基于向量夾角余弦的SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇方法

袁夢琪， 李忠富， 李 龍

(大連理工大學 建設(shè)管理系， 遼寧 大連 116024)

住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為國家經(jīng)濟持續(xù)增長提供了較大的推動力。然而，長期相對粗放的住宅建造與管理方式限制了住宅產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)”的新形勢下，為解決住宅能耗大、壽命短、二次裝修浪費、維修困難等問題，實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，全面提升住宅綜合品質(zhì)，迫切需要推廣產(chǎn)業(yè)化的先進住宅建造方式。“SI體系住宅”是一種支撐體(Skeleton)與填充體(Infill)相對分離的先進住宅形式，作為支撐體的結(jié)構(gòu)承重骨架在達到百年住宅對于耐久性、高強度等要求的基礎(chǔ)上，在設(shè)計使用壽命期內(nèi)保持不變，填充體則可以根據(jù)使用者的意愿進行替換、更新、改造、調(diào)整，以滿足對不同內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的要求。通過支撐體和填充體之間的有效銜接，SI體系住宅保證了外部結(jié)構(gòu)的安全耐久與內(nèi)部體系的靈活可變，實現(xiàn)了住宅產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

SI體系住宅相對于傳統(tǒng)住宅具有參與主體多、信息交互復雜、專業(yè)技術(shù)要求高、協(xié)同難度大等特點。我國SI住宅仍處于發(fā)展初期，尚無專門的SI住宅產(chǎn)業(yè)集團。隨著信息技術(shù)及住宅互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)外部交易成本降低，以虛擬企業(yè)的形式進行SI住宅的建造與推廣成為可行的發(fā)展路徑。SI住宅虛擬企業(yè)需要多個相關(guān)主體的共同參與，如何選擇適宜的合作伙伴共同構(gòu)建虛擬企業(yè)，是SI住宅發(fā)展亟待探索的問題。

SI住宅在國外得到了較好的實踐與推廣，我國在借鑒國外相關(guān)成熟的理論和技術(shù)的基礎(chǔ)之上，提出了適宜中國發(fā)展需要的CSI(China Skeleton Infill)住宅體系[1]。住建部住宅產(chǎn)業(yè)化促進中心發(fā)布的《CSI住宅建設(shè)技術(shù)導則(試行)》[2]作為國家層面的指示文件對SI住宅的推廣進行了宏觀指引。

隨著“中國百年住宅”戰(zhàn)略的實施，一些先鋒企業(yè)也積極探索適合的SI住宅體系，諸位學者針對SI住宅建造與管理組織模式的探討也逐步開展。李忠富等通過對SI住宅發(fā)展歷程與技術(shù)集成的研究，探討了SI住宅對我國住宅可持續(xù)發(fā)展的重要意義[3]。陳小波等[4]依托BIM平臺，提出了基于BIM(Building Information Modeling)的SI住宅項目管理體系。李忠富、曹新穎[5]分析了SI住宅各利益相關(guān)方的角色定位，構(gòu)建了SI住宅多主體協(xié)同動力模型。曹新穎[6]系統(tǒng)論述了SI住宅建設(shè)過程中的多主體協(xié)同問題，闡述了SI住宅虛擬企業(yè)的本質(zhì)內(nèi)涵與運行模式，分析了不同參與主體為盟主的SI住宅虛擬企業(yè)的組織運行模式。劉禹等[7]從敏捷制造的角度探討了SI體系產(chǎn)業(yè)組織模式及其實現(xiàn)路徑。李忠富、曹新穎[8]提出了基于并行工程的SI住宅建設(shè)管理模式。虛擬企業(yè)合作伙伴選擇影響因素方面，戴東升[9]從平衡視角出發(fā)探討了虛擬企業(yè)合作伙伴的選擇與維護模式。田俊峰等[10]探討了虛擬企業(yè)合作伙伴選擇的信任場模型。袁華等[11]系統(tǒng)分析了基于合作網(wǎng)絡(luò)的虛擬企業(yè)合作伙伴選擇機制。卲際樹等[12]運用灰色關(guān)聯(lián)度方法構(gòu)建了虛擬企業(yè)合作伙伴選擇方法。

