綠色智能快遞包裝箱設(shè)計(jì)研究

曾丹丹

（廣州商學(xué)院管理學(xué)院，廣州 511363）

電子商務(wù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了快遞量的迅猛增長(zhǎng)，截至2021 年12 月底，我國(guó)快遞業(yè)務(wù)量已連續(xù)8 年居世界第一[1]。僅2021 年“雙11”期間（11 月1 日至16 日），快遞業(yè)務(wù)量便高達(dá)68 億件，同比增長(zhǎng)18.2%[2]，截至2021 年底，日均快遞業(yè)務(wù)量已突破3 億件大關(guān)[3]，同年，中國(guó)快遞進(jìn)入千億件時(shí)代[4]。快遞行業(yè)的高速發(fā)展給人們帶來(lái)了諸多方便，然而以瓦楞紙箱、傳統(tǒng)塑料袋為主的海量快遞包裝的使用也帶來(lái)了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題。有研究表明，若不采取有效的綠色措施，依照當(dāng)前快遞發(fā)展趨勢(shì)，2025 年我國(guó)快遞包裝材料消耗量將達(dá)到4 127.05 萬(wàn)t[5]?？爝f包裝廢棄物除了少部分會(huì)被回收循環(huán)利用外，大部分會(huì)被填埋或者焚燒，而填埋或焚燒都不是解決快遞垃圾增長(zhǎng)問(wèn)題的有效方法。從資源節(jié)約和環(huán)境友好的視角來(lái)看，必須對(duì)快遞包裝進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，加快推進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型。

結(jié)合快遞包裝現(xiàn)有的研究成果，本文設(shè)計(jì)了一款綠色智能快遞包裝箱，以豐富現(xiàn)有快遞包裝理論，推進(jìn)新型快遞包裝設(shè)計(jì)和智慧物流建設(shè)，助力快遞業(yè)綠色低碳發(fā)展。該款包裝箱可循環(huán)多次使用，比現(xiàn)有的一次性包裝有著更長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)，配置智能硬件，具備多樣的功能。綠色智能快遞包裝箱是綠色物流與智慧物流相結(jié)合的產(chǎn)物，可以推進(jìn)快遞包裝的循環(huán)利用，最終實(shí)現(xiàn)綠色化與減量化。

1 研究背景

近年來(lái)，新型快遞包裝研究取得諸多成果。陳岳飛等[6]分析了快遞綠色包裝的發(fā)展現(xiàn)狀，指出新型包裝技術(shù)有待突破，提出應(yīng)提升綠色包裝技術(shù)含量，加大綠色產(chǎn)品供給。馬維喆等[7]提出了一種共享快遞盒的概念設(shè)計(jì)方案，從結(jié)構(gòu)、循環(huán)使用及材料等方面提出設(shè)計(jì)要求。韓霖[8]設(shè)計(jì)了一種基于聚丙烯（PP）蜂窩板的可循環(huán)使用的快遞包裝箱，與智能硬件相結(jié)合設(shè)計(jì)了智能封箱裝置，并對(duì)包裝箱的加工工藝和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行研究。朱琪[9]指出快遞包裝目前存在抗震性差、包裝環(huán)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且浪費(fèi)資源等問(wèn)題，通過(guò)選材、改變包裝結(jié)構(gòu)等研究，針對(duì)易碎品設(shè)計(jì)了一款氣囊包裝。WANG 等[10]研究了一種全生物基微蜂窩低密度聚乳酸泡沫塑料，將其用于綠色包裝。王程昱等[11]基于快遞包裝全生命周期視角，采用節(jié)能低碳設(shè)計(jì)、可維修設(shè)計(jì)等思路，設(shè)計(jì)一款多功能共享快遞包裝。宿一品等[12]設(shè)計(jì)了一種主要由箱體和氣囊組成的快遞防震包裝箱，其具有可折疊結(jié)構(gòu)，箱體外殼采用聚乳酸，氣囊采用紙膜，另外針對(duì)隱私信息安全方面進(jìn)行掛牌及死扣環(huán)設(shè)計(jì)。SCHAEFER 等[13]對(duì)智慧包裝的挑戰(zhàn)、機(jī)遇進(jìn)行了分析，指出2024 年全球智慧包裝的產(chǎn)值能達(dá)到267 億美元。

