陳為公， 閆 紅， 劉 艷， 李艷娟

(青島理工大學(xué) a. 管理工程學(xué)院； b. 智慧城市建設(shè)管理研究中心， 山東 青島 266520)

裝配式建筑采用工業(yè)化的生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)了建設(shè)的高效率、高品質(zhì)、低勞動(dòng)力消耗、低資源消耗和低環(huán)境影響，是我國(guó)建筑行業(yè)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展大環(huán)境下的必然選擇[1]。裝配式建筑部品是裝配式建筑主要組成部件。部品的質(zhì)量、性能及兼容性等直接影響著裝配式住宅的品質(zhì)，而決定上述特性的部品供應(yīng)商的作用至關(guān)重要，因此，業(yè)主對(duì)部品供應(yīng)商的合理優(yōu)選是裝配式建筑順利建造的重要前提和質(zhì)量保證。

國(guó)外較早研究供應(yīng)商選擇問(wèn)題的是Dickson[2]，1996年其通過(guò)調(diào)查分析提出23項(xiàng)供應(yīng)商的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則并進(jìn)行了重要度排序。自此之后，很多學(xué)者加入到這個(gè)研究領(lǐng)域中來(lái)，主要集中在兩個(gè)方面：一是對(duì)供應(yīng)商選擇與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究[3～6]；二是對(duì)供應(yīng)商選擇與評(píng)價(jià)方法的研究[7～9]。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)對(duì)于供應(yīng)商選擇的研究更多的偏重于工業(yè)產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品以及貿(mào)易商品等領(lǐng)域[10～13]，建筑領(lǐng)域供應(yīng)商選擇的研究也多是基于傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)模式[14～16]，對(duì)裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇的研究卻寥若星辰。在現(xiàn)有的相關(guān)研究中，詹翌[17]在考慮了屬性間關(guān)聯(lián)度的前提下，提出應(yīng)用DEMATEL方法定量分析部品供應(yīng)商選擇中的關(guān)鍵因素，并有針對(duì)性的為部品采購(gòu)方提出了有關(guān)供應(yīng)商選擇的建議。潘雨紅[18]在詹翌的基礎(chǔ)上將DEMATEL法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相結(jié)合，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，進(jìn)而為部品供應(yīng)商選擇提供有價(jià)值的決策指導(dǎo)。上述研究對(duì)裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇的影響因素進(jìn)行了初步分析，但并未在供應(yīng)商選擇方法上進(jìn)行研究。對(duì)此，為解決裝配式建筑供應(yīng)商選擇的問(wèn)題，陳小波[19]提出應(yīng)用VIKOR模型；孫亞靜[20]引入粗糙集方法；鄭曉云[21]則在考慮客戶需求對(duì)供應(yīng)商選擇影響的基礎(chǔ)上建立指標(biāo)體系，并將粗糙集理論同AHP(Analytic Hierarchy Process)法相結(jié)合構(gòu)建選擇模型。但VIKOR模型在指標(biāo)賦權(quán)上具有片面性，該賦權(quán)方法無(wú)法兼顧指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在客觀規(guī)律和決策者的主觀經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇中，將會(huì)使權(quán)重缺乏可靠性；而粗糙集法對(duì)數(shù)據(jù)信息有較高的離散化要求，雖然參考文獻(xiàn)[20]將AHP法同粗糙集理論相結(jié)合，但同樣無(wú)法解決粗糙集法要求數(shù)據(jù)高度離散的問(wèn)題。裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇中的數(shù)據(jù)通常并不具有高度離散性，因此該方法工程貼近度略顯不足。上述方法在各自不同方面均具有一定的局限性。本文結(jié)合裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇的特點(diǎn)，建立了裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用向量夾角余弦距離對(duì)TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution )法進(jìn)行改進(jìn)，并結(jié)合ANP(Analytic Network Process)法構(gòu)建適用于裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇的模型及方法，使裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇更加科學(xué)合理。

