綠色低碳、數智化背景下綠色包裝在電力物資中的應用

金岳軍　張華榮　段曉龍　周繼來

關鍵詞：綠色低碳；數智化；電力企業；全鏈路

中圖分類號：F252文獻標識碼：A文章編號：2096-7934（2023）10-0051-11

一、前言

近年來，經濟全球化和世界經濟一體化的進程不斷推進，我國在國際分工的參與程度不斷加深。為了提高我國在國際的競爭力，綠色物流的發展刻不容緩。所謂綠色物流，實質上是在物流的全生命周期中盡量減少或避免對環境造成危害，同時實現物流對環境的保護，最終實現物流資源的可持續發展，主要包括綠色運輸、綠色包裝以及綠色流通加工等環節［1］。在這些環節中，包裝是重要的手段，其串聯了物資生產、運輸、倉儲和銷售的全過程。因此，設計出可循環利用的包裝對于綠色物流尤為重要［2］。綠色包裝要求在供應鏈的各個環節都要防止包裝對環境產生危害［3-4］。為了進一步實現物流包裝的綠色低碳化，設計綠色包裝的同時也要時刻關注物流包裝的回收問題，需要通過物流包裝的定位、追蹤、回收與再利用來提高物流包裝的綠色低碳化，從而促進數智化背景下物流包裝的更新迭代［5］。

對于電力企業而言，滿足綠色低碳、數智化要求的包裝優化設計同樣重要。目前，在電力物資物流的全過程中，關于綠色物流背景下的物資包裝優化設計的研究相對較少，大多數的研究集中于物流運輸過程。在少數關于物資包裝優化設計的研究中，也基本限于概念性的論述。其中，王鈞澤等［6］從技術規范層面重點分析了電力物資綠色包裝設計及推進策略，主要從綠色包裝的基礎要求、管理要求、技術要求、知識體系與評審體系等方面展開論述。楊硯硯等［7］在綠色包裝理念的基礎上，對電力物資包裝標準化以及倉儲單元化進行研究，并且對電力物資相關的包裝以及單元化容器進行閉環管理，從而實現節約資源、低碳環保的目的。喻琤等［8］基于綠色物流這一理念，在分析了綠色包裝的實現途徑的基礎上，對電力物資的標準化包裝展開了研究，并且針對電力公司物資倉儲管理過程中的問題，提出倉儲標準化管理的對策。

綜上所述，關于電力物資包裝的研究不應當僅從概念層面分析，應當結合電力企業物資運輸過程中的實際問題進行研究。目前，電力企業在物資方面上使用的包裝主要包括紙箱、木箱、專用打包帶以及編織袋等，在這些物資包裝中，打包帶和編織袋都難以自然降解，這并不滿足綠色、節能、環保的基本要求，而紙質和木制的包裝箱能夠實現循環反復利用。鑒于此，電力企業應當重點研究可降解材料的物資包裝，同時出于安全性考慮，對包裝進行優化設計，提高其承重能力。此外，關于數智化的研究中，重點集中于數智化物流的變革與人才培養模式的創新等［9-10］，很少有針對電力物資的研究。因此，本文結合電力物資的特點，提出有針對性的數智化物流包裝及物流體系，實現電力物資物流的數智化。

二、電力物資包裝現狀

本文以A公司為例，對綠色低碳、數智化背景下電力物資包裝優化設計過程展開分析與討論。

（一）A公司簡介

A公司成立于泰州，經過22年艱苦創業，破繭成蝶。A公司緊緊圍繞黨中央、電網公司“穩定供應，智慧供應”的決策部署，于2020年12月確立轉型升級為供應鏈企業，2021年2月初步確定了“1+15（本部+2家本部分公司+13家地市分公司）”組織架構。

A公司以“資源優化、管理專業、運營高效、服務優質、效益提升”為目標，按照供應鏈儲檢業務“統一規劃、統一建設、統一運營”原則，統一負責全省物資倉儲、檢測資源的專業運營管理和服務，通過統籌全口徑物資資源一體化管理，全面提供倉儲檢測基礎型服務、供應鏈技術支持型服務和資源共享增值型服務，打造全域物資“一本賬”、全域倉庫“一張網”和全域資源“一盤棋”的倉儲物流管理模式，矢志于通過一流的服務鏈打造一流的供應鏈，以一流的供應鏈創造一流的價值鏈。

