基于云-TOPSIS法的全過(guò)程工程咨詢方案優(yōu)選*

劉英杰 許亞輝 李光輝

(華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

0 引言

“全過(guò)程工程咨詢”這一概念的提出，標(biāo)志著我國(guó)工程咨詢業(yè)開(kāi)始由碎片化向集約化轉(zhuǎn)變。全過(guò)程工程咨詢旨在為從項(xiàng)目立項(xiàng)到運(yùn)營(yíng)維護(hù)的各階段提供管理服務(wù)及專項(xiàng)服務(wù)，以解決傳統(tǒng)模式下項(xiàng)目?jī)?nèi)部割裂等諸多弊端。在建設(shè)項(xiàng)目中引入全過(guò)程工程咨詢，應(yīng)充分考慮項(xiàng)目質(zhì)量、安全、投資、技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)管理等諸多要素之間的制約關(guān)系，為業(yè)主提供全生命周期的咨詢方案，避免各要素獨(dú)立運(yùn)作產(chǎn)生內(nèi)耗，實(shí)現(xiàn)投資效益最大化。

國(guó)外全過(guò)程咨詢發(fā)展方向主要集中在全過(guò)程造價(jià)咨詢[1-2]和服務(wù)管理[3-4]方面。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在建設(shè)項(xiàng)目全過(guò)程咨詢服務(wù)研究領(lǐng)域取得了一定成果。黎永艷[5]對(duì)全過(guò)程工程咨詢服務(wù)組織管理體系進(jìn)行探索，通過(guò)組織層面的優(yōu)化發(fā)揮工程咨詢服務(wù)的優(yōu)勢(shì)。彭志光等[6]對(duì)全過(guò)程工程咨詢服務(wù)模式的影響因素進(jìn)行分析，構(gòu)建了選取決策模型，為業(yè)主提供了科學(xué)的決策依據(jù)，并在全過(guò)程服務(wù)質(zhì)量控制方面提供了創(chuàng)新思路。劉英杰等[7]通過(guò)分析業(yè)主對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的咨詢需求，構(gòu)建了WMC全過(guò)程咨詢基礎(chǔ)模型，從服務(wù)費(fèi)用、實(shí)施難度、工程風(fēng)險(xiǎn)、集約型和綠色環(huán)保5個(gè)方面對(duì)全過(guò)程咨詢服務(wù)備選方案進(jìn)行優(yōu)選。孫寧等[8]對(duì)諸多項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行整合分析，探索了在建設(shè)項(xiàng)目中不同咨詢業(yè)務(wù)組合對(duì)全過(guò)程咨詢組織模式應(yīng)用的影響。白庶等[9]對(duì)全過(guò)程咨詢服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行SWOT分析，提出未來(lái)工程咨詢行業(yè)發(fā)展導(dǎo)向。以上學(xué)者從不同角度對(duì)全過(guò)程工程咨詢展開(kāi)了研究，但多以服務(wù)內(nèi)容、組織模式為主，缺乏針對(duì)全過(guò)程咨詢方案優(yōu)選的研究。

目前，較為常見(jiàn)的方案比選方法有灰色模型[10]、模糊理論[11]、熵權(quán)法[12]、TOPSIS法[13]等。其中，TOPSIS法可以減少評(píng)價(jià)過(guò)程中主觀意見(jiàn)對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生的影響，適用于全過(guò)程咨詢方案優(yōu)選分析。云理論可將定性概念轉(zhuǎn)換為定量數(shù)值，解決評(píng)價(jià)體系產(chǎn)生的模糊性和不確定性問(wèn)題?；诖?，本文利用云模型改進(jìn)TOPSIS法，采用云模型-TOPSIS法在建設(shè)項(xiàng)目投資階段為業(yè)主選擇合適的咨詢方案，并結(jié)合實(shí)例分析，驗(yàn)證該方法的可行性和可靠性。

1 云模型理論和TOPSIS方法

1.1 云模型理論

云模型是基于模糊數(shù)學(xué)和概率論算法，實(shí)現(xiàn)定量與定性轉(zhuǎn)換的一種模型，主要用于解決不確定性問(wèn)題[14]。假設(shè)U為定量論域，C是U的定性概念。若定量值x∈U，且x對(duì)C的隸屬度μ(x)∈[0,1]是具有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)，得到

μ:U→[0,1],?x∈U,x→μ(x)

(1)

在云模型中，由期望Ex、熵En和超熵He反映整體特征。

1.1.1 合成云模型

假設(shè)定量論域U中有云模型Ci(Exi,Eni,Hei)(i=1,2,…,n)，則綜合云C=(Ex,En,He)可利用如下公式進(jìn)行合成，即

(2)

Ex=w1Ex1+w2Ex2+…+wnExn

(3)

