共享工地倉儲(chǔ)空間信息下的建筑供應(yīng)鏈協(xié)同研究

鄭海莎

（西南交通大學(xué)，四川　成都　610031）

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共享工地倉儲(chǔ)空間信息下的建筑供應(yīng)鏈協(xié)同研究

鄭海莎

（西南交通大學(xué)，四川成都610031）

為了分析工地倉儲(chǔ)空間容量不確定信息對(duì)建筑材料配送決策和總承包商倉儲(chǔ)決策的影響，在總承包商傳統(tǒng)材料接收政策和總承包商成本最優(yōu)材料接收政策兩種情形下，分別建立了傳統(tǒng)材料供應(yīng)模式和總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作模式的供應(yīng)鏈決策模型。通過Monte Carlo方法模擬材料供應(yīng)的整個(gè)過程，對(duì)比不同模式下供應(yīng)鏈上各成員的最優(yōu)決策和收益，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)材料供應(yīng)鏈，總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈更有利于實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈協(xié)同，特別是材料貨源充足時(shí)，材料供應(yīng)商之間不需要合作就可實(shí)現(xiàn)建筑供應(yīng)鏈的帕累托最優(yōu)；當(dāng)材料貨源不充足時(shí)，需要通過材料供應(yīng)商間的合作，實(shí)現(xiàn)建筑供應(yīng)鏈的帕累托最優(yōu)。

工地倉儲(chǔ)空間；信息共享；建筑供應(yīng)鏈；協(xié)同；空間約束；多供應(yīng)商

1　引言

自從制造業(yè)供應(yīng)鏈思想應(yīng)用到建筑業(yè)中，提出建筑供應(yīng)鏈概念后，建筑供應(yīng)鏈逐漸成為一種新興的并具有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的建筑材料供應(yīng)協(xié)同方式［1］，特別是大數(shù)據(jù)時(shí)代下，BIM（Building Information Modeling）定制化建造的發(fā)展對(duì)建筑供應(yīng)鏈協(xié)同管理水平提出了更高的要求［2］。由于建筑材料或部件（后統(tǒng)稱：建材）配送決策和工地倉儲(chǔ)決策與工地倉儲(chǔ)空間容量信息緊密相關(guān)，考慮到建筑工地受到工程地理位置的影響，以及上一工序物料消耗速度的影響，同時(shí)建材具有價(jià)格低、體積大、需要較大場(chǎng)地存儲(chǔ)等特點(diǎn)［3］，導(dǎo)致工地存放建材空間有限且不確定?？偝邪坦さ靥幱诮ㄖ?yīng)鏈下游，下游信息的共享且有效利用是實(shí)現(xiàn)建筑供應(yīng)鏈有效運(yùn)行的條件［4］，同時(shí)建筑材料的采購與配送會(huì)對(duì)建筑工程項(xiàng)目的成本控制和工期進(jìn)度產(chǎn)生重要影響［5］，迫切需要相關(guān)理論來研究總承包商工地倉儲(chǔ)空間容量不確定信息共享下對(duì)建材配送決策和總承包商倉儲(chǔ)決策的影響，即待解決的問題是，總承包商工地倉儲(chǔ)空間容量不確定信息共享下，總承包商與多個(gè)材料供應(yīng)商如何建立協(xié)作關(guān)系，協(xié)調(diào)配送和倉儲(chǔ)建筑材料，以合適的時(shí)間、合適的數(shù)量、合理的成本，從多個(gè)供應(yīng)商運(yùn)到施工工地。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于建筑供應(yīng)鏈上企業(yè)合作的建立［6-11］、建筑供應(yīng)鏈信息化［12-13］等方面進(jìn)行了卓有成效的研究。Lamming（1993）提出了與傳統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)采購相對(duì)立的合作采購概念［8］，在Hamaza等（1999）對(duì)建筑供應(yīng)鏈的研究中顯示，合作伙伴關(guān)系能夠讓供應(yīng)鏈上全部參與者受益［9］。許婷（2009）用演化博弈論方法研究了業(yè)主與承包商之間的競(jìng)合關(guān)系［7］。Bankvall等（2010）的研究顯示，建筑供應(yīng)鏈中的連續(xù)供應(yīng)鏈與匯集供應(yīng)鏈增加了建筑供應(yīng)鏈協(xié)同的難度［10］。蘇菊寧等（2010）研究了由業(yè)主和建筑商組成的兩級(jí)建筑供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目工期控制目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化和供應(yīng)鏈的帕累托改善［11］。研究顯示供應(yīng)商與總承包商的合作有利于實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的帕累托改善，為實(shí)現(xiàn)合作，ERP系統(tǒng)的引入是建筑供應(yīng)鏈信息共享研究的主要方向。Rouhani（2014）研究了建筑業(yè)選擇ERP系統(tǒng)的原則［13］，Ozorhon和Cinar（2015）識(shí)別了建筑業(yè)成功實(shí)施ERP信息系統(tǒng)的關(guān)鍵要素［12］。