為解決快遞包裝資源消耗、環(huán)境污染等問(wèn)題，研究者嘗試提出各種解決辦法。研究方向主要為設(shè)計(jì)環(huán)保節(jié)能的循環(huán)快遞包裝，也有一些物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和快遞包裝相結(jié)合的研究。這些研究成果對(duì)快遞包裝的綠色化起到一定助推作用，但研究者設(shè)計(jì)的包裝仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間，例如，存在整體性易被破壞、不易回收等問(wèn)題。另外，將數(shù)字技術(shù)與綠色物流相結(jié)合的深入研究仍舊較少。

2 綠色智能快遞包裝箱材料選取

從組成來(lái)看，我國(guó)快遞包裝以瓦楞紙箱和塑料袋居多（合計(jì)占比接近80%），大部分快遞包裝都被當(dāng)成廢棄物扔掉，雖然快遞包裝屬于可回收物，但因其回收難度大、回收價(jià)值低（尤其是塑料類包裝），使得總體回收率較低（低于20%）[14]。大量快遞包裝成了新增的生活垃圾，成了環(huán)境污染的重要來(lái)源。與塑料包裝袋相比，回收價(jià)值更高的瓦楞紙箱被認(rèn)為是更具環(huán)保性的包裝材質(zhì)，但其封緘多采用膠帶粘接，膠帶無(wú)法回收利用，且其韌度低，容易被刺穿，防水性差、承重度低，使用后往往會(huì)變形，不符合包裝循環(huán)使用要求。另外，紙質(zhì)包裝生產(chǎn)過(guò)程容易對(duì)環(huán)境造成污染。由此可見，現(xiàn)常見的快遞包裝都不是理想的綠色包裝。

本文設(shè)計(jì)的綠色智能快遞包裝箱在材料選擇方面從全生命周期角度考慮，力爭(zhēng)整體材料環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟(jì)，包裝箱盡量采用相同材質(zhì)的材料，減少使用難以分類回收的復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)查材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，企業(yè)要加大研發(fā)力度，明確綠色包裝所用主體材料。例如，順豐的豐多寶π-BOX 循環(huán)箱采用PP 蜂窩板材質(zhì)，京東物流青流箱采用可回收的再生PP 食品級(jí)材料，蘇寧漂流箱的箱體材質(zhì)是大豆秸稈和玉米芯等。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，PP 蜂窩板不失為優(yōu)良的可循環(huán)復(fù)用包裝箱基材。因此，本文設(shè)計(jì)的綠色智能包裝箱選擇PP 蜂窩板作為主體材料。首先，PP 本身密度低、質(zhì)量輕，蜂窩夾心結(jié)構(gòu)使其具有高強(qiáng)度的特點(diǎn)；其次，PP 蜂窩板具有韌性好、回彈性高、緩沖防震性和彎曲性能好、防水等優(yōu)點(diǎn)，其能夠有效地保護(hù)被包裝物品[8]；最后，PP 蜂窩板環(huán)保性好，PP 生產(chǎn)過(guò)程無(wú)毒、無(wú)害，使用過(guò)程對(duì)被包裝物無(wú)污染，報(bào)廢后容易回收。有生產(chǎn)商表示，正常情況下PP 材質(zhì)的循環(huán)箱使用壽命可達(dá)3 年，且可實(shí)現(xiàn)90%以上的回收率[3]。同時(shí)，PP 蜂窩板使用成本低，耗材少。有專家表示，由PP材料制成的循環(huán)箱碳排放比一次性紙箱低，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其使用成本會(huì)遠(yuǎn)低于一次性紙箱[15]。

3 綠色智能快遞包裝箱規(guī)格設(shè)計(jì)

目前，快遞包裝物種類繁多、大小不一、尺寸混亂，用戶存在亂投亂放的現(xiàn)象，給快遞包裝的回收增加了難度，且回收后的包裝由于破損等原因很難再次投入使用，使得相關(guān)企業(yè)缺乏參與回收的動(dòng)力。為了節(jié)約資源，必須對(duì)快遞包裝進(jìn)行回收利用，而關(guān)鍵便是減少快遞包裝形狀、規(guī)格，推進(jìn)快遞包裝標(biāo)準(zhǔn)化。

