城市地下物流系統(tǒng)研究概況與分析

章冠弘+包敦輝

摘要：城市地下物流系統(tǒng)（underground IJogistics system，ULS）是緩解城市交通問題的新思路。近年來已成為各國(guó)的研究重點(diǎn)。大量的相關(guān)研究與主題很難為ULS的利益相關(guān)者提供該領(lǐng)域的整體概述。因此，系統(tǒng)的回顧ULS以往的研究是促進(jìn)共享有用的研究成果和探究未來發(fā)展趨勢(shì)最重要的手段。本文檢索并分析了227篇國(guó)內(nèi)外期刊文獻(xiàn)及六次國(guó)際地下物流會(huì)議的文獻(xiàn)，闡述了ULS在概念及技術(shù)、可行性、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和仿真四方面的研究進(jìn)展，并提出了面向?qū)嵤┑腢LS研究體系在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析、ULS與城市發(fā)展互動(dòng)關(guān)系、UIS的運(yùn)營(yíng)過程與機(jī)制、ULS與其他物流方式相互作用關(guān)系、可靠性和仿真等方面還存在不足并應(yīng)是未來研究的重點(diǎn)。綜述結(jié)論應(yīng)能為未來ULS的研究與實(shí)踐提供參考并指明方向。

關(guān)鍵詞：地下物流系統(tǒng)；系統(tǒng)綜述；主題及趨勢(shì)；規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)

0引言

我國(guó)新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，城市規(guī)模急劇擴(kuò)張，人口密度和產(chǎn)業(yè)密度迅猛提高，城市物流的規(guī)模與密度也隨之且益增大，由此帶來了交通擁堵、生態(tài)惡化、資源浪費(fèi)等一系列城市問題，迫切需要一種創(chuàng)造性的解決思路。傳統(tǒng)手段是通過拓展現(xiàn)有交通運(yùn)輸系統(tǒng)，如建設(shè)地鐵，新建、擴(kuò)建城市道路、水路鐵路等或使用更大的運(yùn)載工具來解決上述難題。實(shí)踐證明，由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境以及空間等條件的制約，僅通過增加交通設(shè)施來應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的交通需求，既不科學(xué)也不現(xiàn)實(shí)，并且拓展現(xiàn)有交通運(yùn)輸系統(tǒng)不僅會(huì)占用大量土地，而且也對(duì)環(huán)境造成更大負(fù)擔(dān)。當(dāng)前，世界各國(guó)開始向地下發(fā)展，將發(fā)展城市地下物流系統(tǒng)（Underground LogisticsSvstem，ULS）作為緩解交通困局的新思路，它將地面貨物轉(zhuǎn)向地下，采用管道或隧道形式運(yùn)輸，能夠有效減少地面車輛從而減輕擁堵，減少了貨車的尾氣排放更加環(huán)保節(jié)能并節(jié)約土地；同時(shí)，地下運(yùn)輸路徑短、速度快、無障礙，能夠極大提高城市貨運(yùn)效率，有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

現(xiàn)代地下物流系統(tǒng)的研究已近30年，美國(guó)、英國(guó)、荷蘭及日本等國(guó)已進(jìn)行了不同程度的工程實(shí)踐，但是全世界還沒有一個(gè)成功的案例可供借鑒。盡管國(guó)內(nèi)外在發(fā)展ULS的必要性、可行性、技術(shù)系統(tǒng)和建造管理等方面產(chǎn)生了許多重要的研究成果，但ULS是涉及地上與地下、物流與工程、技術(shù)與管理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，因此，亟待需要前瞻性的理論研究，為發(fā)展ULS提供理論與方法指導(dǎo)。本文依托國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫，梳理和總結(jié)1990-2016年期間國(guó)內(nèi)外ULS的研究文獻(xiàn)，目的主要在于兩點(diǎn)：①更廣泛地概述與分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)ULS研究的范圍；②對(duì)過去、現(xiàn)在、未來的ULS研究提出系統(tǒng)評(píng)價(jià)。這個(gè)研究對(duì)于我國(guó)當(dāng)前面臨實(shí)踐的前瞻性研究及新的研究者來說尤其重要，可以幫助他們獲得更廣泛的觀點(diǎn)。相信這一系統(tǒng)的分析評(píng)估將激勵(lì)對(duì)ULS的進(jìn)一步研究與實(shí)踐。