現(xiàn)有的建筑供應(yīng)鏈協(xié)同研究大多面向建筑供應(yīng)鏈構(gòu)建可行性和建筑信息系統(tǒng)選擇，針對(duì)關(guān)鍵共享信息的應(yīng)用，尚未形成實(shí)質(zhì)性的研究成果。然而，供應(yīng)鏈合作關(guān)系確定并共享信息后，要實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈有效運(yùn)作還有賴于共享信息的分析［4］。針對(duì)該問題，本文在考慮幫助總承包商精細(xì)化管理建材配送的基礎(chǔ)上，基于工地倉儲(chǔ)空間容量不確定信息共享，提出了總承包商工地倉儲(chǔ)決策和材料供應(yīng)商配送決策模型和方法，以便總承包商制定合適的倉儲(chǔ)策略和材料供應(yīng)商制定合適的配送策略，從而促進(jìn)供應(yīng)鏈集成的有效實(shí)現(xiàn)，以及充分發(fā)揮供應(yīng)鏈的優(yōu)勢(shì)。本文是李毅鵬和馬士華（2013）［12］研究的擴(kuò)展，從供應(yīng)鏈角度研究了總承包商和材料供應(yīng)商的協(xié)同，同時(shí)明確了供應(yīng)商之間合作的條件。

2　符號(hào)描述與模型假設(shè)

在供應(yīng)同時(shí)使用材料的供應(yīng)商與總承包商形成的多供應(yīng)商單一需求方的兩階段供應(yīng)鏈中，研究假設(shè)工程建筑需要同時(shí)使用兩種材料進(jìn)行施工，不失一般性，兩種材料均為庫存材料，特點(diǎn)為單價(jià)不高、倉儲(chǔ)保存條件相對(duì)比較簡單，需求量較大，建材供應(yīng)商通常保有一定量的庫存，接到采購訂單后，在短時(shí)間內(nèi)，按訂單需求進(jìn)行配送［15］。為簡化模型，供應(yīng)商處的材料存儲(chǔ)成本屬于沉沒成本，供應(yīng)商的提前期和材料使用時(shí)間均不考慮。由于建筑工程材料供應(yīng)與制造業(yè)不同，一般不需要連續(xù)配送，由施工工地場(chǎng)地限制造成的二次送貨，只需再一次供貨即可滿足工程需求，為了保證不會(huì)因?yàn)椴牧先必浂鴮?dǎo)致工程停工，總承包商要求第一次材料送貨量要盡量利用施工工地倉儲(chǔ)空間，否則對(duì)材料供應(yīng)商進(jìn)行懲罰。相關(guān)符號(hào)描述如下：

