城市地下物流管道運輸設計研究

作者簡介：盧陽旭（2001—），研究方向：控制工程。

摘要：文章提出并設計了一套城市地下物流管道運輸的方案。該方案充分利用淺層土地的空間構建物流管道，融入魚骨形管道車、智能分揀快遞柜設計，使物流運輸實現全天候、自動化運行，能夠減輕地面交通運輸的壓力，符合可持續發展的要求，并且對未來物流技術的發展起到了借鑒作用，對未來城市交通設計與規劃具有重大意義。

關鍵詞：地下物流；城市規劃；方案設計

中圖分類號：U173

0 引言

在21世紀初，隨著我國加入世界貿易組織和互聯網電子商務的興起，以及城市化進程的快速推進，城市快遞業務規模快速增長。根據國家郵政局快遞大數據平臺實時監測數據，2021年我國快遞業務量已達1 000億件，僅上海市的快遞業務量就高達37億件。快遞業物流的不斷增加，直接增加了城市的交通壓力，使得城市貨運的通達性和質量都受到影響。在人口密集的城市中，交通運輸壓力大，物流運輸效率低，因此需要一種新的物流運輸方案來解決。近年來已經有許多關于地下物流的研究，但仍然存在很多可完善的問題。

夏元超等在城市地下物流系統“最后一公里”的設計研究中提出使用四向穿梭車在地下軌道運輸包裹貨物的方案，但該方案只能運輸單一貨物且不宜高速行駛，運輸控制也比較復雜^［1］。韓雨珩等在城市地下物流系統規劃設計研究中分析了國內外地下物流的發展現狀，提出了管道運輸與傳送帶投遞相結合的方案，在此方案的基礎上可進一步詳細設計^［2］。魏艷波在城市地下道路與地下物流系統結合建設模式的研究中提出了將物流車道與地下車道并行建設的方案，為地下物流系統的實現分析了可行性^［3］。

本文提出了魚骨型管道車和智能分揀快遞柜設計。魚骨型管道車可運行于圓筒形管道中，并且能夠適應復雜的彎道和坡度的變化，這種強適應性能夠降低施工難度，提高方案的可行性;智能分揀快遞柜在現有的快遞柜上融合了分揀機結構，實現包裹自動投入指定柜中，解決了物流末端的投遞問題。

1 國內外地下物流研究現狀

1.1 國內發展現狀

我國對于城市地下物流管道運輸設計的研究持開放和積極態度，但起步較晚。2004年，錢七虎院士就針對我國城市發展中日益嚴峻的交通問題，提出要在特大城市建設地下快速路和地下物流系統來優化城市交通體系^［4］的建議，同年，廣州從瑞典引進地下運輸技術，并計劃在主城區建設地下垃圾管道運輸系統^［5］。近年來，隨著我國地下物流研究的環境逐漸成熟，研究有了新的突破。2018年，京東成立研究所專門研究地下物流，提出京東管道-膠囊運輸概念^［6］。2021年，雄安新區地下綜合管廊采用三層四艙結構，最上層為物流通道層，用于無人駕駛車以及貨運物流。國內對于地下物流的研究目前處于起步階段，開始了最初的實踐探索。

1.2 國外發展現狀

國外對于地下物流管道運輸的研究和實踐應用很早就開始了，其中最具代表性的是英國、美國、荷蘭和日本的研究。1853年，英國利用有輪的氣力運輸管線在倫敦建造了城市管道郵政系統軌道，管道直徑為60.96 cm，運輸速度可達64.37 km/h，構成了城市地下物流管道運輸的雛形。美國在20世紀初開始建設地下物流系統，在芝加哥城市街道地下建設了一個地下貨物運輸網絡，以電為動力運輸城市垃圾和煤。1915年，日本也開始開發地下物流，修建了“雙車道”系統，用來連接東京市中心的郵政局并運輸商品。荷蘭在1996年開始建設專業的地下物流系統，連接著阿姆斯特丹機場、世界上最大的花卉市場和鐵路中轉站，該系統于2022年正式建成^［7］。國外對地下物流的研究和應用相對成熟，但在快遞物流領域的應用較少。

