基于DEMATEL和物元可拓模型的装配式建筑供应链风险评估①

赵 辉, 宋亚群

(青岛理工大学管理工程学院,山东 青岛 266520)

0 引 言

装配式建筑是建筑领域一种新型的工业化建造方式,其预制构件的生产、加工、运输等过程类似于制造业生产运作过程,既需要工厂加工,又需要现场施工,集合了制造业和传统建筑业两种行业特性,在我国得到大力推行。由于装配式建设供应链包括规划、设计、生产、运输、装配和运营维护的各个阶段所有业务流程[1],建造过程较为复杂,利益攸关方众多,各个作业节点错综复杂,在全生命周期内存在众多不容忽视的风险,供应链管理难度巨大,成为装配式建筑在发展过程中的魔咒[2]。因此,有必要探究一种行之有效的方法来对其中的风险进行分析和评估,进一步提升和完善项目供应链运作水平。

目前,国内外研究学者在建筑供应链风险管理方面有着丰富的研究成果,随着装配式建筑在建筑领域的兴起,对于装配式建筑供应链风险分析方面的研究也逐渐增多。在国外研究中,Jiang等[3]通过归纳总结出较为全面的风险要素,通过构建风险网络模型对供应链风险进行分析,探究风险之间的内在联系和传递路径,并提出相应的控制措施;Lee等[4]采用故障模式和影响分析法得到了造成韩国装配式建筑整个生命周期内成本增加的49项风险因素;Li等[5]全面识别出国内装配式建筑投资阶段的各项风险,采用系统动力学方法建立了风险识别反馈图和风险流程图,并对投资风险因素进行了定量估计;可见国外研究在进行装配式建筑供应链风险的分析和评价的过程中多聚焦于供应链中的成本、投资等某一个环节展开,尚未形成完善的供应链风险评估体系;在国内研究中,王江华等[6]在界面管理思想的指导下识别出装配式建筑供应链集成界面风险因素,并通过C-OWA算子和灰色聚类模型进行风险评价;此外,还有学者提出采用多层次模糊评价法[7]、SNA[8]、云物元模型[9]和EFA-CFA集成模型[10]对装配式建筑供应链风险展开评估分析;可见国内研究更加注重风险评估模型的构建,但研究过程中往往忽略风险因素之间的相互作用关系,从而影响到评估结果的科学有效性。

为保证风险指标的全面性,在进行风险识别时以项目全生命周期理论为指导,进而构建一套较为完善的风险指标体系;然后采用决策实验室法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)对风险指标的内在关联展开分析,在充分考虑两两指标间相互作用的基础上确定风险指标权重;最后,采用物元可拓模型对风险指标进行评价,确定装配式建筑项目的具体风险等级。

1 风险评估指标体系的构建

装配式建筑供应链上的参与方众多,作业环节错综复杂,在运行过程中对技术要求较高,所面临的风险种类繁多。目前,对于装配式建筑供应链风险仍未形成统一的评估标准和体系,通过文献分析发现,王江华等[6]从界面管理的角度将装配式建筑供应链风险归纳为主体要素、介质要素、行为要素和外部环境4个方面;王春红等[7]则以供应链的任务链、关系链和资源链为分类标准识别出20个风险要素;黄桂林等[8]、李尧等[11]均从内、外部风险为切入点,系统分析了分布于供应链上的各项风险因素,而前者在内、外部风险的基础上还增加了对中间风险因素的识别,使风险因素清单更加全面;李乃旭等[9]则从自然环境,经济,组织管理,社会,构件的制造、采购、运输、装配和交付等方面识别出26项风险要素。在此基础上,结合行业相关可行性研究报告中对于风险的描述内容,将立足于供应链上的每一个阶段,对可能存在的风险因素进行全面识别,进而通过行业调研和专家访谈,最终从计划决策阶段、设计阶段、生产制造阶段、装配施工阶段和交付阶段五个方面构建了装配式建筑供应链风险评估指标体系(见表1)。

