摘要

建廠要徑管理模式軌道運輸概念圖–柏林火車總站 攝影/Gavin Hellier 圖片來源/www.tripsavvy.com/useful-german-phrases-for-train-travel-1520016
Building-up Effective CPM Managements for New Fab Construction Project

建構高科技廠房建廠要徑管理模式

關鍵詞/ 高科技新建廠房、要徑法2、軌道運輸、軌道排程時刻表、浮時
Keywords / High Technology New Fab,Critical Path Method(CPM),Rail Transportation,Train Schedule Chart,Float

本文由高科技廠房建廠時程管理的實務切入,討論要徑法(CPM)在高科技廠房工程上的限制。並藉由軌道運輸啟示,提出類比列車軌道時程管理上與高科技廠房建廠時程管理有相似之處,研究建構一個適用於高科技廠房建廠專案的要徑管理模式。研究方法主要由歷史資料分析及建廠實務經驗,並討論此模式在管理上的應用並以此模式作案例分析,確認實務上的可行性。針對本文所提出管理模式的不同經驗參數,也做探討。將營建專案實務作細部解析、歸納,做為日後相關議題探討研究的參考。

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前言

高科技廠房專案,因其工期短、變化大、介面多等因素,導致進行營建管理時,難以直接套用現有的工具或學理進行有效要徑管理。投入大量人力、資源所完成的施工計畫,一遇變動、突發狀況,或現場工進發生延遲,對後續工作產生連鎖效應時,建廠團隊需要在極短時間內反應,並做出處置。這時,又得投入大量人力、時間修改維護的施工計畫,就變得如雞肋般尷尬。而當此狀況持續時,要徑管理的精準度將逐漸喪失,並失去扮演先行管理的工具角色。長此以往,建廠團隊對此一方法也會逐漸失去信心,而又落入投入大量人力,卻沒有方向感的管理。又可能衍生要徑未被有效管理造成延宕,及非要徑工項因缺乏監督管理而變成要徑的風險。

本文將藉由討論要徑法(Critical Path Method, CPM)的特性及在高科技廠房建廠應用上的問題。並試著找出可能的解決方式,而使CPM管理能在快速變動的高科技新建廠專案中能被更有效的運用,避免因管理系統無法落實學理要徑法應用,仍仰賴過度人為的經驗判斷決策,無法精確管理,易造成一發生計畫工期延宕,即投入大量資源,或是因管理系統癱瘓,而無所動作。也透過有效管理控制非要徑工項平順執行,使建廠人員能提升能力,以更有效管理更大範疇工作。

文獻探討

在日常生活及工作上,「高科技-High Technology」這名詞隨處可見。依據聯合國國際經濟合作發展組織(OECD)將航太科技、藥品配製、電腦資訊機械、通訊器材和科學儀器等定義為高技術產業。又依據行政院經濟規劃委員會(CEPD)分類高科技產業為六個類別,包括:積體電路、光電儀器、生物醫學、遠距通訊、精密機械和電腦週邊設備[1]。在本文中,將聚焦於300mm半導體廠房建廠專案的要徑管理模式探討。

要徑法

要徑法(Critical Path Method, CPM),被廣泛運用於專案管理的工具。由Morgan R. Walker和James E. Kelley提出,最早在1940到1943年間實行,直接導致了曼哈頓計劃的成功。CPM可用於各類專案管理,包括建築、空間和軍事、軟體開發、研究項目、產品研發、工程、工廠維護等等。任何具有獨立活動的項目都可採用數學分析。

要徑法其具體定義:

"The longest time path through the project diagram. On the path(s), all the activities do not have Float time. It is a continuous path from the beginning event to the ending event which determines the project duration."[2]

以簡單口語方式表達就是「專案中工項所構成時間最長施工序列」。

在要徑上所有的工作沒有浮時(Float),只要發生延誤,就會影響專案的完成時間。因此,要徑法管理兩大原則:

  • 要徑不得延誤,任何延誤須加以追趕。
  • 非要徑工項要及時完成,否則浮時用完,非要徑工項會變成要徑,增加管理複雜度。

要徑法將複雜營建工作做出層別。專案人員有明確依據監管各工項執行,並得以依據是否為要徑工項來決定是否調整資源避免延誤。

高科技廠房之施工特性,具有工期短、動員人力多、材料設備多、空調水電化學管路多、施工界面多且較傳統營造錯綜複雜。雖要求速度快,但對品質規格、潔淨控制及精密度上仍是不得馬虎的。傳統營建管理所能容忍的工程誤差以及其工程時程週期長,決策判斷時間長,卻是高科技廠房營建管理所無法容忍[2]。在相關研究中也指出高科技廠房具有單樓層高、跨度大、載重大、模具化、密閉性高、高科技表現及工期短等七大特性[3]

