圖片來源：《上海市地下空間概念規(guī)劃》

2、ULS工程復(fù)雜且風(fēng)險巨大

城市地下物流系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等IT技術(shù)和城市管理、地下工程技術(shù)等結(jié)合的產(chǎn)物，涉及工程、學(xué)科領(lǐng)域較多，例如交通工程、物流工程、電子信息、地下工程等學(xué)科。

其不僅需要考慮城市規(guī)劃、物流管理、工程建設(shè)、運(yùn)輸安全、自動控制等多個方面，還需要與其他城市基礎(chǔ)設(shè)施之間相互配套對接，這導(dǎo)致建設(shè)城市地下物流系統(tǒng)工程的復(fù)雜程度極高。

此外，城市地下物流系統(tǒng)建設(shè)時隧道施工、起重吊裝作業(yè)、懸空作業(yè)等風(fēng)險巨大，易出現(xiàn)坍塌以及地下管線的斷裂等嚴(yán)重情況，施工之中還存在機(jī)械傷害、觸電、噪聲污染等安全隱患。

3、ULS資金投入多且回收期長

城市地下物流系統(tǒng)前期造價較高，邊際效益模糊且缺少投資主體。

ULS需要修建隧道、軌道、自動化運(yùn)載工具、機(jī)械化裝卸平臺等硬件設(shè)備，搭建物流系統(tǒng)的信息管理、調(diào)度系統(tǒng)、信息控制、導(dǎo)航系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)，硬件、軟件兩方面的投入使得建設(shè)ULS需要耗費(fèi)大量資金。

此外，城市地下物流系統(tǒng)作為可持續(xù)使用的項(xiàng)目，投入運(yùn)營時成本極高，需要考慮機(jī)械設(shè)備的維修、軟件系統(tǒng)升級等諸多費(fèi)用。該系統(tǒng)在前期未大規(guī)模投入使用時，利潤率較低，資金回收期長。

二.城市地下物流系統(tǒng)與地鐵聯(lián)合運(yùn)作優(yōu)勢分析

考慮到現(xiàn)階段建設(shè)城市地下物流系統(tǒng)的困難，近年有學(xué)者如：Kikuta等（2012）、 Dampier等（2015）、彭玫貞等（2017）、王小林等（2019）、劉蘊(yùn)博等（2019）提出了地鐵與城市地下物流系統(tǒng)結(jié)合而成的地鐵物流系統(tǒng)。

地鐵物流系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的地下空間設(shè)備，減少資金投入，最大程度地克服建設(shè)城市地下物流系統(tǒng)的困難，達(dá)到理想的效果，其優(yōu)勢分析如下: 

1、現(xiàn)有地鐵軌道“一物兩用”

城市地下物流系統(tǒng)與地鐵具有相似的運(yùn)載工具，使得地鐵物流系統(tǒng)能夠利用現(xiàn)有的地鐵軌道，以地鐵客運(yùn)車廂加掛貨運(yùn)車廂的方式實(shí)現(xiàn)中小型貨物的成組運(yùn)輸。

城市地下物流系統(tǒng)需要CargoCap、AGV和 DMT等自動化運(yùn)載工具，地鐵依靠列車進(jìn)行運(yùn)輸。

雖然地鐵的車廂需要扶手、座椅等設(shè)施以滿足乘客需求，但通過圖 2德國CargoCap智能系統(tǒng)運(yùn)輸集裝箱工具、圖 3地鐵列車對比，可以看出兩者的運(yùn)載工具在外觀以及牽引方式方面高度相似，這使得地鐵物流系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的地鐵軌道成為可能。

圖 2  CargoCap智能系統(tǒng)運(yùn)輸集裝箱工具

圖 3 上海地鐵

圖片來源：上海地鐵官網(wǎng)

2、充分運(yùn)用網(wǎng)狀線路布局

城市地下物流系統(tǒng)的最終發(fā)展目標(biāo)是成為一個連接物流中心與配送終端的城市地下物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，我國地鐵的設(shè)計策略與ULS發(fā)展目標(biāo)類似，即追求網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)以各線路之間相互統(tǒng)籌協(xié)作。

