2025年12月25日 星期四

第 7 章 希斯洛機場第五航廈——自成一格的典範

 

第 7 章

希斯洛機場第五航廈——自成一格的典範

資本專案的供應管理（Supply Management），將因近期在通訊網路能力與速度、運算能力，以及人工智慧方面的發展而大幅受益。

在這個**智慧化生產（intelligent production）**的時代，我們將不再需要苦苦掙扎於預測「在什麼地方、由誰、以及在什麼時間需要什麼」，這種流程既繁瑣又低效，且往往伴隨著高昂的空運成本或加急運送費用。

建築材料、手工具、施工設備等，都將被加裝感測與識別裝置（instrumented）。
我們將能夠與生產控制系統連結，以管理其路由與流向。
我們可以真正控制供應，而不是試圖（而且往往失敗地）去預測何時、何地需要哪些東西。

曾參與大型資本工程專案的建造專業人員，幾乎什麼都見過——
好的、壞的，還有醜陋的——
正如下列案例研究所展示的那樣。

第三世代（Era 3）的供應管理，將幫助我們消除那些「醜陋」的部分，並讓「好的結果」成為常態，而不只是例外。

希斯洛機場第五航廈（T5）

希斯洛機場第五航廈（T5）不僅在建築業界廣為人知，在一般大眾之間也同樣知名，原因很簡單——這是一個規模極其龐大的專案，而且從構想到完工，歷時二十多年。

在如此尺度的專案中，你必然會遇到許多值得警惕的故事；但正如本案例研究將展示的那樣，也同樣存在許多「小小的勝利」。SPS 在 T5 發展過程中的若干關鍵環節，正是透過扮演關鍵角色而取得了這些成果。

在 Sir John Egan 的願景引領下，加上來自 BAA 與 Laing O’Rourke 的卓越團隊，一項令人驚嘆的成就得以完成。我敢說，很難再找到一個比 T5 更具創新性的專案。
在 T5 專案中，同步進行產品與製程設計，運用先進的 3D 與 4D 建模、設計構件的標準化、沉浸式虛擬實境的應用、即時交付（Just-in-Time）、以及專案生產控制——所有這些都在 T5 上完整展現，且確實帶來成果。

作為英國最大、最繁忙機場最新的一翼，T5 是一項極度複雜的工程。即便在最理想的條件下，興建一座機場航廈本身就已經非常困難，而 T5 專案還面臨了額外的挑戰。

施工必須在一個極其狹小的區域內進行，該區域夾在一條高流量高速公路、兩條極為繁忙的機場跑道，以及多座既有建築物之間。現場沒有任何可供堆置材料的空間（laydown），且僅允許單一進出口供材料與車輛進出。

在空間限制之外，還存在嚴格的時間限制：
每天 上午 7:00–9:00 與 下午 4:00–6:00 之間，禁止設備與材料進出工地；
同時，也不允許材料在現場堆置任何顯著的時間（一天，甚至更短）。

此外，專案的大部分施工都發生在 911 事件之後，這意味著還必須因應一連串全新的安全管制要求。

這些限制對任何規模的專案而言都極具挑戰性，而數據則更清楚地說明了 T5 的規模。在土建階段期間，每天專案消耗約：

  • 5,000 噸骨材

  • 650 噸波特蘭水泥

  • 260 噸飛灰

  • 200 噸鋼筋

  • 超過 100 噸鋼筋籠

SPS 與 BAA（業主） 及 Laing O’Rourke（主要土木工程承包商） 合作，為所有土建工程與 T5 航廈建築階段配置並部署了一套專案級的生產系統。
為此合資團隊所建立的整合團隊被稱為 「需求履行團隊（Demand Fulfillment Team）」。

我們的運作原則是：
正確的資訊、正確的材料、正確的勞動力，以及正確的設備，
以正確的數量，在正確的時間，送達正確的地點——每一次都如此。

這聽起來似乎很簡單。
但在一個由 BAA 委託的研究中顯示：在一般專案中，每週實際完成的工作量，通常僅達到原本計畫的一半。
因此，要在這樣的條件下實現上述目標，無疑是一項極為艱鉅的任務。

