裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估研究

馬 菱,荀志遠(yuǎn),劉清連,常海旭

(青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院,山東 青島 266520)

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展,作為新型現(xiàn)代化建筑模式的裝配式建筑,已然成為傳統(tǒng)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的首要選擇.與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑相比,裝配式建筑是預(yù)制構(gòu)件在工廠內(nèi)完成生產(chǎn)后,將所需構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場,在現(xiàn)場進(jìn)行安裝與連接的建筑,具有施工速度快、勞動需求低、資源浪費(fèi)少等優(yōu)點(diǎn)[1].為進(jìn)一步推動裝配式建筑的大力發(fā)展,必須加強(qiáng)對供應(yīng)鏈的柔性、管理一體化等方面的能力建設(shè)[2].近年來,對裝配式建筑供應(yīng)鏈上下游造成影響的因素日益增多,導(dǎo)致供應(yīng)鏈存在較大風(fēng)險(xiǎn),供應(yīng)鏈韌性不足日漸凸顯,這對工程項(xiàng)目建設(shè)的持續(xù)進(jìn)行以及工程承包企業(yè)間的競爭優(yōu)勢產(chǎn)生重大影響.因此,有必要找出一種科學(xué)有效的方法對裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性進(jìn)行分析與評估,進(jìn)一步提升裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性水平.

1973年,加拿大生態(tài)學(xué)家Holling[3]首次提出生態(tài)系統(tǒng)韌性的概念,認(rèn)為它是一種抵抗外界對其產(chǎn)生改變的能力,能夠維持生物數(shù)量及其相互關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng).柯燕燕等[4]認(rèn)為“韌性”是系統(tǒng)在受到不確定性風(fēng)險(xiǎn)沖擊時具有一定空間和資源彈性容量,具有反彈、緩沖、適應(yīng)的能力.廖涵等[5]認(rèn)為供應(yīng)鏈韌性是指供應(yīng)鏈?zhǔn)艿礁蓴_后能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)或者更加理想狀態(tài)的能力.參照上述韌性相關(guān)概念,將裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性定義為:裝配式建筑供應(yīng)鏈在應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)時,供應(yīng)鏈可以抵抗風(fēng)險(xiǎn)并且根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)對供應(yīng)鏈進(jìn)行調(diào)整以迅速恢復(fù)其原始狀態(tài)的能力.

通過現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),學(xué)者們對裝配式建筑供應(yīng)鏈的研究主要集中在裝配式建筑供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)因素識別和風(fēng)險(xiǎn)評估兩方面.武群麗等[6]通過構(gòu)建AHP-DEMATEL-ISM組合模型對裝配式建筑供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵因素進(jìn)行研究,研究識別出現(xiàn)場管理人員水平及信息對稱程度是關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素.孫亞琪等[7]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析了裝配式建筑供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)之間的傳遞效應(yīng),確定出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn),提出四種風(fēng)險(xiǎn)免疫策略,并對風(fēng)險(xiǎn)免疫效果進(jìn)行動態(tài)仿真分析.趙輝等[8]在全生命周期視角下識別出裝配式建筑供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)因素并構(gòu)建評估指標(biāo)體系,基于物元可拓模型對裝配式建筑供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估,為項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)防控提供了理論指導(dǎo).而對于裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性的研究較少,朱蕾等[9]基于解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)對裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性影響因素進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)提升設(shè)計(jì)單位和供應(yīng)鏈的信息共享水平、物流企業(yè)的運(yùn)輸能力對增強(qiáng)裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性具有直接效果.可見,對裝配式建筑供應(yīng)鏈的研究仍停留在風(fēng)險(xiǎn)層面,缺乏系統(tǒng)的針對裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性進(jìn)行評估的研究.

基于此將裝配式建筑及其供應(yīng)鏈的特點(diǎn)相結(jié)合,通過文獻(xiàn)分析法識別出影響裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性的因素并構(gòu)建了裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)體系;將G1和C-OWA算子結(jié)合確定指標(biāo)權(quán)重,引入博弈論確定組合權(quán)重;采用向量夾角余弦法對韌性指標(biāo)進(jìn)行評估,確定某裝配式建筑項(xiàng)目的具體韌性等級.