（二）A公司電力物資包裝現狀

A公司物資倉庫內的物資包裝材料主要為紙料、木料、鐵料和塑料等。

金具、電纜附件、低壓電器、斷路器等物資一般使用蛇皮袋和紙箱包裝；電纜、導地線類物資一般使用實木軸盤、鐵木軸盤等方式包裝；斷路器、儀器儀表、開關柜（箱）、隔離開關等物資一般使用木箱包裝；鐵附件、電纜附件、線路金具等物資一般使用鐵絲捆扎方式包裝。

廢棄包裝回收成本高、回收體系不健全等因素導致電力物資包裝物在使用后，主要通過物資供應商和第三方回收企業進行回收處置，主要包裝產品處置情況如表1所示。

表1 A公司電力物資包裝產品處置方案

通過表1的分析，不難發現，A公司電力物資包裝目前存在回收效果差、處理困難等問題，且處理方式均為第三方處理，這與綠色低碳、數智化的標準大相徑庭，亟待進行包裝改造。

三、A公司電力物資包裝改造方案及評估

針對A公司電力物資包裝的現狀，A公司針對具體產品進行包裝上的改造。

（一）A公司電力物資包裝改造方案

針對電力物資存在包裝種類多、規格形式不統一、周轉運輸不方便、產品結構復雜等情況，考慮從兩個方面選取了四種典型物資進行包裝改造，一是以方便倉儲管理、提高倉儲運營效率、提高倉庫單元化水平存儲歸置；二是以方便標準化循環周轉、提高全鏈路綠色低碳水平的全流程綠色循環包裝。對種類繁多的電力金具，通過KLT料箱替換原有蛇皮袋；產品標準、包裝箱不統一的柱上斷路器，通過綠色循環圍板箱替代原來木箱包裝；周轉運輸不變、包裝規格少的電力線纜產品，通過可拆卸全鋼軸盤替代原來鐵木軸盤，具體改造方案如表2所示。

表2 各產品包裝改造方案

A公司針對電力物資包裝的問題，進行了包裝的改造，其中電纜產品采用可拆解全鋼軸盤，在滿足強度要求的基礎上，對規格型號進行標準化，具備可拆解回收特性。柱上斷路器采用圍板箱，底板、頂板標準化定制尺寸開模滿足產品運輸包裝特殊要求，開發管理應用小程序，開展從生產廠家—倉庫—項目單位—倉庫—生產廠家的全鏈路循環使用。金具采用KTL料箱按標準托盤尺寸組裝碼垛，有利于整進散出，便于倉庫管理。

（二）改造后包裝樣品評估

A公司針對具體產品的包裝改造后，在使用過程中仍然暴露出一定的問題，具體而言：

（1）柱上斷路器循環圍板箱：車載容積率低，重量大，強度較低。現有樣品選用標準1350×1150毫米尺寸設計，該尺寸圍板箱在車寬為2.4米時可裝載兩排，但當選用17.5米重型貨車時，車寬為3米，僅可裝載2排，導致車輛容積使用率偏低；針對此問題，后期根據產品特性，在滿足通用性的基礎上，縮小箱體寬度至900毫米。需打包帶固定，現有包裝箱天地蓋板無便利固定方式，需要采用打包帶捆綁，不利于現場包裝和拆包。此外，不同尺寸的圍板箱的抗壓強度波動較大，且替換原有木箱后，重量增加，這在一定程度上增加了運輸成本。

（2）金具KLT周轉箱：產品尺寸規格較小、規格尺寸多，強度設計困難。采用KLT周轉箱后，金具物資能夠實現堆放整齊、便于管理，然而，由于電力金具種類眾多，需要的周轉箱的尺寸也眾多。因此，如何保證不同尺寸周轉箱的強度是問題的關鍵。

（3）電纜可拆解全鋼軸盤：投入成本高。相同可拆解全鋼軸盤價格約為鐵木軸盤2倍-4倍，初期投入較大，以常規外徑為2.8米軸盤為例，常規鐵木軸盤價格約為3000元，但可拆全鋼軸盤價格不低于10000元；回收周期長，電纜產品涉及到入庫檢驗、按長度分段出庫、項目現場質押等問題，平均回收周期約6個月；拆解難度大，由于軸盤尺寸、重量大，現場往往不具備拆解條件，后期循環回收難度較大。

