绿色低碳、数智化背景下绿色包装在电力物资中的应用

金岳军　张华荣　段晓龙　周继来

关键词：绿色低碳；数智化；电力企业；全链路

中图分类号：F252文献标识码：A文章编号：2096-7934（2023）10-0051-11

一、前言

近年来，经济全球化和世界经济一体化的进程不断推进，我国在国际分工的参与程度不断加深。为了提高我国在国际的竞争力，绿色物流的发展刻不容缓。所谓绿色物流，实质上是在物流的全生命周期中尽量减少或避免对环境造成危害，同时实现物流对环境的保护，最终实现物流资源的可持续发展，主要包括绿色运输、绿色包装以及绿色流通加工等环节［1］。在这些环节中，包装是重要的手段，其串联了物资生产、运输、仓储和销售的全过程。因此，设计出可循环利用的包装对于绿色物流尤为重要［2］。绿色包装要求在供应链的各个环节都要防止包装对环境产生危害［3-4］。为了进一步实现物流包装的绿色低碳化，设计绿色包装的同时也要时刻关注物流包装的回收问题，需要通过物流包装的定位、追踪、回收与再利用来提高物流包装的绿色低碳化，从而促进数智化背景下物流包装的更新迭代［5］。

对于电力企业而言，满足绿色低碳、数智化要求的包装优化设计同样重要。目前，在电力物资物流的全过程中，关于绿色物流背景下的物资包装优化设计的研究相对较少，大多数的研究集中于物流运输过程。在少数关于物资包装优化设计的研究中，也基本限于概念性的论述。其中，王钧泽等［6］从技术规范层面重点分析了电力物资绿色包装设计及推进策略，主要从绿色包装的基础要求、管理要求、技术要求、知识体系与评审体系等方面展开论述。杨砚砚等［7］在绿色包装理念的基础上，对电力物资包装标准化以及仓储单元化进行研究，并且对电力物资相关的包装以及单元化容器进行闭环管理，从而实现节约资源、低碳环保的目的。喻琤等［8］基于绿色物流这一理念，在分析了绿色包装的实现途径的基础上，对电力物资的标准化包装展开了研究，并且针对电力公司物资仓储管理过程中的问题，提出仓储标准化管理的对策。

综上所述，关于电力物资包装的研究不应当仅从概念层面分析，应当结合电力企业物资运输过程中的实际问题进行研究。目前，电力企业在物资方面上使用的包装主要包括纸箱、木箱、专用打包带以及编织袋等，在这些物资包装中，打包带和编织袋都难以自然降解，这并不满足绿色、节能、环保的基本要求，而纸质和木制的包装箱能够实现循环反复利用。鉴于此，电力企业应当重点研究可降解材料的物资包装，同时出于安全性考虑，对包装进行优化设计，提高其承重能力。此外，关于数智化的研究中，重点集中于数智化物流的变革与人才培养模式的创新等［9-10］，很少有针对电力物资的研究。因此，本文结合电力物资的特点，提出有针对性的数智化物流包装及物流体系，实现电力物资物流的数智化。

二、电力物资包装现状

本文以A公司为例，对绿色低碳、数智化背景下电力物资包装优化设计过程展开分析与讨论。

（一）A公司简介

A公司成立于泰州，经过22年艰苦创业，破茧成蝶。A公司紧紧围绕党中央、电网公司“稳定供应，智慧供应”的决策部署，于2020年12月确立转型升级为供应链企业，2021年2月初步确定了“1+15（本部+2家本部分公司+13家地市分公司）”组织架构。

A公司以“资源优化、管理专业、运营高效、服务优质、效益提升”为目标，按照供应链储检业务“统一规划、统一建设、统一运营”原则，统一负责全省物资仓储、检测资源的专业运营管理和服务，通过统筹全口径物资资源一体化管理，全面提供仓储检测基础型服务、供应链技术支持型服务和资源共享增值型服务，打造全域物资“一本账”、全域仓库“一张网”和全域资源“一盘棋”的仓储物流管理模式，矢志于通过一流的服务链打造一流的供应链，以一流的供应链创造一流的价值链。

