城市地面地下一体化物流系统研究现状

摘 要：近些年来，城市的快递量在不断增加，交通拥堵变得日益严重，汽车排放的尾气也严重破坏了生态系统。据此，很多学者把目光转向地下，地下物流具有安全性好、运速快、低污染等优点。文章研究的地面地下一体化的物流网络是指在地下以地铁为技术支持，在地面以快递车为技术支持的同城联合运输的一体化网络，学者基于地面地下一体化的物流网络的形态层、性能层和网络耦合三个方面来归纳国内外学者的相关研究成果及进展。最后从地下物流的节点布局、运输载具跟节点的协同性两个方面提出展望。

关键词：地下物流；网络规划；网络耦合；研究现状

中图分类号：F253 文献标志码：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

当前，大多城市物流发展面临着货运需求急速增长、交通拥堵严重、城市配送难以满足物流需求等问题。传统的物流运输手段难以应对这些问题，有许多学者把目光放在提升传统运输工具的改进上，比如利用无人车、无人机进行配送。也有很多学者开始研究新的物流运输模式，地下物流就是其中一种，随着全国各大城市的地下轨道里程的不断增加，地下物流系统（Underground Logistics System，ULS）运行的可能性也越来越大，学者们对于地下物流的研究也日益增多。

城市地下物流系统（Underground Logistics System，ULS）是一种具有广泛应用前景的新型城市物流系统，其优势是速pAz1MjIQ1Q2Kzu5rpE1Kmg==度快、低成本、全自动化、高准确性等，是缓解城市交通拥堵、减少环境污染、提升城市货物运输的质量跟通达性的重要方式。地下物流网络的设计模式有三种，线轨式、联通式跟轴辐式[1]。线轨式技术参考地铁轨道，特点是逐线成网，班次固定；联通式技术参考胶囊管道，特点是投入成本大、建设难度系数大；轴辐式技术参考电气胶囊和地铁网络，特点是多级配送。在现实生活当中实际投入使用的地下物流系统屈指可数，以地铁网络为基础来运行的线轨式地下物流网络是最符合实际的。近年来，以地铁物流与地面快递车联合配送的城市一体化物流系统的研究取得了丰硕的成果。

本文旨在讨论地面地下一体化物流系统的研究现状，分别从形态层、性能层和网络耦合三个方面，对近年来城市地面地下的一体化的物流系统的规划、运行等方面的国内外相关文献进行综述，以期为相关研究领域的学者提供借鉴。

1 形态层

地面地下一体化物流系统的形态层规划设计，直接决定了城市地面地下一体化物流系统的服务对象和服务范围。依据地铁轨道建设的地下物流系统（M-ULS）投资更低、建设难度更小，被学者们认作地下物流系统的前期形态，并被认为将进一步为全国轨道交通提供新的商业模式和想象空间[2]。

1.1 服务设计

地面地下一体化物流系统形态层的服务设计包括货运模式的选择、网络形态设计等方面。胡万杰等[3]从列车构造角度的不同把地铁的货运模式分为三种，即客货混载模式、共线拖挂模式跟共线分离模式，其研究显示客货混载模式的经济效益不明显，而共线拖挂跟共线分离模式是更普遍接受的；傅方方[4]在研究中提到线状、环状、栅格状、树状和混合状五种地下物流网络形态分布，并根据不同的形态分析出各种形态下节点的分布情况、连通度以及设计开发难度等问题；曾令慧等[5]根据中国城市的实际情况选择了综合性能最强的树状分布形态的物流网络模型进行研究，以里程最优和费用最小化为目标建立双层优化模型，使用遗传算法得到最优网络模型；Zhao et al.[6]在研究轴辐式地铁网络模型当中提出了一个具有两级枢纽辐射状结构的三阶段优化模型实现对城市地铁运输网络的优化。

1.2 节点选址

节点是物流网络的基本组成单元，地下物流节点，是指地下物流网络中连接物流线路的结节之处，也是进出地下物流通道的站点，对于物流系统的运转效率跟合理性有着直接影响。

在节点的选址因素研究上，肖静等[7]从兼顾效率与公平的角度，从物流资源分配不均的现状入手，在政府跟企业的双视角下探讨了城市物流节点的选址策略；周安邦[8]从提升城市地下物流节点服务水平角度出发，将节点选址问题抽象为“选址-分派”问题，首先构建一个双规划模型，在此基础上使用遗传算法进行求解，寻求物流部门跟客户之间的利益均衡；华云等[9]通过借鉴城市物流、公交和城市轨道交通网络选址的相关研究，以ULS网络的经济、效率、便利、协同为目标选取影响因素，建立了表层、中层跟深层多层级的ULS网络枢纽节点选址影响因素结构，反应了各影响因素之间的内在联系。