對(duì)于包裝箱規(guī)格，有學(xué)者采用逆推設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮常見廂式貨車車廂及人的雙臂這些運(yùn)輸環(huán)境，綜合貨物的尺寸差異，設(shè)計(jì)包裝箱集裝單元尺寸，以此為依據(jù)，逆向劃分多種型號(hào)的包裝箱外尺寸。有學(xué)者同時(shí)考慮物流車上的物流集裝箱的運(yùn)輸環(huán)境和快遞包裝箱標(biāo)準(zhǔn)，將包裝箱的規(guī)格尺寸設(shè)計(jì)為1 種。例如，韓霖[8]設(shè)計(jì)了一種中型包裝箱，尺寸為300 mm×200 mm×200 mm。這些研究為本設(shè)計(jì)的展開提供了參考。

筆者認(rèn)為，綠色智能快遞包裝箱在規(guī)格設(shè)計(jì)上不應(yīng)過(guò)多，也不應(yīng)太少，應(yīng)更多從貨品通用性方面進(jìn)行考慮。若為滿足產(chǎn)品差異化特點(diǎn)而設(shè)計(jì)過(guò)多的尺寸，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸堆碼空隙率過(guò)大，無(wú)法充分利用空間，且易降低物流系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的銜接性，使得物流效率降低，但包裝箱的規(guī)格尺寸也不應(yīng)該太過(guò)單一，否則無(wú)法對(duì)貨品進(jìn)行適配。依據(jù)市場(chǎng)上流通的常見快遞大?。ㄒ灾行⌒蜑橹鳎?，參考快遞企業(yè)順豐的豐多寶π-BOX循環(huán)箱的規(guī)格尺寸（見表1）及中國(guó)郵政快遞紙箱規(guī)格尺寸（見表2），筆者將綠色智能快遞包裝箱設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，箱體外尺寸大小由長(zhǎng)、寬、高決定。

表1 順豐循環(huán)箱規(guī)格

表2 中國(guó)郵政快遞紙箱規(guī)格

考慮貨品通用性，結(jié)合智能硬件區(qū)設(shè)計(jì)的尺寸，本文將綠色智能包裝箱設(shè)計(jì)為4 種外尺寸規(guī)格：XL型 號(hào)600 mm×400 mm×400 mm，L 型 號(hào)400 cm×300 cm×400 cm，M 型號(hào)300 mm×200 mm×300 mm，S 型號(hào)200 mm×150 mm×200 mm。至于不規(guī)則的異形物或尺寸超過(guò)本設(shè)計(jì)包裝箱范圍的貨品，由于這類貨品相對(duì)而言數(shù)量較少，其包裝材料和包裝方式可以使用普通的非智能包裝，避免過(guò)度包裝即可。

4 綠色智能快遞包裝箱功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綠色智能快遞包裝箱具有可循環(huán)使用的特點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快遞的智能化、精細(xì)化管理，如溯源、大數(shù)據(jù)采集、可視化管理。綠色智能快遞包裝箱的智能系統(tǒng)包括電子鎖、智能硬件和觸摸式液晶顯示屏（LCD），其中智能硬件包括北斗導(dǎo)航模塊、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）通信模塊、非法打開檢測(cè)模塊、存儲(chǔ)模塊、鋰電池模塊、陀螺儀模塊、語(yǔ)音識(shí)別裝置和蜂鳴器。綠色智能快遞包裝箱的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該包裝箱充分考慮綠色節(jié)能，整個(gè)系統(tǒng)在快遞運(yùn)輸過(guò)程中只有導(dǎo)航模塊會(huì)處于低功耗定位模式，而其他模塊則處于低功耗待機(jī)模式，當(dāng)LCD 觸摸顯示屏被喚醒且用戶輸入密碼后，其他模塊才會(huì)被喚醒，因此整個(gè)系統(tǒng)的能效較高，可以有效節(jié)約能源。

圖1 綠色智能快遞包裝箱結(jié)構(gòu)