DA，DB：材料A和材料B的需求量

SA，SB：材料供應(yīng)商決定的第一次送貨量，SA≤DA，SB≤DB；

V：施工工地存放空間，具有不確定性，概率密度函數(shù)為v（x）（v（x）＞0），概率分布為V（x），為非減函數(shù)，且V（0）=0；

vA，vB：材料A和材料B單位所占空間；

rA，rB：施工工地的第一次配送材料可接收量；

RA，RB：施工工地的第一次配送材料實(shí)際接收量；

pA，pB：材料A和材料B的單位價(jià)格；

hA，hB：材料A和材料B在施工工地單位存儲(chǔ)費(fèi)用；

tA，tB：材料A和材料B的單位配送成本；

m：材料A和材料B第一次配送未達(dá)到總承包商要求量的單位懲罰成本。

3　供應(yīng)鏈協(xié)同分析

材料A和材料B根據(jù)工程建筑需要配合使用，總承包商在確定材料供應(yīng)商后，將工程項(xiàng)目所需材料A和材料B用料計(jì)劃下達(dá)給相應(yīng)供應(yīng)商?？偝邪讨蟾鶕?jù)工地倉儲(chǔ)空間和接收策略接收送達(dá)材料并存放。供應(yīng)商會(huì)根據(jù)接到的通知安排材料配送，材料配送到達(dá)工地后如無空間存儲(chǔ)，供應(yīng)商安排退貨和二次送貨。

供應(yīng)商成本包括送貨成本、退貨成本、二次送貨成本和送貨量小于總承包商可接收量的懲罰成本，材料供應(yīng)商成本表示為：

3.1傳統(tǒng)材料供應(yīng)鏈模型

傳統(tǒng)材料供應(yīng)模型下，總承包商根據(jù)工地存放空間（V）和配送量決定材料接收量，接收材料政策為：（1）先到材料，材料A先到其中同理可得材料B的接收量；（2）后到材料，根據(jù)工地剩余存放空間決定材料接收量，材料A后到其中同理可得材料B的接收量。

材料供應(yīng)商在接到總承包商材料需求信息后，為避免退貨或二次送貨成本，按收到的總承包商材料需求量和現(xiàn)有庫存量搶先送貨，即SA≤DA和SB≤DB，占用工地倉儲(chǔ)空間，先到者如工地存儲(chǔ)空間足夠則全部接收，如未能達(dá)到訂購量，產(chǎn)生懲罰成本；否則退回?zé)o法存儲(chǔ)部分，產(chǎn)生退貨和二次配送費(fèi)用，材料供應(yīng)商無懲罰成本，同理可確定后到材料供應(yīng)商成本，材料供應(yīng)商之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。根據(jù)式（2），不同情況下材料供應(yīng)商A成本見表1。

推論1：傳統(tǒng)材料供應(yīng)鏈模型下，當(dāng)材料供應(yīng)商配送量滿足一定條件時(shí)，材料供應(yīng)商的期望成本最?。徊牧瞎?yīng)商最優(yōu)成本與供應(yīng)鏈最優(yōu)成本不一致。

由于公式計(jì)算和推導(dǎo)十分復(fù)雜冗長，本文第4部分將通過Monte Carlo模擬仿真方法來驗(yàn)證該推論。

表1　傳統(tǒng)材料供應(yīng)鏈下供應(yīng)商A成本

3.2總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈模型

由此可見，當(dāng)前供應(yīng)鏈下倉儲(chǔ)空間的隨機(jī)性對(duì)總承包商最低成本無影響。此時(shí)，總承包商材料接收政策為：根據(jù)工地存放空間（V）分配各材料倉儲(chǔ)空間，即其 中同 理 ，其中

供應(yīng)商做配送決策時(shí)，考慮以下信息：工程項(xiàng)目材料用料需求、工地接收材料政策和工地倉儲(chǔ)空間信息。由于供應(yīng)商之間無信息溝通，供應(yīng)商分別做出配送決策，根據(jù)式（2），材料供應(yīng)商A在不同情況下的成本見表2。

表2　總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈下材料供應(yīng)商A成本

推論2：在總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈下，總承包商期望成本最低，不受倉儲(chǔ)空間不確定性的影響且為常數(shù)；當(dāng)材料供應(yīng)商配送量滿足一定條件時(shí)，材料供應(yīng)商存在最優(yōu)配送量使得材料供應(yīng)商期望成本最低，并且整個(gè)供應(yīng)鏈期望成本達(dá)到最低。

4　算例仿真與敏感性分析

4.1算例說明

沿用李毅鵬和馬士華（2013）［12］中的算例，將停工成本改為懲罰成本，原因是庫存材料通常不會(huì)造成缺貨停工，同時(shí)假設(shè)工地存儲(chǔ)空間滿足正態(tài)分布，V～Ν（μ,δ2），m=3 751，δ=375.1。利用Monte Carlo模擬材料供應(yīng)鏈的整個(gè)過程，對(duì)工地倉儲(chǔ)空間產(chǎn)生100 000個(gè)隨機(jī)變量。材料供應(yīng)商送達(dá)材料的時(shí)間在總承包商規(guī)定的配送時(shí)間窗內(nèi)呈均勻分布，供應(yīng)商配送決策在［0,DA］或［0,DB］均勻分布。

