基于地下管道物流運(yùn)輸?shù)能壍谰€網(wǎng)規(guī)劃與線路設(shè)計研究

李姍珊 劉延君 秦宇豪 石嶸

[摘 要]為解決現(xiàn)在物流行業(yè)效率低下、智能化低等問題，及為減少城市內(nèi)部汽車保有量，減少城市污染，相關(guān)部門計劃建設(shè)地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng)?；诖?，本文簡述了該系統(tǒng)架構(gòu)及發(fā)展趨勢，并對系統(tǒng)中線網(wǎng)線部分規(guī)劃與設(shè)計做出介紹，旨在為相關(guān)研究提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng);線網(wǎng)規(guī)劃與線路設(shè)計;收斂掃描法

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.14.044

[中圖分類號]F252;F299.1[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1673-0194（2019）14-00-02

0? ? ?引 言

近年來，由于我國電子商務(wù)平臺不斷擴(kuò)大，快遞已成為電商交易必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。目前，城市車輛保有量飛速增長，交通擁堵和大氣、噪聲污染以及地面道路資源不足等問題日益嚴(yán)峻。因此，建設(shè)快速、大容量的地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng)已成為一種必然趨勢。地下管道物流系統(tǒng)是一種具有革新意義的物流模式，研究表明，地下物流系統(tǒng)不僅具有速度快、準(zhǔn)確性高等優(yōu)勢，還具有解決城市交通擁堵、減少環(huán)境污染、提高城市貨物運(yùn)輸?shù)耐ㄟ_(dá)性和質(zhì)量等優(yōu)勢。地下物流系統(tǒng)能夠滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，滿足資源節(jié)約型社會的發(fā)展要求，是我國城市可持續(xù)發(fā)展的必要選擇。同時，地下管道物流系統(tǒng)建設(shè)是龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有非可逆性，用地控制、規(guī)劃導(dǎo)向與線網(wǎng)直接相關(guān)，相關(guān)線路一經(jīng)建成不可更改。因此，規(guī)劃布局合理和規(guī)模適當(dāng)?shù)木€網(wǎng)非常重要，規(guī)劃好壞直接影響城市交通結(jié)構(gòu)的合理性、工程項目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。如果作為前期基礎(chǔ)研究之一的軌道線網(wǎng)規(guī)劃出現(xiàn)失誤，后期則難以挽回，因此，本文針對地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行研究，并對線網(wǎng)進(jìn)行初步規(guī)劃設(shè)計。

1? ? ?對地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng)的研究

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，電子商務(wù)逐漸邁向新時代。據(jù)統(tǒng)計，2017年，我國電子商務(wù)平臺交易額達(dá)到29.2萬億元，增長11.7%。蒸蒸日上的電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)帶動了快遞物流的飛速發(fā)展，但現(xiàn)有物流結(jié)構(gòu)體系存在一定弊端，物流效率低，城市交通擁堵、污染等問題成為物流運(yùn)輸需克服的難題。傳統(tǒng)地上交通方式已經(jīng)幾乎達(dá)到飽和無法擴(kuò)張的狀態(tài)，毫無疑問，建設(shè)地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng)是解決現(xiàn)有問題的辦法?，F(xiàn)在，大量學(xué)者對ULS進(jìn)行研究，但都在某一地區(qū)對ULS進(jìn)行單獨(dú)研究，甚至多數(shù)對ULS進(jìn)行單一角度研究，這使ULS建設(shè)后難以有效配合現(xiàn)城市物流系統(tǒng)使用。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，本文從車輛、信號、軌道、線路等多方面進(jìn)行研究，提出了建設(shè)城市地下管道物流運(yùn)輸系統(tǒng)，先對上海市進(jìn)行模擬研究，并進(jìn)一步尋找適用于全國的可行方式。

2? ? ?線網(wǎng)規(guī)劃與線路設(shè)計

2.1? ?項目線網(wǎng)規(guī)劃

本文研究的項目線網(wǎng)規(guī)劃主要采用兩類規(guī)劃方法：解析法和系統(tǒng)分析法?，F(xiàn)有城市整體模擬如圖1所示，采用樹狀線網(wǎng)，以一點(diǎn)為中心，放射狀延伸。將整個城市劃分為若干區(qū)域（以現(xiàn)有城市區(qū)為基準(zhǔn)，進(jìn)一步擴(kuò)大或縮小區(qū)域范圍），在每一個區(qū)域內(nèi)利用集合覆蓋模型確定一到兩個區(qū)域的物流集散點(diǎn)，作為物流運(yùn)輸線路的起始點(diǎn)，匯集該區(qū)域的快遞物品，像大型轉(zhuǎn)運(yùn)中心以及機(jī)場運(yùn)輸，如圖1所示。

線路最大限度采用直線，并利用最少的直線貫穿全部起始點(diǎn)。車輛可在沿線鋪設(shè)的管道內(nèi)雙向運(yùn)行，并設(shè)置渡線，方便列車折返。樹狀線網(wǎng)主要支持城市內(nèi)部物流向城市轉(zhuǎn)運(yùn)中心運(yùn)輸（即目的地在城市外的物流運(yùn)輸，如從A到C、從B到C等），也可實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)部中轉(zhuǎn)、運(yùn)輸，若快遞的起、終點(diǎn)分別為B、C，則可從B運(yùn)送至A再發(fā)往C，類似線上海郊區(qū)間的地鐵線路。這樣單一的樹狀線網(wǎng)，可以滿足現(xiàn)有物流需求，減少城市內(nèi)部地下線路，節(jié)約空間，降低成本。