4.1 防盜設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)包裝防盜性差，例如，紙箱快遞包裝里面的被包裝物比較容易被非法取走，且事后溯源追查難，客戶寄遞安全存在較大隱患。而搭載智能系統(tǒng)的綠色智能包裝箱則能有效解決此類問(wèn)題。北斗導(dǎo)航模塊用于對(duì)快遞的實(shí)時(shí)定位，方便用戶看到快遞的實(shí)時(shí)位置，也方便對(duì)快遞進(jìn)行溯源；GSM 通信模塊則用于和系統(tǒng)及用戶進(jìn)行通信；LCD 觸摸顯示屏模塊用于輸入解鎖碼，當(dāng)用戶拿到快遞并輸入正確的密碼時(shí)，電子鎖會(huì)自動(dòng)打開。包裝箱被開啟后，智能硬件識(shí)別后向和其聯(lián)動(dòng)的包裝管理平臺(tái)上傳信息，包括打開的時(shí)間、地點(diǎn)等，并向最終消費(fèi)者發(fā)送包裝箱被開啟的提醒確認(rèn)短信。若消費(fèi)者不進(jìn)行確認(rèn)操作，則默認(rèn)它是安全操作（本人開箱操作）；若消費(fèi)者認(rèn)為包裝箱被開啟存在異樣，比如不是本人開啟，存在包裝箱被盜或丟失的可能，則可以根據(jù)短信提示，撥打相應(yīng)電話進(jìn)行情況反饋，相應(yīng)管理人員可調(diào)取包裝箱被取走時(shí)取件人的照片信息及包裝箱的位置信息等進(jìn)行追蹤。因此，如果出現(xiàn)貨物盜竊，用戶和管理者能夠精確地找到出問(wèn)題的環(huán)節(jié)，確定相應(yīng)責(zé)任人員，幫助執(zhí)法和排除安全隱患。另外，包裝箱鎖合后若試圖采用破壞方式強(qiáng)行打開，智能硬件中的非法打開檢測(cè)模塊則會(huì)開啟盜啟報(bào)警功能，向用戶和管理者發(fā)送非法開啟報(bào)警提醒，同時(shí)將開啟者的信息記錄到存儲(chǔ)模塊中，這樣就可以實(shí)現(xiàn)信息的雙重備份，方便后續(xù)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)分析，有效減少用戶的財(cái)物損失。

4.2 可追溯查詢?cè)O(shè)計(jì)

可以綜合利用區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，建設(shè)智能包裝管理平臺(tái)。該平臺(tái)具有信息追溯的功能，將包裝箱所屬的包裝生產(chǎn)商信息、包裝材料信息、使用的快遞企業(yè)信息、循環(huán)次數(shù)信息等記錄到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，保證數(shù)據(jù)信息安全、可靠、防篡改。比如，不定期對(duì)包裝材料進(jìn)行監(jiān)督檢查，若發(fā)現(xiàn)不符合綠色包裝規(guī)范的包裝材料，便能確定主體治理責(zé)任。

在快遞運(yùn)輸過(guò)程中，可能會(huì)遭遇“暴力分揀”問(wèn)題。智能綠色快遞包裝箱可通過(guò)安裝陀螺儀來(lái)感知振動(dòng)與沖擊，同時(shí)結(jié)合北斗導(dǎo)航模塊來(lái)定位發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間，為追溯排查提供重要線索，對(duì)于因受較大沖擊導(dǎo)致物品損壞的情況，能及時(shí)找到相應(yīng)責(zé)任人。同時(shí)，可以將陀螺儀感知的數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)，判斷出易發(fā)生故障的環(huán)節(jié)，為優(yōu)化提供依據(jù)，提高物流服務(wù)質(zhì)量。

對(duì)于包裝箱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，本設(shè)計(jì)使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與包裝箱智能終端來(lái)定位，結(jié)合物流天眼系統(tǒng)對(duì)快遞進(jìn)行快速跟蹤識(shí)別，使得貨品物流信息能實(shí)時(shí)更新（從攬收、運(yùn)輸、中轉(zhuǎn)到配送，直至終端消費(fèi)者接收）。通過(guò)智能硬件和智能包裝管理平臺(tái)，用戶可通過(guò)輸入運(yùn)輸單號(hào)隨時(shí)查看物流信息。包裝箱被用戶簽收后，利用快遞包裝箱的定位功能，設(shè)置一定的時(shí)間間隔提醒用戶歸還快遞包裝箱。同時(shí)，制定獎(jiǎng)懲制度。若用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有主動(dòng)歸還包裝箱，則面臨一定的超時(shí)賠償，同時(shí)影響該用戶的信用記錄，如阿里巴巴的芝麻信用分等。獎(jiǎng)懲措施可以在很大程度上提高用戶主動(dòng)歸還快遞包裝箱的積極性，推動(dòng)綠色智能快遞包裝箱進(jìn)入良性的發(fā)展循環(huán)。