同時，T5 卻是在多個嚴重超期、超支的專案之後才交付完成的（詳見下列表格）。

（左頁）專案比較表

專案工期延誤（月份）超出預算
溫布利球場（Wembley Stadium）8 個月2 億美元
蘇格蘭國會大廈（Scottish Parliament）48 個月7.8 億美元
巴斯溫泉（Bath Spa）60 個月6,000 萬美元
英國國家空中交通管制（National Air Traffic Control）72 個月5.5 億美元
新英國圖書館（New British Library）60 個月30 億美元
英法海底隧道（Channel Tunnel）12 個月100 億美元

方法（APPROACH）

為了更好地理解專案生產系統中的需求與潛在行為，材料供應流程被分為三種類型：

  1. 庫存生產（Made to Stock）
    供應商依據預測的市場需求，為多個客戶進行生產。

  2. 接單生產（Made to Order）
    供應商在接收到特定客戶的訂單後，生產標準化產品。

  3. 工程接單生產（Engineered to Order）
    供應商在工程設計完成後，為單一客戶生產客製化產品（在某些情況下，供應商需進行詳細工程設計以利製造）。

具體而言，「需求履行團隊（Demand Fulfillment Team）」發現，多數以商品為主的供應商（例如骨材、鋼筋等），

（右頁）供應行為與管理原則

……會在其供應系統中，以大量庫存緩衝的方式將產品生產為庫存。

然而，對於工程接單生產（engineered-to-order）與接單生產（made-to-order）的材料供應商而言，由於產品本身的技術特性，無法依市場需求建立大量成品庫存。因此，這些供應商試圖說服專案團隊：必須設定較長的前置期（lead time），才能確保在需要時，採購的庫存能夠及時到位。

在設計與工程尚未完全完成的情況下，加上即使像 Heathrow T5 這樣龐大的專案，對商品型供應商而言，其訂單量仍相對有限，因此需求履行團隊將管理重心放在高風險的工程接單與接單生產材料上。

為了有效治理此流程，需求履行團隊為專案生產系統的配置制定了以下具體規則：

  1. 以整合中心（Consolidation Centers）作為控制塔（control towers），協調所有進出工地的材料流。

  2. 透過建立等同於一個工班一天工作量的組裝包（assembly packages），落實「每個零件都有計畫（A Plan for Every Part）」。

  3. 今天交付明天要安裝的材料。

  4. 在組裝包中包含完成該組裝作業所需的所有物料。
    若某組裝包無法安裝，則將其退回整合中心，以防止材料在工地累積。

  5. 透過整合中心向供應商拉料（pull），以形成組裝包。

  6. 透過「定期配送（milk runs）」與最小／頻次配送方式，經由現場市集（site stores）分發以下物品：

    • 個人防護裝備

    • 危險物料

    • 小型工具替換品

    • 消耗品

（左頁）

……最大庫存（人員可以隨時取得手套、扳手、焊條等——不論何時需要、需要什麼，都能立即取得）。

7. 降低製成品的前置時間（lead time）。

為了落實這些規則，所採取的策略包含三個主要要素：

  1. 在基礎或原材料供應鏈中，充分運用大量的成品庫存。

  2. 在可行範圍內，降低因重工、延遲交付等因素所造成的不利變異性，並透過產能與原材料緩衝來吸收剩餘變異
    （包括將製造與加工產能設置於工地，例如鋼筋加工與混凝土生產）。

  3. 導入「恆定在製品（CONWIP）」控制機制，盡可能同步從詳細工程設計到工地作業之間的生產流程。

為了降低變異性，實施了多項具體措施：

  1. 實體資源，包括物流中心、前述的工地商店，以及專用運輸設備，作為控制機制，
    透過提供在地庫存、製造、加工與配送產能，保護工地免於外部變異的衝擊。

  2. 數位原型（Digital Prototyping），使用 I-DEAS NX 來建模所有工地所需的構件與組裝件，
    包括臨時工程。

  3. ProjectFlow（SPS｜Production Manager），用以支援並落實 CONWIP 生產控制機制。

（右頁）

……以有效的作業規劃與控制來降低與工地相關的變異性，
包括標準作業（Standard Work）與以最後責任時點（LRM）為基礎的排程。

物流解決方案的設計，依優先順序納入了三個層級的控制方式：

  1. 實體控制（Physical）

  2. 軟體控制（Software）

  3. 人為決策（Human decision-making）

在可行的情況下，優先使用實體控制機制（例如物流中心、拖車等）；
當無法使用實體機制時，才採用軟體作為第二選項
（例如使用 ProjectFlow／SPS 的 Production Manager 軟體來進行 CONWIP 控制）。
人為決策作為控制手段，則被限制在最低必要程度。

