鋼鐵物流中心平面布局研究

張蘇波

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 線路站場設計研究院，湖北 武漢 430063)

隨著我國鋼鐵行業的快速發展，鋼鐵企業在降低生產成本、改善產品品質和擴大銷售方面的管理已經相當成熟，在生產領域進一步挖掘利潤的空間十分有限。在這種情況下，科學合理地布局鋼鐵物流中心以尋找新的利潤增長點，已成為我國鋼鐵物流的主要發展趨勢。鋼鐵物流中心通過提供集采購、加工、零售、物流于一體的一站式服務模式和精細化管理，將物流的各個環節高效地連接在一起，成為鋼鐵企業和客戶之間的重要橋梁。目前，因倉庫、堆場和裝卸設備布局不合理，造成鋼鐵物流中心貨車排長隊的現象屢見不鮮，如何科學合理地布局鋼鐵物流中心，促進園區內各項物流活動高效運作已成為亟需解決的問題[1]。

1 鋼鐵物流中心的作業特點

鋼鐵物流的對象屬于體積大、質量大的固體，在運輸、倉儲、裝卸、信息處理等方面都需要特定的方法和技術[2]。

1.1 裝卸作業特點

鋼材產品具有單位質量大、產品不規則等特點，裝卸時需要配備叉車、門吊、橋吊等專用機械，以及卷鋼鏈、纖維吊帶、大型工字鋼吊具、盤圓鉤、金字型橫撐吊架等專用工具。

1.2 倉儲作業特點

鋼材種類眾多，如冷卷、熱卷、型鋼、板材和線材等，不同的鋼材對堆存要求各不相同，如冷卷堆存應防雨防潮、卷材一般采用“品”字形堆碼、線材采用“井”字形堆碼，應根據鋼鐵產品的性能分別采用露天堆放或庫內存放，并針對產品存儲周期的不同，采取措施防止鋼材在保管期間的銹蝕，保證產品質量。

1.3 流通加工作業特點

鋼鐵一般均需要在物流中心內經過加工和包裝后才能配送給最終用戶，流通加工一般包括剪切加工、鋼構件加工和鋼材深加工等，需要配套鋼鐵切割機、開卷機、剪板機等大型機械。鋼鐵物流中心的流通加工區域不僅需要在室內完成，而且一旦建成不宜調整位置。為提高作業效率，不同種類的鋼材應在不同區域進行加工。鋼鐵倉儲和流通加工如圖1所示。

圖1 鋼鐵倉儲和流通加工Fig.1 Steel warehousing and distribution processing diagram

2 鋼鐵物流中心平面布局

2.1 平面布局步驟

結合具體實踐，歸納梳理出鋼鐵物流中心平面布局主要步驟示意圖如圖2[3]所示，并重點對平面布局設計進行論述。

圖2 鋼鐵物流中心平面布局主要步驟示意圖Fig.2 Schematic diagram of the main steps of the plane layout of steel logistics center

2.2 平面布局目標

根據項目實際情況對物流中心進行多方位的研究，找出平面布局所要達到的核心目標，并兼顧經濟與資源的可持續性發展[4]。

（1）滿足鋼鐵物流中心的基本運作，即“物暢其流、人暢其行”。

（2）優化作業流程，減少不必要的作業環節，最大限度地減少鋼材的無效搬運以及人員的流動，從而降低物流成本。

（3）集約節約利用土地資源。

（4）保障平面布局有一定的彈性及強大的適應性，以滿足未來鋼材數量和類型的不確定性。

2.3 功能分區

鋼鐵物流中心一般提供鋼材的裝卸、倉儲、流通加工、信息處理及中轉分撥等基本功能，同時可以根據自身特色和能力提供金融、保險、展示交易、培訓、餐飲、住宿及物業管理等增值服務功能，因此可以將鋼鐵物流中心劃分為鐵路作業區、物流作業區和綜合服務中心等三大功能區。

（1）鐵路作業區。鐵路作業區設有鐵路裝卸線、堆場和門吊等設施設備，主要提供貨物的中長距離運輸、裝卸、臨時堆存及轉運等功能，是實現多式聯運的骨干區域[5]。

（2）物流作業區。物流作業區設有流通加工倉庫、貨運停車場等設施設備，主要提供貨物的倉儲、剪切、計量、拴標簽、配送等流通加工增值服務。

（3）綜合服務中心。綜合服務中心是物流中心的中樞神經，能提供集商務辦公、會議會展、教育培訓、物流金融、信息處理及餐飲住宿等綜合配套服務。

2.4 作業流程

作業流程可以全面反映業務流程內各功能單元之間的相互聯系，是鋼鐵物流中心平面布局考慮的重要因素。作為以大宗鋼材現貨為主要物流對象的專業物流中心，鋼鐵物流中心作業流程圖(以鐵路到達公路發送為例)[6]如圖3所示。

圖3 鋼鐵物流中心作業流程圖(以鐵路到達公路發送為例)Fig.3 Operation flow chart of steel logistics center (taking railway arrival and highway delivery as an example)