（二）A公司电力物资包装现状

A公司物资仓库内的物资包装材料主要为纸料、木料、铁料和塑料等。

金具、电缆附件、低压电器、断路器等物资一般使用蛇皮袋和纸箱包裝；电缆、导地线类物资一般使用实木轴盘、铁木轴盘等方式包装；断路器、仪器仪表、开关柜（箱）、隔离开关等物资一般使用木箱包装；铁附件、电缆附件、线路金具等物资一般使用铁丝捆扎方式包装。

废弃包装回收成本高、回收体系不健全等因素导致电力物资包装物在使用后，主要通过物资供应商和第三方回收企业进行回收处置，主要包装产品处置情况如表1所示。

表1 A公司电力物资包装产品处置方案

通过表1的分析，不难发现，A公司电力物资包装目前存在回收效果差、处理困难等问题，且处理方式均为第三方处理，这与绿色低碳、数智化的标准大相径庭，亟待进行包装改造。

三、A公司电力物资包装改造方案及评估

针对A公司电力物资包装的现状，A公司针对具体产品进行包装上的改造。

（一）A公司电力物资包装改造方案

针对电力物资存在包装种类多、规格形式不统一、周转运输不方便、产品结构复杂等情况，考虑从两个方面选取了四种典型物资进行包装改造，一是以方便仓储管理、提高仓储运营效率、提高仓库单元化水平存储归置；二是以方便标准化循环周转、提高全链路绿色低碳水平的全流程绿色循环包装。对种类繁多的电力金具，通过KLT料箱替换原有蛇皮袋；产品标准、包装箱不统一的柱上断路器，通过绿色循环围板箱替代原来木箱包装；周转运输不变、包装规格少的电力线缆产品，通过可拆卸全钢轴盘替代原来铁木轴盘，具体改造方案如表2所示。

表2 各产品包装改造方案

A公司针对电力物资包装的问题，进行了包装的改造，其中电缆产品采用可拆解全钢轴盘，在满足强度要求的基础上，对规格型号进行标准化，具备可拆解回收特性。柱上断路器采用围板箱，底板、顶板标准化定制尺寸开模满足产品运输包装特殊要求，开发管理应用小程序，开展从生产厂家—仓库—项目单位—仓库—生产厂家的全链路循环使用。金具采用KTL料箱按标准托盘尺寸组装码垛，有利于整进散出，便于仓库管理。

（二）改造后包装样品评估

A公司针对具体产品的包装改造后，在使用过程中仍然暴露出一定的问题，具体而言：

（1）柱上断路器循环围板箱：车载容积率低，重量大，强度较低。现有样品选用标准1350×1150毫米尺寸设计，该尺寸围板箱在车宽为2.4米时可装载两排，但当选用17.5米重型货车时，车宽为3米，仅可装载2排，导致车辆容积使用率偏低；针对此问题，后期根据产品特性，在满足通用性的基础上，缩小箱体宽度至900毫米。需打包带固定，现有包装箱天地盖板无便利固定方式，需要采用打包带捆绑，不利于现场包装和拆包。此外，不同尺寸的围板箱的抗压强度波动较大，且替换原有木箱后，重量增加，这在一定程度上增加了运输成本。

（2）金具KLT周转箱：产品尺寸规格较小、规格尺寸多，强度设计困难。采用KLT周转箱后，金具物资能够实现堆放整齐、便于管理，然而，由于电力金具种类众多，需要的周转箱的尺寸也众多。因此，如何保证不同尺寸周转箱的强度是问题的关键。

（3）电缆可拆解全钢轴盘：投入成本高。相同可拆解全钢轴盘价格约为铁木轴盘2倍-4倍，初期投入较大，以常规外径为2.8米轴盘为例，常规铁木轴盘价格约为3000元，但可拆全钢轴盘价格不低于10000元；回收周期长，电缆产品涉及到入庫检验、按长度分段出库、项目现场质押等问题，平均回收周期约6个月；拆解难度大，由于轴盘尺寸、重量大，现场往往不具备拆解条件，后期循环回收难度较大。