本文分析的文獻(xiàn)由中英文期刊文獻(xiàn)及六次國(guó)際地下物流會(huì)議論文構(gòu)成，如表1所示。英文期刊，截止2016年底，采用關(guān)鍵詞Underground Logistics System或UndergroundFreight Transport System或Cargocap或Freight Transportby Underground Pipeline對(duì)EBSC0 Host，EngineeringVillage，ASCE及Web of Science進(jìn)行搜索，從1990年至2016年近27年間，共計(jì)364篇，刪除重復(fù)、不直接相關(guān)的、僅提及而未做深入研究的后，篩選得到相關(guān)論文66篇。

1城市地下物流系統(tǒng)基本概念

地下客運(yùn)以及地下貨運(yùn)的概念早在二百年前就出現(xiàn)，現(xiàn)在世界絕大多數(shù)主要城市的客運(yùn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了地下運(yùn)輸：原有的地下貨物運(yùn)輸主要是通過地下管道運(yùn)輸氣體和液體，20世紀(jì)90年代以來，西方發(fā)達(dá)國(guó)家開始關(guān)注城市ULS的研究，認(rèn)為城市發(fā)展中出現(xiàn)的一些問題可以通過ULS來解決。

對(duì)現(xiàn)有研究總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，ULS的概念在不同國(guó)家有不同的定義，荷蘭將其定義為地下物流系統(tǒng)（ULS）或地下貨運(yùn)系統(tǒng)（UFlS），運(yùn)載車輛為自動(dòng)導(dǎo)向（AGV-AutomatedGuidedVehicle）：日本將其定義為地下貨運(yùn)系統(tǒng)（UFIS）：德國(guó)將其定義為Cargocap系統(tǒng)：美國(guó)將其定義為地下管道貨物運(yùn)輸（Freight transport bv Underground Pipeline）。因此，城市地下物流系統(tǒng)是指通過地下管道、隧道等來運(yùn)輸固體貨物的系統(tǒng)，物流基地或園區(qū)將通過地下物流系統(tǒng)連接各個(gè)終端，這些終端包括工廠、商業(yè)中心、甚至住宅區(qū)。

2當(dāng)前研究的主題

國(guó)際對(duì)ULS的研究已經(jīng)有近30年時(shí)間，但仍是一個(gè)比較新的拓展領(lǐng)域，目前美國(guó)、荷蘭、德國(guó)、比利時(shí)和日本等，以及國(guó)內(nèi)解放軍理工大學(xué)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院等單位，均從不同角度進(jìn)行了研究。綜合起來，雖其研究才剛剛起步，但已成為近年該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于ULS的研究主要集中在以下4個(gè)方面：

2.1概念（技術(shù)）研究

Hyeok-bin Kwon、Seung-yup Jang從管道運(yùn)輸?shù)母拍畛霭l(fā)，定義了地下管道運(yùn)輸系統(tǒng)的概念及系統(tǒng)參數(shù)，包括載體速度，容量，管徑，軌道類型，運(yùn)輸車間距等技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與選擇：美國(guó)加利福尼亞州立大學(xué)的Kenneth.A.James等學(xué)者探討了利用以電磁為動(dòng)力的地下物流系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)，并建立了運(yùn)載工具實(shí)體模型，進(jìn)行了技術(shù)實(shí)驗(yàn)：德國(guó)波鴻一魯爾大學(xué)的Stein提出了貨物艙體（Cargo-Cap）的ULS概念，并且進(jìn)行了實(shí)體模型技術(shù)實(shí)驗(yàn)；美國(guó)德州交通研究院（TH）的Roop建立了安全貨物機(jī)車（SaleFreight Shuttle）的地下物流系統(tǒng)概念，也進(jìn)行了實(shí)體模型技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

我國(guó)對(duì)于ULS的概念研究主要以介紹發(fā)達(dá)國(guó)家的地下物流研究進(jìn)展及在我國(guó)城市建設(shè)中起到的作用：2002年1月，楊東援第一次引入了UIS這一概念，文章介紹了日本東京地下貨運(yùn)系統(tǒng)的組成形式，并進(jìn)行了效益和盈虧評(píng)價(jià)分析：2002年，張耀平、王大慶介紹了國(guó)外ULS的發(fā)展?fàn)顩r，分析了發(fā)展城市地下管道運(yùn)輸可能面臨的一些技術(shù)問題：聶小方等主要對(duì)地下物流的概念及其在城市中發(fā)揮的作用進(jìn)行了研究：2004年，馬保松等通過日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的ULS應(yīng)用狀況，分析了ULS在我國(guó)城市中起到的作用；2005年，黃歐龍、陳志龍、郭東軍初步研究了城市地下物流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程：2007年，同濟(jì)大學(xué)的李鵬、朱合華舊等討論了城市地下物流系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用過程中相應(yīng)困難的解決方案。endprint