以上研究從不同的角度對SI住宅的建設(shè)管理模式進行了探討，針對虛擬企業(yè)合作伙伴選擇的研究也取得了一定的成果，但具體到SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴的選擇問題，尚未有針對性的研究探討。鑒于此，本文在上述研究的基礎(chǔ)上，通過分析SI住宅虛擬企業(yè)本質(zhì)內(nèi)涵及合作伙伴選擇的影響因素，運用向量夾角余弦評估方法構(gòu)建方法模型，以期對SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴的選擇提供方法支持。

1 SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇的影響因素分析

1.1 SI住宅虛擬企業(yè)的界定

SI住宅虛擬企業(yè)是為適應(yīng)市場快速多變的需求，由投資開發(fā)企業(yè)、設(shè)計研發(fā)企業(yè)、施工裝配企業(yè)、生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)、運營管理企業(yè)根據(jù)優(yōu)勢組合的策略，在各自核心優(yōu)勢領(lǐng)域獨立運作的基礎(chǔ)上通過先進的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)進行協(xié)同合作，實現(xiàn)SI住宅建設(shè)使用全過程的資源整合與優(yōu)化配置，并行開發(fā)多樣化、個性化的住宅產(chǎn)品以滿足市場需求的企業(yè)組織模式。

SI住宅虛擬企業(yè)的組織和運行會有一個起龍頭作用的集成型敏捷住宅企業(yè)作為盟主，由盟主企業(yè)帶動和組織各聯(lián)盟企業(yè)協(xié)同運作。當前我國SI住宅發(fā)展尚處于起步階段，產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，企業(yè)的技術(shù)與管理能力尚未成熟，SI住宅實施中心仍為現(xiàn)場施工而非工廠生產(chǎn)，故現(xiàn)階段的盟主企業(yè)通常由開發(fā)企業(yè)擔當。隨著SI住宅的逐步發(fā)展，虛擬企業(yè)各相關(guān)企業(yè)均可以通過自身的業(yè)務(wù)優(yōu)勢成為盟主企業(yè)并組建不同組織模式的SI住宅虛擬企業(yè)，由投資開發(fā)企業(yè)為盟主的SI住宅虛擬企業(yè)組織模式如圖1所示。圖中實箭線表示物質(zhì)流，虛箭線表示信息流。

圖1 以投資開發(fā)企業(yè)為盟主的SI住宅虛擬企業(yè)組織模式

1.2 合作伙伴選擇影響因素

SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇影響因素主要有企業(yè)核心能力、企業(yè)運營狀況、企業(yè)協(xié)同意愿、企業(yè)社會認同度四個方面。各企業(yè)核心能力是其參與構(gòu)建虛擬企業(yè)的基礎(chǔ)，體現(xiàn)在企業(yè)的業(yè)務(wù)水平、產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量、產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)成本與交易價格、是否具有SI住宅研發(fā)技術(shù)與生產(chǎn)標準，且要考慮體系標準與其他企業(yè)的兼容與匹配情況；企業(yè)運營狀況反映了其能否長遠發(fā)展，體現(xiàn)在財務(wù)狀況是否良好、是否具有系統(tǒng)的信息處理與反饋機制、是否具有立足市場需求的SI住宅相關(guān)研發(fā)創(chuàng)新，對市場變化的把控是否迅捷準確；企業(yè)協(xié)同意愿反映了其參與構(gòu)建虛擬企業(yè)的能動程度，體現(xiàn)在企業(yè)之間目標是否一致、合作意愿強弱程度、資源與信息共享的意愿及可行性、地理位置是否接近以便于運用相對統(tǒng)一的SI住宅建造標準；社會認同度反映了合作伙伴之間合作關(guān)系的穩(wěn)定性與長期性，包括企業(yè)的信譽、價值、品牌。

2 SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇評價指標體系

2.1 指標體系的構(gòu)建

選擇虛擬企業(yè)合作伙伴需要依托量化的評價方法，而評價指標體系則是定性影響因素與定量評價方法的連接點。根據(jù)文獻[6]提出的SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴影響因素及相關(guān)指標，構(gòu)建SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇評價指標體系，如圖2所示。

圖2 SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇評價指標體系

2.2 評價指標的量化

對評價體系內(nèi)的各指標進行量化處理，鑒于各指標均為正向型定性指標的特點，本研究運用評估者投票的方式獲取原始決策信息，通過線性加權(quán)平均法計算各指標評估得分。由專家評價組根據(jù)各指標的具體情況進行信息收集與調(diào)研，建立評估等級為：{優(yōu)，良，中，較差，差}，作為各指標隸屬等級的劃分。為求計算便捷與準確，確立對應(yīng)的測度區(qū)間為：[1.0，0.75，0.5，0.25，0]，根據(jù)測度區(qū)間的各個隸屬度對各指標進行評估，得各指標的量化評估值σi為：

