李忠富，江 鹏,，李 舵

(1.大连理工大学建设管理系，辽宁 大连 116024； 2.中国人民解放军92330部队，山东 青岛 266100)

0 引言

强军兴军是中华民族伟大复兴的战略支撑，为实现新时期强军目标，军队需要加快机械化信息化智能化融合发展并提高发展的质量效益[1]，作为军队后勤保障的重要组成部分的营房工程也急需步入现代化发展[2]。军队营房是保障军队战备、训练、科研、生活、教学的军事设施，多为钢筋混凝土结构。由于历史和自然原因，现有营房质量参差不齐，对广大官兵的工作和生活造成一定的影响[3]。同时国家战略方向不断调整，大范围的兵员调整、远距离机动换防将成为常态化，因原有营房面积不足而新建营房的现象逐渐增多，如何高质量高效率地完成营房建设成为一项重要研究课题。

目前营房建设已实现社会化保障，建设物资主要通过社会化采购完成供应，有关研究多关注于营房的管理模式[1,3]、规划设计[2]、绿色节能改造[4]以及技术研发实践[5]等方面。由于传统混凝土现浇技术方案相对成熟，对施工人员和运输条件的要求不高，营房建设在大多情况下采用传统现浇方案[3]，但其易受天气影响、工期延误风险大等缺陷明显，既会影响部队的正常工作和训练，也未能满足新时期的现代化需求和可持续发展要求。与此同时，具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理[6-7]等特点的装配式建造方式逐渐被引入营房工程，2018年陆军与住房和城乡建设部共同签署了《深化军民融合发展推进陆军军事设施转型建设战略合作协议》，在军队营房领域开展装配式建造技术应用的研究试点[8]。营房工程的功能空间布置较为固定，建筑与结构设计相对简约统一，符合装配式混凝土建筑标准化、模块化、产品化的特点，具有实施装配式建造方案的先天优势。一些研究开始探讨装配式建造技术在营房工程的可行性[5]，探索拆装式营房、集装箱式营房等技术的具体应用[9]，但对于营房建造方案量化评估和决策的研究数量较少，有关决策未能贴合新时期需求，需要在新时期背景下对营房建造方案评估和决策展开研究，从而助力营房建造水平的提升。

本质上营房建造方案决策是一个多属性决策问题，需要综合考虑军事、经济和社会多维因素。向量夹角余弦方法作为多属性决策的重要方法，适用于高维度正空间内的方案比选问题[10]，对本研究具有较好的契合性。因此，本文从新时期军队营房工程特点出发，针对营房建造方案构建决策指标体系，运用向量夹角余弦方法进行方案评估比选，以期为新时期营房建造方案的选择决策提供参考。

1 新时期军队营房建造方案决策指标体系构建

构建新时期军队营房建造方案决策指标体系是实施营房建造方案决策的基础，需要先明确营房工程的一般特点与新时期带来的变化，进而建立反映新时期需求的指标体系。

1.1 营房工程的一般特点

营房工程与普通民用建筑工程具有较大差异，其特点一般如下。

1)强调军事时效 营房工程必须满足军事需求，尽可能地缩短建设周期，尤其是在机动换防将成为常态化的情况下，以保障战备为主的营房工程的建造方案必须具备建设快捷性。

2)保密性 营房的建设地点、内部结构及战术要求都需要严格保密，施工场地需要封闭，并且对施工人员有所要求或限制，因此减少人工是必要的。

3)功能性和标准化 营房工程在要求安全可靠、结构坚固的同时，也注重包括指挥、战备、科研、训练、文体和住宿等实用功能；设计则采用标准化的、简单统一的形式即可，便于控制成本和降低建造难度。

4)非生产性 营房建设一般以军事、社会效益为主，满足国防和任务需要，经济效益并不是唯一决定要素。

1.2 新时期军队营房工程的特点分析

随着我国迈入新发展阶段，营房工程也面对着新的要求，主要体现在以下方面。

1)营房建设必须以遂行多样化的军事任务为牵引，适应包括边境防御、岛礁建设等多种战略任务，在满足安全可靠性和建设快捷性的基础上能与不同任务场景相匹配，包括交通运输、资源环境、技术人员和设备等条件。比如采用预制构件部品和装配式施工，能减少对木工、钢筋工等专业工种人员以及相应资源的需求，对于用水困难、用工紧缺的边远地区营房工程有着重要意义。