在节点的选址方法研究上，朱怡欣[10]以迭代自组织数据分析算法为基础，从交通拥挤指数、一级节点转运率、节点服务覆盖率、货运量指数等角度研究地下物流节点的合理性和有效性，为地下物流网络的优化提供参考意见；王苏林等[11]建立以物流节点数量最少及物流节点转运率最低为优化目标的双层多目标规划模型，并结合贪心算法进行优化求解，结果有效的控制了节点的数量及转运率，并发现地下物流节点呈现出区域及中性特点；李楠[12]通过采用聚类算法和重心法从定量和定性两方面获取物流节点位置，再用分支定界法得出物流节点所服务的地面区域，以节点数量大小为标准，采用分支定界法跟遗传算法进行寻优，得到最优解；王曼等[13]采用自底向上的凝聚层次聚类法来确定区域二级节点的数量，通过双层规划的下层进行寻优，确定二级节点的最优位置，构造约束条件最终确定二级节点的服务范围，最后利用重心法确定一级节点。

2 性能层

地面地下一体化物流系统的性能层是系统规划设计的数据基础，也是决定物流网络形态分布与物流系统运量的关键因素，学者们主要从货运量预测、可行性分析和能力设计等三个方面对地面地下一体化物流系统的性能层进行了研究。

2.1 货运量预测

陈一村等[14]针对城市地下物流系统的适用性，提出了一种基于遗传算法、灰色关联理论和BP神经网络（GRT-GA-BP）的算法来应对不确定性的货运需求量影响因素，最后通过识别关键的影响因素来预测城市的地下物流系统货运需求；兰婷等[15]在研究中对进入城市地下物流系统的货物品类进行分类跟筛选，采用两种不同的维度对货运量进行预测，即GDP与货运量的关系，人均消费量与货运量的关系，最终通过算例进行验证；王小林等[16]在研究中提出地铁跟地下物流系统结合的可行性，初步分析了分离式与结合式两种综合地铁站的可行性，并以西安为例对地铁站的货运能力与货运相关的建筑面积进行了理论预测；Lu et al.[17]在济南市优先区地下物流系统研究中对ULS的需求进行了预测，发现济南市的大桥集团中心区域的ULS将服务50万人次，平均每天物流运量1 300吨。

2.2 可行性分析

地铁运输系统从运人转变成人货共运，如何在保障客运正常的前提下实现货物的运输是需要仔细考虑的。曾锐峰[18]将地铁物流跟地下管道运输进行对比，发现地铁物流更加灵活多变的优势，同时通过划分客运期间跟非客运期间的运货模式来说明地面地下一体化物流系统的可行性；赵娆等[19]基于定量和定性两个角度，采用层次分析法和模糊综合评价法分析了基于太原市地铁的地面地下一体化物流系统构建的可行性，从资源利用程度的角度证实太原实现地铁物流系统的可行性；詹春光等[20]结合郑州市地铁的发展现状，基于郑州市地铁的十字交叉网线分布优势提出可行性发展方案，并且提出车厢改造以及客户满意度的变化将是需要面临的挑战。

2.3 能力设计

地下物流系统的能力设计是对地下物流系统硬件设施的规划设计，集中体现在机车参数、通道的容量、节点内处理能力三个方面。

在机车参数研究上，陈慧等[21]在评价城市地面地下一体化的物流系统的货运性能研究当中，根据城市物流特征，提出地下物流载具的设计依据，并且总结出各国主流的地下物流载具参数，包括速度、装载量、通道直径跟最小发车间隔等；Di et al.[22]研究了地铁货运系统当中车厢的设计跟流量控制的联合优化问题，制定以延误惩罚和总成本的加权和最小为目标建立模型，并根据模型特征设计了一种改进的Benders分解算法；在通道容量研究上，颜浩龙等[23]以1 000万人口城市的快递、商超和餐饮的日均流量为参考，对地下物流系统的通道容量进行设计，提出了多级轨道的组合模式，以FDC的树状分拨结构设计解决通道的连接问题，采用“4米通道+2米通道”的组合来实现货物运输；刘川昆等[24]以国内某地区物流概况为研究背景，发现物流园区与一级节点之间的通道设计要求更高，其通道设计为双向四轨（10t）或双向双轨（10t），其余通道设计均为双向四轨（5t）或双向双轨（5t）；节点能力研究上，李润国[25]在基于城市轨道交通的物流系统当中把物流节点分为中心节点、中转节点和功能节点三大类，其中：中心节点是地面轨道进入地下轨道的起点，具备综合性的功能，中转节点包含存储、装卸搬运、信息功能和一定的组配功能，功能节点是地下轨道网络的终点，应具备业务办理跟信息查询功能；胡万杰等[26]基于自动化作业和节约地下空间等原则，从微观设计的角度，针对换乘地铁货运站点，界定了地下物流节点10项站内基本功能，提出了一类典型的双线T形换乘站点客货站台、功能区部署和作业流程的原型设计方案。