1 裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

本文首先在中國知網(wǎng)、Web of Science等數(shù)據(jù)庫中檢索有關(guān)主題為“裝配式建筑供應(yīng)鏈”、“供應(yīng)鏈韌性”的文獻(xiàn),共計(jì)檢索出21篇文獻(xiàn).采用文獻(xiàn)分析法篩選出影響裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性的指標(biāo),形成預(yù)測、響應(yīng)、適應(yīng)、恢復(fù)、學(xué)習(xí)五個能力維度為一級指標(biāo),又在一級指標(biāo)下細(xì)分出19個二級指標(biāo).識別出的裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性指標(biāo),如表1所示.

表1 裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性指標(biāo)在文獻(xiàn)中的統(tǒng)計(jì)

邀請15位專家以問卷調(diào)查的形式對裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性指標(biāo)進(jìn)行二次篩選及識別,然后將問卷回收,總計(jì)回收了13份,其中有效問卷為11份,有效回收率為73.3%.調(diào)查結(jié)果顯示參與此次問卷調(diào)查的專家主要是從事裝配式建筑、供應(yīng)鏈管理的相關(guān)人員,其中有85%具有本科及以上學(xué)歷,70%具有5年及以上從事建筑行業(yè)的經(jīng)驗(yàn).根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果進(jìn)行專家訪談,根據(jù)專家意見對裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性指標(biāo)名稱進(jìn)行整合優(yōu)化,其中:將制造能力、外包數(shù)量、物流配送力分別更改為預(yù)制部品制造能力、外包預(yù)制部品數(shù)量、預(yù)制部品物流配送力.利用SPSS軟件對回收的問卷進(jìn)行效度檢驗(yàn)與信度分析,計(jì)算結(jié)果均大于0.8,表明韌性指標(biāo)具有較高可信度.最終確定裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)體系,如表2所示.

表2 裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)體系Table 2 The index system for assessing the resilience of the supply chain of prefabricated building

2 裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估模型的建立

2.1 基于博弈論的G1法與C-OWA算子組合賦權(quán)

2.1.1 G1法確定指標(biāo)主觀權(quán)重

G1法最早是由郭亞軍在2002年提出,此方法能避免層次分析法中存在的計(jì)算量大、演算過程復(fù)雜、進(jìn)行一致性檢驗(yàn)等的缺點(diǎn).且特別適合于像裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估這樣因素眾多的問題.G1法評估指標(biāo)主觀賦權(quán)的具體步驟如下:

1)專家根據(jù)評估指標(biāo)間的相對重要度對指標(biāo)排序,并給出相鄰指標(biāo)xj-1,xj(j=2,3,…,n)之間的重要程度比值rj.rj賦值如表3所示.

表3 rj賦值表Table 3 rj assignment table

2)根據(jù)式(1)計(jì)算第n個評估指標(biāo)的主觀權(quán)重wn:

(1)

3)根據(jù)式(2)計(jì)算其他(n-1)個評估指標(biāo)的主觀權(quán)重:

wj-1=rjwj

(2)

2.1.2 C-OWA算子確定指標(biāo)客觀權(quán)重

OWA算子(Ordered Weighted Averaging)被稱為有序加權(quán)平均算子,此方法在1988年被Yager教授提出,隨后眾多學(xué)者對OWA算子不斷改進(jìn)及深入研究后形成了基于組合數(shù)的有序加權(quán)平均C-OWA算子來對評估指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)賦權(quán),有利于后續(xù)的韌性評估工作,使得評估結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和可信性.C-OWA算子對評估指標(biāo)客觀賦權(quán)的具體步驟如下:

1)邀請相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的n位專家,組成供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)重要度評分組.

2)專家根據(jù)十分制打分法對同一供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)按照指標(biāo)重要程度打分,構(gòu)成該供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)重要程度初始評分集合A=(a1,a2,…,an).將該供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)重要程度初始評分依據(jù)數(shù)值由大到小進(jìn)行排序,從0開始進(jìn)行編號,得到新編號后的供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)重要程度評分集合B=(b0,b1,…,bn-1).

(3)

4)對供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)重要程度評分集合B加權(quán),根據(jù)式(4)計(jì)算供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)的絕對權(quán)重wi.

(4)

其中:m為指標(biāo)個數(shù).

5)根據(jù)式(5)計(jì)算供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)的相對權(quán)重λi.

