城市地下物流系統研究概況與分析

章冠弘+包敦輝

摘要：城市地下物流系統（underground IJogistics system，ULS）是緩解城市交通問題的新思路。近年來已成為各國的研究重點。大量的相關研究與主題很難為ULS的利益相關者提供該領域的整體概述。因此，系統的回顧ULS以往的研究是促進共享有用的研究成果和探究未來發展趨勢最重要的手段。本文檢索并分析了227篇國內外期刊文獻及六次國際地下物流會議的文獻，闡述了ULS在概念及技術、可行性、網絡規劃和仿真四方面的研究進展，并提出了面向實施的ULS研究體系在技術與經濟分析、ULS與城市發展互動關系、UIS的運營過程與機制、ULS與其他物流方式相互作用關系、可靠性和仿真等方面還存在不足并應是未來研究的重點。綜述結論應能為未來ULS的研究與實踐提供參考并指明方向。

關鍵詞：地下物流系統；系統綜述；主題及趨勢；規劃與運營

0引言

我國新型城鎮化進程中，城市規模急劇擴張，人口密度和產業密度迅猛提高，城市物流的規模與密度也隨之且益增大，由此帶來了交通擁堵、生態惡化、資源浪費等一系列城市問題，迫切需要一種創造性的解決思路。傳統手段是通過拓展現有交通運輸系統，如建設地鐵，新建、擴建城市道路、水路鐵路等或使用更大的運載工具來解決上述難題。實踐證明，由于經濟、技術、環境以及空間等條件的制約，僅通過增加交通設施來應對不斷增長的交通需求，既不科學也不現實，并且拓展現有交通運輸系統不僅會占用大量土地，而且也對環境造成更大負擔。當前，世界各國開始向地下發展，將發展城市地下物流系統（Underground LogisticsSvstem，ULS）作為緩解交通困局的新思路，它將地面貨物轉向地下，采用管道或隧道形式運輸，能夠有效減少地面車輛從而減輕擁堵，減少了貨車的尾氣排放更加環保節能并節約土地；同時，地下運輸路徑短、速度快、無障礙，能夠極大提高城市貨運效率，有利于城市的可持續發展。

現代地下物流系統的研究已近30年，美國、英國、荷蘭及日本等國已進行了不同程度的工程實踐，但是全世界還沒有一個成功的案例可供借鑒。盡管國內外在發展ULS的必要性、可行性、技術系統和建造管理等方面產生了許多重要的研究成果，但ULS是涉及地上與地下、物流與工程、技術與管理等多個學科領域的復雜系統，因此，亟待需要前瞻性的理論研究，為發展ULS提供理論與方法指導。本文依托國內外重要學術期刊數據庫，梳理和總結1990-2016年期間國內外ULS的研究文獻，目的主要在于兩點：①更廣泛地概述與分析當前國內外對ULS研究的范圍；②對過去、現在、未來的ULS研究提出系統評價。這個研究對于我國當前面臨實踐的前瞻性研究及新的研究者來說尤其重要，可以幫助他們獲得更廣泛的觀點。相信這一系統的分析評估將激勵對ULS的進一步研究與實踐。

本文分析的文獻由中英文期刊文獻及六次國際地下物流會議論文構成，如表1所示。英文期刊，截止2016年底，采用關鍵詞Underground Logistics System或UndergroundFreight Transport System或Cargocap或Freight Transportby Underground Pipeline對EBSC0 Host，EngineeringVillage，ASCE及Web of Science進行搜索，從1990年至2016年近27年間，共計364篇，刪除重復、不直接相關的、僅提及而未做深入研究的后，篩選得到相關論文66篇。

1城市地下物流系統基本概念

地下客運以及地下貨運的概念早在二百年前就出現，現在世界絕大多數主要城市的客運已經實現了地下運輸：原有的地下貨物運輸主要是通過地下管道運輸氣體和液體，20世紀90年代以來，西方發達國家開始關注城市ULS的研究，認為城市發展中出現的一些問題可以通過ULS來解決。

對現有研究總結后發現，ULS的概念在不同國家有不同的定義，荷蘭將其定義為地下物流系統（ULS）或地下貨運系統（UFlS），運載車輛為自動導向（AGV-AutomatedGuidedVehicle）：日本將其定義為地下貨運系統（UFIS）：德國將其定義為Cargocap系統：美國將其定義為地下管道貨物運輸（Freight transport bv Underground Pipeline）。因此，城市地下物流系統是指通過地下管道、隧道等來運輸固體貨物的系統，物流基地或園區將通過地下物流系統連接各個終端，這些終端包括工廠、商業中心、甚至住宅區。

