施工庫存管理體系研究論文

　　一、引言

　　上海世博會(huì )已在2010年10月31日落下帷幕，由上百個(gè)各國場(chǎng)館所共同組成的大型群體項目在短時(shí)間內共同快速推進(jìn)給世人留下了深刻印象。在世博園區內，其中經(jīng)上海市發(fā)改委立項的園區工程建設項目就多達110項，規劃總建筑面積約200多萬(wàn)平方米，為了確保工程建設在2010年5月1日順利開(kāi)園，工程總量大且進(jìn)度目標嚴肅。在參與建設的各方通力配合下，最終共同完成了這一目標，造就了“上海速度”，其工程管理的寶貴經(jīng)驗值得發(fā)掘與借鑒。在世博會(huì )場(chǎng)館建設過(guò)程中，各場(chǎng)館排列緊湊，間距較小，施工現場(chǎng)可供存放建筑材料的庫存面積小。這就對施工現場(chǎng)庫存管理提出了很高的要求，既要求不能一次訂購超出現場(chǎng)庫存能力的數量，又要求建材供應不能出現間歇，即庫存為零的狀況。要滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，就需要提供精確的訂貨數量與供貨時(shí)間，還要對出現的各種原因引起“斷供”情況提供相應的應急方案。此外，雖在開(kāi)工前可以確定大部分物料需求的品質(zhì)、數量、價(jià)格等關(guān)鍵信息，但由于在限定的工期內物料供應需求量大，且品種繁多，對供應時(shí)間上又有著(zhù)嚴格的要求，往往與最終實(shí)施結果與計劃相差甚遠。會(huì )出現工程費用超支、工期延誤等不利結果，如何在施工過(guò)程中根據實(shí)際變化情況，實(shí)施動(dòng)態(tài)管理也成為管理者需要考慮的一大難題。

　　二、施工現場(chǎng)庫存管理

　　（一）施工現場(chǎng)與一般制造業(yè)庫存管理的區別

　　施工現場(chǎng)庫存管理是建設工程項目管理體系中的一項重要工作，涉及到現場(chǎng)布置規劃［1］和庫存管理兩個(gè)方面，貫穿于項目建設的全過(guò)程。其起源于制造業(yè)庫存管理方法與理念，如經(jīng)濟生產(chǎn)批量、物料需求計劃（MRP）和準時(shí)生產(chǎn)制［2］（JIT）及精細生產(chǎn)等新的生產(chǎn)方式，但又與一般制造業(yè)庫存管理有著(zhù)很大不同之處，參照文獻［3-4］歸納二者區別后詳見(jiàn)表1。因此，從一般制造業(yè)學(xué)習的理念與方法是無(wú)法全盤(pán)直接復制到建筑業(yè)的，針對施工現場(chǎng)庫存應加以區別研究。

　　（二）運籌學(xué)中的庫存管理問(wèn)題

　　在現有的庫存管理相關(guān)研究方法中，運籌學(xué)方法較為成熟，李忠富等采用了動(dòng)態(tài)規劃構建了建筑企業(yè)庫存動(dòng)態(tài)存儲模型，從企業(yè)的視角對多項目庫存進(jìn)行規劃［3］。MichaelJ.Horman等通過(guò)對物料庫存系統調節來(lái)緩沖建設過(guò)程中出現的不確定性帶來(lái)的風(fēng)險，并與勞動(dòng)力進(jìn)行協(xié)調分析，提升了整體建設效率［4］。基于運籌學(xué)的方法一般都需要較強的假設條件與數學(xué)抽象，如統計模型中有關(guān)概率分布的假設，而實(shí)際的施工現場(chǎng)庫存管理則包含了很多復雜的、不確定的因素（例如，組織、個(gè)人等等），同時(shí)庫存協(xié)調是一種“牽一發(fā)動(dòng)全身”的系統反饋問(wèn)題，導致了模型的結構十分復雜，這使得運籌學(xué)的方法不能很好地解決這一類(lèi)問(wèn)題。