圖4上海市軌道交通線路圖，其已具備高度網(wǎng)絡(luò)化的的特點(diǎn)，地鐵物流可以以此為參照，進(jìn)行線路規(guī)劃。

此外，二者均需要聯(lián)合其他交通系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)“最后一公里”運(yùn)輸。

目前，地鐵運(yùn)輸網(wǎng)已經(jīng)緊密聯(lián)合公交等其他交通運(yùn)輸系統(tǒng)，地鐵物流系統(tǒng)也能運(yùn)用現(xiàn)有的交通規(guī)劃，配套對接其他城市基礎(chǔ)設(shè)施，高效完成物流作業(yè)。

因此，從結(jié)構(gòu)布局方面來看，二者具有高度相似性，聯(lián)合運(yùn)作能夠最大程度的發(fā)揮現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。

圖 4 上海市軌道交通線路圖

圖片來源：上海地鐵官網(wǎng)

3、資金投入低且收益穩(wěn)定

與建設(shè)全新的地下物流系統(tǒng)相比，地鐵物流系統(tǒng)無需重新挖掘隧道，前期投資只需集中在擴(kuò)建地鐵站、增設(shè)機(jī)械化裝卸貨設(shè)備等方面，能夠減少相應(yīng)的資金投入。 

此外，地鐵作為政府補(bǔ)貼運(yùn)營的公共性產(chǎn)品，目前仍處于虧損狀態(tài)。

根據(jù)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道對28個城市的不完全統(tǒng)計顯示：

2018年僅杭州、青島、深圳、北京等4座城市實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營收支平衡，包括上海在內(nèi)的其余24座城市處于虧本狀態(tài)，2018年運(yùn)營收支比僅為78%。

如果采用地鐵物流系統(tǒng)，雖然前期仍需投入資金，但在政府的宣傳與引導(dǎo)以及相關(guān)部門合理規(guī)劃和利用下，該系統(tǒng)潛在收益巨大且穩(wěn)定,能在一定程度上增加公共交通部門的額外收入。

從長遠(yuǎn)來看，建設(shè)地鐵物流是十分具有優(yōu)勢的。

4、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染以及城市問題

物流量急劇增長所帶來的環(huán)境惡化、交通擁堵以及資源緊張，都是現(xiàn)今傳統(tǒng)物流自身無法避免的弊端，出行困難、物流效率低下勢必影響經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，而地鐵物流系統(tǒng)可以利用自身的優(yōu)點(diǎn)針對性解決傳統(tǒng)物流存在的問題。

地鐵物流系統(tǒng)在地下進(jìn)行運(yùn)輸，可以減輕地面道路的交通壓力、減少噪音污染，并且地鐵依靠電力驅(qū)動，能夠有效減少城市污染，改善生態(tài)環(huán)境。

此外，地鐵運(yùn)輸不受天氣等外界條件干擾，可以保證運(yùn)輸更可靠和高效。

更重要的是，地鐵物流系統(tǒng)充分利用已有資源，符合資源節(jié)約型社會的發(fā)展要求，是城市可持續(xù)發(fā)展的必要選擇。

三.城市地下物流系統(tǒng)與地鐵物流差異性分析

1、地鐵與城市地下物流系統(tǒng)的運(yùn)輸方式不完全相同

根據(jù)運(yùn)輸通路類型不同，可以將城市地下物流系統(tǒng)劃分為管道式貨運(yùn)系統(tǒng)和隧道式貨運(yùn)系統(tǒng)，而地鐵運(yùn)輸屬于隧道式客運(yùn)系統(tǒng)。

因此，地鐵物流系統(tǒng)只能進(jìn)行中小型貨物成組運(yùn)輸，依靠管道的氣力輸送、漿體輸送和艙體輸送并不能通過地鐵物流系統(tǒng)完成。

2、地鐵與城市地下物流系統(tǒng)對載客、載貨量和運(yùn)輸安全性要求不同

如果利用現(xiàn)有的地鐵軌道進(jìn)行貨物運(yùn)輸，首先要考慮軌道的承載能力以及磨損程度，這使得與客運(yùn)地鐵列車共線的地鐵物流系統(tǒng)只能用運(yùn)送中小型貨物。