2.5 平面布局原則

鋼鐵屬于質量大、體積大的固態貨物，物流作業的各環節中都需要有機械設備的配合，鐵路是其最重要的運輸方式。鋼鐵物流中心平面布局時應充分考慮鋼鐵的作業流程，盡量減少鋼鐵的裝卸和短駁次數，縮短鋼鐵在物流中心中的運輸距離，布局中一般遵循以下原則。

（1）鋼鐵物流中心中最核心的功能區為鐵路作業區，且鐵路作業區對用地長度和地塊標高要求較高，一般應首先考慮鐵路作業區的布局。鐵路裝卸線宜沿地塊長度方向鋪設，道路宜采用相對均衡的網格式鋪設，使園區內各功能結構具有最大限度的發展性和可替換性[7]。

（2）為減少貨物搬運距離和落地次數，提高物流作業效率，物流量相對較大、關系密切的2個功能區應盡量相近布置[4]，如與鐵路裝卸線強相關的功能區宜沿鐵路裝卸線縱向排列布置。

（3）綜合配套區一般臨近物流中心出入口布置，以便人流、商流的快速聚集及疏散，減少人流和貨流的交叉干擾[8]。

（4）公路車輛流線宜單方向環形運行，門區及其他密集作業區域應設置緩沖地帶[9]。

2.6 鐵路與倉庫的布局

《鐵路物流中心設計規范》(Q/CR 9133—2016)中僅規定長大笨重貨物功能區應設置鐵路裝卸線；作業量較小且無加工功能需求時，倉儲區可與鐵路裝卸線貨位合設；裝卸機械采用橋式起重機時，鐵路裝卸線宜設在倉庫(貨棚)立柱一側等原則性要求[8]，未對鐵路裝卸線與鋼鐵倉庫(貨棚)之間的布局關系、門式起重機與橋式起重機之間的布局關系做出相關規定。根據鐵路裝卸線是否進入倉庫，以及庫內橋吊與鐵路裝卸線的相對關系不同，研究了以下4個方案。

2.6.1 鐵路布置在庫外

鐵路裝卸線布置在庫外時，采用“門吊+橋吊”相配合的作業方式。門吊負責鐵路車輛中的貨物裝卸作業，不需要進行延伸服務的貨物可以不落地直接通過汽車進行轉運，需要進行物流延伸服務的貨物可以通過庫內橋吊轉場至物流作業區內。

該方案中鐵路作業區和物流作業區獨立分開設置，利用環形道路將兩區域相連，各功能區分工明確，管理相對簡單，公鐵聯運作業效率高，適于中轉量較大的鋼鐵物流中心。鐵路布置在庫外，橋吊平行鐵路布置示意圖如圖4所示；鐵路布置在庫外，橋吊平行鐵路斷面示意圖如圖5所示。

圖4 鐵路布置在庫外，橋吊平行鐵路布置示意圖Fig.4 Railway layout outside the warehouse, bridge crane parallel railway layout diagram

圖5 鐵路布置在庫外，橋吊平行鐵路斷面示意圖Fig.5 Railway layout outside the warehouse, bridge crane parallel railway section diagram

當橋吊平行裝卸線布置時，倉庫寬度受橋吊跨度限制，造成倉庫寬度較小。扣除庫內道路等不可用面積后，物流倉庫可用面積較小，很難滿足鋼鐵物流倉庫正常生產的需要。因此，鋼鐵物流中心一般采用鐵路裝卸線布置在庫外，橋吊垂直鐵路布置的方案。鐵路布置在庫外，橋吊垂直鐵路布置示意圖如圖6所示；鐵路布置在庫外，橋吊垂直鐵路斷面示意圖如圖7所示。

圖6 鐵路布置在庫外，橋吊垂直鐵路布置示意圖Fig.6 Railway layout outside the warehouse, bridge crane vertical railway layout diagram

圖7 鐵路布置在庫外，橋吊垂直鐵路斷面示意圖Fig.7 Railway layout outside the warehouse, bridge crane vertical railway section diagram

2.6.2 鐵路布置在庫內

該方案是將鐵路作業區穿插布置在物流作業區內，所有貨物裝卸均采用橋吊進行作業，需要進行物流延伸服務的貨物不需要在門吊和橋吊之間進行倒裝。這種布置方式使得物流作業區與鐵路作業區之間的物料搬運作業更為簡單，聯系更加緊密，較適于流通加工作業較多、中轉量較小的鋼鐵物流中心。鐵路布置在庫內，橋吊垂直鐵路布置示意圖如圖8所示；鐵路布置在庫內，橋吊平行鐵路布置示意圖如圖9所示。

圖8 鐵路布置在庫內，橋吊垂直鐵路布置示意圖Fig.8 Railway layout in the warehouse, bridge crane vertical railway layout diagram

圖9 鐵路布置在庫內，橋吊平行鐵路布置示意圖Fig.9 Railway layout in the warehouse, bridge crane parallel railway layout diagram

當鐵路車輛位于兩列相鄰橋吊之間，兩相鄰橋吊上的小車均無法抓取貨物時，需要調機牽引或推送鐵路車輛進行對位，即橋吊垂直鐵路布置方案的裝卸效率較“門吊+橋吊”相配合作業的方案低。