2當前研究的主題

國際對ULS的研究已經有近30年時間，但仍是一個比較新的拓展領域，目前美國、荷蘭、德國、比利時和日本等，以及國內解放軍理工大學，中國地質大學，上海市政工程設計研究總院等單位，均從不同角度進行了研究。綜合起來，雖其研究才剛剛起步，但已成為近年該領域研究的熱點。目前國內外關于ULS的研究主要集中在以下4個方面：

2.1概念（技術）研究

Hyeok-bin Kwon、Seung-yup Jang從管道運輸的概念出發，定義了地下管道運輸系統的概念及系統參數，包括載體速度，容量，管徑，軌道類型，運輸車間距等技術參數的設計與選擇：美國加利福尼亞州立大學的Kenneth.A.James等學者探討了利用以電磁為動力的地下物流系統概念設計，并建立了運載工具實體模型，進行了技術實驗：德國波鴻一魯爾大學的Stein提出了貨物艙體（Cargo-Cap）的ULS概念，并且進行了實體模型技術實驗；美國德州交通研究院（TH）的Roop建立了安全貨物機車（SaleFreight Shuttle）的地下物流系統概念，也進行了實體模型技術實驗。

我國對于ULS的概念研究主要以介紹發達國家的地下物流研究進展及在我國城市建設中起到的作用：2002年1月，楊東援第一次引入了UIS這一概念，文章介紹了日本東京地下貨運系統的組成形式，并進行了效益和盈虧評價分析：2002年，張耀平、王大慶介紹了國外ULS的發展狀況，分析了發展城市地下管道運輸可能面臨的一些技術問題：聶小方等主要對地下物流的概念及其在城市中發揮的作用進行了研究：2004年，馬保松等通過日本、德國等發達國家的ULS應用狀況，分析了ULS在我國城市中起到的作用；2005年，黃歐龍、陳志龍、郭東軍初步研究了城市地下物流系統的網絡規劃流程：2007年，同濟大學的李鵬、朱合華舊等討論了城市地下物流系統在我國應用過程中相應困難的解決方案。endprint

2000-2010這10年間，ULS的技術研究吸引了大量學者的關注，其中以對PCP和CargoCap的研究為主，二者占據了技術研究論文的90%。PCP研究主要以美國的Henry Liu為主，主要集中在介紹PCP概念、動力系統以及實證研究三方面上；CargoCap以德國的Stein的研究為主，Stein教授提出了創新的貨物艙體（CargoCap）的ULS概念，并且進行了實體模型技術實驗；此外還有荷蘭的AGV研究，日本的DMT研究，英國的Mole Urbansystem研究等。

2.2可行性研究

國外很早就對于ULS的可行性進行了研究，1993年日本學者Kashima以東京為例，討論了ULS的基本操作方法、成本效益以及對原有物流系統的影響。這些研究都為后來地下物流系統的可行性研究奠定了基礎。2000年至2010年，ULS的可行性研究達到了高潮，10年間總計發表了34篇關于可行性研究的文章。一些學者將ULS與本國國情相結合，研究地下物流在本國的應用情況，2004年錢七虎院士在中國首次明確提出ULS可以作為解決特大城市（如北京和上海）交通擁堵問題新思路，并結合北京的交通擁堵問題展開研究：一些學者從費用和效益分析入手，比較地下物流與現有物流系統的優勢與不足，美國Henry Liu教授研究了利用氣動艙體（PCP）技術在紐約應用的可能性，并結合實際情況，計算了不同應用方案的技術與經濟的可行性；在我國，解放軍理工大學于2003年起在首規委、上海市建交委等資助下，對北京地下物流系統的起始線路選擇，上海港口（洋山港）規劃地下集裝箱的可能性等進行一系列研究與探索。

2.3網絡布局與優化方面研究

UIS的網絡形態直接影響著物流系統的運轉效率，也直接影響該系統結構的合理性、工程投資以及網絡建成后的經濟效益和社會效益。Johan Visse分析了點狀、線狀、網絡等不同網絡結構的特點，并對ULS網絡建設的政策提出了建議；Arian van Binsbergen和Johan Visser對城市地下物流優化布局的網絡優化方法進行了研究。通過與其他算法的對比，認為模擬植物生長算法有較強的準確性、和全局搜索能力；Zhu Jianiun構建了基于0-1線性選址分配模型的選址模型；黃歐龍初步探討了地下物流系統網絡規劃并運用SLP法對ULS的配送中心進行布置；馬成林建立了多目標地下物流網絡連續選址通道模型，并設計了基于聚類的動態遺傳算法。