　　（三）系統動(dòng)力學(xué)在庫存管理上的應用

　　系統動(dòng)力學(xué)（SystemDynamics）由美國麻省理工學(xué)院的福瑞斯特教授于［5］1956年創(chuàng )立，在20世紀50年代末成為一門(mén)獨立完整的學(xué)科，是一門(mén)分析研究信息反饋系統的學(xué)科；是一門(mén)交叉、綜合性的探索如何認識和解決社會(huì )、經(jīng)濟、生態(tài)和生物等一類(lèi)復雜大系統問(wèn)題的學(xué)科；是一門(mén)擅長(cháng)于解決多重反饋、非線(xiàn)性、高階、時(shí)變的復雜問(wèn)題的學(xué)科。國內已有不少學(xué)者將系統動(dòng)力學(xué)引入到建設項目管理領(lǐng)域。天津大學(xué)雷榮軍、畢星指出“系統動(dòng)力學(xué)方法與傳統項目管理方法是相輔相成的關(guān)系，傳統項目管理方法在項目計劃等方面有著(zhù)不可替代的作用，而系統動(dòng)力學(xué)方法更側重于項目的宏觀(guān)管理，側重于對難于準確量化的復雜因素的分析”［6］。哈爾濱工程大學(xué)趙金樓、齊英同樣采用了系統動(dòng)力學(xué)研究了建設項目的人力與物質(zhì)之間的資源平衡問(wèn)題［7］；同濟大學(xué)王宇靜、李永奎針對大型復雜建設項目管理中的計劃問(wèn)題進(jìn)行了系統動(dòng)力學(xué)建模研究［8］。在這些研究之中，較少有直接針對建設項目現場(chǎng)庫存管理問(wèn)題。而系統動(dòng)力學(xué)在誕生之初就被應用在制造業(yè)庫存管理上，其較好地仿真了經(jīng)歷了復雜銷(xiāo)售和采購動(dòng)態(tài)調整之后所引起的庫存變化，得出了一系列研究成果。但在建筑業(yè)，項目在開(kāi)始之初，就已經(jīng)確定了建筑物的各項特征，不存在銷(xiāo)售的預測失準問(wèn)題。正是不同于制造業(yè)這一特點(diǎn)，決定了依照制造業(yè)建立的系統動(dòng)力學(xué)庫存管理模型都不適用于施工現場(chǎng)的庫存進(jìn)行仿真，需要建立具有針對建筑業(yè)的現場(chǎng)庫存管理模型。另一方面，由于建設速率的非線(xiàn)性，工程受供貨、資金多方面影響。建設工程項目在實(shí)際運行過(guò)程中還會(huì )出現各種突發(fā)情況，為及時(shí)調整，采用系統動(dòng)力學(xué)建模的方式較為方便，只需調整相關(guān)參數或變量即可立即獲得新結果，可以快速為制定決策提供新的依據。

　　三、施工現場(chǎng)庫存管理因果關(guān)系分析

　　因果關(guān)系圖是系統動(dòng)力學(xué)描述系統常用的一種方法，不同于一般的有向圖，它具有很強的實(shí)際意義。施工現場(chǎng)庫存管理的因果關(guān)系如圖1所示。由于場(chǎng)地庫存上限的限制，建材庫存的單次訂購量被限制，配合建筑物施工進(jìn)度，往往需要多次訂購，當建筑物施工結束時(shí)，訂購停止。本文欲通過(guò)對比建材庫存與場(chǎng)地庫存上限的差距量，來(lái)判斷是否需要啟動(dòng)訂購流程。當差距量達到訂購要求時(shí)，激發(fā)訂購流程，并根據訂購量來(lái)確定資金需要量。啟動(dòng)支付資金后，建材庫存獲得補充，開(kāi)始施工，如此形成一個(gè)負反饋回路。建筑物一般需要建設完成后才能交付業(yè)主，并非現貨交易，大多數工程是根據工程完成進(jìn)度階段性支付。且承包商是從業(yè)主方獲得支付后再支付給建材供應商，這一過(guò)程中必定會(huì )出現延遲，模型中也加以考慮。在圖中兩處延遲標記分別代表資金支付延遲和庫存調節延遲。

