鋼鐵物流中心平面布局研究

張?zhí)K波

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路站場(chǎng)設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063)

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)在降低生產(chǎn)成本、改善產(chǎn)品品質(zhì)和擴(kuò)大銷售方面的管理已經(jīng)相當(dāng)成熟，在生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)一步挖掘利潤(rùn)的空間十分有限。在這種情況下，科學(xué)合理地布局鋼鐵物流中心以尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，已成為我國(guó)鋼鐵物流的主要發(fā)展趨勢(shì)。鋼鐵物流中心通過(guò)提供集采購(gòu)、加工、零售、物流于一體的一站式服務(wù)模式和精細(xì)化管理，將物流的各個(gè)環(huán)節(jié)高效地連接在一起，成為鋼鐵企業(yè)和客戶之間的重要橋梁。目前，因倉(cāng)庫(kù)、堆場(chǎng)和裝卸設(shè)備布局不合理，造成鋼鐵物流中心貨車排長(zhǎng)隊(duì)的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，如何科學(xué)合理地布局鋼鐵物流中心，促進(jìn)園區(qū)內(nèi)各項(xiàng)物流活動(dòng)高效運(yùn)作已成為亟需解決的問(wèn)題[1]。

1 鋼鐵物流中心的作業(yè)特點(diǎn)

鋼鐵物流的對(duì)象屬于體積大、質(zhì)量大的固體，在運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、裝卸、信息處理等方面都需要特定的方法和技術(shù)[2]。

1.1 裝卸作業(yè)特點(diǎn)

鋼材產(chǎn)品具有單位質(zhì)量大、產(chǎn)品不規(guī)則等特點(diǎn)，裝卸時(shí)需要配備叉車、門吊、橋吊等專用機(jī)械，以及卷鋼鏈、纖維吊帶、大型工字鋼吊具、盤(pán)圓鉤、金字型橫撐吊架等專用工具。

1.2 倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)特點(diǎn)

鋼材種類眾多，如冷卷、熱卷、型鋼、板材和線材等，不同的鋼材對(duì)堆存要求各不相同，如冷卷堆存應(yīng)防雨防潮、卷材一般采用“品”字形堆碼、線材采用“井”字形堆碼，應(yīng)根據(jù)鋼鐵產(chǎn)品的性能分別采用露天堆放或庫(kù)內(nèi)存放，并針對(duì)產(chǎn)品存儲(chǔ)周期的不同，采取措施防止鋼材在保管期間的銹蝕，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 流通加工作業(yè)特點(diǎn)

鋼鐵一般均需要在物流中心內(nèi)經(jīng)過(guò)加工和包裝后才能配送給最終用戶，流通加工一般包括剪切加工、鋼構(gòu)件加工和鋼材深加工等，需要配套鋼鐵切割機(jī)、開(kāi)卷機(jī)、剪板機(jī)等大型機(jī)械。鋼鐵物流中心的流通加工區(qū)域不僅需要在室內(nèi)完成，而且一旦建成不宜調(diào)整位置。為提高作業(yè)效率，不同種類的鋼材應(yīng)在不同區(qū)域進(jìn)行加工。鋼鐵倉(cāng)儲(chǔ)和流通加工如圖1所示。

圖1 鋼鐵倉(cāng)儲(chǔ)和流通加工Fig.1 Steel warehousing and distribution processing diagram

2 鋼鐵物流中心平面布局

2.1 平面布局步驟

結(jié)合具體實(shí)踐，歸納梳理出鋼鐵物流中心平面布局主要步驟示意圖如圖2[3]所示，并重點(diǎn)對(duì)平面布局設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

圖2 鋼鐵物流中心平面布局主要步驟示意圖Fig.2 Schematic diagram of the main steps of the plane layout of steel logistics center

2.2 平面布局目標(biāo)

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況對(duì)物流中心進(jìn)行多方位的研究，找出平面布局所要達(dá)到的核心目標(biāo)，并兼顧經(jīng)濟(jì)與資源的可持續(xù)性發(fā)展[4]。

（1）滿足鋼鐵物流中心的基本運(yùn)作，即“物暢其流、人暢其行”。

（2）優(yōu)化作業(yè)流程，減少不必要的作業(yè)環(huán)節(jié)，最大限度地減少鋼材的無(wú)效搬運(yùn)以及人員的流動(dòng)，從而降低物流成本。

