基于城市轨道交通的智能物流基础设施规划研究

鲁斌

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司）

1 研究背景

1.1 智能物流与资源共享

智能物流是一种正在探索的未来物流发展模式，具有自动化、智能化的基本特征。智能物流将物联网、云计算和大数据分析等先进技术运用于物流业务中，能够在物流的运输、仓储、配送、信息、包装、流通加工及装卸搬运等关键环节实现资源共享与自主决策。在物流需求不断提升的背景下，智能物流能够适应电子商务快速发展，节约交易成本、提高物流效率。

智能物流的核心手段之一是对物流资源的整合共享。可共享的物流资源不仅仅包括物流数据、人力资源，物流基础设施和物流用地等设施空间资源也需纳入考虑范畴。面对目前物流基础设施数量不足、利用率不高的问题，智能物流可将城市内相关基础设施作为物流资源进行共享，如铁路、航空与港口的大型交通枢纽、地下道路、地下综合管廊与地下轨道交通等。

1.2 轨道交通发展现状

城市轨道交通作为网络化、自动化程度较高的地下基础设施，是智能物流共享基础设施的重要考虑对象。目前我国已建成轨道交通的城市较多，总体规模较大，与轨道交通共享的智能物流建设形式存在一定的基础。

国内轨道交通建设始于1969年的北京地铁1期工程，直至20世纪80、90年代，天津、上海和广州也相继开通轨道交通，随着城市规模的扩大，远距离出行交通需求的上升，同时轨道交通建设带来的附加经济效益剧增，轨道交通新建和扩建的规模也不断增大。截至2018年底，中国大陆地区35个城市已开通轨道交通并投入运营，共计开通线路185条，运营线路总长度达到5761.4 km。其中，以地下形式为主的地铁拥有4354.3 km，占比75.6%[1]。

轨道交通的总体规模较大，交通服务的覆盖率也有一定基础，且仍有不断增长的趋势，有利于智能物流服务的覆盖。以东京、纽约等发达国家城市的轨道交通出行覆盖率40%为基准，可判断一个城市的轨道交通是否进入成熟期。在国内主要城市中，上海轨道交通线网（如图1所示）已进入成熟期，北京、广州和深圳即将进入成熟期，武汉、苏州和成都为成长加速期，另有大连、宁波等城市位于成长期，重庆、长沙等城市则处于起步期[2]。

2 国内外研究进展

国内外已有学者对依托于轨道交通的物流系统进行了研究，积累了一定的研究成果。其中：

燕玲[3]分析了城市轨道交通快递业务的可行性，探讨了该业务模式下产生的经济效益与社会效益。该研究认为，合理规范的城市轨道交通快递业务具有提升物流服务质量、降低公共交通风险等重要意义，发展前景广阔。

图1 上海轨道交通线网示意图

周芳汀等[4]提出了基于城市轨道交通配送的选点-路径问题。该研究将轨道交通作为城市物流的骨干网络，以货物平均送达时间最小为目标，整体优化了配送中心选址及末端配送的配送路径。该研究以成都地铁网络为例，得到结论：当服务范围为64 km2时，货物可在1小时内从配送中心送到客户手中。研究认为利用轨道交通作为城市物流的方式，可提高资源利用率、减少地面交通拥堵。

刘崇献[5]以北京地铁为研究背景，分析了北京地铁在晚间和非高峰期用于城市物流的可行性和必要性。研究认为，目前把地铁用做城市物流的案例极少，不仅需要技术层面的支撑，也需相关政策的辅助。研究提出交通规划部门宜尽早做论证和规划、地铁运营公司需设立物流部门、以及积极推进地铁过轨运输的可行性研究等建议。

彭玫贞等[6]在技术、效益、运营和实施风险等方面，对物流与轨道交通协同运行的模式进行了分析。该研究提出了客货共线和客货分线2种模式：客货共线模式投资较低，货运量较高，但运营风险较高；客货分线模式前期投资较高，但效益较为可观，运营风险相对较低。

