基于改進(jìn)TOPSIS法的裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇

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)方式實現(xiàn)了建設(shè)的高效率、高品質(zhì)、低勞動力消耗、低資源消耗和低環(huán)境影響，是我國建筑行業(yè)在社會經(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。

國外較早研究供應(yīng)商選擇問題的是Dickson[2]，1996年其通過調(diào)查分析提出23項供應(yīng)商的評價準(zhǔn)則并進(jìn)行了重要度排序。自此之后，很多學(xué)者加入到這個研究領(lǐng)域中來，主要集中在兩個方面：一是對供應(yīng)商選擇與評價指標(biāo)體系的研究[3～6]；二是對供應(yīng)商選擇與評價方法的研究[7～9]。相對而言，國內(nèi)對于供應(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，并有針對性的為部品采購方提出了有關(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，對評價指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，進(jìn)而為部品供應(yīng)商選擇提供有價值的決策指導(dǎo)。上述研究對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。對此，為解決裝配式建筑供應(yīng)商選擇的問題，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，應(yīng)用于裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇中，將會使權(quán)重缺乏可靠性；而粗糙集法對數(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，但同樣無法解決粗糙集法要求數(shù)據(jù)高度離散的問題。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，建立了裝配式建筑部品供應(yīng)商評價指標(biāo)體系，采用向量夾角余弦距離對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)到運輸以及售后等多階段供應(yīng)商相關(guān)指標(biāo)，評價數(shù)據(jù)過于龐大。同時由于采購方對產(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)實現(xiàn)對多指標(biāo)決策方案的綜合評價，其對于處理評價數(shù)據(jù)繁多、目標(biāo)屬性復(fù)雜的裝配式建筑部品供應(yīng)商評價問題具有良好的切入性。同時該方法綜合考慮備選方案距最優(yōu)最劣理想方案的距離，通過計算貼進(jìn)度衡量備選方案，使得復(fù)雜的部品供應(yīng)商評價數(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，更符合人類思維的判斷邏輯，適于解決選擇決策難題。

然而，通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)TOPSIS法在實際應(yīng)用中仍存在一定缺陷，尤其在指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取過程中，極易因?qū)傩宰兞恐g的線性相關(guān)使得依賴正負(fù)理想解的決策體系失效[22]，而線性相關(guān)在工程實踐中又具有普遍性，從而嚴(yán)重影響評價結(jié)果的科學(xué)性。李華等[23]試圖通過引入馬氏距離避免此問題，但馬氏距離在計算時，要求決策指標(biāo)屬性數(shù)要不多于備選方案個數(shù)。這一前提在很多決策問題中都不能滿足[24], 因此馬氏距離實用性不強。就本文的研究對象而言，在TOPSIS法中無論是通過傳統(tǒng)的歐式距離還是引入馬氏距離都無法系統(tǒng)全面的表達(dá)此問題的復(fù)雜屬性，其簡單的直線式計算過程中會損失部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，造成評價結(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，并通過計算兩向量的夾角余弦來度量向量之間的關(guān)聯(lián)程度來代替歐式距離和馬氏距離，實現(xiàn)對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，也無如馬氏距離對決策指標(biāo)屬性數(shù)和備選方案個數(shù)嚴(yán)苛的前提，更能簡單解決復(fù)雜的決策問題。

供應(yīng)商選擇是通過分析決策者需求，確立選擇目標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)過一定評價程序選出最優(yōu)供應(yīng)商，其關(guān)鍵問題除了數(shù)據(jù)量化還有評價指標(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)之間是相互獨立的，而在現(xiàn)實中指標(biāo)之間往往是相互關(guān)聯(lián)的，各評價指標(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，同時彌補了TOPSIS無法賦權(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)商評價指標(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，相對應(yīng)的評價指標(biāo)設(shè)立也迥然不同。一方面采購對象由原材料(混凝土、鋼筋、水泥等)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)制部品(預(yù)制樓梯、陽臺、樓板等)；另一方面部品供應(yīng)商在裝配式建筑構(gòu)建的過程中不僅要提供合格的預(yù)制產(chǎn)品，從采購方角度考慮還要提供運輸服務(wù)及其他協(xié)同服務(wù)。

