城市地面地下一體化物流系統研究現狀

摘 要：近些年來，城市的快遞量在不斷增加，交通擁堵變得日益嚴重，汽車排放的尾氣也嚴重破壞了生態系統。據此，很多學者把目光轉向地下，地下物流具有安全性好、運速快、低污染等優點。文章研究的地面地下一體化的物流網絡是指在地下以地鐵為技術支持，在地面以快遞車為技術支持的同城聯合運輸的一體化網絡，學者基于地面地下一體化的物流網絡的形態層、性能層和網絡耦合三個方面來歸納國內外學者的相關研究成果及進展。最后從地下物流的節點布局、運輸載具跟節點的協同性兩個方面提出展望。

關鍵詞：地下物流；網絡規劃；網絡耦合；研究現狀

中圖分類號：F253 文獻標志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.19.010

Abstract： In recent years， the daily express delivery volume in the city is increasing， traffic jams are becoming more and more serious， and the exhaust emissions from cars have seriously damaged the ecosystem. Therefore， many scholars turn their attention to the study of underground logistics system（ULS）. The underground logistics has the advantages of good security， fast transportation， and low pollution and so on. The ground and underground integrated logistics network studied in this paper refers to the integrated network of city-to-city combined transportation， which is supported by subway technology and express truck， based on the morphology layer， performance layer and network coupling of the ground-underground integrated logistics network， the related research status and progress of domestic and foreign scholars are summarized. Finally， the prospects are put forward from two aspects： The node layout of underground logistics and the coordination between transportation vehicles and nodes.

Key words： underground logistics; network planning; network coupling; research status

當前，大多城市物流發展面臨著貨運需求急速增長、交通擁堵嚴重、城市配送難以滿足物流需求等問題。傳統的物流運輸手段難以應對這些問題，有許多學者把目光放在提升傳統運輸工具的改進上，比如利用無人車、無人機進行配送。也有很多學者開始研究新的物流運輸模式，地下物流就是其中一種，隨著全國各大城市的地下軌道里程的不斷增加，地下物流系統（Underground Logistics System，ULS）運行的可能性也越來越大，學者們對于地下物流的研究也日益增多。

城市地下物流系統（Underground Logistics System，ULS）是一種具有廣泛應用前景的新型城市物流系統，其優勢是速pAz1MjIQ1Q2Kzu5rpE1Kmg==度快、低成本、全自動化、高準確性等，是緩解城市交通擁堵、減少環境污染、提升城市貨物運輸的質量跟通達性的重要方式。地下物流網絡的設計模式有三種，線軌式、聯通式跟軸輻式[1]。線軌式技術參考地鐵軌道，特點是逐線成網，班次固定；聯通式技術參考膠囊管道，特點是投入成本大、建設難度系數大；軸輻式技術參考電氣膠囊和地鐵網絡，特點是多級配送。在現實生活當中實際投入使用的地下物流系統屈指可數，以地鐵網絡為基礎來運行的線軌式地下物流網絡是最符合實際的。近年來，以地鐵物流與地面快遞車聯合配送的城市一體化物流系統的研究取得了豐碩的成果。

本文旨在討論地面地下一體化物流系統的研究現狀，分別從形態層、性能層和網絡耦合三個方面，對近年來城市地面地下的一體化的物流系統的規劃、運行等方面的國內外相關文獻進行綜述，以期為相關研究領域的學者提供借鑒。

1 形態層

地面地下一體化物流系統的形態層規劃設計，直接決定了城市地面地下一體化物流系統的服務對象和服務范圍。依據地鐵軌道建設的地下物流系統（M-ULS）投資更低、建設難度更小，被學者們認作地下物流系統的前期形態，并被認為將進一步為全國軌道交通提供新的商業模式和想象空間[2]。

