装配式建筑项目涉及多方利益主体,不同主体的决策均基于各自的目标和价值体系,对供应链整体的绩效考虑有限,导致组织复杂性,容易引发供应链风险;且参与方一般多仅考虑自己的风险因素,未将风险之间的传递效应纳入考虑和控制范围,难以有效控制供应链系统风险。因此,研究装配式建筑供应链风险之间的传递效应,对促进供应链良好运行和推广装配式建筑具有重要的实际应用价值。装配式建筑供应链风险的现有研究主要集中在风险的识别和评估阶段,这些研究大多将风险因素视为独立个体,利用层次分析法、灰色评价法和物元分析法等方法分析供应链风险,而较少关注风险之间的传递效应和级联效应。复杂网络作为一种分析描述系统的模型,通过网络用以分析系统个体之间的关联关系,已有学者将其应用于风险研究领域。将复杂网络理论引入装配式建筑供应链风险研究,可将风险因素及其关联联系通过网络结构展现出来,并依据网络拓扑指标将风险传递效应进行量化,以此来分析风险因素之间的相互作用和对供应链系统的影响,为装配式建筑供应链风险控制提供新的思路。

因此,本文在识别装配式建筑供应链风险因素的基础上,基于复杂网络理论构建风险网络模型,分析风险之间的传递效应,确定关键风险因素,探究最佳风险免疫策略,为更好地降低装配式建筑供应链风险提供决策支持。

装配式建筑供应链的利益相关者包括业主、总承包商、政府,其中总承包商又负责设计方、制造方、运输方、装配方等单位;供应链工作流程主要分为计划、采购、制造、运输和装配五个阶段。相较于传统建筑项目,装配式建筑供应链面临的风险更多,其风险不仅与利益相关者有关,且与供应链各环节的工作流程密不可分。

因此,本文从利益相关者和全过程供应链二维角度对装配式建筑供应链风险进行识别。从业主、总承包商、设计方、制造方、运输方、装配方、政府七个利益相关者角度出发,综合考虑供应链外部风险和内部运作时的计划、采购、制造、运输和装配五个工作阶段,参考国内外相关研究,初步得到风险清单;并通过专家访谈对该风险清单进行修正,最终确定26个风险因素(见表1)。

本文重点探究装配式建筑供应链风险因素之间的传递效应对供应链系统的影响。风险的传递,要满足风险发出者、传递载体和风险接收者三个条件的存在才能发生。风险发出者和接收者均为供应链中的各参与方,传递载体可以是系统、信息、人等要素所参与的活动和过程中发生的不确定事件。在供应链的运作过程中,任何一个阶段出现风险,都可能会直接或间接导致其他阶段风险的发生。计划制定作为各利益主体进行建筑活动的第一步,直接影响后续采购、制造、运输以及装配等阶段的工作安排;业主和总承包商采购的原料标准也会影响构件制造和后期的装配工作;制造方对预制构件交货时间和质量的把控则会影响运输安排和装配质量;而运输作为建筑活动中不可缺少的环节,其安全性同样也将影响工程装配的进度。以此为基础,对供应链的利益相关者和运作流程进行分析,得到装配式建筑供应链风险传递机理(见图1)。

基于风险传递机理,对国内外相关文献和装配式建筑事故进行分析归纳,初步形成风险因素传递关系列表;之后邀请装配式建筑各领域的专家对风险传递关系的可靠性进行判断,最终得到42个风险传递关系。结合风险因素,对风险传递关系进行整合形成风险传递链。以装配质量不合格(R24)风险的出现为例,政府政策变动(R1)导致装配标准发生变化,业主则需要变更设计要求(R11),设计方需对设计图纸做出修改再将新的图纸传达给制造方,导致制造方需要重新理解设计图纸并调整生产计划,使构件无法按期交货(R17),而总承包商为了整体工期进度必然会令装配方加快装配进度从而导致装配质量出现问题(R24)。

同理,42个风险传递关系可形成多个风险传递链,将各个风险传递链进行整合,用由Ri指向Rj的有向弧表示风险Ri对Rj的传递,将风险因素和风险传递关系简化为节点集V和有向弧集E,不考虑风险间的影响强度,构建出G=(V,E,W)的有向无权风险网络(见图2)。

风险网络评价所涉及的指标如表2所示。

小世界特性与网络的集群性存在着密切联系,指在风险网络中大部分风险并不直接关联,但可通过其他风险之间的传递间接产生联系。小世界网络的典型特征是具有低平均路径长度和高聚类系数。通过公式(1)、(2)运用Matlab计算出该风险网络的平均路径长度为2.268,平均聚类系数为0.148,直观上无法对这两个数值大小做出判断,因此利用Matlab生成10个与该风险网络规模相同的随机网络,计算并记录其平均路径长度和聚类系数,结果如表3所示。通过对比可以发现,该风险网络的平均路径长度明显低于随机网络的平均路径长度均值,聚类系数显著高于随机网络的聚类系数均值。因此,本文研究的风险网络具有小世界特性。小世界特性使供应链风险网络具有较强的扩散性,风险间的联系较为紧密,一个风险的出现会导致其他风险的相继发生,使得对装配式建筑供应链风险的控制更加困难。

