閻美好

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 站場設備設計研究院，北京 102600)

1 概述

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代信息技術(shù)在物流行業(yè)的深度融合和規(guī)模化應用[1]，現(xiàn)代物流業(yè)進入了智慧物流、低碳物流時代[2]，作為物流業(yè)發(fā)展主要載體、供應鏈鏈條重要運營環(huán)節(jié)的物流園，其智慧化、綠色化發(fā)展成為必然趨勢。

作為國內(nèi)特大型消費城市和首先提出減量發(fā)展的城市，北京對于物流產(chǎn)業(yè)的需求有其自身的特殊性，提出構(gòu)建“安全、高效、智慧、綠色”的物流系統(tǒng)[3]。根據(jù)目前北京市公轉(zhuǎn)鐵的政策要求，礦建材料成為公轉(zhuǎn)鐵的重要目標對象，而平谷區(qū)具有向內(nèi)連接首都消費市場、向外緊鄰河北省生產(chǎn)制造腹地及鐵路連接天津港、唐山港的區(qū)位優(yōu)勢。為滿足運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整和首都經(jīng)濟社會發(fā)展需要，充分發(fā)揮平谷區(qū)區(qū)位優(yōu)勢，助力京平公轉(zhuǎn)鐵綜合物流樞紐產(chǎn)業(yè)園打造為公鐵融合的一級綠色樞紐、服務首都的物資供應基地、輻射京津冀的商貿(mào)流通中樞以及具有示范效應的數(shù)智物流產(chǎn)業(yè)生態(tài)，應加快金隅平谷智能化物流園平面布置方案和智能化方案研究。

鐵路作為物流運輸?shù)闹饕绞街唬瑸轫槕獣r代變化、加速向現(xiàn)代物流轉(zhuǎn)型，自動化和智能化成為其當前的主攻方向。目前集裝箱場站中智能化水平發(fā)展迅猛的當屬港口碼頭，以青島港為代表的全自動化集裝箱碼頭采用“自動化雙小車岸橋+自動導引車+自動化軌道吊”的全自動化裝卸工藝，除陸側(cè)對外集卡作業(yè)需人工安全確認外，其余均實現(xiàn)自動化，突出表現(xiàn)為集裝箱自動化裝卸工藝及智能化自動化的控制系統(tǒng)[4]。鐵路物流園是鐵路提供現(xiàn)代物流服務的重要載體，為實現(xiàn)鐵路物流園智慧化轉(zhuǎn)型，近年來，學者們充分借鑒港口碼頭經(jīng)驗，主要從設施設備、信息平臺、運營管理等方面針對鐵路貨運場站智能化進行了相關(guān)研究。易小浪等[5]從發(fā)展對策入手，提出鐵路智慧化轉(zhuǎn)型應基于智能化技術(shù)驅(qū)動，將智能化裝備和系統(tǒng)融入倉儲、運輸、配送等各環(huán)節(jié)，如自動導引運輸車、自動分揀系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)和智能貨運生產(chǎn)系統(tǒng)等，發(fā)揮整體合力，實現(xiàn)無人化作業(yè)；劉啟鋼等[6]從信息管理需求入手，重點研究了智慧園區(qū)信息管理平臺各項關(guān)鍵技術(shù)，以實現(xiàn)園區(qū)信息互聯(lián)互通、開放共享；唐浩等[7]從運營管理體系入手，設計出一套基于平臺、系統(tǒng)、交互接口、終端感知的鐵路物流基地智能化運營管理體系架構(gòu)，以提升園區(qū)運營水平。此外，以義烏西物流基地和太原中鼎物流園為代表的鐵路物流園正積極開展園區(qū)智能化建設和運營探索，目前主要在龍門吊遠程控制等方面取得一定進展。但從整體來看，鐵路物流園智能化轉(zhuǎn)型還處于初期探索狀態(tài)，與貨運高質(zhì)量發(fā)展仍然存在一定差距。在理論技術(shù)研究層面上，目前的研究成果主要集中在智能化信息平臺構(gòu)建，缺少與智能化技術(shù)相適應的園區(qū)平面布局方案及實例研究；在實踐應用方面，以5G技術(shù)、云計算平臺、人工智能等為代表的智慧技術(shù)還未深入融合鐵路物流生產(chǎn)全過程，智能終端還未全面嵌入鐵路物流生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，缺少智能技術(shù)賦能物流園的工藝流程等相關(guān)研究。