1.1 服務設計

地面地下一體化物流系統形態層的服務設計包括貨運模式的選擇、網絡形態設計等方面。胡萬杰等[3]從列車構造角度的不同把地鐵的貨運模式分為三種，即客貨混載模式、共線拖掛模式跟共線分離模式，其研究顯示客貨混載模式的經濟效益不明顯，而共線拖掛跟共線分離模式是更普遍接受的；傅方方[4]在研究中提到線狀、環狀、柵格狀、樹狀和混合狀五種地下物流網絡形態分布，并根據不同的形態分析出各種形態下節點的分布情況、連通度以及設計開發難度等問題；曾令慧等[5]根據中國城市的實際情況選擇了綜合性能最強的樹狀分布形態的物流網絡模型進行研究，以里程最優和費用最小化為目標建立雙層優化模型，使用遺傳算法得到最優網絡模型；Zhao et al.[6]在研究軸輻式地鐵網絡模型當中提出了一個具有兩級樞紐輻射狀結構的三階段優化模型實現對城市地鐵運輸網絡的優化。

1.2 節點選址

節點是物流網絡的基本組成單元，地下物流節點，是指地下物流網絡中連接物流線路的結節之處，也是進出地下物流通道的站點，對于物流系統的運轉效率跟合理性有著直接影響。

在節點的選址因素研究上，肖靜等[7]從兼顧效率與公平的角度，從物流資源分配不均的現狀入手，在政府跟企業的雙視角下探討了城市物流節點的選址策略；周安邦[8]從提升城市地下物流節點服務水平角度出發，將節點選址問題抽象為“選址-分派”問題，首先構建一個雙規劃模型，在此基礎上使用遺傳算法進行求解，尋求物流部門跟客戶之間的利益均衡；華云等[9]通過借鑒城市物流、公交和城市軌道交通網絡選址的相關研究，以ULS網絡的經濟、效率、便利、協同為目標選取影響因素，建立了表層、中層跟深層多層級的ULS網絡樞紐節點選址影響因素結構，反應了各影響因素之間的內在聯系。

在節點的選址方法研究上，朱怡欣[10]以迭代自組織數據分析算法為基礎，從交通擁擠指數、一級節點轉運率、節點服務覆蓋率、貨運量指數等角度研究地下物流節點的合理性和有效性，為地下物流網絡的優化提供參考意見；王蘇林等[11]建立以物流節點數量最少及物流節點轉運率最低為優化目標的雙層多目標規劃模型，并結合貪心算法進行優化求解，結果有效的控制了節點的數量及轉運率，并發現地下物流節點呈現出區域及中性特點；李楠[12]通過采用聚類算法和重心法從定量和定性兩方面獲取物流節點位置，再用分支定界法得出物流節點所服務的地面區域，以節點數量大小為標準，采用分支定界法跟遺傳算法進行尋優，得到最優解；王曼等[13]采用自底向上的凝聚層次聚類法來確定區域二級節點的數量，通過雙層規劃的下層進行尋優，確定二級節點的最優位置，構造約束條件最終確定二級節點的服務范圍，最后利用重心法確定一級節點。

2 性能層

地面地下一體化物流系統的性能層是系統規劃設計的數據基礎，也是決定物流網絡形態分布與物流系統運量的關鍵因素，學者們主要從貨運量預測、可行性分析和能力設計等三個方面對地面地下一體化物流系統的性能層進行了研究。

2.1 貨運量預測

陳一村等[14]針對城市地下物流系統的適用性，提出了一種基于遺傳算法、灰色關聯理論和BP神經網絡（GRT-GA-BP）的算法來應對不確定性的貨運需求量影響因素，最后通過識別關鍵的影響因素來預測城市的地下物流系統貨運需求；蘭婷等[15]在研究中對進入城市地下物流系統的貨物品類進行分類跟篩選，采用兩種不同的維度對貨運量進行預測，即GDP與貨運量的關系，人均消費量與貨運量的關系，最終通過算例進行驗證；王小林等[16]在研究中提出地鐵跟地下物流系統結合的可行性，初步分析了分離式與結合式兩種綜合地鐵站的可行性，并以西安為例對地鐵站的貨運能力與貨運相關的建筑面積進行了理論預測；Lu et al.[17]在濟南市優先區地下物流系統研究中對ULS的需求進行了預測，發現濟南市的大橋集團中心區域的ULS將服務50萬人次，平均每天物流運量1 300噸。

