張淑玲，馬換梅，宋媛媛

（1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074；2.中城院（北京）環(huán)境科技有限公司天津分公司，天津 300381）

1 引言

危險廢物是一類具有毒性、易燃性、腐蝕性、反應性或者感染性等特性，且對生態(tài)環(huán)境和人類健康可產生嚴重危害的廢物［1］。如不進行有效處置隨意排放，不僅對水、空氣和土壤環(huán)境造成嚴重的影響和破壞，還會對人身的安全健康構成直接威脅，尤其是重金屬、高毒類廢物，將造成長期危害［2］。美國胡克公司20 世紀三四十年代曾將廢棄的拉夫運河廢溝谷作為危險廢物傾倒場所，傾倒量約2×104t，幾十年后，由于農藥廢物的泄漏導致周圍地下水、大氣、土壤受到嚴重污染，一段時間后該地區(qū)的癌癥發(fā)病率和死亡率都很高。因此，對危險廢物的無害化處理和最終安全處置問題已經(jīng)引起各級政府和全社會的高度重視。

在危險廢物處置項目中，危險廢物的儲存管理是非常關鍵的環(huán)節(jié)。根據(jù)HJ 2025—2012 危險廢物收集、貯存、運輸技術規(guī)范要求，危險廢物產生者和危險廢物經(jīng)營者應建造專用的危險廢物貯存設施，也可利用原有構筑物改建成危險廢物貯存設施［3］。傳統(tǒng)的危險廢物暫存庫設計存在儲存容積率小、信息化程度偏低、庫存更新不及時、物料流轉滯留、倉儲管理損耗較大、人工操作過多和工作效率低等問題。相比之下，自動化立體倉庫可以高效利用空間、提高物料調配水平、加強生產和物資的銜接管理、自動化程度高、大幅度提高生產效率同時降低了人力資源成本。我國自動化立體倉庫大多應用于一般工業(yè)企業(yè)物資存儲，如電力、醫(yī)藥、食品、煙草生產配送、裝修裝飾以及物流等行業(yè)［4-6］。很多物流企業(yè)也將智能化倉庫進行了推廣應用，實現(xiàn)了貨架式儲存的自動化倉儲管理，確保貨物倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的高效性與準確性，以便及時準確地掌握庫存的真實數(shù)據(jù)，合理保持和控制庫存［7］。通過科學的編碼，還可對庫存貨物的批次、類別等數(shù)據(jù)進行高效管理。利用智能化系統(tǒng)的庫位管理功能，更可以及時掌握所有庫存貨物當前所在位置，有利于提高倉庫管理的工作效率。近兩年，石油化工企業(yè)也逐漸引入自動化立體倉庫，并且已有相關行業(yè)標準出臺，如SH/T 3186—2017 石油化工自動化立體倉庫設計規(guī)范，明確用于存放丙類、丁類和戊類火災危險性物料，并且對自動化立體倉庫的整體設計作出規(guī)定。立體倉庫成為了企業(yè)物流和生產管理不可或缺的倉儲技術，越來越受到生產和物流企業(yè)的重視［8］。

本研究將自動化立體倉庫應用于危險廢物倉儲領域，借助工程案例提出危險廢物自動化立體倉庫設計方案和管理要點，并對立體化倉儲倉庫的經(jīng)濟效益進行評價，為后續(xù)危險廢物處理工程和危險廢物轉運站的倉庫設計提供參考。

2 自動化倉庫倉儲設施

2.1 入庫及出庫設施

1）射頻識別技術（Radio Frequency Identifica?tion，RFID）讀寫器：智能貨架上安裝了固定式讀寫器用于倉庫及資產盤點與統(tǒng)計。RFID 固定讀寫器對固定區(qū)域內的無源標簽進行掃描，并將掃描的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)計算機中。

2）外形檢測器：用于檢測貨物外形的長、寬、高尺寸，滿足存放要求方可進入貨架。

3）LED 顯示器：設置于入庫口，主要用于顯示當前立體倉庫的作業(yè)狀態(tài)。

2.2 輸送設備

1）輸送帶：本項目入庫出庫采用的均為滾輪傳送帶，入庫的傳送帶還具有計量稱質量功能。滾輪傳送帶由滾輪、軸承及框架構成，是用于暫存庫房傳送貨物的必要設備。根據(jù)傳送物體的外形尺寸選擇滾輪寬度，確定為1.5 m，荷載3 t。