研究以金隅平谷智能化物流園為例，統(tǒng)籌考慮園區(qū)作業(yè)、運營等實際需求，從平面布局方案、智能化平臺功能模塊、智能化技術(shù)賦能物流組織等3方面展開鐵路物流園智能化建設方案研究，以期為后續(xù)鐵路物流園智能化方案設計提供相關(guān)借鑒經(jīng)驗。

2 金隅平谷智能化物流園平面布置分析

2.1 功能分區(qū)

金隅平谷智能化物流園位于馬坊站南場西北側(cè)，依托馬坊站南場構(gòu)建快速物流體系，以實現(xiàn)貨物的快速運輸及中轉(zhuǎn)。馬坊站南場到達礦建材料(集裝箱裝載形式)分為2個去向：一是通過社會新能源集卡從南場直接運輸至企業(yè)；二是通過集裝箱智能導運車(IGV)或自備電動集卡倒運至金隅平谷智能化物流園暫存，后續(xù)通過社會集卡再轉(zhuǎn)運至企業(yè)。根據(jù)園區(qū)功能需要和用地條件，園區(qū)規(guī)劃形成綜合服務區(qū)、倉儲堆存區(qū)和設備檢修區(qū)三大功能區(qū)。

（1）綜合服務區(qū)。包括綜合辦公區(qū)、生活服務區(qū)和換電區(qū)。該功能區(qū)作為園區(qū)運營管理中樞，主要提供配套的綜合服務、總部辦公、商務辦公、信息、咨詢等功能。綜合服務區(qū)設生活服務區(qū)，包括員工宿舍和食堂，為園區(qū)員工提供住宿、餐飲、間休等日常服務；配置換電站，服務新能源集卡綠色運輸。

（2）倉儲堆存區(qū)。包括集裝箱堆存區(qū)、倉庫及環(huán)形道路。該功能區(qū)主要承擔物流園區(qū)貨物堆存及裝卸功能，是園區(qū)的核心作業(yè)區(qū)。集裝箱到達馬坊站南場后，通過IGV快速轉(zhuǎn)運至物流園，根據(jù)貨物品類及去向運至相應堆存區(qū)堆存。另設倉庫1座提供應急物資等多品類貨物儲存功能，為首都提供安全可靠的應急物資保障。

（3）設備檢修區(qū)。主要承擔機械設備的養(yǎng)護、暫存及維修功能，以及生產(chǎn)生活設施所需配套電力、給水及消防等功能。

2.2 平面布置原則

物流園平面布置方案是決定基地能否高效、可持續(xù)運行的關(guān)鍵要素，布置方案研究一般基于功能區(qū)規(guī)模、機械裝備配置、工藝流線銜接、內(nèi)外交通組織等內(nèi)容。由于金隅平谷物流園融入了智能化、綠色化理念，研究園區(qū)空間規(guī)劃布局需統(tǒng)籌各類智能化設施設備作業(yè)關(guān)聯(lián)性[8]、貨流流線組織及疏導[9]等因素。考慮到目前智能化鐵路物流園建設可借鑒的項目較少，需充分借鑒港口碼頭平面布置經(jīng)驗[10]，以實現(xiàn)功能分區(qū)、工藝銜接、設備配置等之間的相互匹配與協(xié)調(diào)。根據(jù)智能化園區(qū)規(guī)劃需求，按照載運工具(新能源集卡和IGV)和裝卸設備(軌道式集裝箱門式起重機)技術(shù)運營特點，結(jié)合貨流條件、作業(yè)流程及作業(yè)場地條件要求，著重考慮以下平面布置原則。

（1）門區(qū)設置原則：①為保證內(nèi)部車輛行駛通暢和安全性，應將園區(qū)和馬坊站南場的集卡門區(qū)和IGV門區(qū)分開設置；②集卡入口和出口宜分開設置或進出路徑分車道，實現(xiàn)集卡單向行駛，盡可能避免進出園區(qū)或南場的車流相互干擾；IGV可雙向行駛，出入口可合設。

（2）內(nèi)部通道設計原則：①為提升作業(yè)效率，園區(qū)道路宜按功能分為走行通道和裝卸作業(yè)通道，2種車道相互獨立設置；②為保證車輛安全行駛，園區(qū)道路宜按車型分為集卡通道和IGV通道，實現(xiàn)集卡和IGV通道分隔，減少相互干擾。

