VMI模式下裝配式建筑供應(yīng)鏈的庫(kù)存成本研究

王淑嬙，阮雨柯

(湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430068)

近年來(lái)，為解決傳統(tǒng)現(xiàn)澆生產(chǎn)方式帶來(lái)的高消耗、高投入、質(zhì)量問(wèn)題較多、勞動(dòng)生產(chǎn)率低下等問(wèn)題，國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑[1]。裝配式建筑的供應(yīng)鏈以裝配式建筑為對(duì)象,以各利益相關(guān)企業(yè)為載體,以風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、利潤(rùn)共享為導(dǎo)向的上中下游企業(yè)相互影響相互依存的動(dòng)態(tài)增值鏈[2]。當(dāng)前由于供應(yīng)鏈的協(xié)同優(yōu)勢(shì)并未完全體現(xiàn)出來(lái)，導(dǎo)致實(shí)際項(xiàng)目整體成本較高，進(jìn)而阻礙裝配式建筑的推進(jìn)。預(yù)制混凝土(Precast Concrete，PC)構(gòu)件作為裝配式建筑構(gòu)件的主要類型，從材料供應(yīng)、工廠生產(chǎn)到施工吊裝涉及不同參與方，庫(kù)存不足或堆積過(guò)量都會(huì)影響項(xiàng)目進(jìn)度并使整體庫(kù)存成本增加。由于庫(kù)存成本占項(xiàng)目總成本比重較大，因此對(duì)裝配式建筑供應(yīng)鏈庫(kù)存成本的研究十分必要。

供應(yīng)商管理庫(kù)存(Vendor Managed Inventory, VMI)是供應(yīng)鏈環(huán)境下的一種新的庫(kù)存管理方式，它可以在改善整個(gè)供應(yīng)鏈的庫(kù)存狀況和降低系統(tǒng)庫(kù)存的總成本方面發(fā)揮積極作用[3]。VMI模式的應(yīng)用打破了原材料供應(yīng)商，PC構(gòu)件廠，建筑施工企業(yè)三方各自為政的庫(kù)存管理模式，在該模式下要求上游供應(yīng)商了解下游企業(yè)的需求情況，同時(shí)對(duì)下游企業(yè)的庫(kù)存進(jìn)行管理，形成了上下游企業(yè)的信息集成。

VMI模式的有效實(shí)施需要與BIM技術(shù)深度融合，BIM信息化的特點(diǎn)可以幫助需求方提供準(zhǔn)確的物料清單(Bill of Materials，BOM)[4]，從而有助于制定更加準(zhǔn)確的需求計(jì)劃。供應(yīng)方與需求方雙方對(duì)此共同簽訂協(xié)議，由供應(yīng)方負(fù)責(zé)庫(kù)存的管理，并不斷監(jiān)督協(xié)議，反饋信息和修訂協(xié)議內(nèi)容，使庫(kù)存管理能夠持續(xù)改進(jìn)，從而使雙方獲得最低的成本[5]。

在已有文獻(xiàn)中，于霞[6]將VMI模式與傳統(tǒng)庫(kù)存方法相比，發(fā)現(xiàn)其合作性、互利性、互動(dòng)性、協(xié)議性等特點(diǎn)，說(shuō)明了VMI模式有利于實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上下游企業(yè)的雙贏；寧敏[7]針對(duì)A類產(chǎn)品庫(kù)存成本浪費(fèi)的問(wèn)題，采用VMI模式進(jìn)行實(shí)施，驗(yàn)證表明降低了物流成本，提高了成品利潤(rùn)；劉佳佳[8]以計(jì)劃期總成本最小為目標(biāo)，建立基于VMI模式的庫(kù)存——路徑優(yōu)化模型，以零售商庫(kù)存能力、車載容量限制等為約束條件，構(gòu)建需求隨機(jī)的多個(gè)周期內(nèi)以計(jì)劃期總成本最小為目標(biāo)的混合整數(shù)規(guī)劃模型；Hossain[9]在交貨期不確定性條件下，對(duì)一個(gè)供應(yīng)商、一個(gè)需求方帶懲罰性成本的集成庫(kù)存系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化，確保了集成的供應(yīng)商與需求方合作系統(tǒng)的總成本最小通過(guò)樣本分析，驗(yàn)證了模型的有效性;Sung Chul Kim[10]提出了在VMI和JIT條件下，提出EPQ(經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)數(shù)量)/EOQ(經(jīng)濟(jì)訂單數(shù)量)的數(shù)學(xué)決策問(wèn)題，得出供應(yīng)商在VMI和JIT下的最優(yōu)訂單數(shù)量,通過(guò)算例說(shuō)明了該方法預(yù)期不良率的影響，并進(jìn)行了靈敏度分析。上述文獻(xiàn)中，VMI模式主要應(yīng)用于零售業(yè)和制造業(yè)，建筑領(lǐng)域中的研究較少。

