共享工地倉儲空間信息下的建筑供應鏈協同研究

鄭海莎

（西南交通大學，四川　成都　610031）

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共享工地倉儲空間信息下的建筑供應鏈協同研究

鄭海莎

（西南交通大學，四川成都610031）

為了分析工地倉儲空間容量不確定信息對建筑材料配送決策和總承包商倉儲決策的影響，在總承包商傳統材料接收政策和總承包商成本最優材料接收政策兩種情形下，分別建立了傳統材料供應模式和總承包商主導供應商無合作模式的供應鏈決策模型。通過Monte Carlo方法模擬材料供應的整個過程，對比不同模式下供應鏈上各成員的最優決策和收益，發現相對于傳統材料供應鏈，總承包商主導供應商無合作供應鏈更有利于實現供應鏈協同，特別是材料貨源充足時，材料供應商之間不需要合作就可實現建筑供應鏈的帕累托最優；當材料貨源不充足時，需要通過材料供應商間的合作，實現建筑供應鏈的帕累托最優。

工地倉儲空間；信息共享；建筑供應鏈；協同；空間約束；多供應商

1　引言

自從制造業供應鏈思想應用到建筑業中，提出建筑供應鏈概念后，建筑供應鏈逐漸成為一種新興的并具有發展潛力和應用前景的建筑材料供應協同方式［1］，特別是大數據時代下，BIM（Building Information Modeling）定制化建造的發展對建筑供應鏈協同管理水平提出了更高的要求［2］。由于建筑材料或部件（后統稱：建材）配送決策和工地倉儲決策與工地倉儲空間容量信息緊密相關，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，同時建材具有價格低、體積大、需要較大場地存儲等特點［3］，導致工地存放建材空間有限且不確定。總承包商工地處于建筑供應鏈下游，下游信息的共享且有效利用是實現建筑供應鏈有效運行的條件［4］，同時建筑材料的采購與配送會對建筑工程項目的成本控制和工期進度產生重要影響［5］，迫切需要相關理論來研究總承包商工地倉儲空間容量不確定信息共享下對建材配送決策和總承包商倉儲決策的影響，即待解決的問題是，總承包商工地倉儲空間容量不確定信息共享下，總承包商與多個材料供應商如何建立協作關系，協調配送和倉儲建筑材料，以合適的時間、合適的數量、合理的成本，從多個供應商運到施工工地。

目前，國內外學者對于建筑供應鏈上企業合作的建立［6-11］、建筑供應鏈信息化［12-13］等方面進行了卓有成效的研究。Lamming（1993）提出了與傳統競爭采購相對立的合作采購概念［8］，在Hamaza等（1999）對建筑供應鏈的研究中顯示，合作伙伴關系能夠讓供應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主與承包商之間的競合關系［7］。Bankvall等（2010）的研究顯示，建筑供應鏈中的連續供應鏈與匯集供應鏈增加了建筑供應鏈協同的難度［10］。蘇菊寧等（2010）研究了由業主和建筑商組成的兩級建筑供應鏈，實現了項目工期控制目標協調優化和供應鏈的帕累托改善［11］。研究顯示供應商與總承包商的合作有利于實現供應鏈的帕累托改善，為實現合作，ERP系統的引入是建筑供應鏈信息共享研究的主要方向。Rouhani（2014）研究了建筑業選擇ERP系統的原則［13］，Ozorhon和Cinar（2015）識別了建筑業成功實施ERP信息系統的關鍵要素［12］。

現有的建筑供應鏈協同研究大多面向建筑供應鏈構建可行性和建筑信息系統選擇，針對關鍵共享信息的應用，尚未形成實質性的研究成果。然而，供應鏈合作關系確定并共享信息后，要實現供應鏈有效運作還有賴于共享信息的分析［4］。針對該問題，本文在考慮幫助總承包商精細化管理建材配送的基礎上，基于工地倉儲空間容量不確定信息共享，提出了總承包商工地倉儲決策和材料供應商配送決策模型和方法，以便總承包商制定合適的倉儲策略和材料供應商制定合適的配送策略，從而促進供應鏈集成的有效實現，以及充分發揮供應鏈的優勢。本文是李毅鵬和馬士華（2013）［12］研究的擴展，從供應鏈角度研究了總承包商和材料供應商的協同，同時明確了供應商之間合作的條件。