2.2? ? ?線路設(shè)計的規(guī)劃內(nèi)容

2.2.1? ?線路設(shè)計

城市軌道交通綜合選線任務(wù)是在規(guī)劃線網(wǎng)的基礎(chǔ)上，按不同設(shè)計階段對擬建城市軌道交通線路走向，逐步由淺入深進(jìn)行研究與設(shè)計，最終確定最合理的線路空間地理位置，包括線路由方案、敷設(shè)方式以及站點(diǎn)選擇等，具體選線方案以松江為例。

（1）前期研究。本文首先針對松江地質(zhì)及交通線路進(jìn)行了考察。松江一般存在表土層，淺部淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層以及淤泥質(zhì)黏土等軟土層均連續(xù)分布，但厚度相對較小，天然地基條件相對較好。該區(qū)有連續(xù)沉積的暗綠及褐黃色硬黏性土層，大部分地區(qū)第二砂層分布連續(xù)，厚度較大，樁基條件較好，且松江地下設(shè)施較少，較為空曠。

（2）節(jié)點(diǎn)選?。航?jīng)筆者走訪調(diào)研，了解到松江物流快遞站點(diǎn)的位置，即物流量，利用集合覆蓋模型來簡略規(guī)劃出松江區(qū)域的起始點(diǎn)。

其中，xj=0，1;j=1，2，…，m。xj表示第j個物流節(jié)點(diǎn);ei表示第i個需求點(diǎn);j∈J表示物流節(jié)點(diǎn)j可以為需求點(diǎn)集合Sj提供服務(wù);目標(biāo)函數(shù)（1）表示選取最少的物流節(jié)點(diǎn)數(shù);約束條件（2）表示每一個需求點(diǎn)至少可以被一個物流節(jié)點(diǎn)所覆蓋;約束條件表示xj的取值范圍，xj=1表示第j個物流節(jié)點(diǎn)被選中，xj=0表示第j個物流節(jié)點(diǎn)沒有被選中。

本文將松江大型物流快遞站點(diǎn)設(shè)為xj，利用分支定界法初步求出覆蓋該區(qū)域最小數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)具體地理位置條件確定節(jié)點(diǎn)的具體位置坐標(biāo)。

（3）確定線路走向：從確立的起始點(diǎn)出發(fā)到青浦轉(zhuǎn)運(yùn)中心，再匯總發(fā)往虹橋機(jī)場。依據(jù)物流量資料、地質(zhì)資料、所經(jīng)過區(qū)域建筑物、文物等基礎(chǔ)資料，在盡可能保證節(jié)點(diǎn)間距離最短且不干擾其他建筑設(shè)施的前提下，初步設(shè)計線路起終點(diǎn)及大致方向。本文采用常見的收斂掃描法，在此將預(yù)估物流量數(shù)（代替乘客數(shù)）與路徑長度之比作為路線的效率，即，

從起點(diǎn)開始，即大學(xué)城內(nèi)模擬估計出起始點(diǎn)，向臨近區(qū)域發(fā)展，盡可能選擇較長直線段，減少交點(diǎn)，并盡量減少交點(diǎn)轉(zhuǎn)角度數(shù)，減小需克服的阻力，直至終點(diǎn)。

確定管道可經(jīng)過的區(qū)域（有空曠地下空間的路段），由起始點(diǎn)出發(fā)，向區(qū)域1/2延伸，再由區(qū)域1/2為起始點(diǎn)向其他臨近可行區(qū)域延伸。將整條線路分為多個小節(jié)，盡量保證每一小節(jié)延伸方向一致。建立松江大區(qū)域內(nèi)的線路網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)最短路徑的計算方法初步求出最優(yōu)路徑。簡略線路走向如圖2所示，表示從起始點(diǎn)P1至上海轉(zhuǎn)運(yùn)中心（青浦），再由轉(zhuǎn)運(yùn)中心至虹橋機(jī)場的路線（圖2中的區(qū)域點(diǎn)為線路沿線站點(diǎn)，也可做虛擬區(qū)域點(diǎn)，具體根據(jù)各個區(qū)域的物流數(shù)據(jù)來計算安排）。

2.2.2? ?線路平面設(shè)計

軌道交通工程線路呈三維帶狀，線路要滿足行車安全，并盡可能減小成本，滿足沿線建筑物等其他需求。平面基本線型主要有3種：曲率為零的直線;曲率為常數(shù)的圓曲線;曲率為變數(shù)的緩和曲線。松江區(qū)域模擬主要以直線為主，減少交點(diǎn)個數(shù)和交點(diǎn)轉(zhuǎn)角度數(shù)，縮短線路長度的同時減小阻力，有利于行車。計算最優(yōu)的夾直線長度（LJ≥LJmin），在必要的曲線區(qū)段，根據(jù)模擬列車時速來計算相應(yīng)最小曲線半徑。

主要參考文獻(xiàn)

[1]易思蓉.城市軌道交通線路規(guī)劃與設(shè)計[M].北京：北京科學(xué)出版社，2013.