2)营房建造方案能配合紧急任务需要，在新时期军队还承担着自然灾害、疾病疫情等国家突发公共事件处置任务[9]，这对军队的快速部署以及撤收能力提出了较高要求，营房建造方案应当便于拆装和维修，相应建设物资可以进行战略储备，对于生产周期长但量大急需的建筑模块可通过适当储备来满足紧急供应需求，如野战方舱医院等。

3)就长远发展而言，营房建造需要引入智能信息技术的应用。现代化的军队应具备现代化的后勤保障能力，不断地向信息化和智能化方向发展[2]，营房建设也应转变模式，在高质量建设的同时提供信息化和智能化的营房设施。当然，稳定而持续的后勤也要求建设成本的经济性，优化建设资源的配置。

4)营房建设需要秉持绿色可持续发展理念，节约资源能源，减少建设和拆除活动对环境的影响[11]，比如城镇驻区的营房建设对周边环境的影响、临时营房的建设和拆解对环境的影响都需要控制到最小。

5)在新时期军民融合发展战略需要得到贯彻落实，将营房建设融入经济社会发展体系，营房建设应立足自身特性，充分利用社会资源的供给和庞大的建材部品生产能力，形成军民融合的产业链联动，实现区域资源的有效整合和军用与民用产业的协调发展。

通过上述分析，可将新时期营房工程的特点和需求归纳到军事、经济和社会3个维度，军事维度包括营房本身的安全性能以及营房建设是否快捷、便捷、智能和适应任务要求等等，经济维度主要指建设成本的经济性，社会维度则包括营房建设在资源和环境方面的可持续性以及军民融合发展等内容。

1.3 新时期军队营房建造方案决策指标体系的构建

鉴于当前有关营房建造方案决策的研究较少且未形成统一的指标体系，可参考民用建筑建造方案的评估和决策研究来考虑建造方案的性能表现。本文通过梳理有关建造方案决策的文献[7,10]，结合营房建造相关文献内容[1-5]以及前述分析的新时期军队营房工程特点，从军事、经济和社会角度出发，着眼于新时期任务要求和建造方案的差异，筛选出适用于营房建造方案决策的指标。为保证指标因素能满足研究需要，本研究与7名军事设施建设部门的专家分别进行了访谈，并组织了两轮讨论会，归纳和提炼相近指标，剔除冗余指标，最终建立新时期军队营房建造方案决策的指标体系如图1所示。

2 基于向量夹角余弦的新时期军队营房建造方案决策模型

军队营房建造方案决策是典型的多属性决策问题，故依照指标赋权、方案指标量化评估和方案比选决策的顺序建立营房建造方案的决策模型，相应步骤及内容如下。

2.1 基于OWA算子的指标赋权

一般以专家对评价指标的重要性评分作为指标权重，但会存在专家主观偏好导致的数据极端值问题，通过有序加权平均(ordered weighted averaging, OWA)算子赋权法可削弱数据极端值的不利影响。OWA算子的特点是对数据元素从大到小排序后再加权集结，权重只与元素所在的位置有关，同时集结方法可以多样化[12-13]。为使指标赋权更为客观，本文采用基于离散正态分布的OWA算子[14]，使权重具有对称性且服从离散正态分布，更贴合群决策处理离散数据的需要。步骤如下。

1)设n位专家对指标Ui(i=1,2,…,m)的初始重要性评分集结为向量(a1,a2,a3,…,an)，将初始重要性评分按从大到小的顺序重新排列得到向量(b1,b2,b3,…,bn)，bj是排列后第j大的重要性评分，计算bj的权重wj为：

(1)

(2)

(3)

2.2 指标量化评估

1)定量指标评估

本文在借鉴文献[10]的基础上对定量指标U2建设快捷性和U7建设成本做无量纲化处理。

对于U2建设快捷性，因营房工程必须按时保质保量完成(不可抗力除外)，故以营房建设任务规定的最长工期为限，即建造方案的计划工期应小于规定工期，且与规定工期之差越大越好，故U2的评价函数为：

(4)

式中：v为建设快捷性的得分；x为采用某一建造方案的计划工期；T0为营房建设任务规定的最长工期；Tmin为所有备选方案中最短的计划工期。

对于U7建设成本，以工程总承包商与军事设施建设部门拟定的合同总价为限，鉴于军队严格控制工程项目投资，建设成本应小于合同总价，且在合理范围内与合同总价的差值越大越好，故U7的评价函数为：