要徑法應用問題

在營建工程上,現實的狀況是營建工程易受到天候影響,計畫時所作的估算,存在不確定性。土建的下包商穩定性也是較低的,容易發生經營上的問題影響工進。也就是營建工程易發生無法預期的意外,影響工期。

因此,要徑法在營建管理應用上存在著先天缺陷,因要徑沒有浮時,要準時完成。以營建工程的不確定性(如現場施工人員不穩定及天候干擾)及突發意外特性(如機具故障,動線受阻等),可以說,如果完全依要徑法學理去計劃、執行營建專案,幾乎註定會發生延遲。

高科技廠房建廠時程管理研究

綜觀國內針對高科技廠房建廠時程管理議題,在2014有一篇相關研究。[4]

該研究係以既有案例執行結果分析,歸納整理出建廠各階段工期管理的一般性原則。其中涵蓋組織人力、規劃階段、採購發包、假設工程、基樁擋土、開挖、下部結構、鋼構及上部結構等9個工程週期。其中列舉各階段推估所需資源及參考工期。

該研究中對各施工週期,獨立提出一般性原則,未前後連貫整體思考。這可能導致即使單一工項資源、工期均符合其所提出一般性原則,但因施工安排未考慮下一個工項需求,以致平行施工這個要素無法展開,也就是缺乏要徑管理與控制意涵,對專案管控的有效度存在風險。

軌道列車運行時程管理

鐵路運行圖(train schedule chart)是將軌道車輛的時刻轉成圖形化的一種方式 圖1。有了運行圖,就可以看出路線上的列車運行規劃。運行圖上有許多的曲線排列,有些為右上左下排列,有些則是左上右下排列,線與線之間還有交叉,看起來頗複雜。一張運行圖中包含以下幾個訊息:

  • 區間範圍:如高雄→台南間,或是全縱貫線運行圖。
  • 車站名稱。
  • 時間(鐵路局標準,採二十四小時制)。
  • 列車運行線段,並在線段上註明車次或額外加註行駛區間。

圖1、鐵路列車運行圖

一張運行圖是張二維的圖表,縱軸一般標註車站名稱,而橫軸則為時間。為了利於區別時間,因此通常在整點的部分會將時間軸加粗,而在半點(三十分)處則會將時間軸更改顏色。

在運行圖中,列車運行為一條斜曲線,其中水平的部分表示該列車的停靠站,斜線則表示不停靠。以605次運行圖為例子,在花蓮、新城的部分都有水平線,表示這班車在此兩站停靠,水平線愈長,表示停靠時間會愈久。例如203次在新城站停車時間就比605次長。運行圖中,每一條斜線都代表著一班列車的車次,當斜線斜率越大,列車的行駛速度就會愈快;反之,若斜率愈小(接近水平線),則列車的行駛速度就愈慢。

將CPM管理與軌道列車運行時刻作一類比(如 圖2所示)。在軌道運輸中,時程管控是在專用的軌道上(要徑),同一時間只會有一輛列車占用軌道區間或車站區間(要徑工項)。

圖2、CPM與軌道時刻

軌道列車排班

Caprara et al. (2006)將客運於軌道上排班議題畫分為六大議題,分別是:

  • 列車區間:以最小運轉成本及最高服務品質為指標,規劃列車區間(站間距離)。
  • 時刻表:定義各列車停靠車站、進入即離開車站時間。
  • 列車於車站內路徑指派:軌道運輸有快/慢車不同規劃。由於速度差異,將造成兩列車進入同一列車區間。此時,某些車站(視為單獨列車區間)會有較複雜軌道設計,將優先順序低的列車導引至等候區,待優先順序高的列車由其他軌道通過後,方能使離。
  • 列車運具的運轉。
  • 列車於軌道上轉軌的問題。
  • 列車人員排班[5]

上述6個議題,4~6明顯跟本文要探討議題無關聯,暫不予以討論。項目1是以服務品質最佳及旅行成本最小為原則去規畫列車行駛路線,類似於專案的規劃設計,決定此路線的先天本質,但與建廠營建工程的工程執行管理本質有所不同。項目3,所涉與本文將軌道假設為排他獨佔以類比專案管理中的要徑精神也有所不符。

時刻表也是前文所題之軌道運行圖。其差異在以列表方式或以圖形方式來表達。而為達成本最佳化的目標,在軌道管理上定義列車利潤 (Ideal Profit)來衡量列車運行成效如下:

Max(πtt(Vt)-γt μt)

π : 時刻表中列車利潤

φ:延遲停靠時間或提早離開車站

μ : 可改變列車於站間行駛的時間

γ : 非負參數

由上式各項變因(variables)明確指出,軌道運輸影響列車利潤的可變因素為列車於車站停靠時間及列車行駛時間,換言之,控制列車停站時間及運行速度可控制列車利潤。也就是當列車時程出現延誤時,可以藉由縮短車站停靠時間及加快列車速度以縮短在列車區間運行所需的時間。要讓這兩因素能成為有效控制手段,在時刻表規劃上兩個問題必須考慮:

  • 車站需要停車時間除旅客上下列車的需求外,於特定預留時間作為調度需要。
  • 路線上適合提高運行速率的軌道區間調整列車運行速度。

將軌道時刻表管理比對建廠要徑管理上,看到時程管理作為,類比如下:

  • 車站需要停車時間除旅客上下列車的需求外,於特定預留時間作為調度需要-要徑工項的預留時程;類比不同車站屬性(大站、小站),代表工項特性不同、精確量化不同,而有不同的預留時程規劃。
  • 路線上適合提高運行速率的軌道區間調整列車運行速度-要徑工項的趕工規劃;類比不同區段軌道屬性,直線段可加速、彎道段保守均速,代表工項的趕工適切性。
  • 列車利潤正相關顧客滿意度-施工團隊的士氣、信任度;類比車班誤點或提早,代表各工項施工團隊安排工作時程浮動性。

預留時程

如前述,營建工程要徑上沒有浮時,註定會延遲。反向推論,如果營建工程要準時完成,必定要在要徑上預留部分時程,以吸收不確定性及突發意外。此預留時程為工程規劃上刻意作為,與要徑分析上的浮時在本質上不同,例如了解各車站屬性,大車站、小車站有不同的載客量、下客量,必須針對其特性,安排其不同的預留時程。就如同前面討論,一旦列車運行中發生延遲時,在後續車站縮短其停車預留時間即可縮短延後,以追回落後時程。

本文也將參考時刻表規畫,試著於要徑上訂出適當節點,在那些節點上保留適當預留時間。節點定義、預留時間長短及管理也將是此管理模式要點。

趕工時程

如同在平直路段,列車可加速縮短運行時間以追趕落後時程一般。在專案要徑上,各工項之間因特性差異,有部分工項比較容易增加資源或改變工法,以縮短完成時間。於後續章節中,也將檢視高科技建廠專案的各要徑工項,訂出適合趕工的項目及趕工工法。以備要徑發生延遲時,可依計畫於該工項加速工進、追趕時程。

計畫方法

本文研究計畫流程如 圖3所示,將分為要徑探討、預留模式與趕工模式分析、發展管理模式、案例研究等階段。

圖3、研究方法

高科技廠房營建流程

圖4以PDM (precedence diagram-ming method,優先順序圖)方式說明高科技將高科技廠房結構體建造的主要流程。依其施工順序主要工項為:

圖4、高科技廠房建廠流程

基樁/開挖 (Piling/Excavation)

包含基地整理、建築物基樁施作。為下部結構體的先行工項。

下部結構(Understructure)

地面層以下之所有結構體及相關之結構設施,包含地下室結構體、基礎結構。下部結構一般要完成50%一樓樓板後,才能開始下一項作業-鋼構吊裝。

鋼構(Steel Structure)

高科技廠房地面層以上,結構體採鋼構作為骨架。高科技廠房要創造一個大範圍沒有支撐柱阻礙的生產場所(Ball Room),會採用桁架結構作為主要廠房構造。

上部結構(Superstructure)

包含SRC柱、柱、牆、樓板及內裝等的結構工程。

由於高科技廠房快速建廠的要求,前述的四個主要工程階段均會採快捷(Fast-Track)施工管理。後續工項不會等先行工項全部結束才進場,而是先行工項有足夠的完成面即進場施作。

當然,僅以四個主要工項涵蓋範圍過於龐大,對要徑管理來說也粗略,必須要進一步工作結構分解(Work Breakdown Structure)才能進行要徑管理檢討分析。

分解的精細度,攸關管理能否成功。其主要原則如下:

  • 不可以過於粗略。太過粗略的工作項目,無法達成準確的管理目的。如前述 圖4的描述,就過於粗略,無法作要徑管理。
  • 不可於過細,只要符合管理目的即可。過細的分解將使管理標的程指數倍增。過多的管理目標將壓垮管理者。

以下將以此原則做進一步討論。

下部結構徑工項

下部結構由基礎版、剪力牆、柱、擋土牆及L10樓板組成。在主結構完成後還需作增打(Topping)水溝及打補、油漆等內裝,在管理上至少區分為兩大工項。

除此之外,下部結構因廠務設施需求而有LB1 & LB2不同樓板高層的高低版設計。高低版間有一道撐牆銜接高版區與低版基礎版,如未完成,LB1 & LB2地板無法銜接,影響後續牆柱施作,進而影響L10進行。

所以下部結構要徑分別由撐牆、LB1、LB2,加上前置基樁及開挖等工項組成。

鋼構要徑分析

鋼構其前置作業為下部結構至少完成50%方能展開。在Fab部分較為單純,就其工序及後續工項銜接,須將區分為中迴風及Truss。而HPM則除了本體鋼結構吊裝外,還有Lorry、菜籃區、電梯/貨梯結構。在本文暫不作如此細的切分,僅將HPM鋼構視為一個單一工項。