　　四、施工現場(chǎng)鋼材庫存模型

　　因果關(guān)系圖只能描述反饋結構的基本方面，無(wú)法區別表示狀態(tài)變量、輔助變量等概念。若要更詳細地描述系統的特性，還需要借助流圖來(lái)表示，圖2即為施工現場(chǎng)鋼材庫存系統動(dòng)力學(xué)流圖。

　　（一）建設速率

　　為衡量建筑物的建設速率，模型采用了平方米/天作為計量單位。建設工程前期多為施工準備及較難施工的基礎工程階段，此時(shí)建設速率較為平緩，當基礎工程完成后，進(jìn)入主體工程階段時(shí)，建設速率則會(huì )大為提升，對物料的需求和消耗也進(jìn)入高峰階段。后期進(jìn)入裝修裝飾階段時(shí)，主體工程已經(jīng)完工，建設速率又進(jìn)入一個(gè)較為緩和的階段。因此，遵循建設工程的基本客觀(guān)規律，建設速率是一條非線(xiàn)性曲線(xiàn)（如圖3所示），借助于Vensim仿真軟件中的表函數功能，可以描述這一過(guò)程。而建筑物的建成量則呈現“S”型增長(cháng)，建設完成后，曲線(xiàn)尾部恒定在計劃建造量所設定的初始值，而計劃建造量曲線(xiàn)的尾部則歸零。

　　（二）鋼材庫存

　　建設工程量確定后，根據相關(guān)研究及實(shí)踐經(jīng)驗對建設速率進(jìn)行估算，建設速率的增減與工程對物料需求的增減呈現正比。從建設工程造價(jià)的角度分析，物料消耗占整個(gè)建設工程的70%，其中鋼材和混凝土又占據物料消耗的40%左右，混凝土商品化后，不存在施工現場(chǎng)的庫存問(wèn)題。因此，模型選擇了建設工程中最常使用的鋼材為主要研究對象，鋼材庫存是整個(gè)模型中的核心，其變化水平，決定了整個(gè)系統的運作效率。其表達式為：鋼材庫存=INTEG（采購率-日消耗率，30）（1）

　　（三）調節量與訂購量

　　建設工程施工進(jìn)度受多方因素影響，包括天氣、人工等，因此，對第二天的庫存預估較為精確，可以通過(guò)精確核對來(lái)判斷是否啟動(dòng)采購流程，但在日消耗量較大的情況下，庫存調節有可能會(huì )出現滯后情況。調節量是由日消耗率和鋼材庫存共同決定的，如（2）式所示。訂購量主要由場(chǎng)地庫存上限決定，由于施工需要，鋼材必須堆放在施工現場(chǎng)，但大部分施工現場(chǎng)通過(guò)規劃紅線(xiàn)被嚴格限定，除去建筑物自身占地面積、塔吊、道路、辦公場(chǎng)所后，留給場(chǎng)地庫存面積并不是很多。并且，相關(guān)法律規范規定，建材不得存放在已完成工程內部。所以，從施工開(kāi)始到施工結束，場(chǎng)地庫存的上限基本是一個(gè)恒定的數值，而單次訂購量要小于或等于該場(chǎng)地的庫存上限。因此，整個(gè)工程所需全部鋼材需多次采購完成，并且每次啟動(dòng)采購流程通過(guò)訂購量的函數來(lái)判斷。調解量與采購量的函數表達式分別如下：調節量=日消耗率－鋼材庫存（2）訂購量=IFTHENELSEI{調節量殉〉乜獯嬪舷蕖獵ぞ比例：AND：建成量校奐蘋(píng)建造面積初始值-（場(chǎng)地庫存上限/預警比例）］，場(chǎng)地庫存上限，0}（3）（3）式表示當調節量殉〉乜獯嬪舷抻朐ぞ比例之積時(shí)，并且同時(shí)滿(mǎn)足（此處“：AND：”的含義為同時(shí)滿(mǎn)足其前后兩者的條件）建成量屑蘋(píng)建造面積初始值-（場(chǎng)地庫存上限/預警比例）時(shí)，單次訂購量=場(chǎng)地庫存上限，否則為0。此處并行限定“建成量屑蘋(píng)建造面積初始值-（場(chǎng)地庫存上限/預警比例）”，作用是最后一次貨物進(jìn)場(chǎng)之后終止采購。

