城市轨道交通物流系统规划设计研究

近年来，随着城市轨道交通的不断发展，各城市轨道交通线网不断完善，为城市物流配送提供了新的思路。截至2018年，我国轨道交通运营里程达5 761km[1]。根据对已运营线路客流量的统计分析，各城市轨道交通线路普遍存在高峰时段和平峰时段客流不均衡，以及平峰时段客流量不足、运能虚糜的现象。因此，从运输能力角度考虑，利用城市轨道交通平峰期进行物流运输具有一定的可行性。本文对城市轨道交通物流系统规划进行综合研究，旨在探索城市物流配送新方式、创新地铁营收模式、优化社会资源配置。

 

1 国内外研究现状分析

1.1 国外研究现状

国外研究成果主要集中于地下专用轨道物流系统方向，具有代表性的包括德国CargoCap、英国Mole和瑞士CST地下物流系统。

 

1.1.1 德国CargoCap地下物流系统

德国波鸿鲁尔大学构建的地下物流系统位于地下2.8 m的管道上，采用全自动无人驾驶技术，车辆运行于固定轨道中，同时在侧面通过导向轮控制运行方向，车辆可根据货物运输需求实现灵活编组，可实现以36 km/h的速度运行，具备安全、准时、无污染、低成本等优势。

 

1.1.2 英国Mole地下物流系统

英国MoleSolutions公司将磁悬浮技术应用于地下物流，整个物流系统车辆采用直线电机发射的电磁波作为动力，运行于2.4 m直径的地下管道中，同时管道与城市物流配送中心连接，完成货物的配送，该系统已于2015年在英国北安普顿物流中心试运行。

 

1.1.3 瑞士CST地下物流系统

瑞士CST地下物流系统是为了缓解城市道路和铁路系统的货运负担，在地下50 m的深度建设地下隧道、运输托盘、集装箱、零散物品等，满足城市物流运输需求，采用全自动无人驾驶系统运行在6 m宽的隧道内，货运车辆以速度为30 km/h运行在三条车道上。此外，在隧道顶部，可运行3个运输机，用以运送小件物品，速度可达60 km/h。

 

1.2 国内研究现状

我国地下物流方面的研究起步较晚，2002年以后才逐渐涉及该领域的研究。钱七虎院士在研究中提出，地下物流系统是缓解道路拥堵、环境污染等“城市病”的新方向[2]。目前我国地下物流系统的应用研究正全面开展，并逐渐拓展至轨道物流系统的研究，雄安新区正积极研究轨道物流系统的应用。

 

雄安新区轨道交通车辆和站台在设计中预留了货运空间，可以在平峰期加挂物流车厢或开行物流专列，承担城市物流配送的功能。以新区轨道交通线网规划为依托，根据对新区物流运输需求、货运量预测，构建了由三级配送节点和三级物流通道共同组成的雄安新区轨道物流系统，如图1所示。

 

1.3 研究现状分析

国内外研究成果主要集中于建设地下专用的物流系统，解决城市物流配送，缺乏对利用城市轨道交通进行物流配送的研究。目前，随着现代物流、城市轨道交通等技术的不断发展，轨道物流将成为轨道交通规划中的一个重要方向。本文依托雄安新区对城市轨道交通智能物流系统规划进行研究。

 

图1 雄安新区轨道物流系统规划   下载原图

 

2 轨道交通物流系统规划设计研究

2.1 轨道物流系统的特点

城市轨道物流系统是利用轨道交通平峰期富余运能进行货物运输，其既需要满足旅客运输需求，也需要满足物流运输的需求。因此，该系统有以下几个特点：①客运为主兼顾货运；②避免二次装卸、减少倒运次数；③货运不影响旅客列车停站时间。

 

2.2 轨道物流系统功能定位研究

城市轨道物流系统应与地面配送系统配合，共同组成立体的城市物流系统。从货物运输的流程上分析，在轨道物流系统中，车站可兼作配送中心，其配送流程如图2所示，物流园区至分拨中心通过公路或铁路运输方式完成，而配送中心至消费者之间“最后一公里”需要依托更为灵活的地面交通方式。因此，轨道物流系统可承担的配送环节为分拨中心至配送中心的运输。

 

图2 城市物流运输流程分析图   下载原图

 

从运送的货物品类上分析，由于城市轨道交通安检较为严格，且在运输货物的同时需要满足旅客运输组织的需求，因此对可运送的货物品类具有一定的限制。例如危险品、大件货物、冷链物流等均无法采用轨道物流系统运输。

 

综上所述，从配送流程、货物运输品类角度综合分析，轨道物流系统的功能定位是与城市物流系统互为补充、相辅相成的关系，共同完成城市物流的配送。

 