4.3 便利貨堆查找設(shè)計(jì)

便利貨堆查找設(shè)計(jì)是指利用LCD 觸摸顯示屏、語(yǔ)音識(shí)別裝置、蜂鳴器和指示燈來(lái)識(shí)別貨物，然后輸出相應(yīng)信息。搭載的LCD 觸摸顯示屏平時(shí)處于息屏狀態(tài)，被人工喚起后才會(huì)亮屏，顯示屏可顯示快遞單號(hào)、電池狀態(tài)（使用帶電池控制芯片的鋰電池，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，剩余電量可在顯示屏上顯示）、收件人姓名等信息。語(yǔ)音識(shí)別裝置和蜂鳴器是聯(lián)動(dòng)的，客戶取貨時(shí)通過(guò)喊出收件人稱呼或手機(jī)號(hào)碼后四位，語(yǔ)音識(shí)別裝置會(huì)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)應(yīng)的快遞包裝箱的蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音，同時(shí)指示燈會(huì)亮起，方便客戶在貨堆中查找。尤其對(duì)于多天未取的快遞，其往往被雜亂無(wú)章地堆在一處，這時(shí)便利貨堆查找的設(shè)計(jì)就更顯得重要，可以大大減少尋找快遞的時(shí)間和精力。同時(shí)，蜂鳴器可對(duì)非法開箱行為發(fā)出警告聲，指示燈還可以提示包裝箱工作狀態(tài)，正常被激活亮起時(shí)呈紅色，若包裝箱出現(xiàn)異常，指示燈亮起呈藍(lán)色。

4.4 可拆卸可平鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包裝箱可拆卸設(shè)計(jì)是指通過(guò)恰當(dāng)?shù)难b配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使包裝箱整體既具備一定的功能，又易于拆卸。包裝箱的六個(gè)面都可以單獨(dú)拆卸，當(dāng)箱體的任意面出現(xiàn)損壞時(shí)，可只更換破損部分的板塊，而不必更換整個(gè)包裝箱（對(duì)于破損的板塊，通過(guò)維修等處理可重新投入使用，或作為備件待用），降低產(chǎn)品的拆卸成本，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約資源。

另外，為了減少回收與儲(chǔ)運(yùn)時(shí)的占用空間，提高回收效率，有必要做好包裝箱的可平鋪設(shè)計(jì)，確保包裝箱能很方便地展開。包裝箱的平鋪展開效果如圖2 所示。當(dāng)電子鎖被正確打開時(shí)，包裝箱頂層的蓋子往兩邊展開，此時(shí)可以看到包裝箱的四個(gè)角存在類似門栓的結(jié)構(gòu)——箱栓，取出箱栓即可將包裝箱完全鋪開，這樣可以減少包裝箱存放空間，同時(shí)箱栓會(huì)固定在箱體上，防止丟失。鋪開后的包裝箱能夠減少空箱堆放在用戶家里時(shí)的占用空間，同時(shí)用戶可以方便地將其攜帶至指定回收地點(diǎn)。

圖2 包裝箱平鋪展開效果

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于綠色經(jīng)濟(jì)與數(shù)字化的視角，從綠色智能快遞包裝箱材料的選取、規(guī)格、功能和結(jié)構(gòu)等方面展開設(shè)計(jì)，集成了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)。綠色智能快遞包裝箱取代傳統(tǒng)一次性包裝，能有效解決當(dāng)前快遞行業(yè)存在的資源浪費(fèi)、包裝廢棄物污染問(wèn)題，助力快遞業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。但從我國(guó)包裝行業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，綠色智能快遞包裝箱的應(yīng)用需要企業(yè)、政府、消費(fèi)者的協(xié)同參與。在今后的研究中，可探索并建立綠色智能快遞包裝箱回收流程和運(yùn)營(yíng)模式，加速促進(jìn)快遞包裝的綠色轉(zhuǎn)型。