近年来，装配式建筑成为我国建筑业转型升级的重要方向，在国家及各级地方政府的引导和推动下，装配式建筑市场不断扩大，其中住宅项目以预制混凝土构件(Precast Concrete，PC)为基本组成单元，大力发展装配式建筑的地区对PC构件的需求量大。PC构件生产方面对日益增多的订单量，需要改变以往依靠个人经验盲目安排生产的粗放式管理模式，以满足市场需求。

PC构件厂的主流生产模式为面向订单生产(Make-to-order，简称MTO)，即生产方在收到来自不同施工方的客户订单后，根据各订单提供的施工吊装计划进行生产批次组合安排，又称为按订单组合(Assemble-to-Order，简称为ATO)生产模式(如图1所示)。以重新组合后的生产需求计划为对象，结合生产能力和生产线特点，生成PC构件生产调度计划，用于指导工厂生产，以实现如期交货的目标。

受限于装配式建筑发展阶段和PC构件厂生产管理水平，PC构件的生产呈现如下特点：

PC构件厂的生产订单来源于不同施工方，根据各类订单吊装需求统筹安排生产，在一个生产周期内供应多个项目，通常每次生产1-2层的构件，遇到赶工的项目还需要调整生产计划“插队”完成加急订单，订单组合的动态性、多样性和复杂性使得排产情况不一而足，生产压力大。

工程实践中，协调工厂生产计划和现场装配进度之间的关系是生产调度的重点和难点。受各种因素影响施工吊装进度时常变更，很多情况下，施工方和生产方不是同一企业，即使EPC模式下也分属不同部门，很难及时准确地将变更后的信息传递给生产方，导致生产计划不能随之调整，以至于出现订单供应不及时或构件过量积压等问题。

当前PC构件的标准化程度较低，构件种类繁多，尺寸多样，差异化较大，为批量化生产带来困难。PC构件的生产方式分为固定模台生产和流水线生产。固定模台主要生产异形构件和部分加急构件，而流水线生产较为复杂，有的生产线仅能生产一种构件，有的生产线能生产多种构件。

根据订单量的大小和同一生产周期内构件的特点，生产车间可灵活安排生产线运转，一般情况下分为单构件单线生产、多构件单线生产和多构件多线生产。工厂根据订单特点选择不同的生产线组合方式。

综上所述，PC构件生产调度管理中需要解决2个核心的问题：一是跨组织或部门订单变更信息及时传递；二是针对订单动态性、多变性和多约束性等特点，建立订单组合模型(宏观排产)和生产线排产模型(微观排产)。避免人工排产的盲目性，在保证如期交货的前提下又能提升生产效率，减少延期交付的赔付成本或提前生产的库存成本，提升生产方对项目订单的供应能力。

为解决上述问题，拟将BIM技术作为跨组织(部门)订单信息变更传递的方法，以确保PC构件生产方任务来源的准确性；以JIT准时生产理论为指导，构建开放式订单组合模型，以满足多源动态订单灵活组合排产需求，计算出排产需求计划；以生产时间最短为排产目标，应用多构件多线生产方式建立生产线排产模型，用于指导构件厂实际生产。

在已有相关文献中，关于PC构件生产调度的研究集中于将不同资源约束条件加入排产模型进行计算，侧重于从生产流程的角度完善排产模型：相关研究的成果在一定程度上提高了排产的科学性，但也存在一定的局限性：(1)未考虑订单频繁变更因素；(2)未对当前ATO生产模式中订单组合算法进行研究；(3)生产线排产算法大都基于单构件单线生产方式进行模拟计算，与工厂实际生产方式差别较大，无法满足灵活排产的需求。

PC构件的生产要求与准时生产模式(Just In Time，JIT)十分契合，而BIM技术可以有效解决订单变更信息跨组织传递的实际问题，因此，本文以PC构件生产方为视角，以JIT准时生产理论为指导，基于BIM技术获取订单变更后的具体信息并及时调整生产计划，构建开放式的订单组合模型和生产线排产模型，最大限度地实现PC构件生产计划与施工进度计划的匹配。

JIT模式是指在正确的时间，生产正确数量的零件或产品，以最大限度地减少库存，在制造业中应用较为广泛。当前PC构件的生产具有多项目同时生产、多品种批量生产和按需供应等离散型制造业的特点，JIT理论能很好的指导其生产过程。PC构件厂生产的产品按订单供应给不同的项目，满足各个项目按层施工的进度需求，并保证构件生产和施工的连续性，在JIT生产方式下，生产方根据订单组合确保每种PC构件按需生产，既不过度超前超量，也不会出现短缺，以减小供货和存货压力，在进行模型创建时应充分考虑各订单生产与项目吊装需求的连续性。

装配式建筑的发展需与BIM技术深度融合，当前大型装配式住宅项目，施工方和生产方均有不同程度的应用BIM技术辅助施工和生产管理，为订单变更详细信息传递提供保障(基于BIM的订单信息传递流程见图2)。

基于JIT生产方式和BIM技术支持，构建开放式的订单组合算法，计算出工厂生产周期内的排产需求计划(宏观排产)，以最短生产时间为目标，建立生产线排产模型，通过多构件多线生产方式安排生产(微观排产)，减少构件在生产线上的无效等待时间，减少生产线无效空置时间，生成具体排产计划，解决交货期紧张时的排产问题，排产模型设计流程如图3所示。

为解决订单组合问题，构建开放式的订单组合算法，此算法由产品需求、资源数量和生产能力等因素构成，核心是生产方根据各施工方的订单数据，模拟订单组合方式，计算出合理的排产需求计划，用于指导下阶段生产线排产。订单组合算法主要由以下三类数据构成。