1 裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇研究方法概述

裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇不但要檢驗(yàn)各供應(yīng)商部品相關(guān)指標(biāo)，還要考察涵蓋了從生產(chǎn)到運(yùn)輸以及售后等多階段供應(yīng)商相關(guān)指標(biāo)，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)過(guò)于龐大。同時(shí)由于采購(gòu)方對(duì)產(chǎn)品及供應(yīng)商多需求，使得部品供應(yīng)商選擇還具有多目標(biāo)的屬性。TOPSIS 法作為一種多方案、多目標(biāo)決策方法，能夠充分地利用繁雜的原始數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多指標(biāo)決策方案的綜合評(píng)價(jià)，其對(duì)于處理評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)繁多、目標(biāo)屬性復(fù)雜的裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)問(wèn)題具有良好的切入性。同時(shí)該方法綜合考慮備選方案距最優(yōu)最劣理想方案的距離，通過(guò)計(jì)算貼進(jìn)度衡量備選方案，使得復(fù)雜的部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)經(jīng)模型轉(zhuǎn)換跳出了抽象的代數(shù)模型本身，具備了一定的幾何意義，其相較于其他決策方法，更符合人類(lèi)思維的判斷邏輯，適于解決選擇決策難題。

然而，通過(guò)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)TOPSIS法在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定缺陷，尤其在指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中，極易因?qū)傩宰兞恐g的線性相關(guān)使得依賴(lài)正負(fù)理想解的決策體系失效[22]，而線性相關(guān)在工程實(shí)踐中又具有普遍性，從而嚴(yán)重影響評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。李華等[23]試圖通過(guò)引入馬氏距離避免此問(wèn)題，但馬氏距離在計(jì)算時(shí)，要求決策指標(biāo)屬性數(shù)要不多于備選方案?jìng)€(gè)數(shù)。這一前提在很多決策問(wèn)題中都不能滿足[24], 因此馬氏距離實(shí)用性不強(qiáng)。就本文的研究對(duì)象而言，在TOPSIS法中無(wú)論是通過(guò)傳統(tǒng)的歐式距離還是引入馬氏距離都無(wú)法系統(tǒng)全面的表達(dá)此問(wèn)題的復(fù)雜屬性，其簡(jiǎn)單的直線式計(jì)算過(guò)程中會(huì)損失部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，造成評(píng)價(jià)結(jié)果偏頗。于是本文試圖進(jìn)一步引入向量夾角余弦，利用數(shù)據(jù)信息構(gòu)造空間中的特征向量，并通過(guò)計(jì)算兩向量的夾角余弦來(lái)度量向量之間的關(guān)聯(lián)程度來(lái)代替歐式距離和馬氏距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)TOPSIS法的改進(jìn)。如此不但解決歐式距離遇線性相關(guān)失效難題，也無(wú)如馬氏距離對(duì)決策指標(biāo)屬性數(shù)和備選方案?jìng)€(gè)數(shù)嚴(yán)苛的前提，更能簡(jiǎn)單解決復(fù)雜的決策問(wèn)題。

供應(yīng)商選擇是通過(guò)分析決策者需求，確立選擇目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)過(guò)一定評(píng)價(jià)程序選出最優(yōu)供應(yīng)商，其關(guān)鍵問(wèn)題除了數(shù)據(jù)量化還有評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)的集結(jié)。需要指出的是，目前已有的多指標(biāo)賦權(quán)方法大多假設(shè)指標(biāo)之間是相互獨(dú)立的，而在現(xiàn)實(shí)中指標(biāo)之間往往是相互關(guān)聯(lián)的，各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間存在相互依存或反饋關(guān)系，一般的賦權(quán)方法如AHP、熵權(quán)等無(wú)法全面的從指標(biāo)關(guān)聯(lián)性出發(fā)進(jìn)行科學(xué)賦權(quán)。而ANP賦權(quán)法允許元素之間存在關(guān)聯(lián)性，可以更好的處理指標(biāo)相關(guān)問(wèn)題。將ANP法與TOPSIS法相結(jié)合建立選擇模型，綜合考慮指標(biāo)間的彼此相關(guān)關(guān)系，同時(shí)彌補(bǔ)了TOPSIS無(wú)法賦權(quán)的不足，而且有助于更科學(xué)解決裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇問(wèn)題。