2.3 平面布置方案比選

2.3.1 方案說明

（1）方案Ⅰ：裝卸作業(yè)位于智能門吊邊側(cè)作業(yè)方案。堆場采用雙懸臂龍門吊，兩側(cè)懸臂下分別設IGV、集卡裝卸作業(yè)通道，相鄰堆場共用水平運輸通道，實現(xiàn)IGV、集卡分區(qū)域裝卸作業(yè)(即集卡從集卡作業(yè)側(cè)進入后，沿對應運輸通道行駛至龍門吊旁側(cè)的作業(yè)點，待裝卸作業(yè)完成后，沿集卡運輸通道駛出；IGV從IGV作業(yè)側(cè)進入后，沿IGV直線運輸通道行駛至龍門吊旁側(cè)的作業(yè)點，待裝卸作業(yè)完成后，掉頭沿直線運輸通道原路返回)。方案Ⅰ平面布置示意圖如圖1所示，方案Ⅰ南北方向剖面示意圖如圖2所示。

圖1 方案I平面布置示意圖Fig.1 Plane layout of scheme I

圖2 方案I南北方向剖面示意圖Fig.2 North-south profile of scheme I

（2）方案Ⅱ：裝卸作業(yè)位于智能門吊端部作業(yè)方案。集裝箱堆場兩端分別設IGV交換區(qū)、集卡交換區(qū)，實現(xiàn)IGV、集卡分側(cè)裝卸作業(yè)(即IGV、集卡到達交換區(qū)后，龍門吊在交換區(qū)分別完成IGV側(cè)、集卡側(cè)的集裝箱裝卸作業(yè)，從堆場抓取集裝箱裝載至IGV或集卡上或?qū)⒓b箱卸載至堆場，實現(xiàn)堆場集裝箱分側(cè)裝卸作業(yè))，其中IGV交換區(qū)負責完成IGV交付或接收集裝箱；集卡交換區(qū)負責完成集卡交付或接收集裝箱。方案Ⅱ平面布置示意圖如圖3所示。

圖3 方案II平面布置示意圖Fig.3 Plane layout of scheme II

2.3.2 方案比選

（1）方案Ⅰ優(yōu)缺點分析。在方案Ⅰ中，集卡、IGV運行距離稍長，但堆場兩端集卡、IGV交通分流，且集卡單向行駛、無需倒車，由南側(cè)集卡入口進入行駛至西側(cè)集卡出口離開，交通組織簡潔。同時，堆場內(nèi)雙懸臂龍門吊可以為行駛至堆場內(nèi)兩側(cè)車道上的集卡和IGV提供“點到點”雙側(cè)裝卸服務，有效減少門吊往復移動及門吊間作業(yè)沖突，降低門吊作業(yè)負載和設備損耗。

（2）方案Ⅱ優(yōu)缺點分析。在方案Ⅱ中，集卡、IGV運行距離短，箱區(qū)可以將IGV側(cè)裝卸作業(yè)和集卡側(cè)集疏運作業(yè)隔離；但由于集卡和IGV只能行駛至堆場端部，該方案將完全依賴龍門吊往復移動來實現(xiàn)集裝箱搬運，門吊負載重、消耗大；另一方面，集卡通過倒車進入門吊端部交換區(qū)耗時長且難操作，易對其他通行車輛造成影響；此外，由于共軌運行的2臺軌道吊作業(yè)的空間相互制約，易發(fā)生沖突。

綜上所述，方案Ⅰ作業(yè)彈性靈活，能夠更好地發(fā)揮設施設備的作業(yè)性能，進一步提升園區(qū)作業(yè)效率與能力，研究推薦裝卸作業(yè)位于智能門吊邊側(cè)作業(yè)方案(方案Ⅰ)。根據(jù)園區(qū)用地條件及總體布局，綜合服務區(qū)和堆存區(qū)分別位于園區(qū)西側(cè)和東側(cè)，其中堆存區(qū)分設IGV及集卡作業(yè)區(qū)，采用U型工藝流線，集卡作業(yè)采用分車道單方向循環(huán)，IGV作業(yè)采用分車道雙方向循環(huán)，集卡出入口和IGV出入口分開設置，可實現(xiàn)內(nèi)部交通和外部交通的分隔。