上部結構要徑分析

Fab結構體以樓層結構而論,自然分為是L20 (L10樓地板屬下部結構範疇)、L30、L40與LRF等各樓層樓地板。但中央迴風區域與側迴風區,其結構牆、剪力牆多,空間受限施工較困難。在施工上,這兩個區域又常是施工運補動線所在,施工未達一個段落是無法封閉。而廠務系統的風管、冰水管等大管路又須借由該空間穿越不同樓層。所以這兩個迴風區也都須獨立列出,做為要徑管理標的。

預留模式與趕工分析

在前述要徑工項中,該如何預留調整時間呢?前文討論中,是把列車停靠站的時間視為預留時間,而車站則是一個行車區間與另一個行車區間的分界,或者說是乘客、貨物在整個軌道運輸的轉換點(上/下車)。以此定義推演至營建工程的要徑管理上,就是不同工項轉換的節點。

軌道運輸速度受路線曲線半徑、外軌超高度與車輛性能等因素影響。因此,列車要加快運行速度追趕時程,必定要於平直路段,依列車性能在ATC (Automatic Train Control)下,進行速度提升。同理,營建工程趕工也要選擇安全、趕工效益明顯的工項上投入資源方可收最大效益。因此,在趕工裕度規劃時應考量:

技術要求較低

要追趕工期,勢必是要增加資源或延長工時。選擇技術要求低的工項做規劃,取得額外資源較為容易,且較不會因增加工班造成施工品質上的疑慮。比如,批土、油漆就比模板工更適於作為趕工規劃。

施工風險較低

趕工也要評估可能增加風險,所以有高風險疑慮的作業項目,在規劃上要更為謹慎。例如,鋼構吊掛和高架作業的工種,其作業風險高,增加資源進行趕工,相對安全管理投入要更多而風險仍會增加。

替代工法

趕工除了增加資源外,改變工法也好的選擇。如使用早強、預組模板、動線調整等,可以增加施工效率的規劃均可列入。

受天候影響程度

土建工程受天候影響大,特別是在外構及結構體。在此作趕工規劃需考量天候風險,可能讓計畫的趕工落空。不受天候影響的工項較適於規劃趕工。

整體工期足夠長

趕工需要動員,工地也有安衛要求要配合。選擇的準備的趕工工項應要有夠長的工期,才能得到足夠趕工效益。筆者認為,應以超過三周工期的工種較為適宜。

表1將高科技廠房建廠的要徑工項,以軌道運輸列車排班的觀點逐一分析。其中,類比「類比軌道列車排程模式」一欄,說明各工項的工程特性,並描述其可用資源。如「基樁」一項,施工容易受天候影響,且容易發生機具故障而影響施工狀況,也就是不確定性非常高。但是此工項的工作量體是非常好掌握,每台機具每天的工作效率也都可清楚量化。因此,在工程規畫管理上,就是以劃分工作區,在工作面上滿布施工機具縮短施工時間。因其施工資源屬性是易於調度,且可視為無資源限制。

表1、高科技廠房建廠要徑工項預留與趕工分析

工項

類比火車排程模式

排程幅度

趕工(加速)能力

基樁

工項重點管理:
易受天候因素影響/基樁機具易故障
工作量體易量化統計
空間資源需求高,管理重點在於滿佈機具
以高速行駛,爭取要徑時程

平均工期:66 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
25% 40%

資源屬性:調度資源高、最大(機具)

悲觀時程:72 d

增加人力:NA原規劃為MAX

加速曲線:

樂觀時程:58 d

改變工法:NA

幅度:(-12%,平均工期,+10%)

 

說明:工期幅度易掌控,主因為工期資源為機具施工。

 

開挖

工項重點管理:
極易受天候因素,以及動線規劃影響
工作量體易量化統計
管理重點在於滿佈機具
以高速行駛,爭取要徑時程

平均工期:65 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
25% 40%

資源屬性:調度資源高、最大(機具)

悲觀時程:83 d

增加人力:增加開挖工作面30%

加速曲線:

樂觀時程:47 d

改變工法:增加土方暫置區
提高開挖效率,但卻增加搬運費用20%

幅度:(-27%,平均工期,+30%)

 

說明:工期幅度易掌控,主因為工期資源為機具施工。

 

基礎

工項重點管理:
受動線規劃影響,工作量體不易量化
管理重點在於分區分包人力管理

平均工期:78 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
25% NA(高體力耗工)

資源屬性:調度資源中,易發生缺工

悲觀時程:105 d

增加人力:每區均不同包商負責,緊湊施工20%

加速曲線:

樂觀時程:74 d

改變工法:針對機具辦運限制增加鋼筋搬運設備(平台車/天車或是專職人力) 20%

幅度:(-5%,平均工期,+44%)

 

說明:工期幅度較易掌控,主因為此工項單純(鋼筋大量施工)。

 

