Optimization of integrated construction supply chain and BIM-based logistics planning

Le, Phuoc Luong (2020). Optimization of integrated construction supply chain and BIM-based logistics planning. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Improving the performances of logistics activities is an important reason for applying the concept of supply chain management in the construction industry. Based on the systematic literature review, we find the key decisions, which are presently focused on construction logistics and supply chain management. These decisions are identified for three main stages of a construction supply chain project: planning and design, procurement, and construction execution. In the scope of this thesis, we focus on logistics improvement for the construction projects; thus, decisions related to construction logistics are taken into account to model and optimize the construction supply chain operations. In order to achieve efficiency in construction logistics, the four decisions are commonly conducted: transportation, material purchasing and storage, site layout, and material handling. In this thesis, issues related to material transportation and material purchasing and storage are considered to model and optimize the integrated construction supply chain network with a Third-party logistics partnership, which minimizes the total supply chain costs, including transportation cost, material purchasing cost, and material storage cost. Meanwhile, site layout planning and material handling are concurrently considered to generate an efficient layout of temporary facilities in the construction site, which aims to minimize the material handling cost and maximize the adjacency score between the facilities.

Based on the identified present focuses of decision making in construction logistics and supply chain management, we found that the development of supply chain integration in the construction industry has been limited and at a slower speed in comparison to that of other industrial sectors. Thus, we recommend the supply chain integration as a key factor for the efficiency in construction logistics. Besides the integration of relevant supply chain actors, it is also important to leverage the focal role of the supply chain driver acting as the coordinator for the construction logistics activities. In this thesis, the Third-party logistics partnership is proposed to achieve the supply chain integration in the construction logistics network. The integration of relevant actors is also important for construction operations. Building information modeling (BIM)-based platform is suggested to facilitate the collaboration of construction actors in the logistics execution.

Third-party logistics partnership can be used as a strategic tool for improving construction site logistics since it supports the construction supply chain operations with the integration of relevant actors. Recently, the use of third-party logistics providers has been considered as a business opportunity for the construction industry where many problems in logistics management exist. This thesis presents an optimal decision-making model for construction supply chain operations with the Third-party logistics partnership, which promotes the role of Third-party logistics provider as the logistics coordinator. The proposed model aims to create an optimal logistics plan for material purchasing, transportation, and storage. The model has distinctive contributions since it supports the determination of the operational strategies for common tasks in construction supply chain management: supplier selection, determination of order quantity, and consideration of the efficiency in using Third-party logistics under the considerations of material types and uncertainties price, demand and supply. The model is especially useful for the construction owner and General contractor to consider the material procurement from remote suppliers who require large purchasing amounts to offer low prices and transportation costs. Using the numerical case example, we find that the proposed model performs better results in total supply chain cost in comparison with the construction supply chain model without Third-party logistics. This implies that the optimization model for the integrated construction supply chain operations with a Third-party logistics partnership can be used to improve the construction logistics performance and deal with the practical requirements of the current issues in the construction industry.

This thesis also focuses on developing a hybrid site layout framework, which combines the two well-known approaches – mathematical and systematic layout planning – to generate the step-by-step procedure for site layout planning. Site layout planning needs the expertise from the relevant actors for the assessment of facility relationships or the selection of the best solutions. Meanwhile, mathematical techniques are necessary for the optimization of productive objectives in site layout planning. Therefore, it is suggested that knowledge-based techniques should be integrated with mathematical techniques to deal with site layout problems. It is also important to ensure the data correction and updating for site layout planning. It is suggested that advanced technologies, especially the BIM platform, should be used to facilitate the data provision and automation for the systematic site layout process. Hence, this thesis proposes a framework, which systematically integrates qualitative and quantitative data for dynamic site layout planning using a cloud-enabled BIM platform and the knowledge-based rules. The proposed framework takes advantage of emerging BIM technology to support quantitative data collection and sharing. Besides, the qualitative data are generated on the managers’ expertise through knowledge-based rules. All the data used for parameters in the site layout model are collected and processed in a systematic procedure, instead of being predetermined as in many previous studies. The validations show that the proposed framework performs better results in both terms of cost reduction and adjacency improvement. This implies that the hybrid approach, which integrates the mathematical and systematic site layout methods, can be used to create productive site layout plans.

Titre traduit

Optimization de la chaîne d'approvisionnement de la construction intégrée et planification logistique basée sur le BIM

Résumé traduit

L’amélioration des performances des activités logistiques est une raison importante pour appliquer le concept de gestion de la chaîne d’approvisionnement dans le secteur de la construction. Sur la base de la revue systématique de la littérature, nous trouvons les décisions clés, qui sont actuellement axées sur la logistique de la construction et la gestion de la chaîne d’approvisionnement. Ces décisions sont identifiées pour les trois principales étapes d'un projet de chaîne d'approvisionnement de construction: la planification et la conception, les achats et la réalisation de la construction. Dans le cadre de cette thèse, nous nous concentrons sur l'amélioration de la logistique pour les projets de construction; ainsi, les décisions relatives à la logistique de construction sont prises en compte pour modéliser et optimizer les opérations de la chaîne d'approvisionnement de la construction. Afin de gagner en efficacité dans la logistique de la construction, les quatre décisions sont couramment prises: transport, achat et stockage de matériel, aménagement du site et manutention. Dans cette thèse, les problèmes liés au transport et à l’achat et au stockage des matériaux sont pris en compte pour modéliser et optimizer le réseau intégré de la chaîne logistique de la construction avec un partenariat logistique tiers, ce qui minimize les coûts totaux de la chaîne logistique, y compris les coûts de transport, les coûts d’achat des matériaux, et coût de stockage du matériel. Parallèlement, la planification de l'aménagement du site et la manutention des matériaux sont considérées simultanément pour générer une agencement efficace des installations temporaires sur le site de construction, qui vise à minimizer les coûts de manutention et à maximizer le score de contiguïté entre les installations.