3 金隅平谷智能化物流園智能化方案

3.1 智能化平臺功能模塊構(gòu)建

智能化信息平臺是決定園區(qū)能否自動化、智能化運行的關(guān)鍵要素。通過構(gòu)建人、機、物、數(shù)據(jù)全面互聯(lián)的新型數(shù)字化物流基礎(chǔ)設施設備網(wǎng)絡，打造物流園區(qū)智能聯(lián)通系統(tǒng)，實現(xiàn)對外部環(huán)境的全階段智能響應，達到實時感知、協(xié)同交互、智能反饋、智慧運行。考慮到金隅平谷智能化物流園依托馬坊站南場構(gòu)建快速物流體系，因而統(tǒng)籌設計物流園與馬坊站南場智能化方案。充分借鑒港口智能化運營經(jīng)驗和本次物流園智能化設施設備選型(載運工具選用新能源集卡和IGV，裝卸設備選用軌道式集裝箱門式起重機)，針對物流園和馬坊站南場搭建一套集裝箱場站智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)對內(nèi)根據(jù)功能需要下設龍門吊遠程控制系統(tǒng)、IGV平面運輸系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、客戶服務APP，對外預留與鐵路既有貨運管理系統(tǒng)、社會數(shù)字物流平臺等外部系統(tǒng)的接口，各系統(tǒng)之間通過無線或光纖通信將信息指令傳輸至調(diào)度指揮系統(tǒng)進行綜合分析處理[11]，以實現(xiàn)金隅平谷智能化物流園和馬坊站南場自動化、智能化運行和管理。金隅平谷智能化物流園智能化平臺功能模塊框架圖如圖4所示。

圖4 金隅平谷智能化物流園智能化平臺功能模塊框架圖Fig.4 Functional module frame diagram of intelligent platform of Pinggu intelligent logistics park of BBMG

（1）集裝箱場站智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)是園區(qū)智能化運營的大腦，負責采集、處理內(nèi)外系統(tǒng)技術(shù)指令，實現(xiàn)列車到發(fā)管理(鐵路既有系統(tǒng)傳遞指令)、貨物裝卸管理、箱場作業(yè)調(diào)度管理、查詢統(tǒng)計管理、數(shù)據(jù)交換等。該平臺具體包含2個功能模塊。①集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)。該模塊主要實現(xiàn)作業(yè)調(diào)度指揮，將采集的內(nèi)部子系統(tǒng)數(shù)據(jù)和外部鐵路既有貨運管理系統(tǒng)及社會數(shù)字物流平臺等數(shù)據(jù)進行集中儲存、分析處理后，下達作業(yè)指令，實現(xiàn)對園區(qū)和馬坊站南場全面動態(tài)管理。其具體功能包括作業(yè)指令處理及智能分配、集裝箱業(yè)務預約受理、進出場管理、查詢分析、集裝箱箱號自動跟蹤識別、門吊數(shù)據(jù)采集、集裝箱定位。②智能倉儲管理系統(tǒng)。該模塊主要實現(xiàn)對園區(qū)和馬坊站南場貨區(qū)貨位智能檢測、圖形化展示倉儲設施及占用狀態(tài)、倉儲智能作業(yè)計劃等功能。

（2）龍門吊遠程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由門吊遠控和列車定位2個子系統(tǒng)構(gòu)成。①門吊遠控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)操作司機在控制室內(nèi)利用遠程操作臺遠程操控龍門吊進行半自動作業(yè)，實現(xiàn)裝卸現(xiàn)場無人化。②列車定位系統(tǒng)。主要是在粗定位的基礎(chǔ)上，根據(jù)作業(yè)計劃在裝卸箱時通過門吊激光掃描儀對列車進行精確定位。

（3）IGV平面運輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)對園區(qū)內(nèi)IGV自動調(diào)度和控制、對車輛和貨物數(shù)據(jù)實時跟蹤、車輛故障報警，由自動化無人車輛調(diào)度平臺和交管執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成。①車輛調(diào)度平臺。平臺通過處理調(diào)度指揮系統(tǒng)的指令來調(diào)配相關(guān)任務和路徑規(guī)劃。整個系統(tǒng)功能包括車輛狀態(tài)監(jiān)控、任務調(diào)配、路徑管理、接口擴展，以及遠程控制。②交管執(zhí)行系統(tǒng)。該系統(tǒng)是為保障IGV在進出不同區(qū)域，使用公共道路時的安全運行，通過向區(qū)域交通管制執(zhí)行單元發(fā)送命令改變信號和限行設備的狀態(tài)。

（4）智能門禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)對進入園區(qū)的集卡或IGV進行車牌號識別、集裝箱號識別、人員身份信息自動識別、電子道閘自動控制、LED顯示等功能，通過自動化手段快速、準確地采集箱、車、人的出入信息并上傳至系統(tǒng)服務器，實現(xiàn)快速通行和自動出入控制。

（5）智慧監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要對園區(qū)內(nèi)人員、設施、車輛、道路、建筑、集裝箱場等單位進行監(jiān)控。

（6）客戶服務APP。為客戶提供多種線上貨運服務，APP通過與多個子系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)互動，完成客戶從提報需求至貨物簽收的全流程貨運服務，有效節(jié)約客戶成本，提升物流園區(qū)服務質(zhì)量，提高貨運生產(chǎn)作業(yè)效率。

