宋建 徐玉強 左小紅 張守斌

(中國建筑第五工程局有限公司，山東 濟南 250101)

0 引言

與傳統(tǒng)建筑業(yè)相比，裝配式建筑涉及的供應商、分包商群體更廣，工序更復雜，不確定性因素更多,由此帶來的風險也更多。在新的模式下，新的角色和利益相關方的出現構成一個不確定的環(huán)境[1]。Teng等[2]通過研究裝配式建筑供應鏈中利益相關方的角色和共生關系，找出影響供應鏈斷裂和不連續(xù)性的風險因素。柳堂亮[3]首次將風險評估方法應用于裝配式建筑供應鏈風險評估，并建立了供應鏈風險評估指標體系。常春光等[4]在BIM建模的基礎上，結合RFID技術提出了追溯性的信息共享模型，以實現預制施工中的實時可見性和可追溯性。

目前，對于物聯(lián)網環(huán)境下供應鏈風險的研究主要集中在農產品供應鏈中。顏波等[5]根據物聯(lián)網的三個層面識別整個農產品供應鏈中的風險，使用OWA算子定量評估和排列風險因素。曹慧娟等[6]以物聯(lián)網層次模型為理論基礎確定農產品供應鏈風險因素，通過使用三角模糊數表建立了物聯(lián)網環(huán)境下農產品供應鏈的風險源分析方法。

鑒于現有文獻很少涉及基于物聯(lián)網的裝配式建筑供應鏈風險，本文利用故障模式和效應分析法(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA)評估所選風險的相對重要性，并研究風險之間的潛在相關性。

1 物聯(lián)網技術在裝配式建筑供應鏈中的應用

將物聯(lián)網技術與BIM技術結合應用于裝配式建筑供應鏈管理，是目前大多數學者提倡的方法[7-8]，有三套基于物聯(lián)網技術的服務層：基礎設施即服務(IaaS)層包括硬件和設備，平臺即服務(PaaS)層部署了可視性和可追溯性工具、數據源互操作性服務，軟件即服務(SaaS)層提供預制構件生產管理服務、物流管理服務和現場組裝管理服務。物聯(lián)網環(huán)境下的裝配式建筑供應鏈如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網環(huán)境下的裝配式建筑供應鏈

在預制構件生產廠，物聯(lián)網技術服務于生產計劃、生產調度、內部物流、生產執(zhí)行等階段。工人將RFID芯片嵌入預制構件，生產管理者能夠從RFID反映的實時數據中了解物料交付和消耗情況。根據這些數據，生產管理者可以清楚地監(jiān)控庫存的儲量，并決定是否需要補充某些物料以及應該購買多少物料。生產調度人員可以在物聯(lián)網技術的幫助下，實現人員、設施和材料的實時可追溯性和可見性，動態(tài)地對任務進行優(yōu)先排序。

預制構件制作完成后，物聯(lián)網系統(tǒng)將觸發(fā)與BIM系統(tǒng)同步的物流任務。制訂運輸計劃和物流控制時間表，并將其發(fā)布到數據庫中供交通規(guī)劃人員和調度人員使用。通過物聯(lián)網技術實現實時交通監(jiān)控服務，跟蹤整個物流中預制構件的現狀和位置。該服務使用RFID和GPS技術實時跟蹤運輸車輛，并以圖形方式顯示其狀態(tài)、進度和當前位置。通過物聯(lián)網系統(tǒng)管理運送預制構件的車輛，以便在預制構件生產企業(yè)和運輸公司各方之間實現信息共享。利用RFID技術創(chuàng)建智能交通環(huán)境，在整個預制加工、裝載和運輸過程中加強實時信息共享。

通過物聯(lián)網技術為現場施工和監(jiān)督提供服務，使用RFID數據反映預制部件的現場狀態(tài)(待組裝、組裝中、組裝完成)，實時展現建造進度。項目各參建方都可以了解當前的施工情況，協(xié)同制定有效的決策。管理者可以從大量數據中找出有用的RFID數據，以便提取有價值的信息。施工班組長利用有價值的信息協(xié)調不同參建方完成整個項目，加強各方協(xié)調，提升決策的準確度。