2　符號描述與模型假設

在供應同時使用材料的供應商與總承包商形成的多供應商單一需求方的兩階段供應鏈中，研究假設工程建筑需要同時使用兩種材料進行施工，不失一般性，兩種材料均為庫存材料，特點為單價不高、倉儲保存條件相對比較簡單，需求量較大，建材供應商通常保有一定量的庫存，接到采購訂單后，在短時間內，按訂單需求進行配送［15］。為簡化模型，供應商處的材料存儲成本屬于沉沒成本，供應商的提前期和材料使用時間均不考慮。由于建筑工程材料供應與制造業不同，一般不需要連續配送，由施工工地場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，為了保證不會因為材料缺貨而導致工程停工，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空間，否則對材料供應商進行懲罰。相關符號描述如下：

DA，DB：材料A和材料B的需求量

SA，SB：材料供應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，概率密度函數為v（x）（v（x）＞0），概率分布為V（x），為非減函數，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際接收量；

pA，pB：材料A和材料B的單位價格；

hA，hB：材料A和材料B在施工工地單位存儲費用；

tA，tB：材料A和材料B的單位配送成本；

m：材料A和材料B第一次配送未達到總承包商要求量的單位懲罰成本。

3　供應鏈協同分析

材料A和材料B根據工程建筑需要配合使用，總承包商在確定材料供應商后，將工程項目所需材料A和材料B用料計劃下達給相應供應商。總承包商之后根據工地倉儲空間和接收策略接收送達材料并存放。供應商會根據接到的通知安排材料配送，材料配送到達工地后如無空間存儲，供應商安排退貨和二次送貨。

供應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，材料供應商成本表示為：

3.1傳統材料供應鏈模型

傳統材料供應模型下，總承包商根據工地存放空間（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有庫存量搶先送貨，即SA≤DA和SB≤DB，占用工地倉儲空間，先到者如工地存儲空間足夠則全部接收，如未能達到訂購量，產生懲罰成本；否則退回無法存儲部分，產生退貨和二次配送費用，材料供應商無懲罰成本，同理可確定后到材料供應商成本，材料供應商之間存在競爭關系。根據式（2），不同情況下材料供應商A成本見表1。

推論1：傳統材料供應鏈模型下，當材料供應商配送量滿足一定條件時，材料供應商的期望成本最小；材料供應商最優成本與供應鏈最優成本不一致。

由于公式計算和推導十分復雜冗長，本文第4部分將通過Monte Carlo模擬仿真方法來驗證該推論。

表1　傳統材料供應鏈下供應商A成本

3.2總承包商主導供應商無合作供應鏈模型

由此可見，當前供應鏈下倉儲空間的隨機性對總承包商最低成本無影響。此時，總承包商材料接收政策為：根據工地存放空間（V）分配各材料倉儲空間，即其 中同 理 ，其中

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

表2　總承包商主導供應商無合作供應鏈下材料供應商A成本

推論2：在總承包商主導供應商無合作供應鏈下，總承包商期望成本最低，不受倉儲空間不確定性的影響且為常數；當材料供應商配送量滿足一定條件時，材料供應商存在最優配送量使得材料供應商期望成本最低，并且整個供應鏈期望成本達到最低。

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造成缺貨停工，同時假設工地存儲空間滿足正態分布，V～Ν（μ,δ2），m=3 751，δ=375.1。利用Monte Carlo模擬材料供應鏈的整個過程，對工地倉儲空間產生100 000個隨機變量。材料供應商送達材料的時間在總承包商規定的配送時間窗內呈均勻分布，供應商配送決策在［0,DA］或［0,DB］均勻分布。

表3　算例參數值

4.2計算結果

計算結果如圖1所示，由圖1可知兩種供應鏈下均存在最優配送量使得供應商期望成本最低；在最優配送量下，比較兩種不同供應鏈的材料供應商期望成本、總承包商期望成本和供應鏈期望成本，可看出總承包商主導下的供應鏈各項成本均低于傳統供應鏈下的期望成本，特別值得注意的是，在傳統供應鏈下材料供應商最優配送決策未能導致最優供應鏈期望成本，而總承包商主導下材料供應商最優配送決策與最優供應鏈期望成本一致。可見，總承包商主導供應商無合作供應鏈優于傳統供應鏈。