在分析裝配式建筑供應(yīng)鏈特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以VMI理論為指導(dǎo)，以BIM應(yīng)用作為技術(shù)支持，建立三層VMI模型，并通過(guò)實(shí)證驗(yàn)證模型的有效性。本文的研究思路如圖1所示。

圖 1 庫(kù)存成本研究思路圖

1 整個(gè)供應(yīng)鏈庫(kù)存管理存在的問(wèn)題

1)庫(kù)存壓力大。為了保證項(xiàng)目施工的有序進(jìn)行，PC構(gòu)件廠、施工企業(yè)通常需要大批量訂購(gòu)產(chǎn)品，易造成倉(cāng)庫(kù)積壓一定數(shù)量的產(chǎn)品，進(jìn)而造成大量的產(chǎn)品損耗，同時(shí)產(chǎn)生資源的浪費(fèi)，企業(yè)的流動(dòng)資金也會(huì)增加，導(dǎo)致庫(kù)存成本增高。

2)庫(kù)存管理人員工作效率低?，F(xiàn)場(chǎng)的工作人員沒(méi)有一套完整的工作體系，使得員工只完成自己相應(yīng)的本職工作，并未做出有效的信息傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致庫(kù)存管理問(wèn)題的產(chǎn)生[11]。

3)支撐技術(shù)應(yīng)用不足。盡管建設(shè)有信息平臺(tái)，但利用率不高，未對(duì)建筑供應(yīng)鏈的狀態(tài)進(jìn)行可視化和監(jiān)控，因此整條供應(yīng)鏈并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的信息交換。

2 基于BIM技術(shù)的VMI模式實(shí)現(xiàn)方法

2.1 VMI

使用VMI模式，解放了裝配式建筑供應(yīng)鏈上需求方頻繁訂貨和補(bǔ)貨的庫(kù)存管理工作，大幅降低庫(kù)存積壓風(fēng)險(xiǎn)[12]，由于VMI模式的引入，保證了構(gòu)件廠和施工方可快速獲取所需相關(guān)原材料和PC構(gòu)件，在供應(yīng)速度大幅提升的同時(shí)，也打破了各參與方之間的信任壁壘。在該模式下，上游供應(yīng)商可以直接了解到需求方材料的消耗情況，由此可以更好的安排原材料、PC構(gòu)件的采購(gòu)與生產(chǎn)計(jì)劃。因此，對(duì)于供應(yīng)鏈上各企業(yè)而言，VMI是一種雙贏的管理模式。