(4)

(5)

式中，wi表示綜合云中第i個(gè)云模型Ci所占權(quán)重。

1.1.2 云模型距離測(cè)度和相似度計(jì)算

云模型距離測(cè)度和相似度計(jì)算步驟如下：

(1)利用云發(fā)生器將云模型C1(Ex1,En1,He1)和C2(Ex2,En2,He2)分別生成n個(gè)云滴。

(2)將各自云滴按橫坐標(biāo)從小到大排序。

(3)篩選保留落在[Ex-3En,Ex+3En]范圍內(nèi)的云滴，云滴數(shù)分別記為n1和n2。

(4)從max{n1,n2}個(gè)云滴對(duì)應(yīng)的云模型中隨機(jī)選取min{n1,n2}個(gè)云滴，按橫坐標(biāo)從小到大排列，保存在集合A1和A2中。將集合A1和A2按對(duì)應(yīng)的次序，計(jì)算云模型C1和C2之間的距離，公式如下

(6)

(5)基于云模型C1和C2之間的距離，計(jì)算兩個(gè)云模型的相似度Sim(C1,C2)，公式如下

(7)

1.2 TOPSIS方法

TOPSIS方法是一種多屬性、多目標(biāo)的決策方法，通過(guò)構(gòu)建正、負(fù)理想解，計(jì)算備選方案與正、負(fù)理想解的相對(duì)貼近度，最接近正理想解且遠(yuǎn)離負(fù)理想解的為最佳方案。

1.3 云-TOPSIS決策方法

(8)

(9)

(10)

(11)

(4)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的正、負(fù)理想解。公示如下

(12)

(13)

(5)計(jì)算各方案與正、負(fù)理想解的距離。采用式(6)計(jì)算方案Ai與正、負(fù)理想解的距離。公式如下

(14)

(15)

(6)計(jì)算各方案的相對(duì)貼近度Ui。將Ui作為備選方案間的比選依據(jù)并進(jìn)行排序。公式如下

(16)

2 模型優(yōu)選

在建設(shè)項(xiàng)目中引入全過(guò)程咨詢的目的是對(duì)項(xiàng)目各方集約管理，打破信息與資源壁壘，減少內(nèi)耗，從而實(shí)現(xiàn)資源共享，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目目標(biāo)。葉少帥[15]認(rèn)為，全過(guò)程咨詢的工作重心在于價(jià)值管理，通過(guò)精細(xì)化的管理降低成本，提高項(xiàng)目的建設(shè)效率。武建平[16]對(duì)工程總承包模式下全過(guò)程工程咨詢發(fā)展進(jìn)行分析，認(rèn)為項(xiàng)目管理的三大主要任務(wù)是質(zhì)量、工期、安全。本文基于以往學(xué)者的研究成果，依據(jù)相關(guān)政策文件、理論文獻(xiàn)以及實(shí)踐案例的總結(jié)，從5個(gè)方面構(gòu)建全過(guò)程咨詢方案?jìng)溥x模型，具體分析如下：

(1)節(jié)約成本。節(jié)約成本是貫穿整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目周期的目標(biāo)。投資決策階段的投資概算優(yōu)化直接影響項(xiàng)目的整體造價(jià)，合理的招標(biāo)價(jià)格管控能夠幫助業(yè)主降低建設(shè)項(xiàng)目的合同成本，對(duì)設(shè)計(jì)階段的工作進(jìn)行全方位、全專業(yè)的監(jiān)督審核，降低項(xiàng)目工程變更造成的額外成本。

(2)縮短工期。通過(guò)引入全過(guò)程工程咨詢，協(xié)助業(yè)主梳理建設(shè)項(xiàng)目管理流程，縮短決策時(shí)間，提高建設(shè)效率，縮短項(xiàng)目工期。

(3)提高質(zhì)量。全專業(yè)集約設(shè)計(jì)規(guī)劃能夠?yàn)楹罄m(xù)各階段建設(shè)工作的順利展開(kāi)奠定良好的基礎(chǔ)，保障工程建設(shè)質(zhì)量。

(4)改進(jìn)管理效率?；贐IM技術(shù)的協(xié)同管理平臺(tái)可以提高建設(shè)項(xiàng)目整合能力，促進(jìn)各參與主體之間的溝通，提高信息資源的流通效率，消除信息與資源壁壘。

(5)綠色建筑。綠色建筑的理念貫穿全過(guò)程咨詢服務(wù)的各個(gè)階段。通過(guò)提高產(chǎn)品的價(jià)值貢獻(xiàn)，合理調(diào)配資源，對(duì)綠色施工進(jìn)行總體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)。

綜上所述，利用云-TOPSIS法對(duì)全過(guò)程咨詢方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。全過(guò)程咨詢方案優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