其次，地鐵需要保證乘客的生命安全，而速度較快的貨運(yùn)列車只需保證貨物的質(zhì)量安全。

由此可見，相比城市地下物流系統(tǒng)，地鐵物流系統(tǒng)需要降速行駛，犧牲部分貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量以保證乘客的安全。

3、城市地下物流系統(tǒng)作業(yè)時間與地鐵載客間隔時間不一致

地鐵停站停靠時間十分短暫，依靠傳統(tǒng)的人力勞動并不能滿足物流作業(yè)需求。

若不進(jìn)行合理規(guī)劃，無法達(dá)到乘客和卸貨的雙重要求，必定會降低客戶服務(wù)水平和物流作業(yè)程度。

因此，為了加快物流作業(yè)速度，地鐵物流系統(tǒng)需要增設(shè)自動化卸貨設(shè)備，這也在一定程度上增加了運(yùn)營成本。

4、缺少機(jī)械化裝卸工具和設(shè)備

現(xiàn)有的地鐵站并無機(jī)械化裝卸工具和設(shè)備，這十分不利于大批量貨物的流轉(zhuǎn)，需要對有貨運(yùn)需求的地鐵站進(jìn)行改造。

可以設(shè)置自動化傳送設(shè)備，例如通過自動搬運(yùn)機(jī)將貨物送至指定車廂門口，再通過傳送帶自動送至卸貨平臺，最后利用垂直貨梯將貨物運(yùn)送至地面。

5、無法實(shí)現(xiàn)“最后一公里”配送

地鐵系統(tǒng)缺乏“門到門”的運(yùn)輸能力，無法直接將貨物運(yùn)送給顧客，需要依靠輕型箱式貨車將貨物從地鐵站運(yùn)至快遞網(wǎng)點(diǎn)，再由快遞網(wǎng)點(diǎn)的工作人員配送到客戶手中。

因此，地鐵物流系統(tǒng)無法獨(dú)立完成全程配送，在“最后一公里配送”環(huán)節(jié)，需要配套對接其他城市基礎(chǔ)設(shè)施。這將增加系統(tǒng)復(fù)雜性和運(yùn)輸費(fèi)用，并對時效性貨物的運(yùn)輸產(chǎn)生影響。

四.地鐵物流系統(tǒng)運(yùn)作模式分析

地鐵物流系統(tǒng)在運(yùn)作模式上可以分為客貨分線和客貨共線兩類，由于客貨分線模式的施工量遠(yuǎn)大于客貨共線模式，其更適用于正在修建或計劃修建的地鐵系統(tǒng)。

針對已經(jīng)存在的地鐵網(wǎng)絡(luò)，客貨共線模式下實(shí)現(xiàn)中小型貨物運(yùn)輸更為優(yōu)越。

以下將以客貨共線運(yùn)作模式為重點(diǎn)，對地鐵物流系統(tǒng)的運(yùn)作模式進(jìn)行具體分析：

1、客貨分線模式

如圖5所示，客貨分線模式即每條線路上有兩條軌道，分別負(fù)責(zé)客運(yùn)和貨運(yùn)。

該模式需新建軌道以及貨運(yùn)專用列車，充分考慮大斷面隧道施工、客貨列車載重和速度不同產(chǎn)生壓力差等技術(shù)問題，貨物裝卸環(huán)節(jié)與乘客上下列車共用站臺的安全問題，并根據(jù)不同種類的貨物安排不同的車型。

鑒于客貨分線模式需要考慮的技術(shù)問題偏多，工程量浩大，該系統(tǒng)更適用于正在修建或計劃修建的地鐵系統(tǒng)。

圖 5 客貨分線的運(yùn)作模式

客貨分線模式在運(yùn)作時要以客運(yùn)列車運(yùn)行安全為根本，結(jié)合當(dāng)日貨運(yùn)量決定貨運(yùn)列車的運(yùn)營時段與開行頻次，達(dá)到效益最大化。

客貨分線后，從客運(yùn)方面來看，載客列車的運(yùn)行速度能夠進(jìn)一步提高。

從貨運(yùn)方面來看，地鐵物流系統(tǒng)緩解了地面交通壓力，達(dá)到了建設(shè)城市地下物流系統(tǒng)的目的，在客運(yùn)、貨運(yùn)互不影響的基礎(chǔ)上充分利用地下空間、減少投入成本。