(5)

式中：v为建设成本的得分；x为采用某一建造方案的成本；C0为营房建设任务的合同总价金额；Cmin为所有备选方案中最低的成本金额。

2)定性指标评估

鉴于指标体系中除定量指标U2和U7外均为定性指标，且得分越高越好，故需组建评估专家小组，专家依据调研资料、项目情境与专业经验，确立定性指标评价的评语集{优，良，中，较差，差}作为指标隶属等级划分，确定相应的模糊测度区间为[1.0, 0.9]，(0.9, 0.7]，(0.7, 0.5]，(0.5, 0.3]，(0.3, 0]。先由专家打分法获取定性指标的原始决策信息，再通过采用线性加权平均法处理得到评分数据[15]，取各测度区间的中值作为代表值，计算定性指标的量化评估值vi为：

vi=(0.95×N1+0.8×N2+0.6×N3+

0.4×N4+0.15×N5)/N

(6)

式中：N1～N5为相应评语的测度区间内所含有专家评分的频数；N为专家总数。

3)计算合成评分

完成指标赋权后，利用指标Ui的初始评分vi和相对权重wi计算合成评分xi，公式为：

xi=wivi

(7)

2.3 基于向量夹角余弦的营房建造方案决策

向量夹角余弦法是运用数学几何的思维来比较方案实际值与理想目标值的方法，通过空间非零向量之间夹角的余弦值来衡量向量间相似性[15-16]。备选方案向量应当与理想方案向量的方向具有一致性，并不断向理想方案向量靠近，其夹角接近于零。故根据余弦函数的特性，向量夹角余弦值会在[0,1]内取值，两个向量的夹角越小则二者越接近。向量夹角余弦法与灰色评价法、TOPSIS法相比，能简洁直观地展示出方案的多维度表现，适用于在高维度正空间判断方案优劣的问题[10]，也可依据决策背景变化实施理想方案向量的动态调整，对本研究有较好的契合性。故为更全面直观地反映和比较营房建造方案表现的差异，本文采用向量夹角余弦法进行营房建造方案的比选决策。

(8)

ρi的值越大，第k个建造方案的合成评分向量Xk越接近理想方案向量X*，当ρi=1时为理想的最优情况。此外，在决策流程中还可增加方案初筛步骤，设定关键指标的评分阈值，满足实际决策的需要。

3 算例分析

以东部沿海区域某部队跨省移防至Q市需要建设现代化的新营区为例，项目按照“一保战备、二保生活”的原则，采用标准化的营房设计，包括3栋宿舍楼、1栋办公指挥楼、1栋活动楼、2栋库房共计7栋多层建筑。因移防对时间节点要求严格，建设必须满足快捷性要求，任务规定工期最长为360d，项目建设成本要求在7 000万元以内。同时，考虑到未来可能的紧急任务需要，本营区希望试点实施能匹配部队紧急部署和撤收要求的建造方案。根据工程需要，拟定了3个备选建造方案，并邀请相关领域专家对建造方案进行整体评估和选择，其中，建造方案M1主要采用混凝土现浇结构，建造方案M2主要采用50%装配率的装配式混凝土建造结构，建造方案M3则采用装配式钢结构，相应方案的工期和建设成本如表1所示。

表1 备选建造方案的工期和成本

3.1 赋权和指标评估

1)权重计算

由5名军事设施建设部门的专家组成评估小组对一级指标和二级指标分别进行重要性打分。为使重要性评分规范化，要求打分区间为0～5分且为0.5的整数倍。以指标U51，U52，U53，U54的赋权为例，初始重要性评分如表2所示。

表2 部分指标初始重要性评分

根据式(3)得二级指标的相对权重向量w5=(0.260, 0.250, 0.255, 0.235)，同理可得其他二级指标权重向量w3=(0.363, 0.637)，w4=(0.539, 0.461)，w8=(0.360, 0.640)，以及一级指标的权重向量w0= (0.161, 0.179, 0.116, 0.123, 0.111, 0.065, 0.167, 0.052, 0.026)。

2)指标评估

邀请6名建设领域专家对备选建造方案的表现打分。对于定量指标U2和U7，将按式(4)与式(5)计算所得评分作为其初始评分；对于定性指标则按式(6)计算，对于含二级指标的一级指标，应以其所含二级指标评分的加权和作为初始评分，汇总一级指标的初始评分如表3所示。