(5)

2.1.3 博弈論計(jì)算指標(biāo)組合權(quán)重

利用博弈論計(jì)算指標(biāo)的組合賦權(quán)能夠?qū)@得的主客觀權(quán)重進(jìn)行線性組合,以此確定最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重的過程[18].采用G1法和C-OWA算子相結(jié)合的方式,可有效避免單一賦權(quán)存在的不足,使評估指標(biāo)權(quán)重更加準(zhǔn)確、合理.博弈論組合賦權(quán)的具體步驟如下:

1)假設(shè)采用L種賦權(quán)方法對評估指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)獲得k種權(quán)重值,其中任一賦權(quán)方法所得向量為wk={wk1,wk2,…,wkn}故L個向量的線性組合為:

(6)

2)為對線性組合系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,采用博弈集結(jié)模型理論優(yōu)化L個線性組合系數(shù)β=[β1,β2,…,βn],使得w與每個wk的離差達(dá)到最小,以此來獲取w*中最優(yōu)的權(quán)重.構(gòu)造的目標(biāo)函數(shù)為:

(7)

3)根據(jù)矩陣微分性質(zhì)對式(7)進(jìn)行等價(jià)變換所得線性方程組為:

(8)

根據(jù)式(8)便可求出最優(yōu)線性組合系數(shù)β*=[β1,β2,…,βk](k-1,2,…,L),將最優(yōu)線性組合系數(shù)進(jìn)行歸一化處理:

(9)

4)計(jì)算最終組合權(quán)重矩陣

(10)

2.2 基于向量夾角余弦的韌性評估模型的建立

傳統(tǒng)評估方法如灰色聚類、模糊綜合評估等在進(jìn)行評估時存在較主觀性及較多定性成分,且對評估目標(biāo)的影響程度也是不明確的.裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估的本質(zhì)就是以一種方法在幾何空間中通過識別兩向量夾角余弦值大小來評判目標(biāo)數(shù)值與理想數(shù)值的區(qū)別,向量夾角余弦法常在多屬性決策中被用到.

1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)評估向量U.研究發(fā)現(xiàn),指標(biāo)體系中的19項(xiàng)指標(biāo)均屬于效益型指標(biāo),因此假設(shè)1～9為韌性評估中各指標(biāo)的值域,指標(biāo)數(shù)值越大表示指標(biāo)越優(yōu).每一指標(biāo)的權(quán)重值乘以值域中最優(yōu)值的絕對值,構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)評估向量U.

U=(9×w1,9×w2,…,9×wn)n=19

(11)

2)構(gòu)建加權(quán)待評估向量V.邀請相關(guān)領(lǐng)域m位專家,根據(jù)韌性評估指標(biāo)體系對待評估對象指標(biāo)按照1～9進(jìn)行打分,以同一指標(biāo)評估分?jǐn)?shù)的平均值作為最終分?jǐn)?shù),對最終分?jǐn)?shù)進(jìn)行整理得到初始待評估向量I.

I=(i1,i2,…,in)n=19

(12)

對初始待評估向量I加權(quán)處理,得到加權(quán)待評估向量V.

V=I×w=(i1×w1,i2×w2,…,in×wn)n=19

(13)

3)計(jì)算向量夾角余弦值r.對標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)評估向量U和加權(quán)待評估向量V兩向量進(jìn)行計(jì)算,所得向量夾角余弦值即為韌性評估值.

(14)

4)確立評估等級標(biāo)準(zhǔn).r的取值在-1～1之間,r越接近1,代表被評估對象韌性同理想韌性越接近,韌性越強(qiáng);反之韌性越差.當(dāng)目標(biāo)值和實(shí)際值滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)中P=0.05原則,即認(rèn)為目標(biāo)一致.由此確定裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估標(biāo)準(zhǔn),具體標(biāo)準(zhǔn)劃分如表4所示.

表4 裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Prefabricated building supply chain resilience assessment criteria

3 案例分析

以青島市某裝配式建筑項(xiàng)目為實(shí)際案例進(jìn)行分析.該建筑主體結(jié)構(gòu)采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu),建筑項(xiàng)目總投資10 165.3萬元,占地面積為9 264 m2,建筑面積約4.92×104m2,地下面積約1.68×104m2,預(yù)制裝配率達(dá)40%以上.因項(xiàng)目體量大,且在建設(shè)過程中涉及眾多參與方,建筑供應(yīng)鏈上存在諸多潛在風(fēng)險(xiǎn)因素,容易出現(xiàn)斷鏈的風(fēng)險(xiǎn).為此,邀請了建筑供應(yīng)鏈領(lǐng)域的專家形成專家評分組,對此項(xiàng)目供應(yīng)鏈韌性進(jìn)行評估.