σi=(1×N1+0.75×N2+0.5×N3+0.25×N4+0×N5)/N

(1)

式中：Ni為不同等級對應(yīng)的專家得票數(shù)；N為專家投票的總數(shù)。

2.3 評價指標權(quán)重的確定

各評價指標對評價整體的影響程度是不同的，需要對各級指標賦予不同的權(quán)重。本文運用有序加權(quán)算子，即OWA(OrderedWeightedAveraging)算子[13]進行指標權(quán)重的確定，該方法為美國學者Yager提出的一種確定型權(quán)重計算方法。在Yager研究的基礎(chǔ)上，我國學者針對該方法進行了一系列的改進和拓展[14]。在賦權(quán)過程中，權(quán)重計算前先用加權(quán)向量對決策數(shù)據(jù)實施加權(quán)，對決策數(shù)據(jù)極端值賦予較小的權(quán)重，對相對正常值給予較大的權(quán)重，使得各決策數(shù)據(jù)對賦權(quán)結(jié)果的影響程度不同，通過這種方式可以有效削弱決策數(shù)據(jù)極端值對賦權(quán)結(jié)果的影響[15]。本文采用了一種基于組合數(shù)加權(quán)的OWA算子，權(quán)重計算步驟如下[16]：

(1)由n位賦權(quán)者對同一層次的評價指標進行重要性打分，構(gòu)成重要性初始決策向量(a1,a2,…,an)對決策數(shù)據(jù)從大到小排序并從0開始編號，得結(jié)果為b0≥b1≥…≥bn-1，即(b1,b2,…,bn)。

(3)

式中：m表示指標因素的個數(shù)。

(4)計算指標因素的相對權(quán)重ωi，即：

(4)

3 SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇模型

3.1 向量夾角余弦評估方法的基本原理

向量夾角余弦評估模型本質(zhì)上是一種目標實際值與目標理想值之間一致性程度的檢驗方法，通過實際值向量與理想值向量之間的余弦值計算，實現(xiàn)數(shù)學幾何思維向?qū)嶋H管理問題的轉(zhuǎn)化。向量夾角余弦評估方法運用空間向量之間夾角的余弦值作為兩者差異程度的度量，通過比較各方案與理想方案之間夾角余弦值的大小來判斷各方案的優(yōu)劣程度，根據(jù)余弦函數(shù)性質(zhì)，當兩向量夾角在[0，π/2]之間時，余弦函數(shù)單調(diào)遞減，在區(qū)間[0，1]內(nèi)取值，余弦值越大，說明方案與理想方案間之間夾角越小，該方案越接近最優(yōu)方案。

(5)

ρi越大，方案越優(yōu)，當ρi=1，表明該方案即最佳方案。

(6)

式中：i為潛在企業(yè)整體水平方案；Vj為第j個指標因素；ρi-Vj為去掉Vj后的向量夾角余弦值。由于上式中分子是第i個企業(yè)方案去掉Vj后的向量夾角余弦值與原向量夾角余弦值之差，故α為正值表示Vj指標因素對決策目標值具有不利影響，α為負值則相反。

3.2 合作伙伴選擇評價實施步驟

結(jié)合SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇實際情況，運用向量夾角余弦方法設(shè)計評價步驟如下：

(1)組織SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇專家組依據(jù)評價等級就各潛在伙伴企業(yè)進行指標評估，根據(jù)式(1)量化計算，構(gòu)建體現(xiàn)各潛在伙伴企業(yè)綜合水平的初始決策矩陣：

Xi={xij|i=1,2,…,m;j=1,2,…,n}

式中：xij為第i個潛在伙伴企業(yè)的第j個評價指標的評估值。

(2)由專家組進行重要性打分，執(zhí)行OWA算子賦權(quán)計算程序，確定各級指標權(quán)重。

(3)對初始決策矩陣進行加權(quán)處理，通過初始矩陣與權(quán)重向量的合成，計算得加權(quán)決策矩陣：

(7)

(4)確定理想方案。理想方案反映到向量夾角余弦方法中即加權(quán)決策矩陣各指標均取得最優(yōu)解，在本研究構(gòu)建的測度等級中，運用加權(quán)平均的方法進行計算處理，隸屬度最高時必然取值為1，故各指標的最優(yōu)值均取值為1。