3 网络耦合

地下物流系统跟城市其他交通运输网络之间是彼此影响、相互作为补充的，城市中的高效货运体系是基于地上网络与地下网络共同作用，相互补充，能讯速面向复杂动态变化的环境进行响应的一体化货运网络，地面地下一体化物流系统的网络耦合是本领域的重要研究课题。

孙杉杉[27]基于同城快递中的实际需求，探讨了地铁和快递末端车辆联运模式下的带时间窗取派件路径优化问题，在讨论完地铁开展同城配送的可行性之后，考虑客户时间窗要求、载重量限制、同时取送货等因素，构建地铁+快递车的同时取派件配送模型；李美晨[28]在研究中构建了基于地铁网络的“地铁干线-地面末端”的新型同城快递配送模式，在顾客信息全部已知的基础上，以顾客满意度最大化建立目标函数，建立取派路径混合整数规划模型，采用遗传算法进行求解；周晓晔等[29]利用地铁非高峰时段开展货物运输，考虑货车容量、地铁运力和客户时间窗要求等因素，以实际的配送距离最短为目标，建立地铁+货车的联合配送模型，并以实际例子验证模型的有效性；刘翱等[30]研究了地面物流系统和地下物流系统二者在运输时的竞争分配问题，认为地面与地下单独的物流系统相比，地下地面物流系统耦合的状态下能够较好地实现物流系统利用率和总成本之间的平衡。

4 研究结论与展望

当前，面临着货运需求的急速增长、交通拥堵的日益严重，城市配送越来越难以满足物流需求。以地铁运输系统为主导的城市地面地下一体化物流系统应运而生，国内外学者分别从系统形态、性能和网络耦合等三个方面进行了大量的研究，取得了丰硕的成果。

（1）形态层方面，现有学者多偏向研究地下物流系统的网络布局跟节点选址。地下物流系统的主流网络形态是树状分布，因为其建设难度相对较低，通达度较好，更好的满足城市居民的物流需求；选址问题研究上，学者多出于成本、效率等角度来进行节点选址，研究多偏向多节点选址问题，通常建立多层目标的优化模型再采用启发式算法进行寻优。

（2）性能层方面，学者们主要从货运量预测、可行性分析和能力设计等三个方面对地面地下一体化物流系统的性能层进行研究。可行性研究表明在城市发展地下物流是物流行业未来的趋势，打造地下物流系统是可行且必要的；地下物流系统的性能需要根据城市的物流需求大小来设计，所以必须对需求量进行预测；在预测完城市的物流需求的基础之上，学者也对地下物流系统的载具、通道容量跟节点能力展开研究，为地下物流系统的运行提供了理论依据。

（3）网络耦合方面，学者认为单纯的地下物流系统很难满足城市居民的物流需求，或者能满足但是建设成本太高，因此学者对地下地面物流系统的耦合进行研究。现如今较成熟的理论代表是以地铁为代表的地下物流系统跟以快递车为代表的地面物流系统组成的一体化的货运系统，此系统能较好的兼顾物流成本跟配送效率的均衡。

尽管现有文献中已经有大量的关于地下地面一体化物流系统的研究，随着物流行业的细化深化发展，相关的研究还可以适当尝试进一步深入。

首先，节点方面，在地下物流系统当中，城市居民的货物种类、大小形状是不一致的，在考虑地铁客、货机车时间窗约束和货流量不确定的情景下，怎样对节点内部功能区域进行布局才能实现成本-效率的双赢，其中就包括标准化的作业工具以及作业区域的设置。

其次，协同运输方面，在地下地面一体化的物流系统当中，地下载具、节点和地面载具三者之间在运量、成本以及效率等方面的协同，怎样结合地下地面设施和装备的技术参数特征来建立模型，协同优化整体的运输效率，也是值得研究的方向。

参考文献：

[1] 林锦辉，胡万杰，董建军，等. 基于动态可靠性评价的城市地下物流网络设计[J]. 地下空间与工程学报，2022，18（4）：1062-1074.

[2] 贾欣然. 地铁送快递北京探索建立地下物流系统[J]. 中国商界，2023（5）：76-77.

[3] 胡万杰，董建军，陈志龙. 基于地铁货运系统的城市物流发展模式探讨[J]. 铁道运输与经济，2022，44（2）：8-15.

[4] 傅方方. 城市地下物流系统风险评价及发展前景研究[D]. 大连：大连海事大学，2010.

[5] 曾令慧，周爱莲. 基于遗传算法的城市地下物流网络优化模型[J]. 交通科学与工程，2016，32（2）：89-93.

[6] ZHAO L， ZHOU J， LI H， et al. Optimizing the design of an intra-city metro logistics system based on a hub-and-spoke network model[J]. Tunneling and Underground Space Technology， 2021，116（10）：104086.1-104086.15.

[7] 肖静，刘子玉. 乡村振兴背景下兼顾效率与公平的城乡物流节点选址研究——以吉林省蛟河市为例[J]. 湖北（下转第65页）