表3　算例參數(shù)值

4.2計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如圖1所示，由圖1可知兩種供應(yīng)鏈下均存在最優(yōu)配送量使得供應(yīng)商期望成本最低；在最優(yōu)配送量下，比較兩種不同供應(yīng)鏈的材料供應(yīng)商期望成本、總承包商期望成本和供應(yīng)鏈期望成本，可看出總承包商主導(dǎo)下的供應(yīng)鏈各項(xiàng)成本均低于傳統(tǒng)供應(yīng)鏈下的期望成本，特別值得注意的是，在傳統(tǒng)供應(yīng)鏈下材料供應(yīng)商最優(yōu)配送決策未能導(dǎo)致最優(yōu)供應(yīng)鏈期望成本，而總承包商主導(dǎo)下材料供應(yīng)商最優(yōu)配送決策與最優(yōu)供應(yīng)鏈期望成本一致?？梢?，總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈優(yōu)于傳統(tǒng)供應(yīng)鏈。

4.3敏感性分析

采用敏感性分析了在供應(yīng)商主導(dǎo)供應(yīng)鏈模型下的幾種情況：（1）材料供應(yīng)商不按最優(yōu)配送量決策對(duì)另一材料供應(yīng)商配送決策的影響；（2）單位懲罰成本與運(yùn)輸成本比率變化；（3）倉儲(chǔ)空間μ變化；（4）倉儲(chǔ)空間δ變化對(duì)總承包商主導(dǎo)供應(yīng)鏈的影響，計(jì)算結(jié)果如圖2至圖5所示。

圖2顯示總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈下，存在最優(yōu)配送量使得材料供應(yīng)商的期望成本最低；當(dāng)另一材料配送量時(shí)，材料供應(yīng)商A的配送決策不變，期望成本不變，且為最低。當(dāng)時(shí)，材料供應(yīng)商 A送決策為期望成本最低，但大于由配送量決定的期望成本，這是由期望未滿倉懲罰成本導(dǎo)致的。同理可得材料B的最優(yōu)配送量。因此，得到管理啟示如下：在總承包商主導(dǎo)供應(yīng)鏈模式下，材料供應(yīng)商按配送材料，供應(yīng)商成本達(dá)到最低，總承包商成本為常數(shù)，則整個(gè)供應(yīng)鏈成本達(dá)到最低；當(dāng)存在未滿倉懲罰成本時(shí)，材料A和B貨源充足，材料供應(yīng)商會(huì)自覺考慮總承包商材料接收政策，為保持成本最小，按比例配送，供應(yīng)商之間不需要合作，整個(gè)供應(yīng)鏈成本達(dá)到最低；當(dāng)材料A和B貨源不充足時(shí)，材料供應(yīng)商會(huì)受自身供應(yīng)能力約束，配送決策影響另一供應(yīng)商成本，材料供應(yīng)商為獲得最小期望成本，供應(yīng)商之間需要相互合作，按SA/SB=a比例配送材料，從而使整個(gè)供應(yīng)鏈成本達(dá)到最低。

圖3-圖5所示為參數(shù)變化對(duì)期望成本的影響。在供應(yīng)商期望成本中虛線表示不同參數(shù)影響下最優(yōu)配送決策連線，在供應(yīng)鏈期望成本中虛線表示最優(yōu)期望成本連線。由圖3可知，m tA比率越小，懲罰成本越小，材料最優(yōu)配送量不斷減少，供應(yīng)鏈期望成本降低，說明材料供應(yīng)商更趨向于利用第二次補(bǔ)貨政策進(jìn)行配送，這與總承包商工程利益不一致，所以需要設(shè)定一定的懲罰成本保證工程順利進(jìn)行。