(5)計算各潛在企業(yè)評估向量與理想狀態(tài)向量的夾角余弦值，根據(jù)ρi的大小進行排序，ρi越大說明該企業(yè)的綜合水平越高。

(6)計算各潛在伙伴企業(yè)各指標因素的敏感性系數(shù)α，判斷各指標因素對企業(yè)綜合水平的影響程度。

4 案例分析

4.1 項目概況

本案例分析以上海綠地南翔威廉公館“百年住宅”項目為原型，該項目自2012年10月開始立項考察，作為我國首個SI百年住宅項目，項目啟動時尚無體系化、標準化的技術(shù)規(guī)范與組織管理模式，在案例研究過程中，通過參考國外成熟案例建造模式與相應(yīng)組織情況，對本案例進行一定程度的修正和假設(shè)。該項目投資開發(fā)企業(yè)為上海綠地集團，項目建設(shè)管理模式為以投資開發(fā)企業(yè)為盟主的SI住宅虛擬企業(yè)模式，由綠地集團成立的威廉置業(yè)有限公司為核心盟主，選擇各合作伙伴共同構(gòu)建虛擬企業(yè)，實施該項目的建造與運營。下面以對研發(fā)設(shè)計企業(yè)合作伙伴的選擇為例，運用本文構(gòu)建的選擇方法進行分析。

4.2 潛在伙伴企業(yè)評估量化

根據(jù)項目實踐情況，共有三家研發(fā)設(shè)計企業(yè)作為潛在合作伙伴，以甲、乙、丙指代。需要對甲、乙、丙的整體水平進行綜合評估。

組織由7名專家組成的專家團隊進行各指標重要性打分，為求計算便捷，要求打分區(qū)間為0～10分，匯總賦權(quán)打分表，以一級指標為例，專家賦權(quán)情況見下表1。

表1 賦權(quán)決策數(shù)據(jù)

組織由專家和投資開發(fā)企業(yè)內(nèi)部人員共同組成的評估小組對甲、乙、丙作為本項目合作伙伴企業(yè)的綜合水平進行考察評估，根據(jù)評估等級與測度等級進行打分統(tǒng)計，根據(jù)式(1)計算匯總得甲、乙、丙的綜合得分(表2)。

表2 伙伴企業(yè)評估初始決策矩陣

通過各級指標權(quán)重向量，可以有效確定各指標相對于總目標的權(quán)重值。

4.3 向量夾角余弦評估

(1)根據(jù)式(7)，將所構(gòu)建的初始決策矩陣與各級指標權(quán)重進行矩陣合成，得加權(quán)決策矩陣Y為：

(3)根據(jù)式(5)計算三個企業(yè)的評估向量與理想方案向量的夾角余弦值，分別為：

ρ甲=cos〈X甲,X*〉=0.986

ρ乙=cos〈X乙,X*〉=0.960

ρ丙=cos〈X丙,X*〉=0.962

由于ρ甲>ρ丙>ρ乙，根據(jù)ρi越大與理想方案的相似度越高的原則，可以判定企業(yè)甲為適宜的SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴。

(4)為進一步判斷各潛在合作伙伴企業(yè)的各項評估指標對最終綜合評估的影響程度，繼續(xù)進行敏感性分析，選擇丙企業(yè)為例進行計算，根據(jù)式(6)計算各因素的敏感性系數(shù)，具體計算結(jié)果見表3。

表3 指標敏感性分析

分析結(jié)果可知，各指標對總體評價結(jié)果的影響程度區(qū)別不大，表明丙企業(yè)要提高自身綜合水平，需要針對全部指標實施全面補強。

5 結(jié) 論

(1)本文闡述了SI住宅虛擬企業(yè)的相關(guān)內(nèi)涵，界定了核心能力、運營狀況、協(xié)同意向及社會認可四類SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇影響因素，為選擇方法的實證研究奠定了基礎(chǔ)。

(2)構(gòu)建OWA算子與向量夾角余弦相結(jié)合的分析方法，可以在合理確定影響因素權(quán)重的情況下有效確定潛在伙伴企業(yè)的綜合評估水平，為SI住宅虛擬企業(yè)合作伙伴選擇提供了科學的方法支持。

(3)結(jié)合敏感性分析的評估方法可以進一步確定影響綜合評估結(jié)果的敏感性因素，為潛在伙伴企業(yè)提高自身競爭力提供決策支持。

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