顏浩龍 王晉

摘 ?要：城市地下智能物流系統(tǒng)的運輸軌道和各級節(jié)點結構設計是決定整個系統(tǒng)整體運輸量的決定因素。文章以1 000萬人口城市對快遞、商超和餐飲三大類貨物的日均物流量為參照，選用在RDC和小區(qū)DC的兩次換裝模式，對集裝設備型號、軌道參數(shù)進行了設計，采用“4米通道+2米通道”的組合模式，并對CDC、RDC、FDC和小區(qū)DC進行功能與結構設計，形成完整的城市地下智能物流系統(tǒng)的結構設計方案。

?關鍵詞：城市地下物流;軌道組合;運輸能力;節(jié)點結構設計

?中圖分類號：F252 ? ?文獻標識碼：A

Abstract： The transportation track and node structure design of urban underground intelligent logistics system are the decisive factors to determine the overall transportation volume of the whole system. Based on the daily average flow of express， supermarket and catering goods in a city with a population of 10 million， this paper designs the model and track parameters of container equipment in the mode of two reloading in RDC and district DC， adopts the combination mode of“4M channel+2M channel”， and designs the function and structure of CDC， RDC， FDC and district DC， form a complete urban underground intelligent logistics system structure design.

Key words： urban underground logistics; track combination; transportation capacity; joint structure design

?城市地下智能物流網(wǎng)絡中的運輸通道參數(shù)如何確定是一個關鍵問題，涉及到整個城市地下智能物流系統(tǒng)的建造成本、通過能力、車輛選型等關鍵問題的確定，本文嘗試對快遞、超市、餐飲三類物流服務對象開展研究，實現(xiàn)城市地下智能物流系統(tǒng)有諸多問題需要研究，其中集裝設備、運輸軌道、運輸車輛、CDC功能結構、RDC功能結構、FDC功能結構和小區(qū)DC功能結構的設計是首要研究的關鍵問題。

1 ?文獻綜述

國內學者易美、周愛蓮[1]（2016）以物流設施建設成本、運輸費用及中轉服務費用為最低的目標函數(shù)，以物流設施的節(jié)點、運輸管道容量限制及管道路線最長限制等為約束條件建立了分層分級配送數(shù)學模型。彭玫貞等[2]（2017）提出了地下物流系統(tǒng)與地鐵協(xié)同運行的設想，建立了客貨共線和客貨分線的運營模式，并對協(xié)同系統(tǒng)在技術、效益、運營和實施風險等方面進行了分析。屈川翔等[3]（2018）運用調研分析、數(shù)值回歸分析、SLP等方法，從地下物流建設物流節(jié)點的選址及線路布置等方面，對武漢地區(qū)城市地下流物流系統(tǒng)可行性研究中的選址、布局、施工技術等問題進行探討與趨勢展望。葛洪磊等[4]（2018）提出了開展地鐵物流的快遞自提模式、同城快遞服務模式、共同快速補貨模式、閑時批量運輸模式和應急物流模式。胡萬杰等[5]（2018）基于城市地鐵網(wǎng)絡的客貨共線的協(xié)同運作模式構建了多級物流節(jié)點的選址優(yōu)化方法，并設計了一種基于分步優(yōu)化的自適應全局免疫克隆選擇算法來降低多重隨機搜索的時間復雜度。胡萬杰、潘欣維、華云[6]（2018）針對城市地下物流系統(tǒng)的特征，建立了地下貨運OD評價模型、ULS二級節(jié)點選址優(yōu)化模型、多目標ULS網(wǎng)絡規(guī)劃模型等一系列ULS網(wǎng)絡節(jié)點選址與優(yōu)化問題模型。徐佳、陳一村、陳志龍[7]（2019）梳理城市地下物流系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，將其總結為三個主要的問題：地下物流系統(tǒng)貨運機車概念、網(wǎng)絡規(guī)劃設計和運營組織管理。錢七虎[8]（2019）結合國內外典型案例分析說明利用地下空間發(fā)展綠色建筑和綠色城市的理念、方法、構想，并結合實例強調地下空間開發(fā)規(guī)劃的重要性、規(guī)劃科學的重要性、開發(fā)與規(guī)劃中的問題及規(guī)劃的具體要求。侯夏杰、周愛蓮[9]（2019）認為相比于單一的編組開行方案，在地下物流系統(tǒng)中使用多編組車輛開行方案可提高發(fā)車頻率、節(jié)省貨物等待時間、降低運營成本，也有利于運輸能力在各時段的均衡分配。尚鵬程等[10]（2019）分析了地下物流系統(tǒng)中貨物收發(fā)效率、分揀時間和運輸速率等因素變化對站點垂直運輸?shù)挠绊?，為地下物流系統(tǒng)終端的規(guī)劃設計提供數(shù)據(jù)支持。陳一村等[11]（2020）基于地鐵客運特征、地下貨物運輸特征和城市貨物需求3個因素，提出運用K-means聚類和Dijkstra算法來定量化分析3種協(xié)同運輸系統(tǒng)對城市地鐵客運和地面物流配送的影響。李楠[12]（2020）以地下物流網(wǎng)絡的成功部署和建設總成本最低為目標，以物流節(jié)點日收發(fā)貨物量和節(jié)點服務半徑為主要約束條件，借鑒地面物流運輸網(wǎng)的分步配送模式，考慮地下空間開發(fā)的靈活性，搭建了一個地下雙層物流運輸網(wǎng)絡模型。顏浩龍、王晉[13]（2020年）運用集覆蓋理論構建了配送到戶的城市地下物流交通網(wǎng)絡，采用三級HUB的結構解決城市內地面收貨終端分布不均衡的問題。