2 物聯(lián)網環(huán)境下的裝配式建筑部件供應鏈風險識別

裝配式建筑供應鏈是指從業(yè)主有效需求出發(fā)，以承包商為核心，以預制構件生產廠為主要材料供應商，多種預制構件按一定比例協(xié)調供應、安裝形成最終產品。在此過程中，企業(yè)通過對信息流、物流和資金流的控制，將項目相關參與方連成一個整體的建設網絡[9]。

為了識別物聯(lián)網環(huán)境下裝配式建筑供應鏈的主要風險，對預制構件生產企業(yè)、運輸企業(yè)、施工企業(yè)進行訪談。在企業(yè)的選取條件中加上已部署物聯(lián)網技術的限制，保證受訪者對物聯(lián)網技術有充分的認識。受訪者被要求寫出其認為物聯(lián)網應用下的供應鏈風險因素，在用詞描述上沒有限制，后期對語言進行處理，再反饋給受訪者以確保語意符合他們的觀點。

通過與相關企業(yè)的管理人員進行面對面的半結構化訪談，進一步探索相關風險的潛在原因和影響。這些企業(yè)在裝配式建筑供應鏈中擁有生產預制部件和現場組裝的業(yè)務，在供應鏈的配置和資源分配中發(fā)揮核心作用，并建立了風險管理和供應鏈可持續(xù)性計劃。

結合管理人員的訪談結果，通過對學術論文、行業(yè)報告和白皮書進行分析，制定相關風險的初始清單。對初始清單按照三套服務體系和用戶層進行歸類，結合受訪管理人員意見完成最終的風險清單，見表1。

表1 物聯(lián)網環(huán)境下裝配式建筑供應鏈風險清單

(1)基礎設施即服務層?；A設施即服務層將工具、機械設備和材料通過綁定到不同的RFID設備轉換成智能對象，目的是在工廠、倉庫、物流以及建筑工地等典型的裝配式建筑供應鏈內創(chuàng)建一個智能的建筑環(huán)境。在一個典型的預制生產工廠中，生產設備都配有RFID閱讀器，因為它們是增值點，必須實時監(jiān)控其工作狀態(tài)?；A設施即服務層面臨的風險包括生產設備故障風險、運輸設備故障風險、信息采集設備故障、GPS定位失敗風險等。

(2)平臺即服務層。平臺即服務層作為連接基礎設施即服務層和軟件即服務層之間的橋梁，由一個支持物聯(lián)網的工業(yè)計算機、可視性和可追蹤性工具(BIM軟件)以及數據存儲器組成。利用該層定期從項目的不同運營數據源中提取數據，如生產計劃、運輸過程、組裝任務管理等，通過整合來自不同視角和不同細節(jié)層面的項目數據展示項目建設階段的全貌。平臺即服務層面臨的風險包括計算機技術風險、RFID數據丟失風險、網絡不穩(wěn)定、BIM信息與實際不符等。

(3)軟件即服務層。軟件即服務層主要包含為生產計劃、物料計劃、計劃運輸和調度、現場資產管理等服務的ERP、SCM等軟件。供應商通過租賃的方式提供軟件服務，供應商負責對企業(yè)數據的保存以及對軟件的維護。軟件即服務層面臨的主要風險包括服務器不穩(wěn)定風險、供應商中斷服務的風險、租賃費用提高的風險等。

(4)用戶層及其他風險。除了上述三個服務層的風險外，還會面臨用戶層的技術問題、工人隊伍不穩(wěn)定、人為失誤等帶來的人為風險。自然災害等不可抗力可能造成貨物損壞以及供應中斷，企業(yè)信譽受損會帶來客戶的流失，因此加入了自然災害和企業(yè)信譽風險。