撐牆

工項重點管理:
工作量體不易量化
管理重點在於各工項介面交接管理,複雜度高;優先採取高效率工法 CLSM,爭取工期

平均工期:65 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
NA架上施工屬高風險,且介面繁瑣

資源屬性:調度資源高、最大 (機具)

悲觀時程:85 d

增加人力:每區均不同包商負責,緊湊施工20%

加速曲線:

樂觀時程:40 d

改變工法:NA

幅度:(-38%,平均工期,+33%)

 

說明:工期幅度呈現正負30%左右(10天正負3天之概念),主因為此工項須連結LLB1基礎版,基礎版工期約3天。

 

L10

樓版

工項重點管理:
工作量體易量化,重點在於廠預鑄介面管理,整體吊裝動線規劃,空間資源限制高

平均工期:116 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
20% 50%

資源屬性:調度資源高,易專責專區

悲觀時程:154 d

增加人力:NA原規劃為MAX

加速曲線:

樂觀時程:70 d

改變工法:NA

幅度:(-40%,平均工期,+62%)

 

說明:剔除F14P6/P7全FAB案例,以F15P5A/B及F15P6A/B為分析數據,主要差距來自於Phase B動線預留之時間。

 

中回

風鋼

工項重點管理:
易受天候影響,尤其風力
工作量體易量化,重點在於物料管理、備料管控搭配,整體吊裝動線規劃,空間資源限制高

平均工期:39 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
NA(鋼構吊裝為高風險照明不易)
頂多電焊夜間施工

資源屬性:調度資源高,易專責專區

悲觀時程:50 d

增加人力:NA原規劃為MAX

加速曲線:

樂觀時程:24 d

改變工法:增加工作面,改變吊裝方向規劃30%

幅度:(-19%,平均工期,+38%)

 

說明:工期幅度較易掌控,主因為此工項單純(吊車施工),但差距來自於L10樓版之完整性。

 

鋼構

桁架

工項重點管理:
易受天候影響,尤其風力
工作量體易量化,重點在於物料管理、備料管控搭配,整體吊裝動線規劃,空間資源限制高

平均工期:48 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
NA(鋼構吊裝為高風險照明不易)
頂多電焊夜間施工

資源屬性:調度資源高,易專責專區

悲觀時程:67 d

增加人力:NA原規劃為MAX

加速曲線:

樂觀時程:28 d

改變工法:增加工作面,改變吊裝方向規劃30%

幅度:(-32%,平均工期,+41%)

 

說明:工期幅度較易掌控,主因為此工項單純(吊車施工),但差距來自於L10樓版之完整性。

 

中回

風柱

工項重點管理:
工作量體不易量化,重點在於工序整合、資源分區配置,空間資源限制高

 

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
20% NA架上施工屬高風險且介面繁瑣

資源屬性:調度資源高,易專責專區

悲觀時程:132 d

增加人力:20%,確保各區迴風區域均有資源投入

加速曲線:

樂觀時程:51 d

改變工法:評估回風區直上4F高程或是逐層施工
必須考量整體上部結構規劃

幅度:(-68%,平均工期,+44%)

 

說明:工期幅度變化大,腹地狹小且工序複雜為主要影響因素。

 

側回

風柱

工項重點管理:
工作量體不易量化,重點在於工序整合、資源分區配置,空間資源限制高

平均工期:71 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
20% NA架上施工屬高風險且介面繁瑣

資源屬性:調度資源高,易專責專區

悲觀時程:112 d

增加人力:20%,確保各區迴風區域均有資源投入

加速曲線:

樂觀時程:41 d

改變工法:評估回風區直上4F高程或是逐層施工
必須考量整體上部結構規劃

幅度:(-42%,平均工期,+67%)

 

說明:工期幅度變化大,腹地狹小且工序複雜為主要影響因素。

 

L20

樓版

工項重點管理:
工作量體不易量化,重點在於缺工挑戰、資源分區配置,吊裝物料動線線置(配置天車)

平均工期:77 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
10% 25% (但調度排班不易)

資源屬性:調度資源中,不易最大化

悲觀時程:81 d

增加人力:20%,確保各區區域均有資源投入

加速曲線:

樂觀時程:72 d

改變工法:25%,採取預鑄施工,並且可爭取內裝時間50%

幅度:(-6%,平均工期,+7%)

 

說明:剔除場鑄及Phase B(吊裝運補腹地)之案例,預鑄為機具吊裝且上構已較不受氣候影響,幅度差異極小。

 

L30

樓版

工項重點管理:
工作量體不易量化,重點在於缺工挑戰、資源分區配置,吊裝物料動線線置(配置天車)
施工工期長,比較 2F 困難

平均工期:90 d

延長工時(24Hr):
12 HR夜間加班or 24日夜輪班
10% 25% (但調度排班不易)

資源屬性:調度資源中,不易最大化

悲觀時程:92 d

增加人力:20%,確保各區區域均有資源投入

加速曲線:

樂觀時程:87 d

改變工法:NA

幅度:(-4%,平均工期,+3%)

 

說明:格子樑為場鑄施工,相對於預鑄仍較受人力影響,因此本項施工時程幅度又產生。

 

在「排程(預留)模式」中,如同軌道運輸中的行車區段及車站區段。筆者根據歷史紀錄,對各工項做工期(行車區段行車時程)及預留時程(車站區段停車時程)的預估。在這預估中,採用PERT的概念,算出工期的平均值、悲觀工期及樂觀工期。並以樂觀工期與平均工期的差異作為各工項的建議預留時程。再以「基樁」一項為例,平均工期65天,樂觀工期58天,樂觀工期比平均工期多了10%。筆者便假設,「基樁」一項的保留時程就訂為10% (7天)。

對應軌道運輸加速追趕時程管理, 表1中提出「趕工(加速)能力」。在此欄位中,乃根據現場經驗提出各工項可能的趕工作為及趕工效果。一旦專案執行時程發生延遲時,就可評估趕工作為來追回落後時程。

表2將歷年來專案進行時程統整,剔除部分較極端數據-F15P5A專案基樁乃採接樁模式,因此實際打樁時程短;F14P6專案開挖及基礎版受天候因素影響極大,因此整體時程較長。另外F14P6及F14P7 L10/L20/L30樓版為Phase A及B同時啟動,因此剔除樓板之時程,再者F15P5B專案及F15P6B專案L20/L30樓版作為Phase A之運補動線,因此時程拖得較長。

表2、高科技廠房建廠時程分析

工項

F14P6

F14P7

F15P5A

F15P5B

F15P6A

F15P6B

平均工期

悲觀工期

樂觀工期

基樁

66

72

34

58

65

69

66

72

58

開挖

119

70

47

48

75

83

65

83

47

基礎版

147

102

102

85

105

74

78

105

74

撐牆

85

83

40

139

48

69

65

85

40

L10樓版

165

160

130

154

70

111

116

154

70

中回風鋼構

24

30

46

50

41

41

39

50

24

鋼構桁架

37

57

54

67

43

28

48

67

28

中回風柱牆

53

111

111

53

86

132

91

132

53

側回風柱牆

62

112

83

51

58

61

71

112

51

L20樓版

148

197

72

171

81

164

77

81

72

L30樓版

122

138

87

162

92

141

90

92

87

案例討論與分析

案例檢討

在完成管理模式構建及控制變項推導後,本節選用一個最新且已經接近結構體施工尾聲的F15P7A來做驗證並檢討此要徑管理模式的執行方式。

F15P7A專案時程非常緊迫, 圖5為專案的計畫與執行狀況。圖中淺藍色甘特圖線條為計畫時程,而深藍色線則是實際執行狀況。在現有的建廠管理,對時程緊迫專案都是給建造團隊及營造廠一個非常「積極」的執行時程。在本案中,是把整個專案時程往前壓縮,讓專案握住「足夠」浮時,要求營造廠依此大幅縮水工期進行施工規劃。在執行上,就是把Fast-Track用到極致,只要有條件,就要求下一棒進廠施作,希望藉此能施加壓力讓每包都能用最快速度執行。但就其最執行成果來看,在專案的中後期,執行落差相當大。

圖5、F15P7A專案時程

既有管理檢討-置之死地而後生管用嗎?

刻意大幅縮短工期作為營造廠的施工目標,並將Fast-track用到極致,以F15P7A的案例來看,的確是有達成專案目標,但其執行的結果是不盡理想。

在基樁、開挖及下部結構等三個工項,實際執行結果和計畫時程的落差並不大。但進入L10樓板階段後,落差逐漸擴大。而且各工項都有依循Fast-Track精神,盡早開始施作,但施工的時程卻拖長,以至於提早進場的平行施工效益並未明確展現。既有的管理模式雖有效,但有以下問題。

計畫的準確性

隨專案進行,計畫時程與實際工進會逐漸脫節。使得施工團隊得一直對營造廠施加壓力,要他們追上逐漸落後的時程(而這個時程是被大幅提前)。當計畫與現況差異大到無法管理時,被迫得修改施工計畫。長此以往,不管是營造廠或施工管理者,會對一開始所提出的專案計畫抱持懷疑的態度,影響後續動員及執行效果。

工期管理

如前述,營造廠會被要求只要有條件施工,不論量體,各工項就要進場施作,容易造成戰線拉長,無法精準派工或集中動員資源,使整個工期卻偏離以往標準。主要原因是施工面不夠、動線不佳,雖然進場但施工效率不佳。這樣的施工管理不但會使人疲累,也使得工期失真產生誤導。

中庸不是最佳解-平均工期

圖6中,套入標準工期(各歷史專案資料平均)的施工計畫,比實際執行的時程慢。這樣的結果當然不夠理想,無法進入專案目標,也代表其專案仍有一定的時程限制。因此,需設法調整,讓施工計畫優於F15P7A 採用Fast-Track管理所得結果。