（圖示說明，依圖中文字翻譯）

材料供應商（Materials Suppliers）

  • Cement（水泥）

  • Aggregate（骨材）

  • Rebar（鋼筋）

  • Insulation（保溫材料）

  • Formwork（模板）

  • Rebar（鋼筋）

  • Misc. Materials（雜項材料）

→ Colnbrook Logistics Centre（CLC）
（混凝土材料、鋼筋製作與組裝、預鑄混凝土）

→ Heathrow South Logistics Centre（HSLC）
（樁籠製作、雜項材料）

→ T5 工地（T5 Site）

  • B1

  • B2

  • B3

  • B4

控制系統：

  • SPS｜PM Production Controller（生產控制）

  • SPS｜PM Materials Manager（材料管理）

（左頁）

設置了兩個物流中心，用以保護工地免於（來自 T5 計畫外部的）供應變異影響，並使材料能夠以「拉式（pull）」方式送達工地。每一個中心都扮演特定角色。
針對送入物流中心、送往工地，以及工地儲存，皆建立了明確的庫存緩衝規則。一般而言，工地只保有當天與隔天的工作所需材料，而物流中心則保有第三天的需求，供應商則保有第四天及之後的需求。

T5 的物流中心與工地商店（site stores）不僅用來保護工地活動免於供應變異影響，也在 T5 土建階段中，將「配對問題（matching problem）」的衝擊降至最低。

物流中心的使用，結合工地商店的配置，使得能有效降低來自下列因素所造成的製程變異：

  • 交通狀況

  • 有缺陷材料進入擁擠工地

  • 計畫變更

這些中心再配合工地商店的使用，也使得生產流程能夠免於來自消耗品、小型工具與個人防護裝備供應端的變異影響。

原先規劃在工地內設置 9 個稱為「市集（marketplaces）」的工地商店，用以存放大宗材料類型的庫存；然而，由於工地空間受限，最終計畫只能部署 1 個市集。
在庫存據點由 9 個縮減為 1 個之後，材料供應所需的前置時間被大幅縮短，使得能夠提高配送循環次數，同時仍維持所需的服務水準。

此成果是透過在工地、市集以及指定供應商端建立最小／最大庫存水準來達成的，並使用分配給特定材料類型的 看板箱（kanban bins）。
一組專用車輛持續執行「牛奶配送路線（milk runs）」，將空箱送回指定供應商，並補充滿箱至工地商店與工作面。
這套高度可靠的系統，使 T5 市集能夠每天最多補貨三次。

（右頁）

最終，我們成功將補貨循環時間從 24 小時（隔日交付）縮短至 2–3 小時（當日交付）。
庫存水位從兩週用量降低至一天用量，同時供應系統的可靠度提升至 98%。
我們選定的「依庫存生產（make-to-stock）」產品種類，使得能在工地現場向客戶供應超過 800 種不同品項。
每日出貨次數也在不到兩個月內，從 100 次提升至 1,200 次。

上述成果若沒有尖端技術的支援，皆無法實現。
SPS 的專有軟體 SPS Production Manager 被部署以支援整體運作。
我們依據 T5 的特定需求反覆調整軟體設定，形成一套稱為 ProjectFlow 的配置。

ProjectFlow 由 超過 1,300 名活躍使用者使用，用以：

  • 規劃與控制生產（設計與施工）

  • 依據 CONWIP 控制機制，同步供應流程與工地需求

這使團隊能夠做到以下事項：

  1. 以每日為單位管理工地生產。

  2. 以每週為單位管理工程設計生產。

  3. 在整個供應網絡中，透明地預測特定材料的需求。

  4. 在選定的價值流中進行同步，包括詳細設計、製造與安裝，並僅使用最小化的庫存與時間緩衝。

雖然 Production Manager／ProjectFlow 主要用於降低製程型變異（process-based variability），
但透過 I-DEAS NX 的數位原型技術，則是用來降低產品型變異（product-based variability）。