表1 风险评估指标体系

阶段 安全事故风险 V15进度延误风险 V 16交付阶段 质量验收不合格风险 V 17交付不及时风险 V18

2 风险评估模型的构建

以装配式建筑为研究对象,基于DEMATEL和改进的物元可拓模型对供应链风险进行评估。由于装配式建筑供应链上的利益相关主体众多,且作业环节更为复杂,需要综合考量众多风险评估指标,而各项风险指标两两之间存在着相互影响关系,其相互影响的程度关系到该项风险指标的权重大小。主要采用DEMATEL来实现风险指标之间作用机理分析,以此来确定各项指标的权重;然后采用物元可拓模型对具体项目进行风险评估,确定风险等级。

2.1 DEMATEL赋权

DEMATEL是一种用于因素分析的系统工程模型。其核心思想是采用矩阵工具和图形组合法对装配式建筑供应链风险评估指标进行相互影响度分析,通过将问题简单化从而找到两两指标之间的相互影响,进而通过分析、剥离、进一步剖析,确定指标的重要程度[12-13]。应用DEMATEL法赋权的步骤如下:

(1)首先由邀请到的各位专家对装配式建筑供应链两两风险指标之间的相互影响程度进行打分,得到统一的打分结果以形成初始直接影响矩阵F如式(1):

其中,f ij表示风险指标v i对v j的直接影响程度。

(2)确定规范化直接影响矩阵E如式(2):

(3)确定综合影响矩阵T如式(3):

其中,当h足够大时,满足E h=0。

(4)确定指标权重ωk'如式(4):

2.2 物元可拓模型

我国学者蔡文创立的可拓学学科,主要基础理论包括物元理论和可拓数学,其中物元是以名称、特征和量值来对事物进行描述,是可拓学的逻辑细胞[14]。物元可拓模型的核心思想是通过建立评估指标的经典域和节域,收集指标的测量数据并进行处理,从而确定待评事物的等级大小,实现评估过程的科学有效性。随着该模型的发展与普及,目前已在各个领域的风险评估、质量评估、安全评估等方面得到广泛应用。但传统模型在通过关联度法确定评估等级时会采用近似处理,可能会忽略某些待评物元的信息,对评估结果的精度产生影响,为此在此基础上提出改进的物元可拓模型,运行步骤如式(5)[15]。

(1)确定待评物元:

式(5)中,将装配式建筑供应链风险分为j个评估等级,用Q j表示,等级划分视具体情况而定;风险评估指标集用V(v1,v2,…,v n)表示,共包括n个指标;C(c1,c2,…,c n)表示待评物元在不同指标下的评估数据值。

(2)确定经典域物元矩阵为式(6):

式(6)中,经典域C j是指风险指标集V在不同风险等级Q j下的评估实测值数据范围。

(3)确定节域物元矩阵为式(7):

式(7)中,节域Cip是指风险指标集V在风险等级全体Q下的评估实测值数据范围。

(4)计算待评估物元与各个等级的贴进度[16]K j(R0)式(8),(9):

式(5),(9)中,D j(v i)和ωi(X)分别指待评估物元与经典域的距离以及指标权重大小。

(5)若是存在待评估物元贴进度K j'(Q0)=max｛K j(Q0)｝（j=1,2,3,4,5）,则可以确定待评估物元R0属于等级j'。

3 案例分析

以山东省某市的装配式建筑示范小区项目为具体案例进行演算分析。该项目总投资6.6亿元,占地190亩,建筑面积约190000㎡,地下面积约65000㎡,采用EPC总承包管理模式,预计装配比率达到30%以上。由于该项目体量较大,涉及到的利益相关者众多,建筑供应链上存在的潜在风险也较多,供应链管理至关重要。为此,邀请到6名建筑领域专家对该项目的供应链风险进行评估。