圖6、F15P7A專案時程套用平均工期

參照 表1,依據各工項特性,管理量體難易度為依據,評估在那些工項可以採取優化排程。

如鐵路時刻表精準-軌道排程模式

依據 圖5,基樁、鋼構桁架結構、L20樓板等工項,其規劃工期與實際施工工期差異不大。同時上述工項還具有下列共通特性:

  • 均容易量化管理,容易計算施工狀態量值。
  • 均為機具吊裝施工(基樁機械、鋼構吊車、預鑄吊車),減少資源人工的變數影響。
  • 天候影響較小(相較於開挖、基礎版)。

這幾個工項排程規劃應改採取樂觀工期,也就是全力衝刺不留預留時間。

開挖、基礎版易受天候影響,變數大;L10樓板、中迴風鋼構受到場鑄結構、退縮動線多變數影響;中/側迴風柱牆、L30樓板管理範疇大且不易量化且易受人力資源大幅影響。這些工項還是採取「平均工期」作為計畫排程,但專案執行要以「樂觀工期」為管理目標。而「平均工期」與「樂觀工期」的差異(約10~20%),就是該工項的預留時間。

因此依照上述規劃,將F15P7A專案重新套入軌道排程模式 表3,並且將變數最多且缺工資源最大、趕工加班執行性高的L30樓板,選擇每日 12HR模式加班,預計將縮短加速工期10% (9day),建立出較實際執行提前20天的目標規劃,如 圖7,符合目標。

表3、F15P7A 採軌道排程模式

工項

平均工期

軌道排程模式

差異天數

工期

排程工期

基樁

66

58

樂觀工期(不預留)

8

開挖

65

65

平均工期(預留27%)

0

基礎版

78

74

樂觀工期(不預留)

4

L10樓版

116

116

平均工期(預留40%)

0

中迴風鋼構

39

39

樂觀工期(不預留)

0

鋼構桁架

48

28

樂觀工期(不預留)

20

中迴風柱牆

120

120

平均工期(預留42%)

0

側迴風柱牆

100

100

平均工期(預留28%)

0

L20樓版

77

72

平均工期(預留6%)

5

L30樓版

90

81

樂觀工期+趕工(加班12HR)

9

圖7、F15P7A專案套用軌道排程模式

最後,彙整本文所提軌道排程模式特點如下:

依據過往歷史資料分析,了解其樂觀/悲觀/平均得工期推估。因此,相關工期的可靠度以及預留的時程均有所本,提升規劃的精準度。類比列車軌道排程,有過往的顧客承載記錄、數據分析,而推估列車時程。既有管理模式,採取Fast track、要徑排程,且均要求依照過往歷史專案樂觀排程(最快工期排程),容易造成規劃失真、信任度低。置死地而後生的手段只能在最後關頭使用。

了解各工項屬性針對其時程幅度變化量大,進行預留時程管理,減少進度風險;時程幅度變化量小,則可依照其時刻表精準管理評量,對於單一工項進度狀態有其根本評量依據。

規劃階段預先決定可投入資源趕工的工項,確認其工項趕工效率、安全風險評估,優先編列此預算以及動員計畫。給予專案整體工期可以在發生延遲的狀態時,有機會追趕進度的空間,如同直線段火車的加速模式。由於可預先決策評估,不同以往管理模式,每個工項均在緊迫且要徑的模式,無其預留容易受變數即造成延遲,而無法判斷要在哪個階段提供資源趕工。並且臨時調度資源不易,使得施工廠商提出過高趕工費用,導致成本管控失衡。

由於精準的管理模式,則可降低管理能量的耗損,也就是所謂「百鳥在林,不如一鳥在手」。每一個時程階段,均可集中管理力道(Hold & Fire),不如以往各工作面展開、過度提前重疊、戰線拉長,卻無法一一管控、確認其資源以及施工效率干擾,均會使得虛工、虛耗人力的問題,以及後續人力無法增加集中,而導致進度延宕。就像是完整精確的列車時程規劃,如日本JR火車的整年份時程表,每日按表行駛,準點率高達 97%,讓乘客、旅客足夠的信任度,容易規劃行程。

結論

本文旨在討論要徑管理在高科技廠房新建專案上的應用。由於要徑法無浮時的特性,在營建專案管理上要有所調整,否則難以應用。本文,則是以軌道列車排程與時刻表管理為啟發,提出營建專案管理模式來執行要徑管理。此模式由以下要素組成:

  • 歸納專案執行項的要徑工項。(列車行車區間)
  • 歸納/分析各要徑工項的的標準工期(平均值)與悲觀工期、樂觀工期。(列車區間行車時間)
  • 根據平均工期與悲觀工期,定出各工項的預留時間。(列車停站緩衝時段)
  • 根據實際案例檢討,定出要徑管理模式應用實務操作方式。