　　（四）資金與資金調節時(shí)間

　　資金是項目實(shí)施的前提保障，項目資金有兩個(gè)視角，從業(yè)主方來(lái)看，資金為支出，從承包商角度來(lái)看，資金為收入。模型中的資金為承包商視角，由其支付給鋼材供應商。從工程經(jīng)濟的角度來(lái)看，資金具有時(shí)間價(jià)值，因此，資金有兩大屬性值得關(guān)注：資金量的大小與資金的支付時(shí)間。資金量與每次建材的訂購量息息相關(guān)，在模型中由于單次訂購量不能超出場(chǎng)地庫存上限，業(yè)主方一般采用按完成工程量按月?lián)��?shí)支付，減少對已方資金占用。另外，工程開(kāi)工前支付給承包商材料預付款供承包商資金周轉。承包商使用這筆資金采購建材，業(yè)主在工程結束前支付給承包商的工程款中按比例扣回。業(yè)主方資金的支付受各種因素影響，有時(shí)并不能按約定時(shí)限支付，是造成工程停工的一個(gè)重要原因。在模型中所設置的資金調節時(shí)間即為此考慮，當資金支付遇到延遲時(shí)，可以將其與正常約定支付情況做對比分析，為承包商制定鋼材采購決策提供依據。

　　五、模型仿真與分析

　　根據上述設置，本節以2010年上海世博會(huì )園區某展覽館為例進(jìn)行仿真驗證，本場(chǎng)館計劃建造面積為5000m2，工期為100天，仿真步長(cháng)設置為1天。建設速率如圖3所示，峰值為200m2/天。根據參考文獻［9］和工程實(shí)際情況取值分析，確定本模型中建筑物含鋼量為0.05t/m2。為了批量采購獲取總價(jià)和運費優(yōu)惠，每次采購量固定為與場(chǎng)地庫存上限為同一值，即30t。一般在工程開(kāi)始施工前，業(yè)主都會(huì )支付工程材料預付款，因此，場(chǎng)地初始庫存值為30t。

　　（一）庫存不足預警

　　鋼材庫存的控制目標是既不超出場(chǎng)地存放上限，也不至于無(wú)料可用。當鋼材庫存不足時(shí)，需要補充庫存，由于補充庫存有一定的延遲，如果待到鋼材全部用完再下訂單，則會(huì )出現施工停滯待料狀態(tài)，輕則會(huì )造成施工人員窩工、機械閑置、工期延誤等損失，重則造成施工單位的違約賠付。為避免此種狀況的出現，模型中設置了預警比例這一常量。當施工現場(chǎng)鋼材庫存量降至某一水平線(xiàn)，即設定預警比例與場(chǎng)地庫存上限值的乘積之下時(shí)，啟動(dòng)采購流程，補足差額。預警比例的取值范圍為0至100%，0代表不預警，庫存直至用完后啟動(dòng)采購；100%代表與場(chǎng)地庫存上限值相等，庫存滿(mǎn)倉時(shí)，依然啟動(dòng)采購。預警比例的取值應將鋼材庫存波動(dòng)控制在合理范圍之內，如圖4中鋼材庫存所示，波谷代表了觸碰到了預警值，啟動(dòng)采購，波峰代表庫存經(jīng)歷采購后庫存得到了補充。鋼材庫存變動(dòng)控制在0至30之間，即達到了控制的預期目標。而引起庫存增減的兩大因素分別為消耗和采購，二者的變動(dòng)與庫存變化息息相關(guān)。圖4中日消耗率與施工進(jìn)度正相關(guān)，鋼材庫存在日消耗率達到峰值的前后時(shí)間段內波動(dòng)劇烈，代表了采購頻繁。圖4采購率的每次波峰代表一次采購值，隨之，帶來(lái)鋼材庫存出現一個(gè)新的波峰。最后一次采購率波峰低于之前，是由于剩余工程量所需鋼材低于場(chǎng)地庫存上限值，而不需要采購滿(mǎn)倉。當預警比例取不同的值時(shí)，仿真結果如圖5所顯示，當預警比例取高值時(shí)，在庫存還有較多剩余的狀態(tài)下就啟動(dòng)了采購程序，結果造成多次波峰超出場(chǎng)地庫存上限水平（30t）；當預警比例取值過(guò)低時(shí)，則出現多次波谷低于0的狀態(tài)，即停工待料狀態(tài)。由于工程開(kāi)始和結束不涉及到采購，因此，無(wú)論預警比例的高低，變化曲線(xiàn)在工程開(kāi)始和結束是重疊在一起的。預警比例的高低直接影響著(zhù)采購和施工工期，預警比例過(guò)低則會(huì )出現無(wú)料可用，預警比例過(guò)高則會(huì )出現庫存還未使用完畢，新批次無(wú)法全部入庫的窘境。過(guò)高或過(guò)低均不利于庫存管理，確定合理的預警比例，對整個(gè)施工過(guò)程順利進(jìn)行起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在本模型中，當預警比例取3%時(shí)可以將庫存嚴格限制在0~30t之間，達到管控目標。