专家小组成员凭借其丰富的专业知识和工作经验等分别就各个风险指标的相互影响程度进行打分,打分采用0-4打分法,即“0分——无影响、1分——轻微影响、2分——中度影响、3分——较大影响、4分——很大影响”。采用算数平均的方式汇总得到最终评价数据作为直接影响矩阵,通过公式(1)-(4)计算得到各项风险指标的DEMATEL相关属性值(见表2);并进一步由公式(4)计算得到各项风险指标的权重值为:V i=(0.009,0.039,0.038,0.020,0.008,0.067,0.061,0.074,0.066,0.073,0.067,0.056,0.034,0.046,0.070,0.082,0.068,0.124),同理可得。

表2 DEMATEL赋权法相关属性值

V2 0.117 0.829 0.945 -0.712 V 3 0.818 0.000 0.818 0.818 V 4 0.400 0.152 0.553 0.248 V5 0.140 0.083 0.223 0.056 V 6 1.428 0.095 1.522 1.333 V 7 1.258 0.372 1.630 0.886 V8 1.587 0.137 1.723 1.450 V9 1.393 0.255 1.647 1.138 V 10 1.290 0.883 2.173 0.407 V 11 1.442 0.000 1.442 1.442 V12 0.655 1.000 1.656 -0.345 V 13 0.000 0.735 0.735 -0.735 V 14 0.814 0.552 1.366 0.261 V15 0.424 1.441 1.865 -1.017 V 16 0.182 1.762 1.944 -1.580 V 17 0.182 1.456 1.638 -1.274 V18 0.093 2.656 2.749 -2.563

依据装配式建筑行业相关标准及文献,经过专家充分讨论,确定将装配式建筑供应链风险等级划分为五个等级,Ⅰ级表示风险“很低”、Ⅱ级表示风险“较低”、Ⅲ级表示风险“中等”、Ⅳ级表示风险“较高”,Ⅴ级表示风险“较高”,其对应阈值见表3。

表3 风险等级评估标准

参考表3标准,通过公式(5)-(7)分别确定经典域矩阵R j,节域矩阵R Q和待评估物元R0:

由公式(9)计算可得18个风险指标关于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ五个等级的距离,结果如表4所示。

表4 指标关于五个风险等级的距离

由公式8和表4数据计算可得各个阶段的风险关于不同等级的贴进度以及综合贴进度,从而确定各个阶段的风险等级以及综合风险等级,见表5。从结果分析,该装配式建筑供应链综合风险等级为Ⅲ级,对应的风险状况为“中等”,且从综合贴进度来看更加接近Ⅱ级风险,说明该项目供应链风险有下降趋势;从不同阶段的风险等级来看,计划决策阶段、生产制造阶段和装配施工阶段的风险等级均为Ⅱ级,对应的风险状况为“较低”;而设计阶段和交付阶段的风险等级均为Ⅲ级,对应的风险状况为“中等”。因此,该项目应当加强设计和交付阶段的风险管控,以提升整体的风险水平。

表5 供应链风险各阶段关联度及风险等级

装配施工阶段 0.9760 1.0031 0.9910 0.9580 0.9250 Ⅱ级交付阶段 0.9168 0.9761 0.9946 0.9554 0.8914 Ⅲ级综合贴进度 0.9939 0.9990 0.9997 0.9944 0.9885 Ⅲ级

4 结 语

装配式建筑供应链上的利益攸关方众多,各个作业节点错综复杂,在全生命周期内存在众多风险,进行合理的风险评估能够提升项目运行水平,结合DEMATEL和物元可拓构建了风险评估模型。首先,从全生命周期的角度构建了风险评估指标体系;然后考虑到风险指标之间的相互作用关系,采用DEMATEL方法计算指标权重,避免了传统赋权法不考虑指标关联的弊端;通过物元可拓模型分别确定了不同阶段的风险等级以及综合风险等级,为针对性提升供应链管理水平提供了思路,有助于装配式建筑行业的可持续发展。