，綜合傳統(tǒng)建筑供應(yīng)商選擇方式與預(yù)制構(gòu)件特點(diǎn)，確定影響預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商選擇的因素。

(2)問卷設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)來源。通過查閱文獻(xiàn)資料及與相關(guān)人員進(jìn)行探討，確定運(yùn)用Likert 5級量表法對問卷進(jìn)行測度。調(diào)查問卷主要采取現(xiàn)場發(fā)放、電話訪問及E-mail形式。共發(fā)放問卷350份，且進(jìn)行隨機(jī)抽樣調(diào)查，回收320份問卷，刪除無效問卷后，剩余有效問卷315份，有效率達(dá)90%。

(3)選取變量。最終選擇5個(gè)潛變量，19個(gè)觀測變量(見表1)。

表1 預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系

2.信度和效度檢驗(yàn)

問卷數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS22.0軟件進(jìn)行信度檢驗(yàn)，各因子的Cronbanch′s α值均大于0.8，高于標(biāo)準(zhǔn)值0.7，表明數(shù)據(jù)的信度較好。根據(jù)Kaiser給出的度量標(biāo)準(zhǔn)，對問卷進(jìn)行效度檢驗(yàn)，即采用KMO和Bartlett檢驗(yàn)。其中，KMO值為0.834，高于標(biāo)準(zhǔn)值0.8，且Bartlett球體檢驗(yàn)值在P=0上顯著，表明數(shù)據(jù)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，可用于因子分析。

3.模型假設(shè)

筆者結(jié)合已有的文獻(xiàn)研究、實(shí)地調(diào)研和專家訪談情況，依據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性原則總結(jié)得出：供應(yīng)商預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量水平直接影響其成本高低和綜合實(shí)力，間接影響其供貨能力和服務(wù)能力；供應(yīng)商預(yù)制構(gòu)件的成本高低直接影響其質(zhì)量水平和綜合實(shí)力，間接影響其供貨能力和服務(wù)能力；供應(yīng)商的供貨能力直接影響其綜合實(shí)力，間接影響其預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量水平、成本高低以及服務(wù)能力；供應(yīng)商的服務(wù)能力直接影響其綜合實(shí)力，間接影響質(zhì)量水平、成本高低以及供貨能力；供應(yīng)商的綜合實(shí)力直接影響其質(zhì)量水平、成本高低、供貨能力和服務(wù)能力?；谝陨戏治?，提出假設(shè)：供應(yīng)商的5個(gè)一級指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)、成本指標(biāo)、供貨指標(biāo)、服務(wù)指標(biāo)、綜合指標(biāo)之間具有相互影響關(guān)系。

4.模型擬合與修正

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系的合理性以及各個(gè)指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系，根據(jù)假設(shè)運(yùn)用AMOS 23.0軟件進(jìn)行模型擬合。模型修正主要是調(diào)整不合理的假設(shè)模型內(nèi)的路徑關(guān)系和添加因子路徑。筆者根據(jù)Modification Indices(MI)和Par Change兩個(gè)輸出修正指數(shù)，對指數(shù)值大的變量重新設(shè)定兩者之間的共變關(guān)系，即添加因子路徑。其卡方值降低，估計(jì)參數(shù)改變值為正數(shù)，易達(dá)到模型適配指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過反復(fù)的修正擬合后，建立SEM的各項(xiàng)適配度檢驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過修正的模型如圖1所示。模型擬合指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2所示，路徑和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖1 經(jīng)過修正的模型