2000-2010這10年間，ULS的技術(shù)研究吸引了大量學(xué)者的關(guān)注，其中以對(duì)PCP和CargoCap的研究為主，二者占據(jù)了技術(shù)研究論文的90%。PCP研究主要以美國(guó)的Henry Liu為主，主要集中在介紹PCP概念、動(dòng)力系統(tǒng)以及實(shí)證研究三方面上；CargoCap以德國(guó)的Stein的研究為主，Stein教授提出了創(chuàng)新的貨物艙體（CargoCap）的ULS概念，并且進(jìn)行了實(shí)體模型技術(shù)實(shí)驗(yàn)；此外還有荷蘭的AGV研究，日本的DMT研究，英國(guó)的Mole Urbansystem研究等。

2.2可行性研究

國(guó)外很早就對(duì)于ULS的可行性進(jìn)行了研究，1993年日本學(xué)者Kashima以東京為例，討論了ULS的基本操作方法、成本效益以及對(duì)原有物流系統(tǒng)的影響。這些研究都為后來地下物流系統(tǒng)的可行性研究奠定了基礎(chǔ)。2000年至2010年，ULS的可行性研究達(dá)到了高潮，10年間總計(jì)發(fā)表了34篇關(guān)于可行性研究的文章。一些學(xué)者將ULS與本國(guó)國(guó)情相結(jié)合，研究地下物流在本國(guó)的應(yīng)用情況，2004年錢七虎院士在中國(guó)首次明確提出ULS可以作為解決特大城市（如北京和上海）交通擁堵問題新思路，并結(jié)合北京的交通擁堵問題展開研究：一些學(xué)者從費(fèi)用和效益分析入手，比較地下物流與現(xiàn)有物流系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與不足，美國(guó)Henry Liu教授研究了利用氣動(dòng)艙體（PCP）技術(shù)在紐約應(yīng)用的可能性，并結(jié)合實(shí)際情況，計(jì)算了不同應(yīng)用方案的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的可行性；在我國(guó)，解放軍理工大學(xué)于2003年起在首規(guī)委、上海市建交委等資助下，對(duì)北京地下物流系統(tǒng)的起始線路選擇，上海港口（洋山港）規(guī)劃地下集裝箱的可能性等進(jìn)行一系列研究與探索。

2.3網(wǎng)絡(luò)布局與優(yōu)化方面研究

UIS的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)直接影響著物流系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，也直接影響該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性、工程投資以及網(wǎng)絡(luò)建成后的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。Johan Visse分析了點(diǎn)狀、線狀、網(wǎng)絡(luò)等不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并對(duì)ULS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的政策提出了建議；Arian van Binsbergen和Johan Visser對(duì)城市地下物流優(yōu)化布局的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。通過與其他算法的對(duì)比，認(rèn)為模擬植物生長(zhǎng)算法有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性、和全局搜索能力；Zhu Jianiun構(gòu)建了基于0-1線性選址分配模型的選址模型；黃歐龍初步探討了地下物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并運(yùn)用SLP法對(duì)ULS的配送中心進(jìn)行布置；馬成林建立了多目標(biāo)地下物流網(wǎng)絡(luò)連續(xù)選址通道模型，并設(shè)計(jì)了基于聚類的動(dòng)態(tài)遺傳算法。

2.4可靠性與仿真研究

地下物流系統(tǒng)作為具有“前瞻性”的一種物流設(shè)施，目前國(guó)內(nèi)外沒有商業(yè)化運(yùn)營(yíng)借鑒案例，對(duì)其進(jìn)行物流仿真顯得尤為重要。目前物流可靠性和仿真技術(shù)較多，但針對(duì)具有地下不可見、高度自動(dòng)化等特征的地下物流系統(tǒng)可靠性與仿真的系統(tǒng)研究還比較少，在1990-2016期間內(nèi)，僅僅出現(xiàn)4篇針對(duì)于ULS可靠性與仿真的研究，其中3篇均是荷蘭學(xué)者所著。M.C.Van der Heijden對(duì)不同地區(qū)之間的地下物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真分析，對(duì)成本和效率進(jìn)行了詳細(xì)研究；C.Versteegt提出SEP法，這是一種評(píng)估智能物流系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的方法，SEP方法成功應(yīng)用于地下物流系統(tǒng)Schipol的自動(dòng)導(dǎo)向車輛和材料處理站的評(píng)估。

3研究過程中發(fā)現(xiàn)的不足

學(xué)術(shù)界已經(jīng)做了許多關(guān)于地下物流的研究，這些研究對(duì)于地下物流的發(fā)展起到了很大的幫助。本文記錄了4大類共計(jì)227篇文章。然而在收集這些文章的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了地下物流的研究過程中還存在不足：