（3）集約節(jié)約利用土地資源。

（4）保障平面布局有一定的彈性及強(qiáng)大的適應(yīng)性，以滿足未來(lái)鋼材數(shù)量和類型的不確定性。

2.3 功能分區(qū)

鋼鐵物流中心一般提供鋼材的裝卸、倉(cāng)儲(chǔ)、流通加工、信息處理及中轉(zhuǎn)分撥等基本功能，同時(shí)可以根據(jù)自身特色和能力提供金融、保險(xiǎn)、展示交易、培訓(xùn)、餐飲、住宿及物業(yè)管理等增值服務(wù)功能，因此可以將鋼鐵物流中心劃分為鐵路作業(yè)區(qū)、物流作業(yè)區(qū)和綜合服務(wù)中心等三大功能區(qū)。

（1）鐵路作業(yè)區(qū)。鐵路作業(yè)區(qū)設(shè)有鐵路裝卸線、堆場(chǎng)和門吊等設(shè)施設(shè)備，主要提供貨物的中長(zhǎng)距離運(yùn)輸、裝卸、臨時(shí)堆存及轉(zhuǎn)運(yùn)等功能，是實(shí)現(xiàn)多式聯(lián)運(yùn)的骨干區(qū)域[5]。

（2）物流作業(yè)區(qū)。物流作業(yè)區(qū)設(shè)有流通加工倉(cāng)庫(kù)、貨運(yùn)停車場(chǎng)等設(shè)施設(shè)備，主要提供貨物的倉(cāng)儲(chǔ)、剪切、計(jì)量、拴標(biāo)簽、配送等流通加工增值服務(wù)。

（3）綜合服務(wù)中心。綜合服務(wù)中心是物流中心的中樞神經(jīng)，能提供集商務(wù)辦公、會(huì)議會(huì)展、教育培訓(xùn)、物流金融、信息處理及餐飲住宿等綜合配套服務(wù)。

2.4 作業(yè)流程

作業(yè)流程可以全面反映業(yè)務(wù)流程內(nèi)各功能單元之間的相互聯(lián)系，是鋼鐵物流中心平面布局考慮的重要因素。作為以大宗鋼材現(xiàn)貨為主要物流對(duì)象的專業(yè)物流中心，鋼鐵物流中心作業(yè)流程圖(以鐵路到達(dá)公路發(fā)送為例)[6]如圖3所示。

圖3 鋼鐵物流中心作業(yè)流程圖(以鐵路到達(dá)公路發(fā)送為例)Fig.3 Operation flow chart of steel logistics center (taking railway arrival and highway delivery as an example)

2.5 平面布局原則

鋼鐵屬于質(zhì)量大、體積大的固態(tài)貨物，物流作業(yè)的各環(huán)節(jié)中都需要有機(jī)械設(shè)備的配合，鐵路是其最重要的運(yùn)輸方式。鋼鐵物流中心平面布局時(shí)應(yīng)充分考慮鋼鐵的作業(yè)流程，盡量減少鋼鐵的裝卸和短駁次數(shù)，縮短鋼鐵在物流中心中的運(yùn)輸距離，布局中一般遵循以下原則。

（1）鋼鐵物流中心中最核心的功能區(qū)為鐵路作業(yè)區(qū)，且鐵路作業(yè)區(qū)對(duì)用地長(zhǎng)度和地塊標(biāo)高要求較高，一般應(yīng)首先考慮鐵路作業(yè)區(qū)的布局。鐵路裝卸線宜沿地塊長(zhǎng)度方向鋪設(shè)，道路宜采用相對(duì)均衡的網(wǎng)格式鋪設(shè)，使園區(qū)內(nèi)各功能結(jié)構(gòu)具有最大限度的發(fā)展性和可替換性[7]。

（2）為減少貨物搬運(yùn)距離和落地次數(shù)，提高物流作業(yè)效率，物流量相對(duì)較大、關(guān)系密切的2個(gè)功能區(qū)應(yīng)盡量相近布置[4]，如與鐵路裝卸線強(qiáng)相關(guān)的功能區(qū)宜沿鐵路裝卸線縱向排列布置。