综上所述，A公司对于电力物资包装改造后，虽然提高了包装的利用率，但是在一定程度上提高了物流成本，增加了产品运输风险。具体而言，成本问题是由于铁木周盘替换为全钢轴盘造成的，这在投入使用时难以避免，而强度问题可以通过结构优化设计加以实现。因此，接下来，本文重点通过围板箱和周转箱的结构优化，提高其结构强度，保障其可持续利用。

四、围板箱及周转箱结构优化设计

（一）围板箱结构优化设计

对于围板箱而言，其结构强度主要与受力和变形有直接关系，强度分析需要结合应力和应变的情况。此外，电力物资的运输成本和质量息息相关，因此，在考虑结构强度的同时，还需要同时考虑质量。基于上述分析，本部分将以围板箱的应力、应变以及质量为优化目标，对围板箱的结构进行优化设计。在这里，以尺寸为118厘米×48厘米×98厘米质量为2.57千克的围板箱为例，展开论述。通过对中间板面厚度、内部加强板高度以及箱体壁厚三个参数的尺寸设计，实现以围板箱结构强度优化及轻量化为目标的结构优化设计。

1.敏感度分析

敏感度分析能够探究不同结构参数相互之间的作用对目标值的影响［11］，本研究中，分别定义中间板面厚度、加强筋高度以及箱体壁厚为A、B、C，定义最大等效应力、应变以及质量为输出参数，敏感度分析结果如图1所示。

从图1的敏感度分析结果可以看出，中间板面厚度、加强筋高度以及箱体壁厚对于输出结果的影响各不相同，其中C对应的最大等效应力及最大等效应变的敏感度均最大，分别为65%及88%，B对应的质量敏感度最大为42%，而敏感度出现负值说明了随着输入参数的增大，输出参数随之变小。

图1 敏感度分析

2.多因素综合影响分析

如图1所示，由于C参数对于最大等效应力、应变以及质量均为正相关，而A、B对于三个输出参数的影响有正有负。因此，需要对A、B两个参数进行综合影响分析，具体结果如图2所示，A、B两个输入变量与最大等效应力、最大等效应变均呈非线性关系，当A增大时，最大等效果应力增大，而最大等效应变先减小后增大。随着B的增大，最大等效应力下降，最大等效应变先减少后增大后，这与敏感度分析结果一致。而A、B两个因素与质量呈正相关。

图2 A、B双因素影响分析

3.基于多因素综合影响分析的参数优化

根据敏感度分析及多因素综合分析结果，将等效应力最大值、等效应变最大值、质量作为优化目标，使围板箱同时满足尺寸、质量以及强度要求。通过优化计算共得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种优化结果如表3所示。

表3 优化前后围板箱性能对比

结合表3的性能优化结果，可以看出，方案Ⅱ的质量减少了10.4%，等效应力下降了2.81%，强度得到了一定的提高，也在一定程度上实现了轻量化。因此，对于围板箱的优化方案是可行的。

将该方案应用于不同尺寸的围板箱的优化中，能够通过调整中间板面厚度、加强筋高度以及箱体壁厚的尺寸，实现围板箱高强度、轻量化的目的，有效地提高了围板箱的使用寿命，对于绿色低碳电力物资物流的实现起到了十分重要的推动作用。

（二）周转箱结构优化设计

采用KLT周转箱后，电力物资能够实现周转方便、堆放整齐，能够循环反复利用。但是，对于A公司在周转箱的使用过程中面临尺寸规格较小、规格尺寸多，强度设计困难等问题。因此，对于周转箱的结构优化设计，需要探究各个因素对结构强度的影响，进而实现不同尺寸规格周转箱的灵活设计。就目前而言，影响周转箱结构强度的因素主要有长宽比、高度、壁厚、脱模斜度、加强筋尺寸、圆角等，只有综合考虑各个因素对周转箱强度的影响，才能实现周转箱的优化设计［12］。