3.2 智能化技術(shù)賦能物流組織

以集裝箱班列抵達馬坊站南場，集裝箱通過自備集卡或IGV運輸至金隅平谷智能化物流園暫存，最終通過集卡轉(zhuǎn)運離開的流程為例，對智能化技術(shù)賦能物流組織進行流程詳述。智能化技術(shù)賦能金隅平谷智能化物流園和馬坊站南場物流組織示意圖如圖5所示。

圖5 智能化技術(shù)賦能金隅平谷智能化物流園和馬坊站南場物流組織示意圖Fig.5 Intelligent technology-enabled logistics organization of the Pinggu intelligent logistics park of BBMG and the south yard of Mafang station

（1）列車到站：集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)根據(jù)鐵路系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)確定大致列車定位、列車車廂信息、集裝箱信息等，將集裝箱到站信息發(fā)送至自備集卡/IGV。

（2）集裝箱卸載：列車停穩(wěn)后，列車定位系統(tǒng)根據(jù)鐵路既有列車調(diào)度指揮系統(tǒng)中采集的列車粗定位信息、裝車信息和作業(yè)計劃，傳輸至集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)，通過龍門吊遠程控制系統(tǒng)操控龍門吊走行至相應位置，安裝于門吊主梁上的激光掃描儀掃描集裝箱輪廓信息進行列車集裝箱精確定位，確定集裝箱在場站的具體點位坐標，將待卸箱坐標信息反饋至集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)。

（3）門區(qū)掃描進場集卡/IGV信息：智能門禁系統(tǒng)通過“射頻識別+視頻識別”方式通過車牌識別裝置掃描自備集卡/IGV車牌號或相應信息與系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)進行比對，門衛(wèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對成功道閘自動放行，并將需要取送的箱位信息及路線通過引導屏或給集卡車輛卡片，指引集卡去往箱場指定位置取箱；IGV小車接收車輛調(diào)度平臺的指揮，通過北斗慣導及三維激光雷達進行高精度定位，在轉(zhuǎn)運過程中根據(jù)預先輸入的地理信息系統(tǒng)坐標地圖，結(jié)合激光同步定位與地圖構(gòu)建技術(shù)，自主規(guī)劃路線，高精度停車。

（4）集裝箱裝載至集卡：IGV小車行駛至相應位置后，反饋定位信息至車輛調(diào)度平臺；集卡行駛至相應位置后，安裝于門吊橫梁上的激光掃描儀掃描集卡輪廓信息，進行集卡高精度定位。結(jié)合定位信息，集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)發(fā)送作業(yè)指令至龍門吊遠程控制系統(tǒng)進行具體點位的裝卸，裝卸完成后將集裝箱作業(yè)數(shù)據(jù)更新至智能倉儲管理系統(tǒng)中，完成作業(yè)。

（5）門區(qū)掃描出場集卡/IGV信息：放箱完成后，吊具上升到安全高度，提示集卡/IGV離開，門禁識別離場集卡/IGV車輛和所取貨物信息，并上傳至系統(tǒng)比對正確后放行。

（6）門區(qū)掃描入園自備集卡/IGV信息：系統(tǒng)流程思路同步驟(3)。

（7）集裝箱卸載至堆場：系統(tǒng)流程思路同步驟(4)，集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)將集裝箱到園信息發(fā)送至收貨人。

（8）門區(qū)掃描出園自備集卡/IGV信息：系統(tǒng)流程思路同步驟(5)。

（9）司機預約進園取貨時間：由司機或企業(yè)在APP上預約進園取貨時間，集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)處理預約信息，確認后發(fā)送給司機。

（10）門區(qū)掃描入園社會集卡信息：系統(tǒng)流程思路同步驟(3)。

（11）集裝箱裝載至社會集卡：系統(tǒng)流程思路同步驟(4)。

（12）門區(qū)掃描出園社會集卡信息：系統(tǒng)流程思路同步驟(5)。

4 結(jié)束語

金隅平谷智能化物流園基于智能化技術(shù)驅(qū)動實現(xiàn)園區(qū)智慧運行，園區(qū)建成后，將成為服務于平谷區(qū)及首都副中心建材需求的智慧型鐵路港和北京區(qū)域建材產(chǎn)品區(qū)域配送的交通運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整示范基地，對提升北京現(xiàn)代物流服務水平、實現(xiàn)物流領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級、促進礦建等行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展進而帶動區(qū)域經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義，園區(qū)建設方案也為后續(xù)鐵路智慧物流園設計提供重要參考價值。