采購對象的轉(zhuǎn)變使產(chǎn)品性質(zhì)和功能均發(fā)生了巨大變化，所以采購產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)也隨之發(fā)生改變。考慮到上述采購對象轉(zhuǎn)變問題，特別設(shè)置了質(zhì)量復(fù)檢控制水平這一指標(biāo)來檢驗各個供應(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)運出生產(chǎn)場地整個過程每一“質(zhì)量門”的把關(guān)，只有產(chǎn)成部品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)才可運輸至施工場地，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)來考察此能力。其中供貨可靠性是指供應(yīng)商在送貨準(zhǔn)時率、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，依據(jù)部品構(gòu)件生產(chǎn)全過程及全面質(zhì)量管理理論中五大影響產(chǎn)品質(zhì)量的主因素(人、機、料、法、環(huán))，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料[10～21,25,26]，綜合考慮評價準(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項一級指標(biāo)和29項二級指標(biāo)的裝配式建筑部品供應(yīng)商評價指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 裝配式建筑部品供應(yīng)商評價指標(biāo)體系

2.2 部品供應(yīng)商選擇評價指標(biāo)權(quán)重的確定

鑒于評價指標(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)方面更符合工程實際。

首先應(yīng)用ANP的輔助軟件SD(Super Decision)并通過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜曳治鲋笜?biāo)間的相互依賴和反饋的關(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)層中元素為相對應(yīng)的二級指標(biāo)，體系模型見圖2。

圖2中，箭頭的指向表示一組對另一組的影響作用，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)點之間存在相互作用，如供貨指標(biāo)中的供貨可靠性、運輸安全率以及供應(yīng)商物流輻射范圍會相互影響。

邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜也捎镁欧址▽Ω鱾€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，分析矩陣得出各個指標(biāo)的權(quán)重wj見表1。

圖3 裝配式建筑部品供應(yīng)商評價指標(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，分別計算各個評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案的向量夾角余弦距離，獲得各評價方案與最優(yōu)方案的相對接近程度，最后進(jìn)行排序,并以此作為評價方案優(yōu)劣的依據(jù)。

表1 裝配式建筑部品供應(yīng)商評價指標(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個參選的供應(yīng)商選擇方案，邀請數(shù)名相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⒖几鞴?yīng)商初始資料，對其按照1～9打分，對同一供應(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中相對應(yīng)的各類指標(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)商的個數(shù)；n為對供應(yīng)商進(jìn)行評價的指標(biāo)個數(shù)。

(2)確定最優(yōu)、最劣理想方案

(3)

(4)

(3)計算備選供應(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算公式如下：

(5)

(6)

(4)計算各方案貼進(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表示該評價對象越接近最優(yōu)水平；反之，越接近0表示該評價對象越接近最劣水平。

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，最終符合該項目的共有四家部品供應(yīng)商。邀請10名裝配式建筑領(lǐng)域?qū)＜野凑罩笜?biāo)對四家部品供應(yīng)商進(jìn)行1～9打分，最后各指標(biāo)評分由專家打分結(jié)果的平均分來確定，由此得到表2。

表2 專家評分結(jié)果匯總

(1)構(gòu)造加權(quán)規(guī)劃化矩陣D

根據(jù)專家評分結(jié)果(表2)構(gòu)建初始矩陣R，

將權(quán)重wj與初始矩陣R中相對應(yīng)的各類指標(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)果見表3。

表3 各供應(yīng)商評價最優(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。

上述方法除了通過排序為裝配式建筑選擇最優(yōu)部品供應(yīng)商外，還可以對各部品供應(yīng)商進(jìn)行詳細(xì)指標(biāo)間的對比分析，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)商可以通過折線圖發(fā)現(xiàn)自身不足之處，后續(xù)加以改進(jìn)，增強自身競爭力。可以看出將ANP同改進(jìn)的TOPSIS法相結(jié)合的選擇模型不但能夠為采購商科學(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，并根據(jù)自身特點進(jìn)一步提高自身競爭能力完善自身產(chǎn)品，這對提高裝配式建筑市場中部品質(zhì)量及供應(yīng)商水平具有積極的影響。通過以上分析，更進(jìn)一步說明此模型相比其他方法在處理工程實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)對比

4 結(jié) 論

(1)通過系統(tǒng)分析裝配式建筑部品采購特點，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)商選擇的評價指標(biāo)體系。

(2)針對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，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價指標(biāo)的賦權(quán)更加合理，同時解決了TOPSIS法對具有線性相關(guān)數(shù)據(jù)失效的問題，為解決裝配式建筑部品供應(yīng)商選擇問題提供了更為科學(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用性，且可進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)各供應(yīng)商優(yōu)勢及不足，各供應(yīng)商可參考所得數(shù)據(jù)進(jìn)行自我能力提升。