结构强度的主要指标为应力和应变。因此，文章以最大应力和最大应变为参考量分析周转箱各个结构参数对其结构强度的影响，最终实现周转箱的结构优化设计。

1.长宽比的影响

在总周长不变的前提下，通过改变长宽比，分析其对最大应力和应变的影响，如图3所示。

图3 长宽比对力学特性的影响

如图3所示，随着长宽比的增加，最大应力几乎不变，最大应力逐渐降低，且降幅逐渐减小，当长宽比为3∶2时，随着长宽比的进一步增大，最大应变几乎不再改变，因此可以看出，使周转箱达到最佳力学特性的长宽比为3∶2。

2.高度的影响

根据周转箱在电力物资中的应用情况以及工厂的实际情况，本文将周转箱的高度设定为200-300mm，来探究不同高度下周转箱的应力和应变特性，如图4所示。

图4 高度对力学特性的影响

从图4中可以看出，高度对周转箱的最大应力和应变的影响并不明显，这说明高度的改变不会显著改变周转箱的力学特性。因此，在电力物资运输过程中，应当选用适当高度的周转箱使运输空间利用率达到最佳。

3.壁厚的影响

通常KLT料箱在设计时的壁厚在1-3毫米范围内，其主要是考虑成型工艺以及成本。因此，本文选择壁厚1-3毫米来研究周转箱的力学特性，具体如图5所示，当壁厚从1毫米逐渐增加到3毫米时，最大应力从38.15MPa减少到15.06MPa，减少了253%，最大应变从8.04毫米减少到3.89毫米，减少了207%。这说明厚度的增加能够增加周转箱侧面的强度，有效减少其弹塑性变形。然而，厚度的增加帶来的强度改善效果逐渐减弱，当厚度大于1.8毫米时，强度改善的效果逐渐趋于平缓。因此，增加周转箱的厚度固然能提高其强度，但不宜过多提高其厚度，考虑到绿色低碳原则，周转箱的厚度取值范围在1.8毫米左右较为适宜。

图5 壁厚对力学特性的影响

4.脱模斜度的影响

脱模斜度是一个重要的制件工艺，其与周转箱的成型深度、材料刚度等因素有关，通常，KLT周转箱的脱模斜度取值范围为0.5度-1.5度，本文将在此范围内探究其对周转箱强度的影响，具体如图6所示，当脱模斜度为0.5度时，最大应力和最大应变都为最大，随着脱模斜度的增加，最大应变的先减小后增加脱模斜度为1度时的最大应变最低。对于最大应力而言，当脱模斜度由0.5增长到0.8时，其值迅速下降，0.8度以后，脱模斜度对最大应力几乎没影响，综合考虑脱模斜度对应力应变的影响，本文选择1度作为最佳的脱模斜度。

图6 脱模斜度对力学特性的影响

5.加强筋尺寸的影响

在周转箱的使用过程中，尤其是盛放电力物资中的金具过程中，长时间的承重会引起周转箱的变形和翘曲，单纯的从外部尺寸和厚度上优化难以保证其使用过程中的强度。因此，需要通过加强筋的方式进一步增加其结构强度。通常，加强筋在设计时要考虑其厚度和高度，在保证加强筋截面积相同的前提下，本文共选取5中不同类型的加强筋来研究其力学特性，分别是：1.厚度1毫米，高度8毫米；2.厚度1.6毫米，高度5毫米；3.厚度2毫米，高度4毫米；4.厚度5毫米，高度1.6毫米；5.厚度8毫米，高度1毫米。

不同类型的加强筋的力学特性如图7所示，截面积相同的前提下，加强筋的尺寸对最大应变的影响不大，3号方案的加强筋对于应力的改善效果最为突出。因此，选择3号加强筋作为内部的强化结构。