2 基于ANP和改進(jìn)TOPSIS法的裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇模型構(gòu)建

2.1 裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

同傳統(tǒng)生產(chǎn)模式相比裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇具有自己的特點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)立也迥然不同。一方面采購(gòu)對(duì)象由原材料(混凝土、鋼筋、水泥等)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)制部品(預(yù)制樓梯、陽(yáng)臺(tái)、樓板等)；另一方面部品供應(yīng)商在裝配式建筑構(gòu)建的過(guò)程中不僅要提供合格的預(yù)制產(chǎn)品，從采購(gòu)方角度考慮還要提供運(yùn)輸服務(wù)及其他協(xié)同服務(wù)。

采購(gòu)對(duì)象的轉(zhuǎn)變使產(chǎn)品性質(zhì)和功能均發(fā)生了巨大變化，所以采購(gòu)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)也隨之發(fā)生改變?？紤]到上述采購(gòu)對(duì)象轉(zhuǎn)變問(wèn)題，特別設(shè)置了質(zhì)量復(fù)檢控制水平這一指標(biāo)來(lái)檢驗(yàn)各個(gè)供應(yīng)商的質(zhì)量監(jiān)督水平。質(zhì)量復(fù)檢控制不僅指對(duì)產(chǎn)成部品的質(zhì)量復(fù)檢，還指從生產(chǎn)原材料到部品轉(zhuǎn)運(yùn)出生產(chǎn)場(chǎng)地整個(gè)過(guò)程每一“質(zhì)量門(mén)”的把關(guān)，只有產(chǎn)成部品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)才可運(yùn)輸至施工場(chǎng)地，這樣嚴(yán)格保證出廠部品質(zhì)量水平。

鑒于部品供應(yīng)商在運(yùn)輸及協(xié)同領(lǐng)域需要提供更全面的服務(wù)，設(shè)置供貨指標(biāo)和協(xié)同服務(wù)能力指標(biāo)來(lái)考察此能力。其中供貨可靠性是指供應(yīng)商在送貨準(zhǔn)時(shí)率、送貨柔性等方面的可靠程度。協(xié)同服務(wù)能力包括協(xié)同安裝和售后服務(wù)兩個(gè)大的方面，協(xié)同安裝服務(wù)是指當(dāng)預(yù)制部品抵達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后供貨商派遣的協(xié)同施工人員在卸載存放、安裝構(gòu)建等技術(shù)方面給予適當(dāng)指導(dǎo)的服務(wù)能力。

結(jié)合裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇的上述特點(diǎn)，依據(jù)部品構(gòu)件生產(chǎn)全過(guò)程及全面質(zhì)量管理理論中五大影響產(chǎn)品質(zhì)量的主因素(人、機(jī)、料、法、環(huán))，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料[10～21,25,26]，綜合考慮評(píng)價(jià)準(zhǔn)則需具有客觀性、可操作性和可比性的原則，最終構(gòu)建了包括5項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)和29項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 部品供應(yīng)商選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

鑒于評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在關(guān)聯(lián)性，本文采用ANP法確定指標(biāo)權(quán)重。網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)是美國(guó)匹茲堡大學(xué)的Saaty, T. L. 教授于1996年提出的一種適應(yīng)非獨(dú)立的遞階層次結(jié)構(gòu)的決策方法[27]。同AHP法相比，ANP法更準(zhǔn)確地描述客觀事物之間的聯(lián)系，在賦權(quán)方面更符合工程實(shí)際。