4.3敏感性分析

采用敏感性分析了在供應商主導供應鏈模型下的幾種情況：（1）材料供應商不按最優配送量決策對另一材料供應商配送決策的影響；（2）單位懲罰成本與運輸成本比率變化；（3）倉儲空間μ變化；（4）倉儲空間δ變化對總承包商主導供應鏈的影響，計算結果如圖2至圖5所示。

圖2顯示總承包商主導供應商無合作供應鏈下，存在最優配送量使得材料供應商的期望成本最低；當另一材料配送量時，材料供應商A的配送決策不變，期望成本不變，且為最低。當時，材料供應商 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致的。同理可得材料B的最優配送量。因此，得到管理啟示如下：在總承包商主導供應鏈模式下，材料供應商按配送材料，供應商成本達到最低，總承包商成本為常數，則整個供應鏈成本達到最低；當存在未滿倉懲罰成本時，材料A和B貨源充足，材料供應商會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，供應商之間不需要合作，整個供應鏈成本達到最低；當材料A和B貨源不充足時，材料供應商會受自身供應能力約束，配送決策影響另一供應商成本，材料供應商為獲得最小期望成本，供應商之間需要相互合作，按SA/SB=a比例配送材料，從而使整個供應鏈成本達到最低。

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

圖1　兩種供應鏈下各期望成本比較

圖2　總承包商主導供應鏈下材料供應商A期望成本

由圖4可知 μ變大，說明倉儲空間均值變大，隨之材料最優配送量增加，但材料供應商期望成本和供應鏈期望成本在一定范圍內保持不變，直到倉儲空間增加到足夠大時，材料供應商期望成本和供應鏈期望成本迅速下降。當δ不變，μ變大，倉儲空間的不確定減少，減少了材料供應商因倉儲空間不確定性導致的成本，圖5進一步顯示δ變化對材料供應商和供應鏈期望成本的顯著影響，說明對δ的估計越準確，成本降低越顯著。

5　結論與展望

工地倉儲空間容量與建筑材料配送決策和工地倉儲決策緊密相關，在工地建筑材料存放空間信息不確定下，通過信息共享，提出了實現供應鏈帕累托最優的接收政策和配送決策的模型，研究發現相對于傳統的供應鏈，總承包商主導供應商無合作供應鏈能有效地達到供應鏈最低期望成本；特別是當材料貨源充足時，材料供應商之間不需要合作，整個供應鏈期望成本和供應鏈上企業期望成本達到最優；當材料貨源不充足時，通過材料供應商之間的合作，整個供應鏈期望成本和供應鏈上企業期望成本達到最優。通過敏感性分析得出，懲罰成本雖是工程順利開展的保證，但需要合理設置，否則會導致供應鏈期望成本迅速增加；同時工地建筑材料存放空間信息越準確，越有利于降低供應鏈期望成本。

本文不僅局限于建筑供應鏈，可擴展到其它考慮存儲空間限制的供應鏈配送與倉儲決策，但仍存在進一步研究的空間，如考慮非庫存材料的供應不確定性、供應提前期以及批量運送等影響、多周期建筑材料供應鏈協同研究等，使得供應鏈達到最佳協同。

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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　單位懲罰成本與運輸成本比率變化對總承包商主導供應鏈的影響

圖4　倉儲空間μ變化對總承包商主導供應鏈的影響

圖5　倉儲空間δ變化對總承包商主導供應鏈的影響

F426.91；F274

A

1005-152X（2016）01-0131-05

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

2015-12-14

國家留學基金管理委員會訪問學者項目（201507005035）；四川省科技廳軟科學項目（2014ZR0170）；成都市科技項目（2015-RK00-00003-ZF）

鄭海莎（1977-），女，四川樂山人，西南交通大學交通運輸與物流學院講師，博士，研究方向：物流與供應鏈管理、風險管理、創新管理等。