2.2 可行性分析

地鐵運輸系統從運人轉變成人貨共運，如何在保障客運正常的前提下實現貨物的運輸是需要仔細考慮的。曾銳峰[18]將地鐵物流跟地下管道運輸進行對比，發現地鐵物流更加靈活多變的優勢，同時通過劃分客運期間跟非客運期間的運貨模式來說明地面地下一體化物流系統的可行性；趙嬈等[19]基于定量和定性兩個角度，采用層次分析法和模糊綜合評價法分析了基于太原市地鐵的地面地下一體化物流系統構建的可行性，從資源利用程度的角度證實太原實現地鐵物流系統的可行性；詹春光等[20]結合鄭州市地鐵的發展現狀，基于鄭州市地鐵的十字交叉網線分布優勢提出可行性發展方案，并且提出車廂改造以及客戶滿意度的變化將是需要面臨的挑戰。

2.3 能力設計

地下物流系統的能力設計是對地下物流系統硬件設施的規劃設計，集中體現在機車參數、通道的容量、節點內處理能力三個方面。

在機車參數研究上，陳慧等[21]在評價城市地面地下一體化的物流系統的貨運性能研究當中，根據城市物流特征，提出地下物流載具的設計依據，并且總結出各國主流的地下物流載具參數，包括速度、裝載量、通道直徑跟最小發車間隔等；Di et al.[22]研究了地鐵貨運系統當中車廂的設計跟流量控制的聯合優化問題，制定以延誤懲罰和總成本的加權和最小為目標建立模型，并根據模型特征設計了一種改進的Benders分解算法；在通道容量研究上，顏浩龍等[23]以1 000萬人口城市的快遞、商超和餐飲的日均流量為參考，對地下物流系統的通道容量進行設計，提出了多級軌道的組合模式，以FDC的樹狀分撥結構設計解決通道的連接問題，采用“4米通道+2米通道”的組合來實現貨物運輸；劉川昆等[24]以國內某地區物流概況為研究背景，發現物流園區與一級節點之間的通道設計要求更高，其通道設計為雙向四軌（10t）或雙向雙軌（10t），其余通道設計均為雙向四軌（5t）或雙向雙軌（5t）；節點能力研究上，李潤國[25]在基于城市軌道交通的物流系統當中把物流節點分為中心節點、中轉節點和功能節點三大類，其中：中心節點是地面軌道進入地下軌道的起點，具備綜合性的功能，中轉節點包含存儲、裝卸搬運、信息功能和一定的組配功能，功能節點是地下軌道網絡的終點，應具備業務辦理跟信息查詢功能；胡萬杰等[26]基于自動化作業和節約地下空間等原則，從微觀設計的角度，針對換乘地鐵貨運站點，界定了地下物流節點10項站內基本功能，提出了一類典型的雙線T形換乘站點客貨站臺、功能區部署和作業流程的原型設計方案。

3 網絡耦合

地下物流系統跟城市其他交通運輸網絡之間是彼此影響、相互作為補充的，城市中的高效貨運體系是基于地上網絡與地下網絡共同作用，相互補充，能訊速面向復雜動態變化的環境進行響應的一體化貨運網絡，地面地下一體化物流系統的網絡耦合是本領域的重要研究課題。