在設計階段，也同時採用了**同步數位工程（Concurrent Digital Engineering）**與 CAPE，
包括基礎工程的同步設計等作法。

鋼筋詳圖、製造與安裝

Rebar Detailing, Fabrication, and Installation

這個來自 T5 的案例，清楚說明了如何運用各種 PPM（Project Production Management，專案生產管理） 原則，來找出壓縮循環時間的機會，同時也展現了 PPM 原則在辨識其他技術（包含 3D 建模）如何協助最佳化績效方面所扮演的角色。

當工地現場施工開始後，現場生產的產出率超過了工程設計端的產出率。對此問題的初步補救措施，是增加第三方的工程設計產能。然而，一次快速的檢視（所謂「快速」，指的是午餐前一小時與午餐後一小時），邀集了代表鋼筋生產系統中各項作業的關鍵利害關係人，結果顯示：
其實存在著降低循環時間與在製品（WIP）的機會，而現有產能已足以支撐需求，無需再增加工程設計產能。

在這個案例中，價值流程被充分理解且有效控制。
原始鋼筋被運送至一座 T5 專用的鋼筋製造廠，使得除鋼筋原料本身的製造與運送至該製造廠之外，所有鋼筋相關活動皆能被有效控制。

為了降低製造流程與運輸所帶來的任何變異影響，在製造廠內設置了一個原料進料庫存緩衝區，並採用 最小／最大（min/max）政策，來管控在任何時間點所持有的庫存數量。

在此期間，也對多項設計元素進行了標準化，例如：

  • 地下明挖回填（cut-and-cover）隧道所使用的「椅凳（chairs）」

  • 結構牆等構件

當價值流程的前端已經相當穩健，且設計系統完成最佳化後，下一步便是最佳化工地端的生產系統。

在尋找壓縮鋼筋生產系統整體循環時間的機會時，團隊注意到：
原本六週的前置時間中，有相當大的比例來自於設計、組裝與工程之間反覆且複雜的迭代。

透過進行一項快速研究（rapid study），將工程、組裝與製造等相關利害關係人聚集在一起，並結合創新的數位技術，對製造完成的構件以及使用 3D 建構流程模型來進行安裝所需步驟的視覺化，最終消除了大多數造成六週前置時間的反覆迭代。

這一系列作法最終形成了一個前置時間僅為五天的最終流程，如圖 5 所示。

為了控制在製品（WIP），其中一項關鍵作法是：
在詳細工程設計階段，設置 CONWIP（Constant Work in Process，固定在製品）控制機制，用以觸發工作的釋放。

（圖說）
Heathrow T5 Rebar Production System and Production Control Approach
希斯洛 T5 鋼筋生產系統與生產控制方法

透過僅在被請求時才進行構件製造，而非為庫存而生產，不僅成功降低了庫存量，更重要的是，
這些構件能依照正確的安裝順序被下單與製作，從而避免了在庫存中搜尋正確構件時，原本會遭遇的重大變異與混亂。

一旦在希斯洛第五航廈（Terminal 5）建造專案中，將 PPM（Project Production Management，專案生產管理） 應用於鋼筋生產系統，其最終成果相當顯著。
鋼筋詳圖（rebar drawing）的前置時間，從原本的六週縮短至約五天。
大多數鋼筋詳圖（高達 75%）都能夠被設計成適合預組裝（preassembly）。
為預組裝而進行的設計，使安裝時間節省了 20%。
鋼筋安裝的循環時間，則從兩週縮短至三天。

成果（Results）

最終報告指出，T5 在預算內達成了所有里程碑。¹⁷

當你開始質疑既有、根深蒂固的作業方式，並引入新的模型時，能做到的事情令人驚訝。
而 T5 只是我們至今已經實現的眾多成功案例之一。

¹⁷ 英國下議院（The House of Commons），〈The opening of Heathrow Terminal 5〉，2008 年 11 月 3 日，
查閱日期：2023 年 9 月 18 日，
https://publications.parliament.uk/pa/cm200708/cmselect/cmtran/543/543.pdf

於

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