2.4可靠性與仿真研究

地下物流系統作為具有“前瞻性”的一種物流設施，目前國內外沒有商業化運營借鑒案例，對其進行物流仿真顯得尤為重要。目前物流可靠性和仿真技術較多，但針對具有地下不可見、高度自動化等特征的地下物流系統可靠性與仿真的系統研究還比較少，在1990-2016期間內，僅僅出現4篇針對于ULS可靠性與仿真的研究，其中3篇均是荷蘭學者所著。M.C.Van der Heijden對不同地區之間的地下物流網絡結構運行特性進行了仿真分析，對成本和效率進行了詳細研究；C.Versteegt提出SEP法，這是一種評估智能物流系統及其控制系統的方法，SEP方法成功應用于地下物流系統Schipol的自動導向車輛和材料處理站的評估。

3研究過程中發現的不足

學術界已經做了許多關于地下物流的研究，這些研究對于地下物流的發展起到了很大的幫助。本文記錄了4大類共計227篇文章。然而在收集這些文章的過程中，我們發現了地下物流的研究過程中還存在不足：

3.1缺少對于城市地下物流系統與城市發展互動關系的研究

城市地下物流系統自身是涉及地上與地下、物流與工程、技術與管理等多個學科領域的復雜巨系統，有別于一般物流方式。ULS投資大，回收期長，財務評價很難過關，運營期的償還本息需要依靠政府補助等方式。但是另一方面UIS作為革新城市物流的新式貨運形式，其外部效益巨大，符合國家重大戰略需求和“創新、協調、綠色、開放、共享”的新治國發展理念，所以城市的發展帶來貨運的增加也會更加依賴ULS的發展。而當前的研究者小眾且主要分散于技術研究領域，目前國內外幾乎沒有關于UkS可行性評價的系統性研究，也缺乏對ULS綜合效益的定量化分析。未來研究應能充分調研UIS的利益相關者，從多方面分析UIS實施與城市發展在政策、經濟環境、交通、技術和運營管理等相互影Ⅱ向關系，定量化研究ULS的綜合效益，才能真正推動UIS面向實施。

3.2缺少對于城市地下物流系統與其他物流方式相互作用方面的研究

在1990至2016年中，只有2篇關于地下物流與其他物流方式相互作用方面的研究，并且還只是探討用地鐵運貨的問題。由于昂貴的造價，ULS僅能用于解決交通嚴重擁堵或可達性較差的路段，同時還沒有被普遍接受，理論研究也還不能支撐其迅速建成運行，總結各國發展UIS成敗經驗，發現ULS當前還無法作為一個獨立的系統進行運營，所以將ULS作為綜合交通運輸系統的重要補充是一個必要的發展過程。未來研究應針對當前城市發展對地下物流的需求與特征，分析其與新型綜合交通運輸系統的內在聯系，構建地下物流復雜系統適應性分析模型，提出地下物流與其他物流方式的銜接方式、運營的協同優化與組織方法，并基于此提出UIS的網絡設計、運營管理模式應是未來的研究重點。

3.3缺少對于城市地下物流系統可靠性和仿真的研究

ULS作為具有“前瞻性”的一種物流設施，目前國內外沒有商業化運營借鑒案例，對其進行物流仿真顯得尤為重要。目前物流可靠性和仿真技術較多，但針對具有地下不可見、高度自動化等特征的UIS可靠性與仿真的系統研究幾乎沒有，在1990-2016期間內，僅僅出現4篇針對于ULS可靠性與仿真的研究。地下復雜工程運營的可靠性一直是研究者關注的熱點，因此，ULS的可靠性應是運營研究中的關鍵問題：而仿真是其實現手段之一。

4結論

城市地下物流系統的建設，對緩解城市交通負荷、完善貨物運輸體系、踐行綠色生態理念和促進城市社會經濟發展有著顯著作用。雖然近年來世界上對地下物流的關注度逐漸升高，但研究與實踐仍屬于起步階段，國內外有關UIS的研究文獻主要集中于概念及可行性研究兩方面，面向實施的UIS技術與經濟分析、UIS與城市發展互動關系、UIS的運營過程與機制、ULS與其他物流方式相互作用關系、可靠性和仿真等方面應是未來研究的重點。

同時相比于其他物流方式，UIS復雜，造價高，風險大，不成功則損失巨大，因此，亟待需要前瞻性的理論研究，為發展ULS提供理論與方法指導。endprint