　　（二）支付延遲影響

　　在工程啟動(dòng)后，因各種原因會(huì )出現支付延遲，支付的延遲對初始計劃有著(zhù)較大的影響。本模型分別對正常支付和延遲支付兩種情況進(jìn)行比較分析。正常支付情況下的函數表達式如（4）式所示，延遲支付情況下的函數表達式如（5）式所示。資金=訂購量×鋼材單價(jià)（4）資金=訂購量×鋼材單價(jià)-10×PULSE（40，10）×鋼材單價(jià)（5）（5）式所仿真的情況是：在工程進(jìn)展到第40天時(shí)，業(yè)主方延遲支付了10t鋼筋價(jià)款，共持續了10天。圖6中細線(xiàn)是（4）式的仿真結果，粗線(xiàn)是（5）式的仿真結果。從圖中可以看出，在第40天到50天內，代表（5）式的粗線(xiàn)波動(dòng)劇烈，比正常支付情況下，多出幾次波峰，但這幾次的波峰均低于正常采購量。說(shuō)明了承包商采用了“少量多次”采購的策略應對少支付的10t鋼筋價(jià)款缺口，雖有一次庫存量低于零，但通過(guò)與鋼材供應商協(xié)調采用賒購的辦法，并實(shí)時(shí)調整了后續采購步調，基本上保證了正常施工需求，避免了停工待料的情況。

　　六、結論

　　本文采用系統動(dòng)力學(xué)仿真的方法，從施工承包商的視角出發(fā)，構建了施工現場(chǎng)鋼材庫存模型，并以2010年上海世博會(huì )園區某展覽館為例，對這一模型進(jìn)行模擬仿真，并根據仿真結果制定施工材料采購計劃，在滿(mǎn)足施工現場(chǎng)存貨能力受限的條件下，保證了施工材料供應的連續性，為施工順利進(jìn)行提供了保障，并通過(guò)最大限度的批量采購獲得了經(jīng)濟效益。最后，根據模型仿真結果，提出通過(guò)主動(dòng)修改施工材料采購計劃解決對于貸款延遲支付這一影響正常施工的常見(jiàn)問(wèn)題，相比于承包商長(cháng)期以來(lái)的墊資或停工的解決方法，一定程度上降低了承包商的風(fēng)險。文中所構建的施工現場(chǎng)鋼材庫存模型，具有一定的普適應，隨著(zhù)我國城市化進(jìn)程的加快，可以預見(jiàn)未來(lái)在建筑密度較高的城市進(jìn)行施工時(shí)，施工場(chǎng)地多會(huì )受到局限，施工現場(chǎng)庫存管理的好壞對施工是否能夠順利完成起著(zhù)至關(guān)重要的作用。本研究的局限性在于所仿真的系統是單個(gè)項目，而施工企業(yè)往往是多項目并行，多項目的施工現場(chǎng)庫存管理更為復雜，是本文下一步研究的方向。

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