表3 备选建造方案的一级指标初始评分

3.2 向量夹角余弦决策

1)方案决策

依照式(7)计算各指标的合成评分，得到各备选建造方案的合成评分向量，分别为：

X1= (0.149, 0.043, 0.057, 0.064, 0.069, 0.015, 0.167, 0.014, 0.009)T，

X2= (0.133, 0.104, 0.087, 0.100, 0.079, 0.053, 0.046, 0.035, 0.018)T，

X3= (0.118, 0.179, 0.091, 0.101, 0.076, 0.048, 0.028, 0.037, 0.014)T。

鉴于各指标的评分越接近1越好，设理想方案的评分向量为X*= (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1)T。当面对不同任务或决策背景时，理想方案的评分向量可由决策者调整，突出有明确要求的指标。

基于向量夹角余弦公式(8)计算得到不同建造方案的余弦值ρi：ρ1=0.771，ρ2=0.901，ρ3=0.843。

结果表明ρ2>ρ3>ρ1，即应优先选择采用装配式混凝土结构的建造方案M2完成项目建设，其次是采用装配式钢结构的方案M3，最后是采用传统现浇的方案M1。

2)结果分析

对赋权结果进行分析，发现军事维度一级指标的权重和为0.755，符合决策背景。建设快捷性、建设成本、安全可靠性的权重和为0.507，体现出了质量、进度、成本三大建设目标的优势地位。虽然传统现浇方案M1已明显落后于发展要求，但因其具有较高的安全可靠性和较低的建设成本，在非换防情境下仍被作为一般营房建设的常用方案。就长远发展而言，决策者对智能化、环保和军民融合等方面的重视会逐渐提升，更加强调发挥建造方案的综合优势而非只注重单方面性能要求，这也是方案M1的弱点所在，若其能结合工业化的技术和管理，比如采用现场工业化建造方法来提升建造方案的综合性能表现，将成为营房建设的新选择。

通过合成评分向量进一步分析方案在各指标维度的表现，可看出采用装配式混凝土结构的方案M2和采用装配式钢结构的方案M3在建设快捷性、生产供应能力、便捷性等体现新时期要求的指标方面具有明显的优势。尽管方案M2在一些方面的表现并不突出，其整体表现最优，且各维度表现较为均衡，建筑构件部品在工厂进行标准化和规模化的生产，减少现场湿作业并弱化天气和环境等外部条件的限制，更能与BIM等信息技术更紧密地相结合，既能提高质量又能缩短工期，也有助于节材、节水、节能和环保，尤其适用于新时期换防常态化背景下以战备为主、平战结合的营房建设。当然，方案M2建设成本稍高、对交通条件要求高等问题也需通过进一步的技术研发来解决。

采用装配式钢结构的方案M3则具有质量轻、便于战略储备和拆装的优点，符合紧急情况下快速建造临时营房的需求，特别是可拆卸移动、灵活组装的装配集装箱式营房更能迎合部队日益增多的野外驻训、演习和应急等任务需要。但方案M3在安全可靠性和建设成本方面的表现比方案M2还要略差一些。特别地，在现阶段的技术条件下，方案M1，M2和M3的适应性表现差异不大，均有其所适用的任务情境，故可在营区建设时将装配式建造技术与现浇技术组合使用，实现建造技术的优势互补，如注重安全可靠性的固定防御工事和库房主要采用现浇方案，注重功能性的营房可采用装配式混凝土结构方案，临时营房采用装配式钢结构方案。

4 结语

1)本文针对军队营房建造方案决策问题展开研究，在分析新时期营房工程特点和需求的基础上，构建了新时期营房建造方案决策的指标体系，能较为全面地反映新时期军队营房建设的要求和发展趋势。

2)研究将OWA算子和向量夹角余弦方法应用到营房建造方案决策过程中，合理地确定指标因素的权重和比较建造方案的综合水平，可为营房建造方案决策提供较为科学的方法支持。

3)算例分析的结果显示，采用装配式混凝土结构的建造方案更符合当前营房建设的需要，与新时期军队的使命任务相匹配。应当加大装配式建造技术在营房工程的试点工作，开发和完善装配式建造技术在各类功能营房、多种任务情境的应用。