图7 不同类型加强筋力学特性

6.圆角的影响

鉴于周转箱的受力特性，在两个箱体之间的拐弯处最容易出现应力集中区域。因此，需要通过圆角的方式来进行力学特性强化，本文选择1毫米-8毫米的圆角来研究其对周转箱力学特性的影响，如图8所示，圆角对于最大应变的影响不大。随着圆角的增加，最大应力逐渐减小，降幅也逐渐减小，当圆角0-3毫米时，应力的降幅十分明显，由24.852MPa下降至13.921MPa，下降了78.5%，可以看出，圆角为3毫米时已经基本缓解了应力集中的现象。

图8 不同圆角的力学特性

通过该研究为A公司周转箱的进一步设计与优化提供依据，既保证了绿色低碳的要求，又保证了周转箱强度的要求，本设计过程还能为不同尺寸的周转箱强度设计提供重要参考。

五、基于数智化的电力物资包装设计

该部分主要针对绿色物流中的回收问题，对电力物资包装进行数智化设计，在快递包装的安全、环保等方面进行再设计。

（一）数智化包装的设计原则

在遵循国家新出台的包装规范，坚持标准化、减量化、智能化和可循环目标的基础上，本文将从以下两点入手。

1.安全性

目前引发快递包装安全问题的原因在于包装简单且防盗系数低，容易错拿偷拿。为了解决上述问题，可以利用物联网技术、GPS技术、FRID技术以及NFC技术对快递进行智能化管理，为快递信息的安全提供保障。

2.环保性

针对绿色物流，环保性是电力物资包装的首要原则，应当从包装的全生命周期出发，从生产阶段、使用阶段、回收阶段来全面实现快递包装的环保性。在生产阶段，选取可回收可降解的材料。在使用阶段，应当选择结构强度高、寿命长、化学性能稳定的材料。在回收阶段，虽然目前可循环快递包装已经成功的应用于电力物资包装中，但是包装回收方面的措施仍显不足。

（二）安全性实现

物流包装安全性需要通过现代化的各个高新技术来实现，主要通过各个技术手段，实现对电力物资的实时监控，还能够对物资进行信息识别与位置追踪，安全性实现的技术方案如表4所示。

表4 包装功能配置

（三）环保性实现

环保性的主要难点在于可循环包装的回收再利用，针对这一问题，本文在物流包装功能配置的前提下，以快递员为纽带，通过用户、快递柜、快递集中回收站以及快递站点之间的相互配合，最终实现电力物资包装的循环流通，具体方案如图9所示。

图9 电力物资包装循环方案

用户与快递员之间属于签收快递及包装回收的关系，用户也可以将快递柜取到的包装送回至快递柜并根据包装的价值获得一定的报酬，用户在菜鸟驿站等站点取得的快递也可以归还至站点，由站点统一收集包装后，将破损的包装送至回收站，而回收站则是将破损的包装修复发送至快递站点以供其循环使用。

而快递员在整个过程中承担的任务比较多，不仅为客户、快递柜和站点服务，同时还要将用户、快递柜的包装进行回收，同时要将破损的包装送至回收站，快递包装回收环节与快递员的绩效直接联系，通过提高快递员绩效提升快递包装回收利用率。

通过以上方案，能够实现电力物资包装的循环利用，通过包装的数智化，能够实现包装的实时追踪，提高回收效率。

六、结论与建议

本文在绿色低碳、数智化背景下，对A公司的电力物资包装进行优化，主要结论如下：

（1）针对传统实木轴盘、铁木轴盘、纸箱、木箱、编织袋以竹板等电力物资包装回收效果不佳的问题，A公司实施了电力物流包装改造方案，针对线缆产品、柱上断路器以及电力金具等常见电力物资进行了全面改造升级，使包装更具有环保性、可持续性。

（2）在对改造后的包装进行评估过程中，发现改造后的包装仍然存在结构强度上的问题，在此基础上对围板箱及周转箱结构进行进一步的优化设计。通过结构优化设计，得到围板箱的最佳尺寸为中间板面厚度4.21毫米、加强筋高度0.50毫米、箱体壁厚0.53毫米；KLT周转箱最佳长宽比为3∶2，最佳壁厚在1.8左右，最佳脫模斜度为1度，最优加强筋尺寸为厚度2毫米+高度4毫米，最佳圆角在3毫米左右。此外，高度不会对应力和应变造成较大的影响。