2 研究地下管道運輸的意義

物流系統是城市運轉的重要組成部分。傳統的物流運輸方式通過路面車輛連接商家和用戶。然而，在信息高速發展傳播的今天，傳統物流運輸的承受能力已經接近瓶頸。在國內，“雙十一”“618”等電商促銷節日前后，快遞公司常常無法準時運送快遞，出現運輸貨車超載和倉庫存儲超量的情況，快遞員的運輸工作更是超負荷^［8］。這不僅降低了物流運輸的效率，對交通運輸影響也極大，甚至引發多起交通事故。由此可見，傳統的物流運輸方式在未來必將被新型物流運輸方式取代。近年來，地鐵在我國各大城市逐漸加快建設，使得人們出行更加便利，也有效緩解了城市的交通壓力^［9］。而地下管道運輸順應了社會發展的趨勢，研究地下管道運輸，能夠解決傳統物流運輸中出現的問題，進一步緩解城市的交通壓力。

相對于傳統物流運輸，地下物流管道運輸不受天氣、時間等因素的限制，可全天候運行。理論上，地下管道運輸的效率比路面運輸高出一倍以上。此外，地下管道運輸充分利用淺層土地的空間資源，減少了地面道路的占用，能夠大大緩解交通壓力，降低交通事故發生率。地下物流管道運輸利用新能源或電力驅動，無噪音、無廢氣，符合可持續發展理念。研究地下管道運輸對我國的城市化進程、城市交通設計與規劃和物流技術發展有著重大意義。

3 地下物流管道運輸系統設計

3.1 系統總體設計

地下管道物流運輸系統的總體流程如圖1所示。系統以城市物流總站為起點，將貨物向城市中的各區域輸送，貨物包裹由物流總站分配完成后依次通過管道運輸系統的干路、支路運輸。運輸路線設置多級支路岔口，經過合理的路線設計，可覆蓋城市大部分地區。城市中存在多種貨物類型，能夠打包運輸的貨物都能成為地下管道運輸的對象。除快遞包裹外，超市和市場需要的生鮮也是地下管道運輸的主要對象。根據貨物類型，最低級支路將生鮮、商品等包裹運至目的地市場、超市等地下倉庫進行卸貨，或將快遞包裹運至智能快遞柜處進行包裹暫存，等待用戶取出。卸貨后的空車行駛至市區倉庫或寄件機處裝貨，裝貨完成后，管道車經返回管道返回至城市物流總站，再進行下一輪運輸。

3.2 地下運輸管道

地下運輸管道由直行管道、彎道和分叉管道三種管道組成如圖2所示。直行管道與彎道使用澆筑好的水泥管道拼接形成，分叉管道則由可活動的軟管搭配分道閘構成。水泥管道具有結構結實、便于淺層鋪設的優點，在實際施工中與鋪設下水道相似，建設成本低、具備可行性。分道閘由微型計算機、舵機、掃碼模塊以及機械結構組成。分道閘高速掃碼模塊能識別列車的目標通道，將軟管擺至與目標通道相連接，使列車正確駛至目的地。管道車在行駛至分道閘前，車頭配備的光電傳感器接收漫反射反光板的光信號，從而識別即將到達分道閘并減速。管道車減至一定速度后，掃碼模塊的高速掃描頭可讀取管道車二維碼信息，并傳輸至分道閘微型計算機處，微型計算機根據二維碼信息控制分道閘將管道分撥至正確岔道。當列車行駛至快遞柜傳送帶處時，將進入點動行駛模式，推桿上的掃碼模塊識別車上的包裹信息，并通過微處理器控制推桿將此處需要存放的包裹推入傳送帶，傳送帶則將包裹運輸至分揀機處。