（3）綜合配套區(qū)一般臨近物流中心出入口布置，以便人流、商流的快速聚集及疏散，減少人流和貨流的交叉干擾[8]。

（4）公路車輛流線宜單方向環(huán)形運(yùn)行，門區(qū)及其他密集作業(yè)區(qū)域應(yīng)設(shè)置緩沖地帶[9]。

2.6 鐵路與倉(cāng)庫(kù)的布局

《鐵路物流中心設(shè)計(jì)規(guī)范》(Q/CR 9133—2016)中僅規(guī)定長(zhǎng)大笨重貨物功能區(qū)應(yīng)設(shè)置鐵路裝卸線；作業(yè)量較小且無(wú)加工功能需求時(shí)，倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)可與鐵路裝卸線貨位合設(shè)；裝卸機(jī)械采用橋式起重機(jī)時(shí)，鐵路裝卸線宜設(shè)在倉(cāng)庫(kù)(貨棚)立柱一側(cè)等原則性要求[8]，未對(duì)鐵路裝卸線與鋼鐵倉(cāng)庫(kù)(貨棚)之間的布局關(guān)系、門式起重機(jī)與橋式起重機(jī)之間的布局關(guān)系做出相關(guān)規(guī)定。根據(jù)鐵路裝卸線是否進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)，以及庫(kù)內(nèi)橋吊與鐵路裝卸線的相對(duì)關(guān)系不同，研究了以下4個(gè)方案。

2.6.1 鐵路布置在庫(kù)外

鐵路裝卸線布置在庫(kù)外時(shí)，采用“門吊+橋吊”相配合的作業(yè)方式。門吊負(fù)責(zé)鐵路車輛中的貨物裝卸作業(yè)，不需要進(jìn)行延伸服務(wù)的貨物可以不落地直接通過(guò)汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，需要進(jìn)行物流延伸服務(wù)的貨物可以通過(guò)庫(kù)內(nèi)橋吊轉(zhuǎn)場(chǎng)至物流作業(yè)區(qū)內(nèi)。

該方案中鐵路作業(yè)區(qū)和物流作業(yè)區(qū)獨(dú)立分開(kāi)設(shè)置，利用環(huán)形道路將兩區(qū)域相連，各功能區(qū)分工明確，管理相對(duì)簡(jiǎn)單，公鐵聯(lián)運(yùn)作業(yè)效率高，適于中轉(zhuǎn)量較大的鋼鐵物流中心。鐵路布置在庫(kù)外，橋吊平行鐵路布置示意圖如圖4所示；鐵路布置在庫(kù)外，橋吊平行鐵路斷面示意圖如圖5所示。

圖4 鐵路布置在庫(kù)外，橋吊平行鐵路布置示意圖Fig.4 Railway layout outside the warehouse, bridge crane parallel railway layout diagram

圖5 鐵路布置在庫(kù)外，橋吊平行鐵路斷面示意圖Fig.5 Railway layout outside the warehouse, bridge crane parallel railway section diagram

當(dāng)橋吊平行裝卸線布置時(shí)，倉(cāng)庫(kù)寬度受橋吊跨度限制，造成倉(cāng)庫(kù)寬度較小?？鄢龓?kù)內(nèi)道路等不可用面積后，物流倉(cāng)庫(kù)可用面積較小，很難滿足鋼鐵物流倉(cāng)庫(kù)正常生產(chǎn)的需要。因此，鋼鐵物流中心一般采用鐵路裝卸線布置在庫(kù)外，橋吊垂直鐵路布置的方案。鐵路布置在庫(kù)外，橋吊垂直鐵路布置示意圖如圖6所示；鐵路布置在庫(kù)外，橋吊垂直鐵路斷面示意圖如圖7所示。

圖6 鐵路布置在庫(kù)外，橋吊垂直鐵路布置示意圖Fig.6 Railway layout outside the warehouse, bridge crane vertical railway layout diagram

圖7 鐵路布置在庫(kù)外，橋吊垂直鐵路斷面示意圖Fig.7 Railway layout outside the warehouse, bridge crane vertical railway section diagram

2.6.2 鐵路布置在庫(kù)內(nèi)