（3）针对包装安全问题，提出了基于RFID标签、NFC技术、GPS技术、蓝牙5.0、动态二维码、电子纸显示屏、闪存芯片等技术多动能包装，有效地实现了物流数智化。

（4）为了提高包装回收效率，采用激励的手段，将用户、快递柜、快递集中回收站以及快递站点相串联，以快递员为枢纽，提出电力物资包装循环方案，保证了物流包装的回收效率。

本文对于电力物资包装的优化设计对于实现绿色低碳、数智化物流新模式提供了理论基础和实践价值。

参考文献：

［1］何波.绿色物流网络系统建模与效率边界分析［J］.中国管理科学，2012，20（3）：138-144.

［2］刘林，王凯丽，谭海湖，等.中国绿色包装材料研究与应用现状［J］.包装工程，2016，37（5）：24-30，62.

［3］王幽又，杨随先.基于生命周期设计的绿色包装材料选择［J］.包装工程，2015，36（9）：77-81.

［4］王锐.新发展阶段的绿色包装设计策略与发展路径［J］.生态经济，2022，38（12）：221-229.

［5］李妮，付红飞，刘琳琳.浅谈电子商务环境下快递包装的现状及存在问题［J］.今日印刷，2020（12）：63-65.

［6］王鈞泽，罗日朗，孙威.电力物资绿色包装技术规范架构设计及推进策略［J］.物流技术，2021，40（10）：16-19.

［7］杨砚砚，王延海，李明，等.绿色物流视角下的电力物资包装标准化及仓储单元化研究［J］.物流技术，2018，37（10）：17-19，35.

［8］喻琤，陈恩繁，潘丐多，等.绿色物流视角下的电力物资包装标准化及仓储单元化研究［J］.质量与市场，2021（20）：157-159.

［9］戚娟娟.创新视角下的数智化物流变革——以网络货运平台为例［J］.中国质量，2021，20（11）：20-24.

［10］潘鹏.数智化物流背景下人才培养模式创新［J］.中国商论，2021，22（2）：174-175，177.

［11］高海波，李志刚，邓宗全.基于ANSYS的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析［J］.机械工程学报，2010，46（5）：1-7.

［12］武丽丽，黄颖为.塑料周转箱结构与力学特性研究［J］.西安理工大学学报，2011，27（1）：102-106.

TheApplicationofGreenPackaginginElectricPowerMaterials

UndertheBackgroundofGreen，Low-carbonandDigitalIntelligence

JINYue-jun，ZHANGHua-rong，DUANXiao-long，ZHOUJi-lai

（JiangsuAnfangElectricPowerTechnologyCompany，Taizhou，Jiangsu，225300）

Absrtact：Inthebackgroundofeconomicglobalization，itiscrucialtostrengthenthedevelopmentofgreen，low-carbonanddigitalintelligentlogisticstoenhancethecomprehensivecompetitivenessofChinaspowerenterprises.InordertofurtherimplementtheissuedgreenmodernintellectualsupplychainsystemconstructionplanoftheNationalElectricCompany，acceleratethetransformationofthewholesupplychainintogreen，low-carbonanddigitalintelligence，thispaperfocusesongreenpackaging，transformsthetypicalpowermaterials，suchasfittings，insulators，powercablesandcircuitbreakersoncolumnstofull-linkgreencyclepackaging.Consequently，asetofgreencyclepackagingoperationplanforelectricpowermaterialsisfound.Meanwhile，thispaperwillcreateadigitalintelligentlogisticssystemthroughdigitalintelligentlogisticspackagingdesign.Theresearchwillpromotethetransformationandupgradingofthepowermaterialsupplychain，andthegreenandlow-carbonoperationofthewholelink.

Keywords：greenandlow-carbon;digitalintelligence;electricpowerenterprise;fulllink