此模式,以實際的數據資料為依據,並以精確執行、掌控專案時程為目標,能適用於不同的高科技廠房新建專案上。並歸納如 表4

表4、軌道排程要徑管理模式

比較

既有管理

軌道排程要徑管理模式

時程管理

根據專案時程需求,保留「總體」一定時間裕度作為整體專案時程。

時程緊迫,要求各工項須盡早進場施作。

根據專案時程需求,保留「各工項」時程程預留。

衡量於上部結構工項預留時程,以吸減少不確定風險影響。

資源管理

依專案時程推估所需資源,並據此要求營造廠。

依據執行狀況,機動增加資源。

依專案時程是否有趕工需求,規劃資源。

可先界定額外趕工計畫以吸收施工過程不確定性造成的延遲。

問題

依經驗進行計畫。

計畫與實際工進可能會逐漸脫節,導致計畫需進行修改。

營造廠可能對計畫抱持懷疑。

臨時動員資源困難度高。因要提早進場,可施工區域及運補動線必然不佳,營造廠初期必只投入少量資源。廠商必然希望以現有資源施作,而不會積極增加資源,導致資源不足而延長工期。

依歷史紀錄進行工期規劃。

規劃預留時程與趕工計畫,以應對施工不確定性。

計畫能實際反應施工狀況,較能落實執行。並集中資源縮短時程。

精確、數據化管理

本文所提出的軌道排程要徑管理模式,涵蓋計畫與執行面。透過一系列系統化的程序,及分析數據來執行專案。保留彈性以應對可能的不確定性。而執行的結果,又可以持續累積來修正工期的標準值及偏差,進而檢討/修訂管理模式。這樣的模式,能夠降低對個人經驗的依賴及執行上的不確定,減少工作上的風險。

也惟有精確、可執行的計畫,才能凝聚建廠團隊的共識,努力達成目標。同時,據以檢討執行上的缺失、不足之處加以善。如此建廠管理才能不斷累積經驗,並與時俱進。

透過模式累積建廠歷史資料,要徑管理篩選重點工項,以及設定專案目標,結合軌道列車排程概念,類比鐵路時刻表管理 (終點站=專案完成時間節點;施工團隊方向、士氣 = 乘客「準點率」滿意度)。得以讓高科技建廠專案工項排程精準,讓施工資源集中、不虛耗,避免導致施工面戰線拉長、資源調度費時,所造成管理的負擔。

一維到多維的管理模式

討論至此,筆者體認到傳統CPM排程與軌道列車排程存有一種大差異-維度(dimensions)。CPM排程是以各工項單一工期與前後關係構成網路。而列車排程,除了行車時間外,還有位置、地理因素的二維排程。車站的位置決定乘客上下車所需時間,軌道所經地形決定行車速度限制。

本文所提出的管理模式,參考了列車排程精神,將傳統CPM排程的一維思考轉變為標準工期、趕工規劃、預留時程的多維規劃。將工程執行中可能的風險和變數均納入計畫中,更貼近實際施工狀況,而落實執行。

展望未來

在本文的構思、討論中,筆者也發現仍有些許議題值得探討,限於篇幅無法一一深入。後續有興趣於相關議題者,可以加以研究。

成本分析

趕工勢必要增加單位時間內投入的資源數量,也必然增加營造廠的成本。此議題需進一步做調查、分析,以做為計畫及預算編列依據。

預留時間的管理及投入時機

預留時間是做為整體專案時程管控與度,不得輕易使用。但如何管理及使用時機的決策等,須有進一步研究,以確保用在必要之處,而非輕易消耗掉。

賽局管理

本文是根據現有的數據進行推導。但管理牽涉到人性,業主與營造廠的博弈。如何將此管理模式的推動、應用,導入協調賽局模式,而避免陷入兩難困境。

趕工效益

筆者本文所提出的趕工效益,基本上是根據以往的經驗,缺乏實際的紀錄。另外,各工種特性不同,資源投入後對工進幫助也不盡相同。而且資源對工進的幫助也會有轉折、飽和現象產生。這也值得進一步研究。

看得更清楚

本文僅就大工項進行分析,發展、驗證此管理模式。在執行上,則可依各專案或管理工項需求,做進一步細分。

 

參考文獻

  1. 張陸滿,高科技廠房設施工程與關鍵技術,2015。
  2. Luh-Maan Chang, Fundamentals of CPM Scheduling, To Enhance Sustai-nable Engineering Technology For Effectively Managing TSMC 300mm Fab Facility, 2018/Apr.
  3. 張書萍,高科技廠房營建工程特性之調查與分析,2000。
  4. 楊錦德,高科技廠房土建興建過程工期控制模式之研究-以南部科學工業園區12吋晶圓廠為例,2014。
  5. 邱寶慧,台北捷運班表製作-以板南線為例,200。

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