3 基于FMEA的物聯(lián)網環(huán)境下的裝配式建筑供應鏈風險評估

基于物聯(lián)網技術研發(fā)的裝配式建筑質量追溯系統(tǒng)在雄安新區(qū)某項目得到應用。針對該項目的參與者共發(fā)放問卷220份，發(fā)放對象包括裝配式建筑質量追溯系統(tǒng)研發(fā)企業(yè)，以及預制構件生產企業(yè)、運輸企業(yè)、施工企業(yè)。收到可用答卷95份，回收率為43.2%，其中系統(tǒng)研發(fā)企業(yè)22份，占比23%；預制構件生產企業(yè)35份，占比37%；運輸企業(yè)17份，占比18%；施工企業(yè)21份，占比22%。

3.1 FMEA應用介紹

與目前廣泛應用的模糊層次分析法、OWA算子等風險評估方法相比，FMEA是一種成熟的分析方法，用于研究信息系統(tǒng)中可能出現的故障。它可以用來系統(tǒng)評估和衡量風險因素，而不需要復雜的統(tǒng)計方法[10]。FMEA的應用如下：受訪者被要求對風險的嚴重程度(S)、發(fā)生頻度(O)和檢測容易度(D)進行評估，從1到7的等級中進行打分。為了方便受訪者回答和避免對數字混淆，提供每個風險等級的定義，風險等級見表2。FMEA方法中使用的風險后果可檢測性，是本研究中的一個重要因素。通過檢測能夠改變風險后果發(fā)生的可能性，并采取措施以防止負面影響的產生，有助于后續(xù)的風險處理。

表2 風險等級

在對S、O、D三個維度進行評估后，FMEA根據風險的三個維度計算風險系數(Risk Priority Number，RPN)，并根據風險系數確定風險因素的優(yōu)先級，計算公式如式(1)所示

RPNi=Si×Oi×Di，?i

(1)

對于給定的風險因子i，RPNi越高，該事件的風險就越大。計算RPN后，主要風險通過Pareto圖進行識別。識別主要風險因素后，要求受訪者確定所有與供應鏈主要風險相關的潛在原因和影響，并為他們提到的每種潛在原因或影響指定一定程度的分值(1—極不可能，2—不可能，3—中等，4—可能，5—極可能)。調研數據將用以相關性分析，以確定主要風險因素之間潛在的相關性。相關系數在[-1，1]之間變化，以反映風險因子間的相關關系：正相關(+1)、負相關(-1)或無相關性(0)。相關性分析反映了管理者對主要風險因素之間關系程度的看法，不涉及財務或其他績效評估數據。

3.2 風險評估與分析

使用FMEA方法計算每種潛在風險的RPN。將調查問卷中關于嚴重性、發(fā)生頻度和檢測容易度的每個答案乘以選擇它的受訪者數量，并將數據總和除以參與的總人數。以嚴重性為例，計算公式見式(2)。將RPN計算為每種風險因素的嚴重性、發(fā)生概率和檢測容易度的乘積，計算公式見式(3)。最終結果見表3。

表3 風險因素的風險系數

(2)

式中，xis為對風險i嚴重性打s分的人數。

(3)

結果的描述性統(tǒng)計表明，與物聯(lián)網相關的風險被認為對供應鏈有中等偏上的影響(平均=4.89)，它們偶爾會發(fā)生(平均值=4.11)，并且難以檢測(平均值=4.24)。三套服務系統(tǒng)之間的比較表明，與基礎設施即服務和軟件即服務相比，平臺即服務相關風險被視為“風險略高”。

使用Pareto圖分析確定7個重要風險因素，風險因子RPN的Pareto圖如圖2所示。由風險因子RPN的排序和累計百分比可知，帕累托規(guī)則(80/20效率法則)并不適用于本研究，因為總風險因子的約2/3占累積百分比的80%。鑒于與物聯(lián)網應用下的裝配式建筑供應鏈相關風險來自不同的建筑行業(yè)，所選風險的重要性分布更加均勻。

圖2 風險因子RPN的Pareto圖

從圖2可知，生產設備故障、核心數據安全、計算機技術、信息與實際不符、工人隊伍不穩(wěn)定、企業(yè)信譽、服務器不穩(wěn)定7個風險因子RPN分值均在100分以上，7個風險因子的RPN的累計百分比占總數的70%，表明這7個風險因子是物聯(lián)網環(huán)境下裝配式建筑供應鏈風險的主要因素。