綜上所述，國內專家學者對城市地下物流系統(tǒng)有一定的研究，并取得了部分成果，但是大多數(shù)研究成果集中在城市地鐵的物流領域，對獨立的城市地下物流系統(tǒng)的研究成果還不全面，而且大多數(shù)集中在城市地下物流系統(tǒng)的節(jié)點選址、開行方案及可行性研究等方面，對城市地下物流系統(tǒng)的系統(tǒng)性研究成果還不多見，特別是對城市地下物流系統(tǒng)的設備選型和設施結構設計等方面的研究還相當匱乏。

2 ?城市地下智能物流軌道通過能力研究

2.1 ?物流量計算

2.1.1 ?物流量的估算

?城市地下物流對象范圍設定為超市、快遞、餐飲。城市規(guī)模以某市主城區(qū)人口密度為例，20 000人/平方公里，1 500畝/小區(qū)，每個FDC（三級HUB）聯(lián)接10個小區(qū)，即10平方公里，每個RDC（二級HUB）聯(lián)接10個FDC（三級HUB），而整個城市共500平方公里，總人口1 000萬。

（1）快遞量估算。人均每日消耗的快遞物流量為：快遞人均1件/天，平均每個快遞包裝箱按20cm*20cm*40cm計算，即0.016立方米，每個小區(qū)日均快遞量估算為320立方米/天。每個FDC日均物流量3 200立方米，每個RDC日均3.2萬立方米，整個城市日均16萬立方米。

（2）超市物流量估算。人均物流量按0.01立方米/天估算。每個小區(qū)日均超市快消品消耗量估算為200立方米，每個FDC日均超市快消品物流量2 000立方米，每個RDC日均2萬立方米，整個城市日均10萬立方米。

（3）餐飲物流量估算。人均物流量2KG/天，折合為0.002立方米/天，每個小區(qū)餐飲物流量估算為40立方米，每個FDC日均餐飲物流量為400立方米，每個RDC日均4千立方米，整個城市日均2萬立方米。

?綜上所述，平均每個小區(qū)DC每天的三類貨物物流量估算匯總為560立方米，每個FDC的日均物流量為5 600立方米，每個RDC的日均物流量為5.6萬立方米，整個城市的日均物流量估算為28萬立方米。

2.1.2 ?集裝設備裝載分析

?城市地下物流系統(tǒng)的集裝設備選型對象主要考慮20尺普柜和托盤，20GP集裝箱內部容積33立方米，按裝載28方估算。托盤采用1米*1.2米的標準托盤，每托盤堆碼量按2立方米估算。整個城市每天物流總量28萬立方米，即1.4萬GP/天，每個集裝箱長度按7米計算，貨列總長度98km。配送批次設計如下：

（1）按4小時每批次配送。每天平均配送3次，每4小時集中配送1次，每次配送0.47萬集裝箱，每個集裝箱長度按7m計算，按每天早、中、晚三個批次計算，每個批次要送貨33.67km。按一級軌道額定速度80KM/時計算，每批需要0.42小時完成發(fā)車，按5個RDC計算，平均每個RDC每次接受貨物933集裝箱，每個RDC覆蓋10個FDC，平均每個FDC每批接收貨物93.3集裝箱，每個FDC覆蓋10個小區(qū)計算，平均每個小區(qū)每批接收貨物9.33集裝箱。

?（2）按每小時一個批次配送。每天平均配送12次，每次配送1 167集裝箱，每批貨列長度為8.16km。按一級軌道額定速度80KM/時計算，每批需要0.1小時完成發(fā)車，按5個RDC計算，平均每個RDC每次接受貨物233集裝箱，每個RDC覆蓋10個FDC，平均每個FDC每批接收貨物23.3集裝箱，每個FDC覆蓋10個小區(qū)計算，平均每個小區(qū)每批接收貨物2.33集裝箱。