Sur la base des priorités actuelles de prise de décision en matière de logistique de construction et de gestion de la chaîne d’approvisionnement, nous avons constaté que le développement de l’intégration de la chaîne d’approvisionnement dans le secteur de la construction a été limité et plus lent que celui des autres secteurs industriels. Ainsi, nous recommandons l'intégration de la chaîne d'approvisionnement comme facteur clé pour l'efficacité de la logistique de construction. Outre l'intégration des acteurs de la chaîne d'approvisionnement concernés, il est également important de tirer parti du rôle central du responsable de la chaîne d'approvisionnement agissant en tant que coordinateur des activités de logistique de la construction. Dans cette thèse, le partenariat logistique tiers est proposé pour réaliser l'intégration de la chaîne d'approvisionnement dans le réseau logistique de la construction. L'intégration des acteurs concernés est également importante pour les opérations de construction. Une plateforme basée sur la modélisation des informations du bâtiment (BIM) est suggérée pour faciliter la collaboration des acteurs de la construction dans l'exécution de la logistique.

Le partenariat logistique avec une tierce partie peut être utilisé comme un outil stratégique pour améliorer la logistique de chantier car il soutient les opérations de la chaîne d'approvisionnement de la construction en intégrant les acteurs concernés. Récemment, le recours à un prestataire logistique tiers a été considéré comme une opportunité pour le secteur de la construction, où de nombreux problèmes de gestion logistique se posent. Cette thèse présente un modèle d’optimization pour les opérations de chaîne d’approvisionnement de la construction avec le partenariat logistique tiers, qui met en avant le rôle de prestataire logistique tiers en tant que coordinateur logistique. Le modèle proposé vise à créer le plan logistique optimal pour l’achat, le transport et le stockage du matériel. Le modèle a des contributions distinctives puisqu'il prend en charge la détermination des stratégies opérationnelles pour des tâches communes dans la gestion de la chaîne d'approvisionnement de la construction: sélection du fournisseur, détermination de la quantité commandée et prise en compte de l'efficacité d'utilisation de la logistique tierce en tenant compte des types de matériaux et des incertitudes , offre et la demande. Le modèle est particulièrement utile pour que le propriétaire de la construction et l’entreprise générale prennent en compte l’achat de matériaux auprès de fournisseurs distants qui exigent des montants d’achat élevés pour offrir des prix bas et des coûts de transport. En utilisant l'exemple de cas numérique, nous trouvons que le modèle proposé donne de meilleurs résultats en termes de coût total de la chaîne d'approvisionnement par rapport au modèle de chaîne d'approvisionnement de la construction sans logistique tierce. Cela signifie que le modèle d'optimization des opérations de la chaîne d'approvisionnement de la construction intégrée avec un partenariat logistique tiers peut être utilisé pour améliorer les performances de la logistique de la construction et répondre aux exigences pratiques des problèmes actuels dans l'industrie de la construction.

Cette thèse porte également sur le développement d'un cadre de présentation de site hybride, qui combine les deux approches bien connues - planification mathématique et planification systématique - pour générer la procédure étape par étape de la planification de présentation du site. La planification de l'aménagement du site nécessite l'expertise des acteurs pertinents pour l'évaluation des relations entre les établissements ou la sélection des meilleures solutions. Parallèlement, des techniques mathématiques sont nécessaires pour optimizer les objectifs de production lors de la planification de l'aménagement du site. Par conséquent, il est suggéré que les techniques basées sur la connaissance soient intégrées aux techniques mathématiques pour traiter les problèmes d’aménagement du site. Il est également important de veiller à la correction et à la mise à jour des données pour la planification de l'aménagement du site. Il est suggéré d'utiliser des technologies avancées, en particulier la plate-forme BIM, pour faciliter la fourniture de données et l'automatisation du processus de mise en page systématique du site. Par conséquent, cette thèse propose un cadre intégrant systématiquement des données qualitatives et quantitatives pour la planification dynamique de la disposition des sites à l’aide de la plateforme BIM pour cloud et des règles basées sur la connaissance. Le cadre proposé tire parti de la technologie BIM émergente pour soutenir la collecte et le partage de données quantitatives. De plus, les données qualitatives sont générées sur l’expertise des gestionnaires grâce à des règles basées sur la connaissance. Toutes les données utilisées pour les paramètres dans le modèle d’agencement de site sont collectées et traitées selon une procédure systématique, au lieu d’être prédéterminées comme dans de nombreuses études précédentes. Les validations montrent que le cadre proposé donne de meilleurs résultats à la fois en termes de réduction des coûts et d’amélioration de la contiguïté. Cela implique que l'approche hybride intégrant les méthodes mathématiques et systématiques de mise en page de site puisse être utilisée pour créer des plans de mise en page de site productifs.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 179-195).
Mots-clés libres:	gestion de la chaîne d'approvisionnement, secteur de la construction, logistique, modèle d'optimization, planification de l'aménagement du site, logistique tierce partie, modélisation des informations sur le bâtiment
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chaabane, Amin
Codirecteur:	Codirecteur Dao, Thien-My
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	29 juin 2020 20:57
Dernière modification:	30 juin 2020 14:18
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2492

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