當橋吊平行鐵路裝卸線布置時，倉庫寬度受橋吊跨度限制，造成倉庫寬度較小，很難滿足鋼鐵物流倉庫正常生產的需要。若倉庫內并列布置2排橋吊，則庫內的A區和B區相對獨立，即貨物不能在A區和B區之間交流，倉庫靈活性較差。同時，該方案中2條鐵路裝卸線線間距需要拉開，會造成鐵路咽喉區無效用地較多，總占地面積較大。因此，鐵路裝卸線布置在庫內時，一般采用橋吊垂直鐵路布置的方案。

綜上所述，不論鐵路裝卸線布置在庫外還是庫內，一般均采用橋吊垂直鐵路布置的方案。當橋吊垂直鐵路布置時，鐵路布置在庫外和庫內優缺點比較如表1所示。

表1 鐵路布置在庫外和庫內優缺點比較Tab.1 Comparison table of advantages and disadvantages of railway layout outside and inside the library

從表中可以看出，鐵路布置在庫外時項目投資和占地均較大，相應貨物裝卸和中轉作業能力均較大，一般適用于大型或中轉量較大的鋼鐵物流中心。鐵路布置在庫內時項目投資和占地均相對較小，貨物倉儲和流通加工作業效率高，一般適用于中小型或大量需落地進行物流延伸服務的鋼鐵物流中心。

以用地72 600 m2為例，不考慮征地拆遷及土石方工程，當橋吊垂直鐵路布置時，鐵路布置在庫外和庫內的投資估算如表2所示。

表2 鐵路布置在庫外和庫內投資估算表Tab.2 Railway layout outside and inside the library investment estimate table

3 實例分析

長沙北貨場鋼鐵物流中心占地約66 600 m2，2025年預測運量為115萬t，其中發到運量分別為13萬t和102萬t；2035年預測運量為138萬t，其中發到運量分別為18萬t和120萬t。

3.1 功能區面積估算

根據鋼鐵的年貨運總量、門式起重機跨度尺寸、鋼鐵存儲周轉周期，不同品類單位面積荷載，倉儲面積利用率和其他相關設施面積比例關系等因素來確定各功能區用地規模。

3.1.1 鐵路作業區

集裝箱堆存能力是鐵路作業區能力的控制因素，可按集裝箱堆存能力計算裝卸線長度。裝卸線長度按下面公式計算，[10]。式中，L為鐵路裝卸線長度，m；Q為貨物年總運量，t；a為到發波動系數(一般按1.2計算)；T為倉儲時間(一般取2～3 d)；P為倉庫單位面積的堆放量，t/m2；d為裝卸線一側或兩側貨位總寬度，m。

3.1.2 物流作業區

物流作業區的倉庫面積可按下面公式計算，A=式中，A為倉庫面積，m2；Q為貨物年總運量，t；a為到發波動系數(一般按1.2計算)；T為倉儲時間(一般取2～3 d)；P為倉庫單位面積的堆放量，t/m2；φ為倉庫利用系數(一般取0.5～0.7)。

3.1.3 綜合服務中心

根據《物流中心分類與基本要求》(GB/T 24358—2009)規定，行政辦公及生活等配套服務設施用地面積不應超過總用地面積的10%。

3.2 布局方案

項目采用鐵路裝卸線布置在庫外，橋吊垂直裝卸線的布置方案。其中鐵路作業區采用2臺，規模均為36 t、30 m跨有懸臂門吊，門吊下設1束2線鐵路裝卸線，有效長均為360 m。物流作業區庫房面積約41 250 m2，規模為360 m×117 m，采用24 m跨橋式起重機作業。

業主自取貨物可以在門吊下直接堆存或者快速轉運，需要加工、倉儲的貨物可以通過門吊、橋吊聯合作業放入庫內。長沙北貨場鋼鐵物流中心實景圖如圖10所示。

圖10 長沙北貨場鋼鐵物流中心實景圖Fig.10 Real picture of Changsha North Goods Yard steel logistics center

4 研究結論

通過對鋼鐵物流中心作業流程及功能分區進行系統分析，提出鋼鐵物流中心平面布局方案，形成以下主要結論。

（1）鋼鐵物流作業的各環節中都必須有機械設備的配合，鐵路是其最重要的運輸方式。結合鋼鐵物流中心的基本功能和增值服務功能，可以將鋼鐵物流中心劃分為鐵路作業區、物流作業區和綜合服務中心等三大功能區。其中，鐵路作業區是核心功能區，應首先考慮布局鐵路作業區，再布局其他功能區塊。

（2）為提高物流作業效率，不論鐵路裝卸線布置在倉庫外還是倉庫內，一般均采用橋吊垂直鐵路裝卸線布置的方案。其中，裝卸線布置在庫外，橋吊垂直裝卸線布置方案已成功應用于重慶團結村集裝箱中心站和長沙北貨場的工程建設中。

（3）橋吊垂直鐵路布置時，在相同用地面積下，采用鐵路布置在庫外“門吊+橋吊”作業模式比鐵路布置在庫內作業模式投資較省，裝卸及中轉作業效率較高。