該方案是將鐵路作業(yè)區(qū)穿插布置在物流作業(yè)區(qū)內(nèi)，所有貨物裝卸均采用橋吊進(jìn)行作業(yè)，需要進(jìn)行物流延伸服務(wù)的貨物不需要在門吊和橋吊之間進(jìn)行倒裝。這種布置方式使得物流作業(yè)區(qū)與鐵路作業(yè)區(qū)之間的物料搬運(yùn)作業(yè)更為簡(jiǎn)單，聯(lián)系更加緊密，較適于流通加工作業(yè)較多、中轉(zhuǎn)量較小的鋼鐵物流中心。鐵路布置在庫(kù)內(nèi)，橋吊垂直鐵路布置示意圖如圖8所示；鐵路布置在庫(kù)內(nèi)，橋吊平行鐵路布置示意圖如圖9所示。

圖8 鐵路布置在庫(kù)內(nèi)，橋吊垂直鐵路布置示意圖Fig.8 Railway layout in the warehouse, bridge crane vertical railway layout diagram

圖9 鐵路布置在庫(kù)內(nèi)，橋吊平行鐵路布置示意圖Fig.9 Railway layout in the warehouse, bridge crane parallel railway layout diagram

當(dāng)鐵路車輛位于兩列相鄰橋吊之間，兩相鄰橋吊上的小車均無(wú)法抓取貨物時(shí)，需要調(diào)機(jī)牽引或推送鐵路車輛進(jìn)行對(duì)位，即橋吊垂直鐵路布置方案的裝卸效率較“門吊+橋吊”相配合作業(yè)的方案低。

當(dāng)橋吊平行鐵路裝卸線布置時(shí)，倉(cāng)庫(kù)寬度受橋吊跨度限制，造成倉(cāng)庫(kù)寬度較小，很難滿足鋼鐵物流倉(cāng)庫(kù)正常生產(chǎn)的需要。若倉(cāng)庫(kù)內(nèi)并列布置2排橋吊，則庫(kù)內(nèi)的A區(qū)和B區(qū)相對(duì)獨(dú)立，即貨物不能在A區(qū)和B區(qū)之間交流，倉(cāng)庫(kù)靈活性較差。同時(shí)，該方案中2條鐵路裝卸線線間距需要拉開(kāi)，會(huì)造成鐵路咽喉區(qū)無(wú)效用地較多，總占地面積較大。因此，鐵路裝卸線布置在庫(kù)內(nèi)時(shí)，一般采用橋吊垂直鐵路布置的方案。

綜上所述，不論鐵路裝卸線布置在庫(kù)外還是庫(kù)內(nèi)，一般均采用橋吊垂直鐵路布置的方案。當(dāng)橋吊垂直鐵路布置時(shí)，鐵路布置在庫(kù)外和庫(kù)內(nèi)優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 鐵路布置在庫(kù)外和庫(kù)內(nèi)優(yōu)缺點(diǎn)比較Tab.1 Comparison table of advantages and disadvantages of railway layout outside and inside the library

從表中可以看出，鐵路布置在庫(kù)外時(shí)項(xiàng)目投資和占地均較大，相應(yīng)貨物裝卸和中轉(zhuǎn)作業(yè)能力均較大，一般適用于大型或中轉(zhuǎn)量較大的鋼鐵物流中心。鐵路布置在庫(kù)內(nèi)時(shí)項(xiàng)目投資和占地均相對(duì)較小，貨物倉(cāng)儲(chǔ)和流通加工作業(yè)效率高，一般適用于中小型或大量需落地進(jìn)行物流延伸服務(wù)的鋼鐵物流中心。

以用地72 600 m2為例，不考慮征地拆遷及土石方工程，當(dāng)橋吊垂直鐵路布置時(shí)，鐵路布置在庫(kù)外和庫(kù)內(nèi)的投資估算如表2所示。

表2 鐵路布置在庫(kù)外和庫(kù)內(nèi)投資估算表Tab.2 Railway layout outside and inside the library investment estimate table

3 實(shí)例分析

長(zhǎng)沙北貨場(chǎng)鋼鐵物流中心占地約66 600 m2，2025年預(yù)測(cè)運(yùn)量為115萬(wàn)t，其中發(fā)到運(yùn)量分別為13萬(wàn)t和102萬(wàn)t；2035年預(yù)測(cè)運(yùn)量為138萬(wàn)t，其中發(fā)到運(yùn)量分別為18萬(wàn)t和120萬(wàn)t。

3.1 功能區(qū)面積估算

根據(jù)鋼鐵的年貨運(yùn)總量、門式起重機(jī)跨度尺寸、鋼鐵存儲(chǔ)周轉(zhuǎn)周期，不同品類單位面積荷載，倉(cāng)儲(chǔ)面積利用率和其他相關(guān)設(shè)施面積比例關(guān)系等因素來(lái)確定各功能區(qū)用地規(guī)模。