节点的度分布是判断风险网络是否具有无标度特性的重要依据。无标度特性反映了风险网络中存在某些会对系统产生较大影响的风险节点,并且这些风险更易与其他风险相关联。本文研究的风险网络规模较小,度分布尾部噪音较大,统计特征不明显,因此选择累积度分布函数来表现节点的度分布数据。无标度网络度分布服从幂律指数为γ的幂律分布,则其累积度分布函数符合幂律指数为γ-1的幂律分布,即

根据该风险网络的累积度分布数据,以基准为10的对数刻数作为坐标轴的刻度,取度值为横轴、对应度值的概率为纵轴,形成的数据图如图3所示。从图中可以看出该风险网络的累积度分布函数服从幂律分布,其中R²=0.9137,γ=1.35,则对应网络的幂指数γ^'=γ+1=2.35。据统计,一般无标度网络的幂指数取值范围在[2,3]之间。因此,该风险网络具有无标度特性,表明在该风险网络中存在少数会对系统产生较大影响的节点,这些风险节点关联着大量其他风险,也被称为“枢纽节点”,一旦“枢纽节点”风险发生,会给供应链系统带来更多风险。

本文研究的装配式建筑供应链风险网络是一个具有小世界特性的无标度网络,风险极易在网络中扩散和传播。为确定装配式建筑供应链关键风险,对该风险网络进行节点中心化程度解析。通过公式(4)、(5)、(6),运用Matlab计算出风险网络各个节点的度中心性、紧密中心性和介数中心性,数值排名前十位的节点如表4所示。度中心性可将风险节点的级联效应进行量化;紧密中心性可反映出各风险节点之间相互影响的密切程度和聚集程度;介数中心性则可将风险节点在网络中的枢纽能力表示出来,以此为基础确定装配式建筑供应链的关键风险。

从表4可以看出R9(信息共享不足)、R11(设计变更)和R20(供应链延迟)的度中心性、紧密中心性和介数中心性均位于前三位,说明计划阶段的R9、R11和运输阶段的R20关联着大量风险节点,涉及到业主、总承包商、设计方、制造方、运输方和装配方等风险主体,其风险传递和级联效应十分显著,属于关键风险节点。这些风险的变化会迅速传递到与之相连的其他节点,导致其他风险的发生,使风险网络更为复杂。

在供应链的实际运作中,风险免疫的实现是通过控制和优化相关工作流程,降低或避免这些风险的发生;反映在风险网络中免疫的理论实现,即将该风险节点从网络中移除。

基于风险免疫理论,对风险网络中某些节点进行免疫,可分为两大风险免疫策略:选择性免疫和随机性免疫。选择性免疫是有侧重地按照风险网络中节点的重要程度依次将其移除,依据风险节点的中心作用能力、聚集程度和枢纽能力,选取度中心性(DC)、紧密中心性(CC)和介数中心性(BC)三类中心化指标,依次对数值前十的节点进行风险免疫;随机性免疫则是随机地移除风险网络中的节点,利用Excel软件随机抽取网络中的某些节点进行免疫。具体风险节点免疫顺序见表5所示。

免疫效果用网络效率进行量化分析。风险免疫后的网络效率越低,说明此时风险关联性越低,免疫效果越好。依次控制好免疫策略中的风险节点,可有效降低装配式建筑供应链风险。网络效率计算公式为

依据提出的4种免疫策略分别对风险网络进行免疫仿真分析,根据移除每个节点后风险网络效率的变化评价免疫效果。根据公式(7),运用Matlab得到风险网络效率的动态变化情况,如图4所示。从图中可以看出,选择性免疫风险网络效率的下降速度明显高于随机性免疫,这与无标度网络的特性相一致,即随机性免疫并不能有效控制供应链风险;而选择性免疫则能够有效降低风险网络效率,控制风险的发生和传递。

从图4可以看出,在选择性免疫初期(前三个免疫节点),BC免疫策略的风险免疫效果优于DC和CC,而在中后期(第四个免疫节点及之后),DC免疫策略的风险免疫效果最好。从最快见效角度来看,初期应选择BC免疫策略;而中后期应选择DC免疫策略。同时,选择性免疫的风险网络效率下降的幅度呈现出先快后慢的趋势。这是因为在风险免疫初期,对关键风险进行免疫,可使风险网络同时失去多条传递路径;而在风险免疫的中后期,剩余风险节点之间的连接较少,免疫一个风险节点失去的路径数量也大有下降,网络效率不再明显变化。因此,控制好选择性免疫初期的三个关键风险节点R11(设计变更)、R20(供应链延迟)和R9(信息共享不足),即在装配式建筑供应链的运作过程中控制好设计源头,不轻易变更,统一设计标准化程度;促进供应链协同运作,杜绝延迟现象的发生;供应链各方做到即时信息共享,可有效降低装配式建筑供应链风险的复杂程度和级联效应。

本文基于复杂网络理论对装配式建筑供应链风险之间的传递效应进行了研究,确定了关键风险,并提出四种风险免疫策略,对其免疫效果进行动态仿真分析,得到以下结论:(1)装配式建筑供应链风险网络具有小世界特性和无标度特性,即风险网络中存在关键风险节点,风险传递和级联效应十分显著。(2)供应链风险网络对选择性免疫策略的免疫效果明显优于随机性免疫,着重把握好R11(设计变更)、R20(供应链延迟)和R9(信息共享不足)三个关键风险节点可大大降低风险网络效率,促进装配式建筑供应链良好运行。