綜上所述，A公司對于電力物資包裝改造后，雖然提高了包裝的利用率，但是在一定程度上提高了物流成本，增加了產品運輸風險。具體而言，成本問題是由于鐵木周盤替換為全鋼軸盤造成的，這在投入使用時難以避免，而強度問題可以通過結構優化設計加以實現。因此，接下來，本文重點通過圍板箱和周轉箱的結構優化，提高其結構強度，保障其可持續利用。

四、圍板箱及周轉箱結構優化設計

（一）圍板箱結構優化設計

對于圍板箱而言，其結構強度主要與受力和變形有直接關系，強度分析需要結合應力和應變的情況。此外，電力物資的運輸成本和質量息息相關，因此，在考慮結構強度的同時，還需要同時考慮質量。基于上述分析，本部分將以圍板箱的應力、應變以及質量為優化目標，對圍板箱的結構進行優化設計。在這里，以尺寸為118厘米×48厘米×98厘米質量為2.57千克的圍板箱為例，展開論述。通過對中間板面厚度、內部加強板高度以及箱體壁厚三個參數的尺寸設計，實現以圍板箱結構強度優化及輕量化為目標的結構優化設計。

1.敏感度分析

敏感度分析能夠探究不同結構參數相互之間的作用對目標值的影響［11］，本研究中，分別定義中間板面厚度、加強筋高度以及箱體壁厚為A、B、C，定義最大等效應力、應變以及質量為輸出參數，敏感度分析結果如圖1所示。

從圖1的敏感度分析結果可以看出，中間板面厚度、加強筋高度以及箱體壁厚對于輸出結果的影響各不相同，其中C對應的最大等效應力及最大等效應變的敏感度均最大，分別為65%及88%，B對應的質量敏感度最大為42%，而敏感度出現負值說明了隨著輸入參數的增大，輸出參數隨之變小。

圖1 敏感度分析

2.多因素綜合影響分析

如圖1所示，由于C參數對于最大等效應力、應變以及質量均為正相關，而A、B對于三個輸出參數的影響有正有負。因此，需要對A、B兩個參數進行綜合影響分析，具體結果如圖2所示，A、B兩個輸入變量與最大等效應力、最大等效應變均呈非線性關系，當A增大時，最大等效果應力增大，而最大等效應變先減小后增大。隨著B的增大，最大等效應力下降，最大等效應變先減少后增大后，這與敏感度分析結果一致。而A、B兩個因素與質量呈正相關。

圖2 A、B雙因素影響分析

3.基于多因素綜合影響分析的參數優化

根據敏感度分析及多因素綜合分析結果，將等效應力最大值、等效應變最大值、質量作為優化目標，使圍板箱同時滿足尺寸、質量以及強度要求。通過優化計算共得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種優化結果如表3所示。

表3 優化前后圍板箱性能對比

結合表3的性能優化結果，可以看出，方案Ⅱ的質量減少了10.4%，等效應力下降了2.81%，強度得到了一定的提高，也在一定程度上實現了輕量化。因此，對于圍板箱的優化方案是可行的。

將該方案應用于不同尺寸的圍板箱的優化中，能夠通過調整中間板面厚度、加強筋高度以及箱體壁厚的尺寸，實現圍板箱高強度、輕量化的目的，有效地提高了圍板箱的使用壽命，對于綠色低碳電力物資物流的實現起到了十分重要的推動作用。

（二）周轉箱結構優化設計

采用KLT周轉箱后，電力物資能夠實現周轉方便、堆放整齊，能夠循環反復利用。但是，對于A公司在周轉箱的使用過程中面臨尺寸規格較小、規格尺寸多，強度設計困難等問題。因此，對于周轉箱的結構優化設計，需要探究各個因素對結構強度的影響，進而實現不同尺寸規格周轉箱的靈活設計。就目前而言，影響周轉箱結構強度的因素主要有長寬比、高度、壁厚、脫模斜度、加強筋尺寸、圓角等，只有綜合考慮各個因素對周轉箱強度的影響，才能實現周轉箱的優化設計［12］。