3.1.1 鐵路作業(yè)區(qū)

集裝箱堆存能力是鐵路作業(yè)區(qū)能力的控制因素，可按集裝箱堆存能力計(jì)算裝卸線長(zhǎng)度。裝卸線長(zhǎng)度按下面公式計(jì)算，[10]。式中，L為鐵路裝卸線長(zhǎng)度，m；Q為貨物年總運(yùn)量，t；a為到發(fā)波動(dòng)系數(shù)(一般按1.2計(jì)算)；T為倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間(一般取2～3 d)；P為倉(cāng)庫(kù)單位面積的堆放量，t/m2；d為裝卸線一側(cè)或兩側(cè)貨位總寬度，m。

3.1.2 物流作業(yè)區(qū)

物流作業(yè)區(qū)的倉(cāng)庫(kù)面積可按下面公式計(jì)算，A=式中，A為倉(cāng)庫(kù)面積，m2；Q為貨物年總運(yùn)量，t；a為到發(fā)波動(dòng)系數(shù)(一般按1.2計(jì)算)；T為倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間(一般取2～3 d)；P為倉(cāng)庫(kù)單位面積的堆放量，t/m2；φ為倉(cāng)庫(kù)利用系數(shù)(一般取0.5～0.7)。

3.1.3 綜合服務(wù)中心

根據(jù)《物流中心分類與基本要求》(GB/T 24358—2009)規(guī)定，行政辦公及生活等配套服務(wù)設(shè)施用地面積不應(yīng)超過(guò)總用地面積的10%。

3.2 布局方案

項(xiàng)目采用鐵路裝卸線布置在庫(kù)外，橋吊垂直裝卸線的布置方案。其中鐵路作業(yè)區(qū)采用2臺(tái)，規(guī)模均為36 t、30 m跨有懸臂門吊，門吊下設(shè)1束2線鐵路裝卸線，有效長(zhǎng)均為360 m。物流作業(yè)區(qū)庫(kù)房面積約41 250 m2，規(guī)模為360 m×117 m，采用24 m跨橋式起重機(jī)作業(yè)。

業(yè)主自取貨物可以在門吊下直接堆存或者快速轉(zhuǎn)運(yùn)，需要加工、倉(cāng)儲(chǔ)的貨物可以通過(guò)門吊、橋吊聯(lián)合作業(yè)放入庫(kù)內(nèi)。長(zhǎng)沙北貨場(chǎng)鋼鐵物流中心實(shí)景圖如圖10所示。

圖10 長(zhǎng)沙北貨場(chǎng)鋼鐵物流中心實(shí)景圖Fig.10 Real picture of Changsha North Goods Yard steel logistics center

4 研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)鋼鐵物流中心作業(yè)流程及功能分區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出鋼鐵物流中心平面布局方案，形成以下主要結(jié)論。

（1）鋼鐵物流作業(yè)的各環(huán)節(jié)中都必須有機(jī)械設(shè)備的配合，鐵路是其最重要的運(yùn)輸方式。結(jié)合鋼鐵物流中心的基本功能和增值服務(wù)功能，可以將鋼鐵物流中心劃分為鐵路作業(yè)區(qū)、物流作業(yè)區(qū)和綜合服務(wù)中心等三大功能區(qū)。其中，鐵路作業(yè)區(qū)是核心功能區(qū)，應(yīng)首先考慮布局鐵路作業(yè)區(qū)，再布局其他功能區(qū)塊。

（2）為提高物流作業(yè)效率，不論鐵路裝卸線布置在倉(cāng)庫(kù)外還是倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，一般均采用橋吊垂直鐵路裝卸線布置的方案。其中，裝卸線布置在庫(kù)外，橋吊垂直裝卸線布置方案已成功應(yīng)用于重慶團(tuán)結(jié)村集裝箱中心站和長(zhǎng)沙北貨場(chǎng)的工程建設(shè)中。

（3）橋吊垂直鐵路布置時(shí)，在相同用地面積下，采用鐵路布置在庫(kù)外“門吊+橋吊”作業(yè)模式比鐵路布置在庫(kù)內(nèi)作業(yè)模式投資較省，裝卸及中轉(zhuǎn)作業(yè)效率較高。