2.2 基于BIM技術(shù)的供應(yīng)商管理庫(kù)存實(shí)現(xiàn)方法

建筑施工企業(yè)通過(guò)BIM模型生成具有工序信息、工藝計(jì)劃的計(jì)劃物料清單(Planning Bill of Materials，PBOM),在確定存貨水平的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)劃部門(mén)和物資采購(gòu)部門(mén)，對(duì)訂單進(jìn)行需求預(yù)測(cè)，制定PC構(gòu)件廠的物資采購(gòu)計(jì)劃，PC構(gòu)件廠對(duì)此進(jìn)行制造生產(chǎn)，根據(jù)補(bǔ)貨計(jì)劃對(duì)建筑施工企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貨；PC構(gòu)件廠同樣在確定庫(kù)存水平以及結(jié)合工藝流程和生產(chǎn)線生成制造物料清單(Manufacturing Bill of Materials, MBOM)的基礎(chǔ)上對(duì)訂單進(jìn)行需求預(yù)測(cè)，原材料供應(yīng)商受到訂單反饋對(duì)其進(jìn)行原材料的補(bǔ)貨。操作流程如圖2所示。

圖 2 BIM與VMI結(jié)合的操作流程

VMI模式的提出，解決了下游方庫(kù)存壓力大的問(wèn)題，改變了傳統(tǒng)供應(yīng)鏈間的庫(kù)存管理方式，而B(niǎo)IM技術(shù)的引入可以有效解決供應(yīng)鏈間信息傳遞的問(wèn)題。VMI模式雙方在遵循目標(biāo)一致性與互惠性的原則下，建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，從而優(yōu)化供應(yīng)鏈庫(kù)存的管理。

基于VMI的管理模式和BIM技術(shù)支持，本文提出VMI 集成下三層供應(yīng)鏈的一種庫(kù)存管理策略，相鄰的上下游成員進(jìn)行VMI合作，以降低供應(yīng)鏈庫(kù)存成本為目標(biāo)，建立庫(kù)存成本模型。

3 模型建立

3.1 模型設(shè)定

本文是以S-F-R型三層供應(yīng)鏈為研究對(duì)象[13]，包括供應(yīng)商、PC構(gòu)件廠、建筑施工企業(yè)，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖 3 三級(jí)供應(yīng)鏈的VMI集成

其三者關(guān)系如下：

供應(yīng)商負(fù)責(zé)向PC構(gòu)件廠提供生產(chǎn)PC構(gòu)件的原材料，供應(yīng)商為了滿足PC構(gòu)件廠的訂單需求需要保持一定的原材料庫(kù)存。且PC構(gòu)件廠向供應(yīng)商所購(gòu)買(mǎi)的原材料不能立即投入生產(chǎn)，因此原材料也會(huì)在PC構(gòu)件廠產(chǎn)生庫(kù)存。

施工企業(yè)會(huì)購(gòu)買(mǎi)PC構(gòu)件廠生產(chǎn)出的PC構(gòu)件，PC構(gòu)件廠為了滿足施工企業(yè)的訂單需求，也需維持一定的庫(kù)存。同時(shí)PC構(gòu)件到貨至裝配完成需要時(shí)間，因此建筑施工企業(yè)也需要產(chǎn)生庫(kù)存。