2.2 ?軌道組合分析

2.2.1 ?軌道通過能力分析

?軌道運輸能力取決于軌道數(shù)量、軌道車輛的運行速度、集裝箱的橫截面積，如式1所示。

y=n·x·y·z ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中：軌道每小時通過量y;軌道車輛運行速度為x;軌道車輛橫截面積為z;軌道數(shù)量為n。

?直徑4米通道采用標準集裝箱運輸，軌道車輛運行速度參考城市地鐵，城市地鐵設計速度最高為80KM每小時，平均運行速度為36KM每小時，單軌每小時的最高通過能力為：80 000*2*2=32萬立方米每小時，每天單軌配送能力達768萬立方米，按36 KM每小時的速度計算，單軌每小時的最高通過能力為：36 000*2*2=14.4萬立方米每小時，每天單軌配送能力達345.6萬立方米，單軌運輸能力已超過常規(guī)下的運輸需求28萬立方米12.39倍。直徑2米通道采用單托盤集裝設備運輸，單軌每小時的最高通過能力為：80 000*1.2*1=9.6萬立方米每小時，每天單軌配送能力達230.4萬立方米，按36 KM每小時的速度計算，單軌每小時的最高通過能力為：36 000*1.2*1=43.2萬立方米每小時，每天單軌配送能力達43.2萬立方米。

2.2.2 ?多直徑軌道組合模式分析

（1）“4米通道+2米通道的組合”。如果總部到RDC的一級軌道采用標準集裝箱軌道、RDC到FDC和小區(qū)DC的二級和3級軌道采用單托盤式集裝設備。那么在RDC處需要建換裝設施設備。

?（2）“全程4米通道”。單軌每小時的最高通過能力為：80 000*2*2=32萬立方米每小時，每天單軌配送能力達768萬立方米，按36 KM每小時的速度計算，單軌每小時的最高通過能力為：36 000*2*2=14.4萬立方米每小時，每天單軌配送能力達345.6萬立方米，單軌運輸能力已超過常規(guī)下的運輸需求28萬立方米12.39倍。

?（3）“全程2米通道”。單軌每小時的最高通過能力為：80 000*1.2*1=9.6萬立方米每小時，每天單軌配送能力達230.4萬立方米，按36KM每小時的速度計算，單軌每小時的最高通過能力為：36 000*1.2*1=4.32萬立方米每小時，每天單軌配送能力達103.6萬立方米。運輸能力已超過常規(guī)下的運輸需求28萬立方米3.7倍。

3 ?城市地下智能物流各級節(jié)點功能結構研究

3.1 ?各級軌道與換裝設計

?采用“CDC—RDC解掛換裝—FDC—小區(qū)DC解掛換裝—入戶”的二次換裝的“4米通道+2米通道+小區(qū)通道”的兩次換裝軌道系統(tǒng)模式，如圖1所示，每天外部貨物到達城外總部輸入基地后進行分揀裝車，每小時發(fā)一批車到各RDC對應FDC的換裝站，完成卸貨后，空車回到總部基地繼續(xù)裝載進入下一批發(fā)車運輸，從RDC卸載到對應FDC月臺上的整托貨物，根據(jù)發(fā)送地址，裝到2米軌道上發(fā)車送到對應的小區(qū)RDC，由小區(qū)RDC再次換裝后由小區(qū)內部的終端運輸車輛發(fā)車到收貨人門口。

1.4萬GP每天，按小時發(fā)車，每天配送時間從上午8：00至晚上8：00，共12個小時，按均衡發(fā)車計算，一級軌道速度按80KM/小時計算，每批車輛按2小時完成配送回站計算，則總共需要3*1.4/12=0.35萬周轉GP，停放車廂軌道設計長度為

3 500*7=24 500米，每個RDC每小時需要?？縂P軌道線長度為：1.4萬GP/5*12=300GP，300*7=2 100米。RDC到FDC每天的平均量為1.4/5=0.28萬GP，5.6萬立方米，即5.6萬托盤，每個車廂按6米長設計，可裝載6托盤貨物，按每小時發(fā)車一次，每2個小時到達小區(qū)DC回RDC，則每個RDC需要3*5.6/12*6=0.23萬周轉車廂，每個RDC需要存放0.23萬車廂的場所，即13 800米，各RDC中13 800米的車輛停放區(qū)的設計，全部放在從FDC回RDC的返程軌道上，即每條返程軌道放230節(jié)車廂，1 380米長。每個FDC每小時接收到上級RDC發(fā)出的一批次貨物，貨物量為5.6/12*6*10=78節(jié)車廂，78*6=467米，因此，每個FDC每小時的處理能力要超過78節(jié)車廂，即468托盤。每個小區(qū)DC每小時接收量為7.8節(jié)車廂，46.8托盤，7.8*6=46.7米。