與顏波[5]、曹慧娟等[6]基于物聯(lián)網的農產品供應鏈風險研究相比，本研究的主要風險因素中增加了生產設備故障和工人隊伍不穩(wěn)定風險因子，去除了自然災害和傳感設備故障風險因素。在裝配式建筑預制部件生產環(huán)節(jié)中，設備故障會導致制造延遲和影響預制部件成品的質量，預制部件是裝配式建筑的主要組成部分，關系到整體結構的安全，因此該風險因素在整個供應鏈風險中占據主宰地位。工人隊伍不穩(wěn)定將導致生產進度和施工進度延遲，裝配式建筑需要成熟穩(wěn)定的施工隊伍，由于我國建筑施工企業(yè)長期習慣勞務外包，人員流動性大[11]。預制部件生產企業(yè)現在大部分也是仿照施工企業(yè)進行勞務外包，導致工廠工人隊伍不穩(wěn)定。與農產品相比，預制部件由鋼筋和混凝土組成，具有很強的抗壓能力和耐久性，并且其組裝生產過程主要在廠房車間進行，因此運輸和生產過程受自然災害的影響相對較小。在裝配式建筑供應鏈中傳感設備的使用較少，因此其影響也較小。

3.3 風險因子之間的相關性

相關性分析采用雙變量相關分析研究主要風險因素(RPN超過100)的潛在關系。相關性分析對風險管控階段至關重要，如果兩個風險因素之間存在正相關關系，則可以同時實現對兩種風險的管控；如果存在負相關關系，則對一種風險的管控可能會對其他風險造成相反的影響。運用SPSS軟件的Pearson分析功能對主風險因素進行相關性分析，分析結果見表4。相關性判別標準如下：0—不相關；±0.1～±0.4—弱；±0.4～±0.7—中等；±0.7～±1.0—強相關性。

結果支持對風險因素之間相關性的一些預期。分析顯示屬于同一類別的因素之間具有強相關性，風險管理者對于三者的風險管控既可以協(xié)同推進，也可以優(yōu)先集中管理核心數據安全風險，以緩解其他兩種風險因素產生的不良后果。值得關注的是相關性的一些額外觀察結果。首先，結果顯示企業(yè)信譽和工人隊伍不穩(wěn)定之間存在顯著的相關性(0.750；P<0.01)，一個信譽良好的企業(yè)更能贏得工人的信賴，工人隊伍就會愈加穩(wěn)定；其次，生產設備故障與企業(yè)信譽之間存在顯著的相關性(0.603；P<0.05)，設備故障發(fā)生率越高，產品的質量越會受到影響，進而導致企業(yè)信譽受損。

表4 主要風險之間的相關性

4 結語

本文依據物聯(lián)網體系結構識別裝配式建筑供應鏈風險因素，建立包含4個層次、共計18個因素的供應鏈風險框架，采用FMEA分析方法確定各層次風險因素的相對重要度，通過Pearson分析法對主要風險因素之間的相關性進行分析，得出以下結論：物聯(lián)網環(huán)境下裝配式建筑供應鏈的主要風險因素包括生產設備故障、核心數據安全、計算機技術、BIM信息與實際不符、工人隊伍不穩(wěn)定、企業(yè)信譽、服務器不穩(wěn)定。這些風險因素大多與物聯(lián)網技術相關，說明物聯(lián)網技術在降低傳統(tǒng)裝配式建筑供應鏈風險的同時，也給供應鏈帶來新的風險因素。服務器不穩(wěn)定與核心數據安全、計算機技術之間存在強相關性，企業(yè)信譽與工人隊伍不穩(wěn)定之間存在強相關性。根據風險之間的相關性，有助于管理者制定整體的風險管控策略，提升風險的可控性。本文的局限性在于主要分析集中于物聯(lián)網技術應用帶來的新風險，沒有考慮政策法規(guī)、消費者認識、行業(yè)標準等風險因素，這也是未來研究的方向。