表1 全過(guò)程咨詢方案優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 案例分析

3.1 案例背景

以某空港樞紐工程項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目工期32個(gè)月，總投資金額約122億元，集高鐵、公路客運(yùn)、軌道磁懸浮等多種交通功能于一體。該項(xiàng)目合同類型為全過(guò)程咨詢合同，以投資控制為主線。該項(xiàng)目共征集了4個(gè)全過(guò)程工程咨詢備選方案，見(jiàn)表2。下面通過(guò)本文所構(gòu)建的方案優(yōu)選評(píng)價(jià)體系對(duì)備選方案進(jìn)行比選。

表2 某空港樞紐工程全過(guò)程咨詢備選方案

3.2 構(gòu)建評(píng)價(jià)優(yōu)選模型

3.2.1 確定一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

邀請(qǐng)咨詢服務(wù)專家、項(xiàng)目管理人員、技術(shù)人員、相關(guān)學(xué)者等10名專家組成決策組，對(duì)節(jié)約成本U1、縮短工期U2、提高質(zhì)量U3、改進(jìn)管理效率U4、綠色建筑U55個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個(gè)級(jí)別，依次為差(VL)、中(L)、一般(M)、良(H)、優(yōu)(VH)。根據(jù)語(yǔ)義評(píng)價(jià)變量與云模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系(表3)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行云量化。

3.2.2 計(jì)算群決策值

3.2.3 確定二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)上述步驟，計(jì)算二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重，二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表5。

3.2.4 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)正、負(fù)理想解

3.2.5 計(jì)算各方案相對(duì)貼近度

利用式(14)和式(15)計(jì)算備選方案與正、負(fù)理想方案之間的距離，利用式(16)計(jì)算各方案的貼近度Ui，見(jiàn)表7。根據(jù)表7數(shù)據(jù)，對(duì)4個(gè)備選方案的優(yōu)劣性進(jìn)行排序，得到方案2最優(yōu)。

表3 語(yǔ)義評(píng)價(jià)變量與云模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系

表4 云模型合成一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)群決策值

表5 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

4 對(duì)比驗(yàn)證

利用區(qū)間數(shù)伴隨語(yǔ)言變量的多屬性云決策法[17]進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，檢驗(yàn)云-TOPSIS方法的可靠性。

4.1 計(jì)算區(qū)間數(shù)矩陣

將云模型轉(zhuǎn)化為區(qū)間數(shù)，考慮到超熵He對(duì)結(jié)果的影響，將區(qū)間數(shù)的上下定義為

b-=Ex-3(En+He)

(17)

b+=Ex+3(En+He)

(18)

4.2 計(jì)算聯(lián)系數(shù)矩陣

為了比較區(qū)間數(shù)的大小，將區(qū)間數(shù)化為聯(lián)系數(shù)，對(duì)于區(qū)間數(shù)b=[b-,b+]，計(jì)算公式如下

u=b-+(b+-b-)i

(19)

由此，得到聯(lián)系數(shù)矩陣見(jiàn)表9。

基于聯(lián)系數(shù)復(fù)運(yùn)算原理，計(jì)算聯(lián)系數(shù)的模，公式如下

(20)

表6 云加權(quán)決策矩陣與其正、負(fù)理想解

表7 全過(guò)程咨詢備選方案相對(duì)貼近度

表8 區(qū)間數(shù)矩陣D

表9 聯(lián)系數(shù)矩陣

4.3 計(jì)算決策主值并排序

將上述兩種方法進(jìn)行對(duì)比可知：兩種方法對(duì)于備選方案的評(píng)價(jià)結(jié)果完全一致，且都是利用云模型對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，避免了二次評(píng)價(jià)造成的誤差，具有一定的科學(xué)性和可靠性。而TOPSIS法能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算備選方案與理想方案之間的差距，更適用于方案比選。此外，由云-TOPSIS法進(jìn)行方案比選的結(jié)果差異化較區(qū)間數(shù)伴隨云模型決策法更為明顯，更利于決策者選擇最優(yōu)方案。

5 結(jié)語(yǔ)

本文將云模型與TOPSIS法相結(jié)合應(yīng)用于全過(guò)程工程咨詢方案優(yōu)選，將專家的模糊性意見(jiàn)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)化，形成決策矩陣，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀。結(jié)合實(shí)際案例，針對(duì)某建設(shè)項(xiàng)目的4個(gè)咨詢備選方案，利用本文所構(gòu)建的優(yōu)選模型進(jìn)行定量分析，得到最佳方案。利用區(qū)間數(shù)伴隨語(yǔ)言變量的多屬性云決策法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，證實(shí)了該方法的可行性與可靠性，可為今后全過(guò)程工程咨詢方案優(yōu)選提供參考。