3.1缺少對(duì)于城市地下物流系統(tǒng)與城市發(fā)展互動(dòng)關(guān)系的研究

城市地下物流系統(tǒng)自身是涉及地上與地下、物流與工程、技術(shù)與管理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜巨系統(tǒng)，有別于一般物流方式。ULS投資大，回收期長(zhǎng)，財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)很難過關(guān)，運(yùn)營(yíng)期的償還本息需要依靠政府補(bǔ)助等方式。但是另一方面UIS作為革新城市物流的新式貨運(yùn)形式，其外部效益巨大，符合國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新治國(guó)發(fā)展理念，所以城市的發(fā)展帶來貨運(yùn)的增加也會(huì)更加依賴ULS的發(fā)展。而當(dāng)前的研究者小眾且主要分散于技術(shù)研究領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外幾乎沒有關(guān)于UkS可行性評(píng)價(jià)的系統(tǒng)性研究，也缺乏對(duì)ULS綜合效益的定量化分析。未來研究應(yīng)能充分調(diào)研UIS的利益相關(guān)者，從多方面分析UIS實(shí)施與城市發(fā)展在政策、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、交通、技術(shù)和運(yùn)營(yíng)管理等相互影Ⅱ向關(guān)系，定量化研究ULS的綜合效益，才能真正推動(dòng)UIS面向?qū)嵤?/p>

3.2缺少對(duì)于城市地下物流系統(tǒng)與其他物流方式相互作用方面的研究

在1990至2016年中，只有2篇關(guān)于地下物流與其他物流方式相互作用方面的研究，并且還只是探討用地鐵運(yùn)貨的問題。由于昂貴的造價(jià)，ULS僅能用于解決交通嚴(yán)重?fù)矶禄蚩蛇_(dá)性較差的路段，同時(shí)還沒有被普遍接受，理論研究也還不能支撐其迅速建成運(yùn)行，總結(jié)各國(guó)發(fā)展UIS成敗經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ULS當(dāng)前還無法作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，所以將ULS作為綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要補(bǔ)充是一個(gè)必要的發(fā)展過程。未來研究應(yīng)針對(duì)當(dāng)前城市發(fā)展對(duì)地下物流的需求與特征，分析其與新型綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建地下物流復(fù)雜系統(tǒng)適應(yīng)性分析模型，提出地下物流與其他物流方式的銜接方式、運(yùn)營(yíng)的協(xié)同優(yōu)化與組織方法，并基于此提出UIS的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)管理模式應(yīng)是未來的研究重點(diǎn)。

3.3缺少對(duì)于城市地下物流系統(tǒng)可靠性和仿真的研究

ULS作為具有“前瞻性”的一種物流設(shè)施，目前國(guó)內(nèi)外沒有商業(yè)化運(yùn)營(yíng)借鑒案例，對(duì)其進(jìn)行物流仿真顯得尤為重要。目前物流可靠性和仿真技術(shù)較多，但針對(duì)具有地下不可見、高度自動(dòng)化等特征的UIS可靠性與仿真的系統(tǒng)研究幾乎沒有，在1990-2016期間內(nèi)，僅僅出現(xiàn)4篇針對(duì)于ULS可靠性與仿真的研究。地下復(fù)雜工程運(yùn)營(yíng)的可靠性一直是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，因此，ULS的可靠性應(yīng)是運(yùn)營(yíng)研究中的關(guān)鍵問題：而仿真是其實(shí)現(xiàn)手段之一。

4結(jié)論

城市地下物流系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)緩解城市交通負(fù)荷、完善貨物運(yùn)輸體系、踐行綠色生態(tài)理念和促進(jìn)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著顯著作用。雖然近年來世界上對(duì)地下物流的關(guān)注度逐漸升高，但研究與實(shí)踐仍屬于起步階段，國(guó)內(nèi)外有關(guān)UIS的研究文獻(xiàn)主要集中于概念及可行性研究?jī)煞矫妫嫦驅(qū)嵤┑腢IS技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析、UIS與城市發(fā)展互動(dòng)關(guān)系、UIS的運(yùn)營(yíng)過程與機(jī)制、ULS與其他物流方式相互作用關(guān)系、可靠性和仿真等方面應(yīng)是未來研究的重點(diǎn)。

同時(shí)相比于其他物流方式，UIS復(fù)雜，造價(jià)高，風(fēng)險(xiǎn)大，不成功則損失巨大，因此，亟待需要前瞻性的理論研究，為發(fā)展ULS提供理論與方法指導(dǎo)。endprint