表2 修正模型擬合指數(shù)計(jì)算結(jié)果

表3 修正模型的路徑和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，修正后的擬合指數(shù)得到大幅度改善，表明問卷數(shù)據(jù)與模型擬合程度較好，且假設(shè)成立；由表3可知，修正后各路徑的P值在顯著性水平0.01下都是顯著存在的，因此，筆者將圖1模型作為裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)最終模型。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)可以看出各個(gè)觀測變量對潛變量的影響程度。在質(zhì)量指標(biāo)中，產(chǎn)品合格率和構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度的路徑系數(shù)達(dá)到0.868和0.707，說明在該指標(biāo)中產(chǎn)品合格率和構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度影響力很大，施工企業(yè)選擇供應(yīng)商時(shí)要重點(diǎn)檢查構(gòu)件是否合格以及是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在成本指標(biāo)中，相關(guān)系數(shù)最高的是構(gòu)件價(jià)格為0.824，這與施工企業(yè)實(shí)際選擇供應(yīng)商的情況相符合，因此，選擇供應(yīng)商時(shí)要高度重視構(gòu)件成本，盡可能在質(zhì)量最優(yōu)情況下使價(jià)格最低，而價(jià)格波動率和物流成本的相關(guān)系數(shù)也都比較高，分別為0.745和0.783。在供貨指標(biāo)中，準(zhǔn)時(shí)交貨率的路徑系數(shù)最高0.838，其次為交貨可靠度，為0.760，最低的是柔性送貨能力，為0.704，這表明交貨能力是施工企業(yè)和構(gòu)件供應(yīng)商合作最重要的環(huán)節(jié)，供應(yīng)商能否準(zhǔn)時(shí)交貨對工程項(xiàng)目進(jìn)行得順利與否起著至關(guān)重要的作用。在服務(wù)指標(biāo)中，路徑系數(shù)最高的為問題解決能力，為0.887，其次是技術(shù)服務(wù)水平，為0.847，最低的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)是售后服務(wù)水平，為0.751，說明供應(yīng)商解決施工企業(yè)構(gòu)件問題的能力很重要。在綜合指標(biāo)中，產(chǎn)品開發(fā)及創(chuàng)新能力、企業(yè)管理水平以及企業(yè)資質(zhì)的相關(guān)系數(shù)比較高，分別為0.864、0.822和0.819，隨著裝配式建筑越來越受關(guān)注，對裝配式建筑的綠色環(huán)保節(jié)能的要求也逐漸提高，施工企業(yè)更加重視供應(yīng)商的產(chǎn)品開發(fā)及創(chuàng)新能力、管理水平以及企業(yè)資質(zhì)。

二、基于FAHP的預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商選擇評價(jià)模型構(gòu)建

與傳統(tǒng)建造模式相比，裝配式建筑在供應(yīng)商選擇上具有不同的標(biāo)準(zhǔn)，不僅要考慮預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量水平和成本高低，還要兼顧供應(yīng)商的準(zhǔn)時(shí)交貨率、柔性送貨能力、技術(shù)服務(wù)能力以及企業(yè)綜合實(shí)力。因此，對預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商的選擇是一個(gè)多屬性決策問題，故筆者根據(jù)已驗(yàn)證的預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用FAHP法對供應(yīng)商選擇評價(jià)。

1.模糊層次分析法

模糊層次分析法是將層次分析法與模糊數(shù)學(xué)理論相融合的一種分析方法，在模糊理論基礎(chǔ)上，利用模糊綜合評價(jià)法的思路對指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。該方法以其定性與定量分析相結(jié)合，將決策者的主觀判斷過程思維化、數(shù)學(xué)化，使復(fù)雜的系統(tǒng)問題逐層分解轉(zhuǎn)化為多層次單目標(biāo)問題，通過元素兩兩比較建立模糊一致判斷矩陣，再進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，所得結(jié)果精準(zhǔn)可靠，易使決策者掌握。

2.FAHP模型的構(gòu)建步驟

(1)模糊互補(bǔ)判斷矩陣的建立

在FAHP法中，對每一層次的各因素進(jìn)行兩兩比較時(shí)，采用一個(gè)因素比另一個(gè)因素的重要程度定量表示，則可以構(gòu)造出模糊判斷矩陣R=(aij)n×n

(1)

若矩陣滿足兩個(gè)條件，即①aii=0.5，i=1，2，…，n；②aij+aji=1，i，j=1，2，…，n，則稱此矩陣為模糊互補(bǔ)判斷矩陣。其中，aij表示因素i比因素j的相對重要程度的數(shù)值。為使指標(biāo)之間的相對重要程度更加清晰，一般采取0.1～0.9標(biāo)度法給出數(shù)量標(biāo)度(見表4)。

表4 0.1～0.9標(biāo)度法及其定義

(2)模糊互補(bǔ)判斷矩陣的權(quán)重式

采用文獻(xiàn)[9]推導(dǎo)出求解模糊互補(bǔ)判斷矩陣權(quán)重的通用式

(2)

(3)

則n階矩陣為模糊互補(bǔ)判斷矩陣R的特征矩陣。

W*=(Wij)n×n

(4)

(3)模糊互補(bǔ)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

1)為驗(yàn)證模糊互補(bǔ)判斷矩陣排序向量的可信度與準(zhǔn)確性，需對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。設(shè)矩陣R1=(aij)n×n和R2=(bij)n×n均為模糊判斷矩陣，則R1和R2的相容性指標(biāo)為