首先應(yīng)用ANP的輔助軟件SD(Super Decision)并通過(guò)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜曳治鲋笜?biāo)間的相互依賴(lài)和反饋的關(guān)系構(gòu)建指標(biāo)體系模型，設(shè)控制層元素為指標(biāo)體系中的一級(jí)指標(biāo)，分別為質(zhì)量指標(biāo)A1、成本指標(biāo)A2、供貨指標(biāo)A3、綜合指標(biāo)A4和協(xié)同服務(wù)能力A5，網(wǎng)絡(luò)層中元素為相對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)，體系模型見(jiàn)圖2。

圖2中，箭頭的指向表示一組對(duì)另一組的影響作用，例如質(zhì)量指標(biāo)的水平與成本指標(biāo)會(huì)相互影響相互作用。環(huán)形箭頭表示同一組內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)之間存在相互作用，如供貨指標(biāo)中的供貨可靠性、運(yùn)輸安全率以及供應(yīng)商物流輻射范圍會(huì)相互影響。

邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜也捎镁欧址▽?duì)各個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)系兩兩比較進(jìn)行打分，并將具體數(shù)據(jù)輸入到SD軟件中得到Limit Matrix矩陣如圖3，分析矩陣得出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重wj見(jiàn)表1。

圖3 裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Limit Matrix矩陣

2.3 基于改進(jìn)TOPSIS法的部品供應(yīng)商選擇

本文采用改進(jìn)的TOPSIS法作為部品供應(yīng)商選擇的決策方法，改進(jìn)的TOPSIS法是一種逼近理想解的排序方法，其基本的處理思路是首先建立初始化決策矩陣，而后基于規(guī)范化后的初始矩陣，找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案也就是正、負(fù)理想解，分別計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案和最劣方案的向量夾角余弦距離，獲得各評(píng)價(jià)方案與最優(yōu)方案的相對(duì)接近程度，最后進(jìn)行排序,并以此作為評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣的依據(jù)。

表1 裝配式建筑部品供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

注：j=1,2,3,…,n

(1)

圖4 向量夾角余弦距離

(1)構(gòu)造加權(quán)判斷矩陣D

設(shè)有m個(gè)參選的供應(yīng)商選擇方案，邀請(qǐng)數(shù)名相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⒖几鞴?yīng)商初始資料，對(duì)其按照1～9打分，對(duì)同一供應(yīng)商相同指標(biāo)打分結(jié)果進(jìn)行平均整理，構(gòu)成初始矩陣R。將權(quán)重wj與初始矩陣R中相對(duì)應(yīng)的各類(lèi)指標(biāo)rij分別相乘，得到加權(quán)判斷矩陣D，如下：

(2)

式中：m為參選供應(yīng)商的個(gè)數(shù)；n為對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)個(gè)數(shù)。

(2)確定最優(yōu)、最劣理想方案

(3)

(4)

(3)計(jì)算備選供應(yīng)商到理想方案的向量夾角余弦距離

向量夾角余弦距離計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

(4)計(jì)算各方案貼進(jìn)度并選擇最優(yōu)供應(yīng)商

(7)

根據(jù)貼進(jìn)度Gi的大小選擇最優(yōu)供應(yīng)商，Gi在0與1之間取值，越接近1表示該評(píng)價(jià)對(duì)象越接近最優(yōu)水平；反之，越接近0表示該評(píng)價(jià)對(duì)象越接近最劣水平。

3 算例分析

某建筑施工企業(yè)欲建一大型裝配式建筑，需要采購(gòu)大量裝配式建筑部品，在本市選擇可合作的部品供應(yīng)商。受到地域情況以及資質(zhì)等影響，最終符合該項(xiàng)目的共有四家部品供應(yīng)商。邀請(qǐng)10名裝配式建筑領(lǐng)域?qū)＜野凑罩笜?biāo)對(duì)四家部品供應(yīng)商進(jìn)行1～9打分，最后各指標(biāo)評(píng)分由專(zhuān)家打分結(jié)果的平均分來(lái)確定，由此得到表2。