圖1　兩種供應(yīng)鏈下各期望成本比較

圖2　總承包商主導(dǎo)供應(yīng)鏈下材料供應(yīng)商A期望成本

由圖4可知 μ變大，說明倉儲(chǔ)空間均值變大，隨之材料最優(yōu)配送量增加，但材料供應(yīng)商期望成本和供應(yīng)鏈期望成本在一定范圍內(nèi)保持不變，直到倉儲(chǔ)空間增加到足夠大時(shí)，材料供應(yīng)商期望成本和供應(yīng)鏈期望成本迅速下降。當(dāng)δ不變，μ變大，倉儲(chǔ)空間的不確定減少，減少了材料供應(yīng)商因倉儲(chǔ)空間不確定性導(dǎo)致的成本，圖5進(jìn)一步顯示δ變化對(duì)材料供應(yīng)商和供應(yīng)鏈期望成本的顯著影響，說明對(duì)δ的估計(jì)越準(zhǔn)確，成本降低越顯著。

5　結(jié)論與展望

工地倉儲(chǔ)空間容量與建筑材料配送決策和工地倉儲(chǔ)決策緊密相關(guān)，在工地建筑材料存放空間信息不確定下，通過信息共享，提出了實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈帕累托最優(yōu)的接收政策和配送決策的模型，研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈，總承包商主導(dǎo)供應(yīng)商無合作供應(yīng)鏈能有效地達(dá)到供應(yīng)鏈最低期望成本；特別是當(dāng)材料貨源充足時(shí)，材料供應(yīng)商之間不需要合作，整個(gè)供應(yīng)鏈期望成本和供應(yīng)鏈上企業(yè)期望成本達(dá)到最優(yōu)；當(dāng)材料貨源不充足時(shí)，通過材料供應(yīng)商之間的合作，整個(gè)供應(yīng)鏈期望成本和供應(yīng)鏈上企業(yè)期望成本達(dá)到最優(yōu)。通過敏感性分析得出，懲罰成本雖是工程順利開展的保證，但需要合理設(shè)置，否則會(huì)導(dǎo)致供應(yīng)鏈期望成本迅速增加；同時(shí)工地建筑材料存放空間信息越準(zhǔn)確，越有利于降低供應(yīng)鏈期望成本。

本文不僅局限于建筑供應(yīng)鏈，可擴(kuò)展到其它考慮存儲(chǔ)空間限制的供應(yīng)鏈配送與倉儲(chǔ)決策，但仍存在進(jìn)一步研究的空間，如考慮非庫存材料的供應(yīng)不確定性、供應(yīng)提前期以及批量運(yùn)送等影響、多周期建筑材料供應(yīng)鏈協(xié)同研究等，使得供應(yīng)鏈達(dá)到最佳協(xié)同。

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Study on Construction Supply Chain Collaboration with Shared Construction Site Storage Space Information

Zheng Haisha
（Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China）

In this paper， in order to research the influence of the uncertainty of the construction site storage space information on theconstruction material distribution decision- making process and the head contractor storage decision- making process， we established thesupply chain decision-making model for the traditional material supply mode and the head contractor dominated mode with no cooperationamong the suppliers for the two scenarios where the head contractor practiced the traditional material acceptance policy and the costoptimizedmaterial acceptance policy， simulated the whole operational process of the supply chain using the Monte Carlo method， comparedthe optimal decisions and benefits of the supply chain members under different modes， and at the end， elaborated on the findings reached.

construction site storage space；information sharing；construction supply chain；collaboration；space constraint；multiple supplier

圖3　單位懲罰成本與運(yùn)輸成本比率變化對(duì)總承包商主導(dǎo)供應(yīng)鏈的影響

圖4　倉儲(chǔ)空間μ變化對(duì)總承包商主導(dǎo)供應(yīng)鏈的影響

圖5　倉儲(chǔ)空間δ變化對(duì)總承包商主導(dǎo)供應(yīng)鏈的影響

F426.91；F274

A

1005-152X（2016）01-0131-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.01.034

2015-12-14

國家留學(xué)基金管理委員會(huì)訪問學(xué)者項(xiàng)目（201507005035）；四川省科技廳軟科學(xué)項(xiàng)目（2014ZR0170）；成都市科技項(xiàng)目（2015-RK00-00003-ZF）

鄭海莎（1977-），女，四川樂山人，西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院講師，博士，研究方向：物流與供應(yīng)鏈管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、創(chuàng)新管理等。