3.3 魚骨形管道車

魚骨形管道車的結構如圖3所示。管道車由動力車頭和魚骨形車身構成，兩部分通過車頭主軸連接。動力車頭采用牽引臂供電，搭載電機和微型計算機，受程序控制執行行駛和停止操作。車頭部分設有紅外測距模塊，微型計算機根據測距對車速進行控制，保持管道內列車之間的安全車距。車身部分由萬向連接軸將多條條狀甲板連接，使車身呈魚骨形。條狀甲板兩側附有萬向輪，支持甲板穩定行駛。兩條條狀甲板之間設緩沖彈簧，在甲板活動時起到緩沖作用。管道車不設車廂，車載貨物置于甲板上，運行過程如同高速運轉的傳送帶。這種魚骨形結構車身能夠運行于圓筒形水泥管道中，并適應管道的靈活轉向以及坡度的上下變換。

3.4 智能分揀快遞柜

智能分揀快遞柜結構如下頁圖4所示，其在傳統快遞柜的基礎上引入了分揀機結構，分揀機由步進電機、傳動帶和機艙等主要部件組成。傳送帶運輸包裹至分揀機處，由微型計算機控制分揀機與傳送帶配合，將包裹依次送入機艙內。通過控制步進電機帶動水平與垂直方向的傳動帶，分揀機可間接控制分揀機機艙坐標，將機艙送至指定柜子坐標處，再由艙內推桿將包裹推入柜體內部。該分揀機具有結構簡單、控制簡單、占地空間小的特點，可實現精準機艙定位，能夠很好地適配傳統快遞柜。

4 結語

本文設計了一套城市地下物流管道運輸系統，解決了快遞業物流中“最后一公里”的末端配送服務問題，對于未來城市交通規劃和城市物流發展具有重要的實際意義和價值。相比于傳統的物流系統，該系統具有全天候運行、無人化、高效率和高準確率等優點，且能夠充分利用地下空間資源，減少地面道路的壓力，有效緩解大型城市交通運輸的擁擠性。

該系統目前設計用于貨物包裹的運輸。除此之外，它還有巨大的潛力，能夠發展為運輸緊急物資如醫療用品和戰略補給，甚至可為外賣行業提供運輸服務等。修建城市地下物流運輸系統不僅能夠服務社會，還能夠在戰時作為物資運輸的通道，對國家發展具有重大意義。

參考文獻

［1］夏元超，付兆娜，劉華瓊.城市地下物流系統“最后一公里”的設計研究［J］.中國儲運，2021（10）：173-174.

［2］韓雨珩，梁燕翔.城市地下物流系統規劃設計研究［J］.四川建材，2022，48（2）：58-59.

［3］魏艷波.城市地下道路與地下物流系統結合建設模式研究［J］.交通與運輸，2022，38（3）：65-69.

［4］吳繆宇，孫澤辰.新零售模式下社區末端物流問題研究——以無物業小區智能快遞柜為例［J］.物流工程與管理，2021，43（2）：19-22.

［5］趙捷竹，白璐璐.我國城市地下物流系統發展構想［J］.合作經濟與科技，2019（5）：40-41.

［6］劉依萌.5G技術應用背景下京東物流配送環節發展對策研究［J］.中阿科技論壇（中英文），2020（8）：178-181.

［7］陳一村，陳志龍，郭東軍，等.城市地下物流系統研究現狀［J］.管理現代化，2019，39（3）：91-97.

［8］劉蘊博，勾兆丁，薛鑫喆，等.基于地鐵的城市快遞物流智能運輸系統設計［J］.物流技術，2019，38（10）：7-11.

［9］王 妍，張祺焱.無接觸配送之智能快遞柜發展模式研究［J］.全國流通經濟，2020（32）：12-14.

收稿日期：2023-04-07