(5)

3)對模糊互補(bǔ)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，需滿足兩個(gè)條件：①I(Rk，W(k))≤α，k=1，2，…，m；②I(Rk，Rl)≤α，k≠1，k，l=1，2，…，m。當(dāng)模糊互補(bǔ)判斷矩陣Rk(k=1，2，…，m)一致可接受時(shí)，其綜合判斷矩陣也是一致可接受的[10]。權(quán)重向量表達(dá)式W=(W1，W2，…，Wn)中

(6)

(4)各方案子指標(biāo)值得分的確定

通過對不同方案的同一指標(biāo)值進(jìn)行優(yōu)劣程度比較，可得到模糊判斷矩陣[11]

(7)

G=100·W·FT=(f1，f2，…，fm)，ft=maxfj，j=1，2，…，m

(8)

式中：G為各供應(yīng)商得分；FT為供應(yīng)商各子指標(biāo)得分構(gòu)建的矩陣。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇得分最大的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商。

三、案例分析

青島融海公館項(xiàng)目位于青島市黃島區(qū)山川路東、翠島路南，總建筑面積272 634 m2，地上15層。該項(xiàng)目采用裝配式建筑體系，為滿足建造需要，要選擇可合作的預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商，經(jīng)過綜合考察后，4家供應(yīng)商(M1，M2，M3，M4)符合該項(xiàng)目要求。

1.建立模糊互補(bǔ)判斷矩陣

依據(jù)準(zhǔn)則層質(zhì)量指標(biāo)U1、成本指標(biāo)U2、供貨指標(biāo)U3、服務(wù)指標(biāo)U4、綜合指標(biāo)U55個(gè)指標(biāo)，邀請2名長期從事裝配式建筑方面的資深專家依據(jù)表4對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較判斷，得到準(zhǔn)則層權(quán)重模糊互補(bǔ)判斷矩陣。

專家1給出的模糊判斷矩陣為

專家2給出的模糊判斷矩陣為

由式(2)，計(jì)算出專家1給出的模糊互補(bǔ)判斷矩陣的權(quán)重向量為W1=(0.220 0.215 0.195 0.180 0.190)

由式(3)，計(jì)算出模糊互補(bǔ)矩陣R1的特征矩陣為

同理可得

W2=(0.220 0.205 0.180 0.200 0.195)

W=(0.220 0.210 0.188 0.190 0.193)

綜上所述，采用相同的方法可計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重、子指標(biāo)權(quán)重和層次總權(quán)重(見表5)。

表5 各層次總權(quán)重

2.確定各子指標(biāo)的得分

邀請2位專家依據(jù)經(jīng)驗(yàn)對可供選擇的4家供應(yīng)商(M1，M2，M3，M4)的各子指標(biāo)進(jìn)行模糊評估。專家1對對可行性方案中產(chǎn)品合格率指標(biāo)的模糊評估為

專家2對對可行性方案中產(chǎn)品合格率指標(biāo)的模糊評估為

由式(2)～(6)可得W(U11)=(0.242 0.267 0.241 0.250)。因此，M1、M2、M3、M44家供應(yīng)商的子指標(biāo)產(chǎn)品合格率U11得分分別為0.242，0.267，0.241，0.250，即M2>M4>M1>M3。同理，可計(jì)算出其他各子指標(biāo)得分(見表6)。

3.計(jì)算各供應(yīng)商得分

由式(8)可得G=100·W·FT=(26.72 25.47 25.57 25.56)，由得分向量可知，供應(yīng)商M1得分最高，為最優(yōu)供應(yīng)商。

四、結(jié) 語

筆者基于裝配式建筑自身特點(diǎn)，考慮預(yù)制構(gòu)件的特殊性，構(gòu)建了包含5個(gè)潛變量和19個(gè)觀測變量且適合施工企業(yè)選擇預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商的評價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用SPSS軟件和Amos軟件分別進(jìn)行了信度和效度檢驗(yàn)、模型擬合和修正、驗(yàn)證分析，最終確定了裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商評價(jià)指標(biāo)體系；運(yùn)用FAHP法進(jìn)行案例分析，計(jì)算出各供應(yīng)商的指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)值得分，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選出供應(yīng)商M1為最優(yōu)供應(yīng)商。通過實(shí)例分析，說明將FAHP法與SEM法有效結(jié)合來選擇裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商，具有一定的科學(xué)性和合理性。