即同一生产周期内构件的数据集合，来源于不同订单的项目、楼栋、楼层之间的灵活组合。数据可以根据实际情况进行扩展或添加，以满足订单动态性的需求。

即生产线中参数的数据集合，如：生产线的流水节拍、模具的数量、工位数量、资源约束等。这些错综复杂的制约关系，都要转换成算法可以识别的参数。定义这些参数，并转换成约束的排列组合，定义这些参数的影响范围，形成详细的列表和说明。

是批次数据和约束组合的集合，通过某一个约束组合中记录的参数值来制约某一个批次中构件的排产需求。按特定的流水节拍、特定的约束机制，完整地执行，最终得到相应的排产需求计划。

排产目标：以排产需求计划中PC构件为生产对象，基于JIT最小库存的生产方式，求解生产时间最小值。

算法约束：以订单总构件量、生产线条数和单线日产能为约束条件。

基本假设：为便于问题的研究且不失一般性，基于以上描述和JIT特征，做如下假设及参数定义。(1)模型计算以层为单位，对其构件设置数量参数；(2)供应链属于JIT准时原则的拉动式管理，其优势在于最大限度地减少库存，施工单位的层节点需求量是生产单位的配送基本单元，需求时间即为生产单位的送货时间；(3)PC构件在运输阶段时效稳定，无到货延迟；(4)PC构件的生产供应链采用JIT方式，不设置安全库存。(参数设置见表1)。

基于生产时间最短的生产线排产逻辑如下：

(1)通过先来先服务队列，计算出内墙、外墙、固定模台生产线在单线生产模式下的总完成时间分别为T₁、T₂、T₃，计算出T₁、T₂、T₃的最小值T_min=(T₁，T₂，T₃)_min。

(2)比较T_min和T₁，T₂，T₃之间的关系。如果T_min=T₁，则表示三种生产线中内墙生产线最先完成任务，如果T_min=T₂，则表示三种生产线中外墙生产线最先完成任务，如果T_min=T₃，则表示三种生产线中固定模台生产线最先完成任务，根据表2的逻辑分别求解不同情况下的最小生产时间。

(3)按上述不同情况获取最小值。

(4)输出排产计划。

以武汉市某装配式住宅项目为例，由3栋单体组成，该项目的整体装配率超过50%，构件种类、数量较多，工期要求紧。项目采用EPC总承包模式，施工方和构件生产方分属同一集团下的不同分公司。项目在设计和施工阶段运用了BIM技术，首先基于BIM建模软件Planbar进行深化设计，再应用协同工作平台TIM实现模型与进度的关联，生成4DBIM模型，进行施工进度管理和物料管理，在TIM平台下实时更新施工进度计划，使得变更后的信息能够快速准确的传递给PC构件生产方。

对于PC构件生产厂而言，该订单为临时加入订单，之前该工厂已有两个项目的PC构件在生产，产量已经达到工厂生产能力的65%，为满足工厂所有订单按时供应，需调整原有生产需求计划并重新排产。

生产方对临时订单进行深入分析，汇总出新项目各类PC构件的供应量和红线时间，经汇总，本项目外墙生产线总数量为2089件，内墙生产线构件总数量为1410件，固定模台生产线构件总数量为836件。将本项目需求与生产中的两个项目统筹规划，应用订单组合算法产生新的订单组合，确定新的生产任务，更新后的外墙生产线、内墙生产线、固定模台线预计产量分别为14621、9873、5846件。

生产方应用生产线排产模型进行求解，数学模型以M语言的形式在MATLAB中输入，设置参数，输入3条生产线的生产条数(L_W=1；L_N=1；L_G=1)，3条生产线相对应的构件量(Num_W=14621；Num_N=9873；Num_G=5846)，根据车间实际生产能力，设置对应的3条生产线的日产能(C_Gg=16；C_Gn=16；C_Gw=16；C_Nn=28.24；C_Wn=20.87；C_Ww=20.87)，以先来先排队原则，对构件生产线进行时间优先级排序，最后MATLAB自动生成T_m，计算出最短总生产时间为300天。既能满足原有两个订单的按时供应，又能保证新订单的供货需求，保障项目连续均衡地施工和生产。

经工程实证，提出的订单组合模型和生产线排产模型具有较强的可操作性，可计算出在有限资源下的最优工期及排产方案，对工程实践有一定的指导作用。

BIM技术的应用很大程度上避免了由于双方对变更信息和移交标准理解不一致导致的反复沟通和返工，加快了变更信息确认的速度，协同效果良好。

订单组合方式不再依赖于个人经验，以多项目构件集合为对象，以各生产线调度参数为约束条件，以多构件单线生产方式为模拟逻辑，生成生产周期内排产需求计划，开放式的组合方式具有很强的拓展性和适用性。

在生产线排产算法中，各生产线得到充分利用，在不显著增加投入的情况下，工厂的产量由65%提升至85%，提升率为31%。同时排产模型基于JIT的最小库存方式设置生产逻辑，以保证同一项目生产和施工的连续性与均衡性，降低堆场库存压力，进而降低成本，提升生产方对订单的控制能力。

本文提出了应用BIM技术解决跨组织订单信息变更传递方法，为生产方调整订单组合方案提供准确变更信息，主要结论有：

(1)以JIT理论为指导构建开放式订单组合模型，满足多源动态订单灵活组合排产需求，提高生产需求计划的科学性和适用性；

(2)以JIT理论为指导建立生产线排产模型，提高了生产线利用率，减少了生产线无效等待时间，减少了资源闲置及浪费，降低了堆场库存压力，促进了生产与施工的联动，提高了工厂生产管理水平。

(3)应用案例验证了宏观排产模型和生产线排产模型的有效性和可行性。