3.1 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

邀請5位專家形成專家評分組,專家小組成員根據(jù)豐富的工作經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識等分別對各個供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)進(jìn)行打分,得到原始評分?jǐn)?shù)據(jù).根據(jù)式(1)～(5)分別計(jì)算各個韌性指標(biāo)的主觀權(quán)重及客觀權(quán)重,如表5所示.

表5 裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)權(quán)重Table 5 Weighting of indicators for assessing the resilience of the supply chain of prefabricated building

3.2 基于向量夾角余弦法的韌性評估

邀請6名專業(yè)知識豐富的專家形成專家打分組按照19項(xiàng)指標(biāo)對供應(yīng)鏈韌性進(jìn)行1～9打分,最終各指標(biāo)評分以專家打分結(jié)果的平均值為準(zhǔn),評分結(jié)果匯總?cè)绫?所示.

表6 專家評分結(jié)果匯總Table 6 Summary of expert scoring results

3.2.1 模型構(gòu)建

1)根據(jù)式(11)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)評估向量U.

U=(0.387,0.567,0.531,0.873,0.297,0.207,0.270,0.450,0.702,1.161,1.053,0.648,0.180,0.090,0.315,0.225,0.162,0.126,0.756)

2)由式(12)得到初始待評估向量I.

I=(5,6,4,7,6,5,4,5,4,7,6,5,4,4,6,5,6,4,7)

3)根據(jù)式(13)計(jì)算得加權(quán)待評估向量V.

V=(0.215,0.378,0.236,0.679,0.198,0.115,0.120,0.250,0.312,0.903,0.702,0.360,0.080,0.040,0.210,0.125,0.108,0.056,0.588)

4)由式(14)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)評估向量U與加權(quán)待評估向量V兩向量的夾角余弦值r.

3.2.2 評估結(jié)果及分析

根據(jù)上文可知,r越接近1,代表被評估對象韌性同理想韌性越接近,韌性越強(qiáng),由表4的裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估標(biāo)準(zhǔn)可知,此項(xiàng)目綜合供應(yīng)鏈韌性為“良好”等級,但仍有可以提升的空間.利用標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)評估向量U及加權(quán)待評估向量V兩者評估數(shù)據(jù)繪制出裝配式建筑供應(yīng)鏈韌性評估指標(biāo)數(shù)據(jù)對比圖,如圖1所示.

通過評估指標(biāo)數(shù)據(jù)對比圖可以清晰地看出該項(xiàng)目供應(yīng)鏈韌性同標(biāo)準(zhǔn)韌性數(shù)據(jù)之間有較為明顯的差距,同時也可發(fā)現(xiàn)各韌性評估指標(biāo)的優(yōu)劣程度,評估指標(biāo)數(shù)值越大代表越優(yōu).圖1可以直觀地發(fā)現(xiàn)被評估對象的不足之處,進(jìn)一步明確自身需要改進(jìn)的方面.

4 結(jié) 語

裝配式建筑供應(yīng)鏈上下游擾動因素的增加,導(dǎo)致裝配式建筑供應(yīng)鏈存在較大風(fēng)險(xiǎn),供應(yīng)鏈韌性不足的問題日益凸顯,合理進(jìn)行供應(yīng)鏈韌性評估能夠有效提升項(xiàng)目供應(yīng)鏈韌性水平,結(jié)合基于博弈論思想的G1和C-OWA算子以及向量夾角余弦法構(gòu)建了韌性評估模型.通過文獻(xiàn)分析和專家調(diào)查,從預(yù)測能力、響應(yīng)能力、適應(yīng)能力、恢復(fù)能力、學(xué)習(xí)能力5個維度建立韌性評估指標(biāo)體系;考慮專家打分存在較強(qiáng)的主觀性,分別采用G1法和C-OWA算子法計(jì)算評估指標(biāo)的主觀權(quán)重及客觀權(quán)重,利用博弈論思想計(jì)算指標(biāo)的最終組合權(quán)重,使所得指標(biāo)權(quán)重更加科學(xué)合理;運(yùn)用向量夾角余弦法確定裝配式建筑項(xiàng)目的綜合韌性等級,為有效提升供應(yīng)鏈韌性水平提供新的思路,有助于推動裝配式建筑全面快速發(fā)展.