結構強度的主要指標為應力和應變。因此，文章以最大應力和最大應變為參考量分析周轉箱各個結構參數對其結構強度的影響，最終實現周轉箱的結構優化設計。

1.長寬比的影響

在總周長不變的前提下，通過改變長寬比，分析其對最大應力和應變的影響，如圖3所示。

圖3 長寬比對力學特性的影響

如圖3所示，隨著長寬比的增加，最大應力幾乎不變，最大應力逐漸降低，且降幅逐漸減小，當長寬比為3∶2時，隨著長寬比的進一步增大，最大應變幾乎不再改變，因此可以看出，使周轉箱達到最佳力學特性的長寬比為3∶2。

2.高度的影響

根據周轉箱在電力物資中的應用情況以及工廠的實際情況，本文將周轉箱的高度設定為200-300mm，來探究不同高度下周轉箱的應力和應變特性，如圖4所示。

圖4 高度對力學特性的影響

從圖4中可以看出，高度對周轉箱的最大應力和應變的影響并不明顯，這說明高度的改變不會顯著改變周轉箱的力學特性。因此，在電力物資運輸過程中，應當選用適當高度的周轉箱使運輸空間利用率達到最佳。

3.壁厚的影響

通常KLT料箱在設計時的壁厚在1-3毫米范圍內，其主要是考慮成型工藝以及成本。因此，本文選擇壁厚1-3毫米來研究周轉箱的力學特性，具體如圖5所示，當壁厚從1毫米逐漸增加到3毫米時，最大應力從38.15MPa減少到15.06MPa，減少了253%，最大應變從8.04毫米減少到3.89毫米，減少了207%。這說明厚度的增加能夠增加周轉箱側面的強度，有效減少其彈塑性變形。然而，厚度的增加帶來的強度改善效果逐漸減弱，當厚度大于1.8毫米時，強度改善的效果逐漸趨于平緩。因此，增加周轉箱的厚度固然能提高其強度，但不宜過多提高其厚度，考慮到綠色低碳原則，周轉箱的厚度取值范圍在1.8毫米左右較為適宜。

圖5 壁厚對力學特性的影響

4.脫模斜度的影響

脫模斜度是一個重要的制件工藝，其與周轉箱的成型深度、材料剛度等因素有關，通常，KLT周轉箱的脫模斜度取值范圍為0.5度-1.5度，本文將在此范圍內探究其對周轉箱強度的影響，具體如圖6所示，當脫模斜度為0.5度時，最大應力和最大應變都為最大，隨著脫模斜度的增加，最大應變的先減小后增加脫模斜度為1度時的最大應變最低。對于最大應力而言，當脫模斜度由0.5增長到0.8時，其值迅速下降，0.8度以后，脫模斜度對最大應力幾乎沒影響，綜合考慮脫模斜度對應力應變的影響，本文選擇1度作為最佳的脫模斜度。

圖6 脫模斜度對力學特性的影響

5.加強筋尺寸的影響

在周轉箱的使用過程中，尤其是盛放電力物資中的金具過程中，長時間的承重會引起周轉箱的變形和翹曲，單純的從外部尺寸和厚度上優化難以保證其使用過程中的強度。因此，需要通過加強筋的方式進一步增加其結構強度。通常，加強筋在設計時要考慮其厚度和高度，在保證加強筋截面積相同的前提下，本文共選取5中不同類型的加強筋來研究其力學特性，分別是：1.厚度1毫米，高度8毫米；2.厚度1.6毫米，高度5毫米；3.厚度2毫米，高度4毫米；4.厚度5毫米，高度1.6毫米；5.厚度8毫米，高度1毫米。

不同類型的加強筋的力學特性如圖7所示，截面積相同的前提下，加強筋的尺寸對最大應變的影響不大，3號方案的加強筋對于應力的改善效果最為突出。因此，選擇3號加強筋作為內部的強化結構。