2、客貨共線模式

如圖6所示，客貨共線即在同一條軌道上進(jìn)行客運(yùn)和貨運(yùn)。

城市地下物流系統(tǒng)與地鐵運(yùn)輸共用隧道和軌道很大程度上降低了建設(shè)成本，節(jié)約了地下空間。

該模式需要更高的調(diào)度水平和合理的規(guī)劃，以減少聯(lián)合運(yùn)作對客運(yùn)、貨運(yùn)效率的影響。

此外，客貨共線模式下更要注意軌道的承載能力以及磨損程度，這使得該貨運(yùn)系統(tǒng)只能運(yùn)輸中小型商品。

圖 6 客貨共線的運(yùn)作模式

在運(yùn)營模式上，采用現(xiàn)有客運(yùn)地鐵列車后加掛兩節(jié)貨運(yùn)車廂的方式，并在站臺的兩端建設(shè)貨物裝卸區(qū)，如圖7所示，利用可移動式安全擋板將貨物裝卸區(qū)與乘客候車區(qū)分隔開，保證人員流動區(qū)域的絕對安全。

在起運(yùn)點(diǎn)裝貨時，利用RFID技術(shù)，以不同的收貨區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，完成貨物的智能化分揀。

貨運(yùn)車廂內(nèi)設(shè)置可移動貨架，利用圖8所示搬運(yùn)機(jī)器人，依靠智能大腦自動避障，完成調(diào)度系統(tǒng)設(shè)定的送貨路徑，將貨物準(zhǔn)確送至指定車廂門口，該搬運(yùn)機(jī)器人類似于亞馬遜kiva機(jī)器人、京東“地狼”搬運(yùn)AGV。

隨后，通過圖9所示設(shè)備，自動將貨物送至卸貨平臺，最終利用垂直貨梯將貨物運(yùn)至地面。

此時，輕型箱式貨車已經(jīng)在垂直貨梯旁有序等候，完成地鐵站到快遞網(wǎng)點(diǎn)的配送。整個過程示意圖如圖10所示。

同時，該系列機(jī)械化設(shè)備可以將乘客與貨物分流至不同的通道，使地鐵站秩序更加穩(wěn)定，如圖11所示。

此外，還可以考慮在地鐵站設(shè)置智能快遞柜，方便乘客自取小件貨物。

在運(yùn)行時間上，地鐵客流高峰期時卸除貨運(yùn)車廂，非高峰期時在客運(yùn)車廂后加掛貨運(yùn)車廂，共同完成運(yùn)輸過程。

夜間地鐵停運(yùn)時，在不影響地鐵清理、維修的情況下，利用八節(jié)車廂進(jìn)行貨物運(yùn)輸。以此最大效率地利用地鐵停運(yùn)時段，實(shí)現(xiàn)地鐵的附加價值，增加貨運(yùn)量，降低運(yùn)輸成本。

圖 7 客貨共線運(yùn)作模式站臺俯視圖

圖 8 搬運(yùn)機(jī)器人

圖 9 自動卸貨設(shè)備動畫圖

圖 10 客貨共線運(yùn)作模式整體動畫圖

圖 11 客貨共線運(yùn)作模式下客、貨運(yùn)分流通道

目前，地鐵物流系統(tǒng)仍處于設(shè)想階段，本期提到的客貨共線、客貨分線運(yùn)作模式也只是概念設(shè)計。

地鐵物流系統(tǒng)線路如何規(guī)劃？究竟能否投入運(yùn)營？

下期，我們將以客貨共線的地鐵物流系統(tǒng)運(yùn)作模式為基礎(chǔ)，以上海市地鐵2號線為例，對客貨共線的地鐵物流系統(tǒng)進(jìn)行具體線路規(guī)劃和可行性分析。解碼地鐵物流系統(tǒng)，未完待續(xù)。

本文由中國港口網(wǎng)www.hnwsxx008.com

特約上海海事大學(xué)焦慧昱、錢佳獨(dú)家提供

參考文獻(xiàn)

[1] 李春.城市地下空間分層開發(fā)模式研究［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2007．