表2 專(zhuān)家評(píng)分結(jié)果匯總

(1)構(gòu)造加權(quán)規(guī)劃化矩陣D

根據(jù)專(zhuān)家評(píng)分結(jié)果(表2)構(gòu)建初始矩陣R，

將權(quán)重wj與初始矩陣R中相對(duì)應(yīng)的各類(lèi)指標(biāo)分別相乘，得到加權(quán)判斷矩陣D，如下：

(2)確定最優(yōu)、最劣理想方案

(3)計(jì)算備選供應(yīng)商到理想方案的貼進(jìn)度并排序

根據(jù)式(5)，(6)計(jì)算各部品供應(yīng)商距離最優(yōu)理想方案和最劣理想方案的向量夾角余弦距離，而后根據(jù)式(7)計(jì)算各部品供應(yīng)商的貼進(jìn)度Gi，據(jù)此排序。Gi值高者，則為最優(yōu)部品供應(yīng)商。計(jì)算獲得的各部品供應(yīng)商向量夾角余弦距離數(shù)值、貼進(jìn)度數(shù)值及排序結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各供應(yīng)商評(píng)價(jià)最優(yōu)、最劣距離及貼進(jìn)度排序

根據(jù)上表結(jié)果可得出排序結(jié)果為D>B>C>A，D供應(yīng)商Gi=0.5033為最高貼進(jìn)度即為最優(yōu)供應(yīng)商。

上述方法除了通過(guò)排序?yàn)檠b配式建筑選擇最優(yōu)部品供應(yīng)商外，還可以對(duì)各部品供應(yīng)商進(jìn)行詳細(xì)指標(biāo)間的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商各自不足，為各供應(yīng)商提供改進(jìn)建議。根據(jù)加權(quán)規(guī)范化矩陣D可繪制各供應(yīng)商屬性數(shù)據(jù)折線圖(圖5)，對(duì)上述四位部品供應(yīng)商進(jìn)行分析。

圖5中，圖形峰值越大代表越優(yōu)，從圖中可看出最優(yōu)供應(yīng)商D在生產(chǎn)工藝及原材料質(zhì)量、產(chǎn)品性能可靠性和價(jià)格等多數(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于其他供應(yīng)商。其他供應(yīng)商可以通過(guò)折線圖發(fā)現(xiàn)自身不足之處，后續(xù)加以改進(jìn)，增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力?？梢钥闯鰧NP同改進(jìn)的TOPSIS法相結(jié)合的選擇模型不但能夠?yàn)椴少?gòu)商科學(xué)的選擇最優(yōu)供應(yīng)商，還可以為參與的供應(yīng)商提供各自優(yōu)劣分析，使各供應(yīng)商從整體上把握自身特點(diǎn)，并根據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)一步提高自身競(jìng)爭(zhēng)能力完善自身產(chǎn)品，這對(duì)提高裝配式建筑市場(chǎng)中部品質(zhì)量及供應(yīng)商水平具有積極的影響。通過(guò)以上分析，更進(jìn)一步說(shuō)明此模型相比其他方法在處理工程實(shí)踐方案選擇中更合理科學(xué)。

圖5 裝配式建筑部品供應(yīng)商指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)系統(tǒng)分析裝配式建筑部品采購(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建了包含質(zhì)量指標(biāo)、成本指標(biāo)、供貨指標(biāo)、綜合指標(biāo)和協(xié)同服務(wù)能力五大方面的裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)針對(duì)裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇具有復(fù)雜性及指標(biāo)關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)，本文構(gòu)建了基于向量夾角余弦改進(jìn)的TOPSIS法與ANP相結(jié)合的方案決策模型。該模型的建立不僅使得評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)更加合理，同時(shí)解決了TOPSIS法對(duì)具有線性相關(guān)數(shù)據(jù)失效的問(wèn)題，為解決裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇問(wèn)題提供了更為科學(xué)的選擇方法。

(3)算例分析表明基于向量夾角余弦改進(jìn)的TOPSIS法在裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇方面具有一定的合理性和實(shí)用性，且可進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)各供應(yīng)商優(yōu)勢(shì)及不足，各供應(yīng)商可參考所得數(shù)據(jù)進(jìn)行自我能力提升。