2.3 轨道物流系统车辆设计

考虑物流运输的特殊需求，需要对货运车辆进行特殊设计，采用较大的车门开度，同时提高响应速度和可靠度，满足自动化运输装置进行装卸作业、标准化载运工具运输的需求。

 

在车门宽度方面，常规轨道交通车辆一般约为1 300 mm[3]，轨道货运车辆需要以标准化载运工具宽度为设计单元确定车门宽度。在满足车辆结构、动力学性能、车门气密性等要求的前提下，采用较大的车门宽度。车门的开闭方式可采用常规轨道交通的内藏嵌入式移门或塞拉门，从中间向两端开启；此外，从加快货物作业、减少对旅客列车停站时间等影响的角度考虑，可采用上、下开门的方式。

 

2.4 运输组织方案研究

2.4.1 列车编组方案

列车编组方案主要包括灵活编组和开行专列两种形式。以雄安新区轨道物流系统为例，雄安城市轨道交通在设计时按8节编组预留土建规模，考虑客流预测、服务水平等因素，平峰期至少需要保证6节编组旅客列车，预留2节编组货运站台空间。本文以此为基础进行列车编组方案分析。

 

1）灵活编组方案

平峰期列车采用灵活编组方案，客运车厢按6节固定编组，根据实际物流需求在车辆段或停车线上组织灵活加挂物流车厢，物流车厢最多可加挂2节。

 

2）专列方案

物流专列方案可以有2节物流专列和8节物流专列两种。其中，2节物流专列方案，货运车辆仅停靠在预留的物流站台区域；8节物流专列方案，需要根据物流需求预测，在沿线物流量较大的车站设置物流装卸线，停靠物流专列，将旅客和货物分离，保证运营安全。

 

2.4.2 运输组织模式

根据平峰期旅客列车开行对数，在旅客列车间加开物流专列，8节编组专列仅停靠在沿线物流运输需求较大的物流集散点，2节物流专列运输组织可采取站站停模式，或按运送货物的到达站，采取交错停车模式，在提高物流配送效率的同时，节约运营成本，运输组织模式如图3所示。

 

2.5 土建工程方案研究

2.5.1 车站站台形式分析

轨道交通车站需要满足客运及货物运输的需求，站台形式分为两种：方案一如图4所示，站台两端均设置物流区域，上、下行列车分别在不同站台区域进行物流作业[4]；方案二如图5所示，集中在站台一端设置物流区域，上、下行列车在相同站台区域进行物流作业。

 

 

 

 

图5 方案二：轨道物流系统车站站台形式   下载原图

 

方案一适用于采用“灯泡线”折返或环线的运输组织，列车通过环形折返线运行实现换线和调头过程。该方案优点为上、下行货物列车在不同区域进行货物作业，货物流线清晰，站台能力较大；缺点是增加了站台的长度，土建工程量较大，增加工程投资。

 

方案二适用于采用常规站前或站后折返形式的运输组织，列车通过折返线实现换线和调头的过程。该方案优点为车站站台规模较小，土建工程投资较省，货运作业集中；缺点是上、下行货物列车在同一区域作业，货物流线交织严重，将影响货物作业效率，车站运输组织难度较大。

 

2.5.2 车站流线组织设计

车站流线设计如图6所示。站台层为货物传送区，站厅层为货物分拣区，货物从列车上通过自动化装卸设备运送至站台层，采用AGV智能机器人为运载工具，自动识别路径，通过垂直电梯将货物运送至站厅层货物分拣区，货物经分拣后，根据去向，通过智能物流车、机器人、无人机等末端配送方式送至消费者手中，完成货物的配送。

 

图6 车站货物流线示意图   下载原图

 

3 结论

利用轨道交通富余运能开展物流运输属于国内外新兴课题，随着现代物流、城市轨道交通、5G、人工智能等技术的不断发展，轨道物流系统正逐渐从理论走向现实。本文以雄安新区轨道物流系统为例，对轨道物流系统车辆设计、运输组织方案、土建工程方案等进行了综合研究，得出以下几点认识：

 

1）从轨道交通运能、结合轨道交通车辆、运营组织方案、土建工程等方面研究，建设轨道交通物流系统是可行的[5]。利用轨道交通进行物流运输，不仅可以支撑城市建设轨道交通，同时可以创新地铁营收模式，减少运营亏损，开拓轨道交通与城市物流协同运输的新方法，构建城市立体物流系统。

 

2）在规划建设轨道物流系统时，为合理利用城市地下空间资源，避免重复建设，构建完善的城市物流体系，应将轨道物流与城市物流系统进行系统研究，统筹考虑，实现两者的有效衔接，提高城市物流配送效率。