2） 軌 道 穿 梭 小 車（Rail Guided Vehicle，RGV）：本工程借助RGV 來完成貨物從輸送線至堆垛機和貨架內部的全自動輸送。暫存庫可為單層設計，結合入庫與出庫同步進行，確定生產節(jié)拍，每100 個貨位配備1 輛RGV，考慮連續(xù)生產需要，設置備用，RGV 荷載3 t。

2.3 貨架

本項目智能倉庫內采用重型插接組合可調式貨架儲存方式，分為8 層，底層直接置地；貨架由立柱、橫梁、貨架RGV 和RGV 導軌組成。

單元托盤規(guī)格與最大承載質量：1 200 mm×1 200 mm×1 350 mm（長×寬×高），承載800 kg/托，托盤鑲嵌RFID 卡。貨物局部側視和單元貨物放大示意見圖1。

圖1 貨架局部側視和單元貨物放大示意Figure 1 Local side view of shelves and schematic of the enlarged unit cargo

2.4 其他配套設施

根據(jù)HJ 2025—2012、HJ/T 176—2005 危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范、GB 50016—2014 建筑設計防火規(guī)范（2018 版）以及GB 50084—2005 自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范等標準的相關要求，設置如下。

1） 庫房地面與裙角采用堅固、防滲的材料建造，建筑材料與危險廢物相容。地面與裙角圍建容積不低于最大容器的最大儲量或者總儲量的1/5。

2）庫房設置有泄漏液體收集裝置、氣體導出口及氣體凈化裝置。庫房內全室通風風量根據(jù)有害物質的濃度按6～8 次/h 換氣次數(shù)計算。同時，對于有消防要求的事故通風場所，換氣次數(shù)應≥12 次/h。對采用局部通風的設備以軸流風機為主，小體量建筑采用換氣扇，高大廠房選用屋頂風機。排放易燃易爆有害物選用防爆型風機，排放腐蝕性廢氣選用防腐型風機，所有庫房排出的空氣均需要經(jīng)清潔處理后排放。

3）暫存庫房內設有全天候攝像監(jiān)視裝置，安全照明設施以及吸氣式感煙探測器，確保庫房的安全運行。

4）本工程自動化立體倉庫采用消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、水炮系統(tǒng)。消火栓系統(tǒng)室外消火栓用水量為45 L/s，室內消火栓用水量為25 L/s，一次火災延續(xù)時間為3 h，一次火災消火栓系統(tǒng)用水量為756 m3。自動噴水滅火系統(tǒng)設貨架內噴頭，且貨架內置灑水噴頭上方的層間隔板應為實層板，計算用水量為1 022 m3；水炮系統(tǒng)設計流量60 L/s，一次火災延續(xù)時間為1 h，計算用水量為216 m3；消防用水總量為1 994 m3，自動滅火系統(tǒng)可提高倉庫的自防、自救能力，而自動消防炮滅火系統(tǒng)可以遠程控制并且自動搜索火源、對準著火點、自動噴灑水進行滅火，并與自動報警系統(tǒng)聯(lián)動。

5）庫房外卸貨區(qū)設有復合式洗眼器（洗眼和沖淋），以防工作人員不慎被危廢沾染皮膚，以沖洗方式作為應急措施，隨后再做進一步的處理。

3 自動化倉儲工藝系統(tǒng)設計

以廣東省某固體廢物轉運中心項目為例，項目每年主要收集和儲存的危險廢物為1.2×105t、一般工業(yè)固體廢物為3.0×105t，設置有危險廢物倉儲倉庫1 座（單層）和一般工業(yè)固體廢物倉儲倉庫1座（單層）。其中，危險廢物倉儲倉庫按照自動化立體式倉庫設計，用于存放火災危險性為丙類的危險廢物。轉運中心的平面布置如圖2 所示。

圖2 廣東省某固體廢物轉運中心平面布置Figure 2 Layout of a solid waste transfer center in Guangdong Province

3.1 自動化立體倉庫設計

倉庫主要有庫房本體、出入庫檢驗系統(tǒng)、滾筒式輸送系統(tǒng)、裝卸裝置、立體貨架及自動控制系統(tǒng)，倉庫內部結構示意如圖3所示。

圖3 自動化立體倉庫內部結構示意（俯視）Figure 3 Internal structure diagram of automated high-rise warehouse （top view）

1）倉庫為封閉庫房，在非出入庫時段，庫房門須關閉，以便進行間歇式通風除臭和氣體凈化。庫房內須設置排水溝和收集池，用于火災發(fā)生時消防廢水的排放或危險廢物泄漏時的收集，安全圍欄設置于入庫輸送系統(tǒng)外圍，未經(jīng)許可不能隨意進出圍欄；庫房外設置遮雨罩棚，避免雨雪天卸貨時貨物被淋濕。