Adam Motraghi和Marin Varbanov Marinov[7]以英国纽卡斯尔市为研究背景，利用ARENA仿真模型分析了利用轨道交通提供城市物流服务的可行性。该研究认为，将物流服务纳入轨道交通系统后，可带来诸如利润提升、资源共享等新的机遇。

Walid Behiria等[8]以巴黎轨道交通网络为研究背景，建立了整数规划形式的列车运营调度模型，以帮助决策者对需要提供物流服务的线路、车站进行科学的选择。

当前已有研究更多集中在可行性研究层面，均认为轨道交通用于物流服务的模式具备一定的可行性和经济效益。在上述研究的基础上，立足于城市规划层面，对基于轨道交通的智能物流基础设施规划进行研究。智能物流基础设施主要为物流节点与通道，可依托于轨道交通的站点与线路。基于轨道交通的智能物流基础设施规划是对需要提供物流服务的轨道交通站点和线路进行的统一部署，是合理配置轨道交通资源、提升智能物流效率的有效手段。

3 基于轨道交通的智能物流基础设施规划

基于轨道交通的智能物流基础设施规划，是以智能物流体系为基础框架，将物流业务与轨道交通进行深度整合，达到物流基础设施与轨道交通设施共享合建的目标。考虑到轨道交通基础设施自身的功能定位和技术要求，需对轨道交通既有设施进行一定的改造，这对规划提出了新的要求。规划总体可分为节点规划与通道规划两方面。

3.1 体系框架

智能物流的体系框架组成元素主要为：物流节点与物流通道。物流节点为两级结构，一级节点为分拨中心；二级节点为中转站和配送中心。物流通道可分为干支线两级，干线通道连接分拨中心、中转站与配送中心，支线通道连接配送中心与用户。智能物流体系框架如图2所示。

图2 智能物流体系框架

3.2 节点规划

轨道交通中的智能物流节点规划，其核心是对轨道交通节点进行物流业务层面的功能定位，以此确定不同类型的物流节点。

可供改造的轨道交通节点包括车辆基地和车站，轨道交通节点可对应的智能物流节点包括分拨中心、中转站和配送中心。

1）依托既有车辆基地，进行合理的改造，作为智能物流分拨中心。轨道交通车辆基地的功能为轨道交通车辆的停放和日常检修维护。车辆基地通常位于城市郊区，用地资源较充足，可满足车辆基地物流功能的扩展条件；且车辆基地位于轨道交通货运的首末站，可供大量货物的集聚。因此，可将车辆基地改造成货物储存、集散与转换的物流分拨中心，轨道交通线路上的货物由此进行分拨。为便于集约利用土地资源，减少对现有车辆基地的影响，车辆基地的物流功能可布置于地下空间内。

2）依托既有车站作为智能物流配送中心。轨道交通车站作为配送中心时，具备简单的分拣和暂存功能，货物到达车站后可直接配送至对应的末端用户。其优点是货物从车站到达用户不需额外转运，可减少转运环节货物损失，节约运输时间，提升物流效率。但改造为配送中心时，对轨道交通车站本身可利用的空间有较高的要求，适用于车站可改造空间大，且末端用户在车站周边较为集中的状况。

3）依托既有车站作为智能物流中转站。轨道交通车站作为中转站时，主要承担货物向另一个运输方向中转的功能。货物到达车站后，根据站台换乘类型不同，经过同站台或竖向将货物转运至另一方向。