圖7 不同類型加強筋力學特性

6.圓角的影響

鑒于周轉箱的受力特性，在兩個箱體之間的拐彎處最容易出現應力集中區域。因此，需要通過圓角的方式來進行力學特性強化，本文選擇1毫米-8毫米的圓角來研究其對周轉箱力學特性的影響，如圖8所示，圓角對于最大應變的影響不大。隨著圓角的增加，最大應力逐漸減小，降幅也逐漸減小，當圓角0-3毫米時，應力的降幅十分明顯，由24.852MPa下降至13.921MPa，下降了78.5%，可以看出，圓角為3毫米時已經基本緩解了應力集中的現象。

圖8 不同圓角的力學特性

通過該研究為A公司周轉箱的進一步設計與優化提供依據，既保證了綠色低碳的要求，又保證了周轉箱強度的要求，本設計過程還能為不同尺寸的周轉箱強度設計提供重要參考。

五、基于數智化的電力物資包裝設計

該部分主要針對綠色物流中的回收問題，對電力物資包裝進行數智化設計，在快遞包裝的安全、環保等方面進行再設計。

（一）數智化包裝的設計原則

在遵循國家新出臺的包裝規范，堅持標準化、減量化、智能化和可循環目標的基礎上，本文將從以下兩點入手。

1.安全性

目前引發快遞包裝安全問題的原因在于包裝簡單且防盜系數低，容易錯拿偷拿。為了解決上述問題，可以利用物聯網技術、GPS技術、FRID技術以及NFC技術對快遞進行智能化管理，為快遞信息的安全提供保障。

2.環保性

針對綠色物流，環保性是電力物資包裝的首要原則，應當從包裝的全生命周期出發，從生產階段、使用階段、回收階段來全面實現快遞包裝的環保性。在生產階段，選取可回收可降解的材料。在使用階段，應當選擇結構強度高、壽命長、化學性能穩定的材料。在回收階段，雖然目前可循環快遞包裝已經成功的應用于電力物資包裝中，但是包裝回收方面的措施仍顯不足。

（二）安全性實現

物流包裝安全性需要通過現代化的各個高新技術來實現，主要通過各個技術手段，實現對電力物資的實時監控，還能夠對物資進行信息識別與位置追蹤，安全性實現的技術方案如表4所示。

表4 包裝功能配置

（三）環保性實現

環保性的主要難點在于可循環包裝的回收再利用，針對這一問題，本文在物流包裝功能配置的前提下，以快遞員為紐帶，通過用戶、快遞柜、快遞集中回收站以及快遞站點之間的相互配合，最終實現電力物資包裝的循環流通，具體方案如圖9所示。

圖9 電力物資包裝循環方案

用戶與快遞員之間屬于簽收快遞及包裝回收的關系，用戶也可以將快遞柜取到的包裝送回至快遞柜并根據包裝的價值獲得一定的報酬，用戶在菜鳥驛站等站點取得的快遞也可以歸還至站點，由站點統一收集包裝后，將破損的包裝送至回收站，而回收站則是將破損的包裝修復發送至快遞站點以供其循環使用。

而快遞員在整個過程中承擔的任務比較多，不僅為客戶、快遞柜和站點服務，同時還要將用戶、快遞柜的包裝進行回收，同時要將破損的包裝送至回收站，快遞包裝回收環節與快遞員的績效直接聯系，通過提高快遞員績效提升快遞包裝回收利用率。

通過以上方案，能夠實現電力物資包裝的循環利用，通過包裝的數智化，能夠實現包裝的實時追蹤，提高回收效率。

六、結論與建議

本文在綠色低碳、數智化背景下，對A公司的電力物資包裝進行優化，主要結論如下：

（1）針對傳統實木軸盤、鐵木軸盤、紙箱、木箱、編織袋以竹板等電力物資包裝回收效果不佳的問題，A公司實施了電力物流包裝改造方案，針對線纜產品、柱上斷路器以及電力金具等常見電力物資進行了全面改造升級，使包裝更具有環保性、可持續性。

（2）在對改造后的包裝進行評估過程中，發現改造后的包裝仍然存在結構強度上的問題，在此基礎上對圍板箱及周轉箱結構進行進一步的優化設計。通過結構優化設計，得到圍板箱的最佳尺寸為中間板面厚度4.21毫米、加強筋高度0.50毫米、箱體壁厚0.53毫米；KLT周轉箱最佳長寬比為3∶2，最佳壁厚在1.8左右，最佳脫模斜度為1度，最優加強筋尺寸為厚度2毫米+高度4毫米，最佳圓角在3毫米左右。此外，高度不會對應力和應變造成較大的影響。