2）入庫檢測系統(tǒng)采用了基于紅外光電檢測的外形檢測器、貨物RFID 讀取器和LED 顯示屏。

3）滾筒式輸送系統(tǒng)包括滾筒、支架、驅動電機、入庫RGV 及其滑行軌道。入庫RGV 采用往復直線運動形式在鋼軌道上運輸貨物。

4）裝卸裝置包括巷道堆垛機及軌道。堆垛機為有軌雙立柱堆垛機，配備有水平、垂直電機和貨叉電機，分別控制堆垛機的水平、升降運動和貨叉伸縮，水平導軌和立柱導軌端部均設置有限位器。

5）立體貨架采用穿梭式貨架，穿梭式貨架的外圍貨物存取由堆垛機完成，內部貨物存取由貨架RGV 配合堆垛車完成。

6）自動控制系統(tǒng)包括連接出入庫檢驗系統(tǒng)的識別模塊、連接輸送系統(tǒng)的控制模塊、連接裝卸裝置的裝卸模塊及連接貨架的存儲模塊。

3.2 危險廢物自動化立體倉庫倉儲工藝設計

3.2.1 廢物檢驗接收

危險廢物運輸車輛采用具有明顯標識的專用車輛，當運輸車輛進入貯存場后，首先對危險廢物進行化驗、驗收和計量，貨物信息錄入倉庫管理系統(tǒng)后進行貯存，對于高毒廢物應按下列程序進行：①需要設專人負責接收，在驗收前查驗聯(lián)單內容及產廢單位公章；②接收負責人對到場的危險廢物進行單貨清點核實；③對危險廢物進行放射性檢查，具有放射性的危險廢物禁止入庫，將其交由專業(yè)公司統(tǒng)一進行技術處理；④檢查危險廢物的包裝，同一容器內不能有性質不兼容物質，包裝容器不能出現(xiàn)破損、滲漏，腐蝕性危險廢物必須使用防腐蝕包裝容器，凡不符合危險廢物包裝詳細規(guī)定的均視為不合格，需采取相應措施直至合格；⑤分析化驗，進場廢物須取樣檢驗，分析報告單據(jù)作為儲存的技術依據(jù)。

危險廢物運輸車進入卸貨區(qū)后，化驗室需對每個單元廢物做成分檢驗，化驗數(shù)據(jù)需進行提前準備，檢驗人員要將所有送達的貨物數(shù)據(jù)以電子數(shù)據(jù)交換（Electronic Data Interchange，EDI）、Ex?cel 或者手工錄入的方式導入倉庫管理系統(tǒng)（Ware?house Management System，WMS）。每個單元廢物錄入的信息包括廢物的成分、產生廠家、入庫時間、廢物熱值等；這些信息將錄入到單元廢物的RFID 卡中。為了支持RFID 卡的使用，需要在如下環(huán)節(jié)進行條碼化規(guī)劃與設計：倉庫內所有作業(yè)單元的條碼化，包括托盤、周轉箱；作業(yè)容器上粘貼固定的流水號標簽；倉庫內貨物庫位的條碼化，按照庫-排-位-層的順序對貨位進行編碼并粘貼條形碼標簽；作業(yè)單據(jù)和作業(yè)指令的條碼化；在入庫清單上打印單據(jù)編號和產品編碼的條碼。在各項檢驗、復核均滿足要求后，再對危險廢物進行稱量登記和倉庫儲存，危險廢物的接收工作到此結束。

3.2.2 廢物入庫管理

托盤貨物通過出入庫檢驗系統(tǒng)，首先經(jīng)過固定不動的外形檢測器完成外形檢測，外形尺寸符合要求方可進入庫房，避免庫房存放過程中發(fā)生傾倒和泄漏。然后RFID 讀寫器將貨物化驗信息及質量信息同步寫入貨物托盤上的RFID 標簽，以通信方式將數(shù)據(jù)傳至倉庫信息管理系統(tǒng)。外形檢測合格的貨物經(jīng)過傳輸機轉移至入庫RGV 滾筒線，倉儲信息管理系統(tǒng)根據(jù)存庫規(guī)則向RGV 和堆垛機下發(fā)庫位號，入庫RGV 按照無線通信發(fā)出的指令，在滑行軌道上直線運動，并?？康街付ㄏ锏缹霂煺九_位置，將單元廢物傳送至入庫站臺滾筒線。