供應(yīng)商和建筑施工企業(yè)沒(méi)有直接關(guān)系。

為完成模型的設(shè)定，本文做如下假設(shè)(參數(shù)設(shè)定如表1所示)：

表1 參數(shù)設(shè)置

1)以確定需求率、提前期且不允許缺貨的經(jīng)濟(jì)訂貨量策略為基礎(chǔ)，確定下游方的補(bǔ)貨策略；

2)供應(yīng)鏈三方需求信息共享，且下游方對(duì)上游方的需求是穩(wěn)定的，連續(xù)的；

3)需求方出現(xiàn)需求時(shí)，供貨商需立即做出反應(yīng)；

4)每次訂貨量是恒定不變的，且資金充足；

5)庫(kù)存單位儲(chǔ)存費(fèi)用不變；

6)VMI的合作只能在相鄰的上下游間進(jìn)行；

7)PC構(gòu)件廠生產(chǎn)力強(qiáng)，不允許缺貨。

3.2 VMI實(shí)施之前供應(yīng)鏈庫(kù)存成本

在VMI實(shí)施以前，原材料供應(yīng)商、PC構(gòu)件廠、建筑施工企業(yè)庫(kù)存管理，建筑施工企業(yè)庫(kù)存管理往往從自身利益最大化出發(fā)，來(lái)確定最優(yōu)訂貨批量。供應(yīng)商的庫(kù)存成本TCs是原材料庫(kù)存和需訂購(gòu)原材料的費(fèi)用之和；PC構(gòu)件廠的庫(kù)存成本分為兩部分：一部分庫(kù)存成本TCpc1為向供應(yīng)商訂購(gòu)生產(chǎn)構(gòu)件的原材料費(fèi)用，一部分庫(kù)存成本TCpc2為PC構(gòu)件廠生產(chǎn)出的PC構(gòu)件的庫(kù)存費(fèi)用和組織生產(chǎn)的費(fèi)用；建筑施工企業(yè)的庫(kù)存成本TCc為向PC構(gòu)件廠訂購(gòu)PC構(gòu)件的費(fèi)用和其持有的庫(kù)存費(fèi)用之和，在實(shí)施VMI以前，供應(yīng)商和PC構(gòu)件廠的庫(kù)存總成本為T(mén)C2，PC構(gòu)件廠和施工方的庫(kù)存總成本為T(mén)C1，其公式如表2所示。

表2 實(shí)施VMI前的庫(kù)存成本

整個(gè)供應(yīng)鏈的庫(kù)存總成本為：

(1)

3.3 VMI實(shí)施之后供應(yīng)鏈庫(kù)存成本

Q=kq,(k∈Z+)

(2)

則上游方的平均庫(kù)存水平為：

(3)

表3 實(shí)施VMI后的庫(kù)存成本

施工方和PC構(gòu)件廠的VMI庫(kù)存分析：通過(guò)表格上的公式，求得VMI實(shí)施后的PC構(gòu)件廠的最優(yōu)訂貨量：

則

(4)

PC構(gòu)件廠的訂貨量在實(shí)施VMI前后并無(wú)變化，但由于PC構(gòu)件廠的還需要管理施工方的庫(kù)存成本，因此PC構(gòu)件廠的庫(kù)存成本明顯增加。施工方和PC構(gòu)件廠實(shí)施VMI前后的庫(kù)存變化情況為：

(5)

當(dāng)V>1時(shí)，表示施工方和PC構(gòu)件廠建立VMI集成后降低了相關(guān)庫(kù)存總成本；當(dāng)V=1時(shí)，表示VMI的集成對(duì)供應(yīng)鏈的相關(guān)庫(kù)存總成本無(wú)影響；V<1時(shí)，表示施工方和PC構(gòu)件廠建立VMI集成后相關(guān)庫(kù)存總成本增加。當(dāng)V>1時(shí)，求解得

(6)

當(dāng)滿足上述公式時(shí)，即VMI實(shí)施后，施工方的訂貨費(fèi)用影響該相關(guān)庫(kù)存總成本。

PC構(gòu)件廠和供應(yīng)商的VMI分析：通過(guò)表格上的公式，求得VMI實(shí)施后的供應(yīng)商的最優(yōu)訂貨量為:

則

(7)

供應(yīng)商的訂貨量在實(shí)施VMI前后并無(wú)變化，且供應(yīng)商在實(shí)施VMI模式后，其庫(kù)存成本顯著增加。供應(yīng)商和PC構(gòu)件廠實(shí)施VMI前后的庫(kù)存變化情況為：

(8)

當(dāng)V>1時(shí)，表示供應(yīng)商和PC構(gòu)件廠建立VMI集成后降低了相關(guān)庫(kù)存總成本；當(dāng)V=1時(shí)，表示VMI的集成對(duì)供應(yīng)鏈的相關(guān)庫(kù)存總成本無(wú)影響；當(dāng)V<1時(shí)，表示供應(yīng)商和PC構(gòu)件廠建立VMI集成后相關(guān)庫(kù)存總成本增加。當(dāng)V>1時(shí)，求解得：

(9)