（3）針對包裝安全問題，提出了基于RFID標簽、NFC技術、GPS技術、藍牙5.0、動態二維碼、電子紙顯示屏、閃存芯片等技術多動能包裝，有效地實現了物流數智化。

（4）為了提高包裝回收效率，采用激勵的手段，將用戶、快遞柜、快遞集中回收站以及快遞站點相串聯，以快遞員為樞紐，提出電力物資包裝循環方案，保證了物流包裝的回收效率。

本文對于電力物資包裝的優化設計對于實現綠色低碳、數智化物流新模式提供了理論基礎和實踐價值。

參考文獻：

［1］何波.綠色物流網絡系統建模與效率邊界分析［J］.中國管理科學，2012，20（3）：138-144.

［2］劉林，王凱麗，譚海湖，等.中國綠色包裝材料研究與應用現狀［J］.包裝工程，2016，37（5）：24-30，62.

［3］王幽又，楊隨先.基于生命周期設計的綠色包裝材料選擇［J］.包裝工程，2015，36（9）：77-81.

［4］王銳.新發展階段的綠色包裝設計策略與發展路徑［J］.生態經濟，2022，38（12）：221-229.

［5］李妮，付紅飛，劉琳琳.淺談電子商務環境下快遞包裝的現狀及存在問題［J］.今日印刷，2020（12）：63-65.

［6］王鈞澤，羅日朗，孫威.電力物資綠色包裝技術規范架構設計及推進策略［J］.物流技術，2021，40（10）：16-19.

［7］楊硯硯，王延海，李明，等.綠色物流視角下的電力物資包裝標準化及倉儲單元化研究［J］.物流技術，2018，37（10）：17-19，35.

［8］喻琤，陳恩繁，潘丐多，等.綠色物流視角下的電力物資包裝標準化及倉儲單元化研究［J］.質量與市場，2021（20）：157-159.

［9］戚娟娟.創新視角下的數智化物流變革——以網絡貨運平臺為例［J］.中國質量，2021，20（11）：20-24.

［10］潘鵬.數智化物流背景下人才培養模式創新［J］.中國商論，2021，22（2）：174-175，177.

［11］高海波，李志剛，鄧宗全.基于ANSYS的杯形柔輪結構參數對柔輪應力的敏感度分析［J］.機械工程學報，2010，46（5）：1-7.

［12］武麗麗，黃穎為.塑料周轉箱結構與力學特性研究［J］.西安理工大學學報，2011，27（1）：102-106.

TheApplicationofGreenPackaginginElectricPowerMaterials

UndertheBackgroundofGreen，Low-carbonandDigitalIntelligence

JINYue-jun，ZHANGHua-rong，DUANXiao-long，ZHOUJi-lai

（JiangsuAnfangElectricPowerTechnologyCompany，Taizhou，Jiangsu，225300）

Absrtact：Inthebackgroundofeconomicglobalization，itiscrucialtostrengthenthedevelopmentofgreen，low-carbonanddigitalintelligentlogisticstoenhancethecomprehensivecompetitivenessofChinaspowerenterprises.InordertofurtherimplementtheissuedgreenmodernintellectualsupplychainsystemconstructionplanoftheNationalElectricCompany，acceleratethetransformationofthewholesupplychainintogreen，low-carbonanddigitalintelligence，thispaperfocusesongreenpackaging，transformsthetypicalpowermaterials，suchasfittings，insulators，powercablesandcircuitbreakersoncolumnstofull-linkgreencyclepackaging.Consequently，asetofgreencyclepackagingoperationplanforelectricpowermaterialsisfound.Meanwhile，thispaperwillcreateadigitalintelligentlogisticssystemthroughdigitalintelligentlogisticspackagingdesign.Theresearchwillpromotethetransformationandupgradingofthepowermaterialsupplychain，andthegreenandlow-carbonoperationofthewholelink.

Keywords：greenandlow-carbon;digitalintelligence;electricpowerenterprise;fulllink