孫杉杉[27]基于同城快遞中的實際需求，探討了地鐵和快遞末端車輛聯運模式下的帶時間窗取派件路徑優化問題，在討論完地鐵開展同城配送的可行性之后，考慮客戶時間窗要求、載重量限制、同時取送貨等因素，構建地鐵+快遞車的同時取派件配送模型；李美晨[28]在研究中構建了基于地鐵網絡的“地鐵干線-地面末端”的新型同城快遞配送模式，在顧客信息全部已知的基礎上，以顧客滿意度最大化建立目標函數，建立取派路徑混合整數規劃模型，采用遺傳算法進行求解；周曉曄等[29]利用地鐵非高峰時段開展貨物運輸，考慮貨車容量、地鐵運力和客戶時間窗要求等因素，以實際的配送距離最短為目標，建立地鐵+貨車的聯合配送模型，并以實際例子驗證模型的有效性；劉翱等[30]研究了地面物流系統和地下物流系統二者在運輸時的競爭分配問題，認為地面與地下單獨的物流系統相比，地下地面物流系統耦合的狀態下能夠較好地實現物流系統利用率和總成本之間的平衡。

4 研究結論與展望

當前，面臨著貨運需求的急速增長、交通擁堵的日益嚴重，城市配送越來越難以滿足物流需求。以地鐵運輸系統為主導的城市地面地下一體化物流系統應運而生，國內外學者分別從系統形態、性能和網絡耦合等三個方面進行了大量的研究，取得了豐碩的成果。

（1）形態層方面，現有學者多偏向研究地下物流系統的網絡布局跟節點選址。地下物流系統的主流網絡形態是樹狀分布，因為其建設難度相對較低，通達度較好，更好的滿足城市居民的物流需求；選址問題研究上，學者多出于成本、效率等角度來進行節點選址，研究多偏向多節點選址問題，通常建立多層目標的優化模型再采用啟發式算法進行尋優。

（2）性能層方面，學者們主要從貨運量預測、可行性分析和能力設計等三個方面對地面地下一體化物流系統的性能層進行研究。可行性研究表明在城市發展地下物流是物流行業未來的趨勢，打造地下物流系統是可行且必要的；地下物流系統的性能需要根據城市的物流需求大小來設計，所以必須對需求量進行預測；在預測完城市的物流需求的基礎之上，學者也對地下物流系統的載具、通道容量跟節點能力展開研究，為地下物流系統的運行提供了理論依據。

（3）網絡耦合方面，學者認為單純的地下物流系統很難滿足城市居民的物流需求，或者能滿足但是建設成本太高，因此學者對地下地面物流系統的耦合進行研究。現如今較成熟的理論代表是以地鐵為代表的地下物流系統跟以快遞車為代表的地面物流系統組成的一體化的貨運系統，此系統能較好的兼顧物流成本跟配送效率的均衡。

盡管現有文獻中已經有大量的關于地下地面一體化物流系統的研究，隨著物流行業的細化深化發展，相關的研究還可以適當嘗試進一步深入。

首先，節點方面，在地下物流系統當中，城市居民的貨物種類、大小形狀是不一致的，在考慮地鐵客、貨機車時間窗約束和貨流量不確定的情景下，怎樣對節點內部功能區域進行布局才能實現成本-效率的雙贏，其中就包括標準化的作業工具以及作業區域的設置。

其次，協同運輸方面，在地下地面一體化的物流系統當中，地下載具、節點和地面載具三者之間在運量、成本以及效率等方面的協同，怎樣結合地下地面設施和裝備的技術參數特征來建立模型，協同優化整體的運輸效率，也是值得研究的方向。

參考文獻：

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[3] 胡萬杰，董建軍，陳志龍. 基于地鐵貨運系統的城市物流發展模式探討[J]. 鐵道運輸與經濟，2022，44（2）：8-15.

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[7] 肖靜，劉子玉. 鄉村振興背景下兼顧效率與公平的城鄉物流節點選址研究——以吉林省蛟河市為例[J]. 湖北（下轉第65頁）