3.2 ?總站基地CDC結構設計圖

如圖2所示，總站基地最左邊是將每小時到達城市的各類貨物進行分揀的分揀區(qū)，分揀好的貨物在分揀區(qū)完成堆碼組托，之后將組托完的整托貨物搬運到中間各條FDC的裝車站臺，每一個FDC的裝車站臺又按小區(qū)DC編號按順序進行分區(qū)，各托貨物均搬運到指定編號的FDC小區(qū)DC裝車月臺上。其次，將復核好的托盤放到各FDC預定的車廂上，前往同一RDC換裝站臺的各車廂按次序完成編組后到最右邊的預發(fā)車軌道上，進入待發(fā)車狀態(tài)，最后根據(jù)發(fā)車計劃按時發(fā)車。

3.3 ?RDC結構設計

如圖3所示，RDC功能結構采用了多軌道設計，根據(jù)各RDC的物流量與覆蓋區(qū)域范圍確定換裝站點的數(shù)量與規(guī)模。采用在一級運輸軌道兩邊新增兩條換裝軌道的設計，能夠確保各RDC卸貨時不影響主運輸通道的車輛通行，而且在貨運量突然增大且呈現(xiàn)極不平衡的情況下，兩側的卸貨通道可以用做暫停軌道使用。每個RDC每小時需要?？縂P軌道線長度為：1.4萬GP/5*12=300GP，300*7=2 100米，2 100/10=210米。而每小時?？吭贔DC側的軌道線長度為：300*20/6*7=700米?？紤]到FDC側軌道不僅承擔換裝車輛?？抗δ?，還需要承擔周轉車輛的停車功能，因此采用了多軌關行的設計以縮短單條軌道的長度。

3.4 ?FDC結構設計

如圖4所示，F(xiàn)DC到RDC換裝站采用的是雙軌設計，而FDC到小區(qū)DC采用的是單軌設計，軌道所在通道直徑為2米，從FDC到各小區(qū)DC的分撥采用的是樹狀結構，前往各小區(qū)DC的軌道車輛從RDC的換裝站發(fā)車后直接到小區(qū)DC完成卸貨，并從小區(qū)DC通過單軌經(jīng)過樹狀分撥節(jié)點回到FDC的主運輸軌道上來，最終回到RDC換裝站的FDC側停車軌道上等待下一批裝車。

3.5 ?小區(qū)DC結構設計圖

如圖5所示，小區(qū)DC終端入戶的軌道網(wǎng)絡均采用雙向單軌設計，只有在從運輸網(wǎng)絡到入戶的最后一個分支采用單軌單通道設計，而小區(qū)DC的換裝站的聯(lián)接FDC側采用環(huán)狀設計，整個閉環(huán)軌道長度結合每個小區(qū)DC每小時接收量為7.8節(jié)車廂設計值大于7.8*7=46.7米。換裝站臺上將貨物從整托換裝到配送到戶的小型配送箱中，直接配送到戶。

4 ?結 ?論

城市地下智能物流系統(tǒng)中硬件設施設備的規(guī)劃設計是基礎，基礎設備選型、設施結構設計科學與否直接決定了后續(xù)軟件建設的高度，而且城市地下物流施工難度大、投資高，科學合理的硬件設施設備設計是城市地下智能物流系統(tǒng)項目成功的重要組成部分。本文根據(jù)設定的物流對象與物流量進行設備選型、路網(wǎng)組合設計和各級樞紐性節(jié)點進行了可行的研究設計，一是在RDC換裝的并行軌道設計有效解決了一級路網(wǎng)的運輸問題，包括輸入量發(fā)生階躍性波動時可能帶來的擁堵問題也做了相應設計。二是換裝站臺的設計能解決裝車與停車軌道線需求過長的問題和編組的問題。三是FDC的樹狀分撥結構設計解決了雙通道與單通道組合的聯(lián)接問題。四是總站基地CDC的軌道布局設計解決了總站編組裝車的問題。

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收稿日期：2021-07-30

基金項目：2018年湖南省自科基金項目“城市地下智能物流系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃與仿真模擬研究”（2018JJ5016）

作者簡介：顏浩龍（1982-），男，湖南華容人，湖南工業(yè)職業(yè)技術學院，副教授，研究方向：智慧供應鏈;王 ?晉（1983-），女，湖南湘潭人，湖南工業(yè)職業(yè)技術學院，副教授，碩士，研究方向：供應鏈管理。