相同地，當(dāng)滿足上述公式時(shí)，即VMI實(shí)施后，PC構(gòu)件廠的訂貨費(fèi)用影響該相關(guān)庫(kù)存總成本。

基于上述分析，VMI系統(tǒng)由上游供應(yīng)商和下游需求方構(gòu)成，上游供應(yīng)商制定地訂貨費(fèi)用會(huì)影響上下游的總庫(kù)存成本，隨著訂貨費(fèi)用的增高，總的庫(kù)存成本也會(huì)升高，因此合理地訂貨費(fèi)用可保證供應(yīng)鏈上雙方都可獲利。

4 實(shí)例

在進(jìn)行VMI集成之前，二級(jí)供應(yīng)鏈的庫(kù)存成本分別為(結(jié)果保留兩位小數(shù))

整個(gè)供應(yīng)鏈庫(kù)存的總庫(kù)存成本為：

TC=TC1+TC2=592484.76 元

VMI模式實(shí)施以后，二級(jí)供應(yīng)鏈的庫(kù)存成本分別為：

整個(gè)三級(jí)供應(yīng)鏈的總庫(kù)存成本為：

VMI實(shí)施前后供應(yīng)商-PC構(gòu)件廠庫(kù)存成本，PC構(gòu)件廠-建筑施工企業(yè)庫(kù)存成本以及供應(yīng)鏈的總成本的對(duì)比如表4所示。

表4 VMI前后庫(kù)存成本對(duì)比

1)項(xiàng)目采用VMI集成后，供應(yīng)鏈總庫(kù)存成本節(jié)約43 302.19元，降幅7.31%。其中，供應(yīng)商與PC構(gòu)件采用VMI模式后，庫(kù)存節(jié)約了11 337.58元，PC構(gòu)件廠與施工企業(yè)采用VMI模式后，庫(kù)存成本降低了31 964.58元。通過(guò)對(duì)供應(yīng)鏈在VMI集成前后的庫(kù)存成本進(jìn)行對(duì)比分析，說(shuō)明在供應(yīng)鏈環(huán)境下，供應(yīng)商管理庫(kù)存模式有助于降低供應(yīng)鏈成本，提高公司效益。

2)BIM技術(shù)的應(yīng)用加快了訂單信息確認(rèn)的速度，通過(guò)采用VMI模式簽訂協(xié)議，在協(xié)議的制約下進(jìn)行信息共享，BIM技術(shù)和VMI模式的結(jié)合能促進(jìn)供應(yīng)鏈間上下游的協(xié)同，有效地降低了庫(kù)存壓力。

5 結(jié)論

在經(jīng)濟(jì)訂貨批量的基礎(chǔ)上，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行信息的輸出，建立了三級(jí)供應(yīng)鏈的庫(kù)存管理模型。通過(guò)對(duì)VMI集成前后的庫(kù)存成本進(jìn)行分析得出：利用VMI模式對(duì)供應(yīng)鏈上各參與方的庫(kù)存進(jìn)行集成管理，可使PC構(gòu)件廠和建筑施工企業(yè)訂貨成本大幅度下降，即使上游供應(yīng)商需要管理下游需求方的庫(kù)存而增加自身的庫(kù)存成本，但通過(guò)對(duì)該模型的驗(yàn)證得出該三級(jí)供應(yīng)鏈的庫(kù)存總成本是下降的，能提高整個(gè)供應(yīng)鏈的利潤(rùn)。

庫(kù)存成本是影響VMI集成其中的一項(xiàng)重要因素，整個(gè)VMI的集成與許多因素有關(guān)。本文僅從庫(kù)存成本的角度討論了 VMI 模式引入前后對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的影響，因此部分假設(shè)條件較為苛刻，在未來(lái)的研究中，將進(jìn)一步細(xì)化模型中復(fù)雜約束條件，以使模型能更加準(zhǔn)確地反映實(shí)際狀況，進(jìn)一步提高該方法的應(yīng)用價(jià)值。