换乘形式影响中转站节点的选择。依托轨道交通客运换乘站设置物流中转站时，需考虑换乘站的不同换乘形式，不同换乘形式决定了货运转换的效率。典型的客运换乘站换乘形式包括同站台换乘、节点换乘、站厅换乘、通道换乘。同站台换乘时，货物转换仅通过平面完成，货物转运效率较高；节点换乘时，货物需进行一次竖向转运，相比同站台换乘形式货物转换效率更低；站厅换乘时货物通过站厅转换至不同运输方向，货物到达站台时需与站厅通过垂直运输设备进行竖向连接，再通过站厅垂直下降至对应的站台，转运次数较多，转运时间成本较高；通道换乘无竖向衔接环节，但转运距离较长，增加时间成本。选择转运节点时，需从整体运输成本考虑最便捷的换乘节点。对于物流转运需求较大的节点，需在前期规划中预留足够空间设置同站点换乘等转运效率较高的换乘形式。

3.3 通道规划

在轨道交通前期通道规划时，互联互通的通道形式有利于智能物流的运输。目前轨道交通为各线路独立运行的传统模式，利用轨道交通换乘站作为物流转运节点时存在一定的问题。由于换乘站台形式不同，货物在向另一个方向转运的过程中，可能需要竖向、长距离的转运过程，造成转运货物的损失和转运效率的降低。而在轨道交通通道之间互联互通的形式下，不同的线路之间可过轨运行，货物可通过通道直接向不同方向转运，物流运输可从单线运行升级为网络运行，可灵活组织运输方案，极大减少转运次数，提升物流运输效率。同时互联互通的通道中，线网实际运营里程大于建设里程，建设和运行的平摊成本更低，加上智能物流的运营收入，有利于轨道交通尽快回收成本。

3.4 网络形态

根据统计数据，中国大陆地区已实现轨道交通网络化运营的城市已达到16个，以北京、上海等大城市为主，占已开通轨道交通运营城市总数的45.7%，有一半以上城市的轨道交通运营线路在4条以下，轨道交通线路较为单一[1]。轨道交通的网络沿线一般为商业和居民集中的地区，物流需求量较大。网络形态可主要依据城市轨道交通网络化程度及物流需求量来确定。

在轨道交通可网络化运营，且物流需求较大的北京、上海等城市，可选择栅格状网络形态。栅格状形态由于可服务的物流节点数量较多，覆盖的服务范围广，物流通道选择较为灵活，在原定通道发生问题时，可由其他通道替代，整体物流网络的直达性、可靠性较强，物流服务的水平较高。

在轨道交通网络尚未成形，但存在一定物流需求量的城市，网络形态尽量以线状为主，进一步可考虑树枝状等较为简单的网络形态。线状、树枝状的网络形态中，智能物流利用的节点数量较少，且选择换乘节点的必要性不高，可减少节点建设成本和换乘点转运对物流效率的降低，同时便于在初期服务主要物流需求区域，保证服务质量。基于轨道交通双向运行的运输组织特殊性，采用线状、树状的网络形态同时也可满足物流车辆来回的运输组织要求。

4 结语

物流资源共享是实现智能物流的重要方式。其中，基础设施共享是站在城市规划的层面，将智能物流的节点、通道与城市基础设施进行共享合建、统一配置。通过基础设施共享可集约利用物流节点、通道等物流资源，尤其是与地下基础设施共享，将物流活动转入地下，可进一步节省地面用地空间、减少地面环境污染，同时避免物流系统与其他交通系统的交叉影响，有效提升物流运作效率。

基于轨道交通的智能物流基础设施规划，在智能物流体系框架下，对节点规划、通道规划和网络形态规划进行了详细分析，轨道交通节点可在物流层面进行不同的功能定位，对应智能物流体系中的节点；互联互通的通道形式更有利于轨道交通与智能物流通道的共享；轨道交通线网规模较大的城市适宜采用栅格状网络形态。

在轨道交通与智能物流基础设施规划研究中，仍需对货运分担率、设施改造成本、共享设施所产生的综合效益做进一步的研究。由于轨道交通基础设施数量有限，多家物流企业共同使用时，也需探索适用于该形式的共同配送模式，以最大化利用基础设施，提升物流效率。