堆垛機接收裝卸控制系統(tǒng)發(fā)出的入庫指令后，叉取入庫站臺滾筒線上的托盤貨物，通過滑行軌道?？吭谪浖軈^(qū)指定列的位置，堆垛機貨叉將托盤貨物托舉至指定層高，并且將單元廢物放置在貨架的最前端貨位。

貨架RGV 響應無線通信發(fā)出的搬運指令，從貨架最前端裝載托盤貨物后，自動行駛至指定的內部貨位，并且反饋信息到貨架控制模塊，記錄貨位存儲信息。貨架RGV 通過所述堆垛機在貨架單元間進行轉移。

3.2.3 庫房貨物管理

危險廢物應按照不同的化學特性，根據(jù)彼此的相容性分區(qū)分類貯存。常見的相抵觸的廢物見表1。

表1 化學物品混合后危險特性清單Table 1 Hazardous characteristics list of mixed chemicals

據(jù)GB 12268—2005 危險貨物品名表的分類原則，應當按貯存場地已有倉庫和設備條件，對危險廢物實行分區(qū)分庫間隔儲存。危險廢物自動化立體倉庫需要分區(qū)或者分庫存放不同屬性、容易發(fā)生反應的物料?；瘜W性質不同，接觸能引起燃燒、爆炸，滅火方法不同的化學品不得同庫儲存。性質不穩(wěn)定，受溫度或外部其他因素影響容易引發(fā)燃燒、爆炸等事故的化學品應當單獨另建甲類庫房存放。

3.2.4 危險廢物出庫管理

焚燒工段生產人員根據(jù)焚燒配伍的需求，選擇需要出庫的廢物種類和質量，系統(tǒng)根據(jù)先進先出的原則，優(yōu)先將先入庫的產品安排出庫?？刂葡到y(tǒng)向RGV 下達取貨指令。RGV 接收無線通信系統(tǒng)發(fā)出的取貨指令后，從指定單元貨物貨架上取出相應的單元廢物，單元貨物貨架上的貨位顯示為空置，等待下批次廢物。RGV 將單元貨物交接給巷道堆垛機，巷道堆垛機將其轉送至相應出庫通道輸送設備上，單元廢物經(jīng)出庫通道掃描所有信息后進入預處理區(qū)。

危險廢物入庫、出庫、庫內取貨、運輸、上架采用全自動控制系統(tǒng)，無人工作業(yè)。危險廢物倉庫管理系統(tǒng)見圖4。

圖4 智能倉儲管理系統(tǒng)結構Figure 4 Structure of automated warehouse management system

4 經(jīng)濟效益分析

相比于危險廢物普通貨架倉庫而言，自動化立體倉庫采用高層立體貨架，提高了倉庫存儲面積和空間利用率；周轉率高，降低資金積壓；物品品種、庫存總量大；自動化程度高，機械操作代替人工操作，大幅節(jié)約勞動力；計算機倉庫管理系統(tǒng)更加準確、高效等。表2 為用于存儲危險廢物的普通貨架倉庫和自動化立體倉庫經(jīng)濟指標的對比。

表2 普通貨架倉庫和自動化立體倉庫主要經(jīng)濟指標對比Table 2 Comparision of major economic indicators between ordinary shelves warehouse and automated high-rise warehouse

由表2 可以看出，倉庫占地面積相同的條件下，采用自動立體倉庫的危廢貨物存儲量約是普通倉庫的3～4 倍。1 a 工作時間按330 d 計，周轉周期為15 d，可周轉22 次，普通貨架倉庫根據(jù)以往經(jīng)驗估算約有446 個貨位，每個貨位2 個貨物，4 層貨架，單個貨物1.5 t，可得年周轉貨物質量為1.177×105t；而自動化立體倉庫有1 850 個貨位，8層貨架，可計算出年周轉危廢貨物質量為4.884×105t。此外，自動化立體倉庫的人員投入約為普通倉庫的40%，可以大幅降低倉庫運行中的人員成本。雖然自動化立體倉庫的設備投資較大，但其貨物周轉量大幅提高，可以快速回本并盈利。

5 結論

1）自動化立體倉庫提高了單位占地面積的庫容量，節(jié)省庫房建筑占地面積。

2）采用自動化管理，可以更加靈活地將產廢單位和處理處置單位銜接起來，優(yōu)化生產調配，提高危廢倉儲運營精細化水平。

3）采用自動化機械設備進行存取貨物，減少操作人員數(shù)量，降低了操作人員在危險環(huán)境中的暴露風險。