武漢地區(qū)城市地下物流系統(tǒng)可行性研究中幾個(gè)問(wèn)題初探與趨勢(shì)展望

屈川翔， 熊志為， 馮 鑫， 馬保松

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

0 引言

近年來(lái)，交通擁堵、交通安全隱患、環(huán)境污染等問(wèn)題日益突出，為改善城市物流系統(tǒng)與城市環(huán)境的融合度，解決城市交通問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的城市物流系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新,發(fā)展地下物流系統(tǒng)(ULS，underground logistics system)是追求智能生活與環(huán)境友好型社會(huì)的必經(jīng)之路。

大量學(xué)者對(duì)ULS的可行性和技術(shù)進(jìn)行研究。在技術(shù)研究方面上主要以PCP(pneumatic capsule pipeline)和Cargocap的研究為主。PCP研究主要以美國(guó)H. Liu為代表，主要集中在介紹PCP概念、動(dòng)力系統(tǒng)以及實(shí)證研究3方面[1]； Cargocap以德國(guó)的Stein為代表。此外，還有荷蘭的AGV(automated guided vehicle)研究、日本的DMT(dual mode truck)研究和英國(guó)的Mole Urban System等。在可行性研究方面上，專(zhuān)家們主要針對(duì)城市地區(qū)的運(yùn)載工具、布局、經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用的領(lǐng)域等進(jìn)行可行性分析和構(gòu)思，文獻(xiàn)[2]提出在中國(guó)實(shí)施城市地下物流的設(shè)想，并從交通、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境生態(tài)和城市可持續(xù)發(fā)展等角度論證中國(guó)對(duì)地下物流系統(tǒng)的巨大需求； 文獻(xiàn)[3-4]指出中國(guó)特大城市嚴(yán)峻的交通狀況，分析北京發(fā)展地下物流的必要性，提出地下物流應(yīng)用的領(lǐng)域，認(rèn)為交通壓力、城市嚴(yán)峻的空間資源、能源和環(huán)境容量約束是發(fā)展地下集裝箱運(yùn)輸?shù)膭?dòng)因和研究趨勢(shì)； 文獻(xiàn)[5]從運(yùn)載工具、通道截面設(shè)計(jì)和挖掘技術(shù)等角度研究了東京地下配送系統(tǒng)的可行性； 文獻(xiàn)[6-8]研究了美國(guó)、比利時(shí)、澳大利亞等國(guó)家的部分地區(qū)港口及海灣采用地下集裝箱運(yùn)輸?shù)目赡苄浴＞C上，無(wú)論是從技術(shù)性還是可行性研究方面，針對(duì)ULS多從單一角度進(jìn)行研究，從多角度出發(fā)進(jìn)行的研究不足。

針對(duì)目前研究工作的不足，本文聚焦于武漢地區(qū)，突破前有研究的單一性，充分考慮各方面影響因素的相關(guān)性，從城市地下物流系統(tǒng)最新理念出發(fā)，通過(guò)分析城市交通與貨運(yùn)問(wèn)題的矛盾所在，進(jìn)行投資成本分析，提出適合武漢地區(qū)的融資方案和地下物流系統(tǒng)配送中心布置方法； 依托武漢地區(qū)擬開(kāi)展的地下物流系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)項(xiàng)目，提出其地下物流管徑及施工選擇方法，并對(duì)武漢地區(qū)地下物流系統(tǒng)可行性研究中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討和趨勢(shì)展望。

1 城市地下物流系統(tǒng)理念

地下物流系統(tǒng)是指運(yùn)用自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)和兩用卡車(chē)等承載工具，通過(guò)大直徑地下管道、隧道等運(yùn)輸通路，對(duì)固體貨物實(shí)行運(yùn)輸及分揀配送的一種全新概念物流系統(tǒng)[9]。

擬建的城市地下物流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系，將客戶(hù)、互聯(lián)網(wǎng)零售企業(yè)、配送中心等多方通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)網(wǎng)上下單，貨物經(jīng)城市物流中心分揀，最后通過(guò)智能化的地下管道物流配送系統(tǒng)進(jìn)行“一對(duì)一”高效配送。

當(dāng)城市物流系統(tǒng)發(fā)展到高度智能化時(shí)，便能夠?qū)崿F(xiàn)城市地下物流系統(tǒng)的“自來(lái)水”式便捷功能，使每個(gè)城市居民通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物，足不出戶(hù)便可收到自己所購(gòu)的貨物，享受高效、智能、環(huán)境友好的物流新體驗(yàn)。

2 城市貨運(yùn)問(wèn)題

近年來(lái)，武漢地區(qū)政府及交通管理部門(mén)高度重視城市交通改善和管理工作,意識(shí)到只有采取科學(xué)的管理方法，才能有效解決武漢市區(qū)的交通問(wèn)題。武漢境內(nèi)“兩江交匯、三鎮(zhèn)鼎立、山水相間、江湖密布”，由于這樣獨(dú)特的地理特點(diǎn)，也較大程度地增加了交通管理的難度。加之近年來(lái)武漢地區(qū)城市用地日益緊張，機(jī)動(dòng)車(chē)保有數(shù)量一直高位增長(zhǎng), 公路運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)量[10]在各類(lèi)運(yùn)輸方式的占比日益提高(見(jiàn)圖1)，使武漢地區(qū)交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重。另一方面，武漢地區(qū)的快遞行業(yè)、企業(yè)到企業(yè)(B2B)的貨物運(yùn)輸、國(guó)際貿(mào)易物流等迅猛發(fā)展，在城市交通運(yùn)輸中的占比逐漸加大。

圖1 2011—2016年武漢地區(qū)各類(lèi)運(yùn)輸方式貨運(yùn)量變化

Fig. 1 Variation of freight volumes of various modes of transport in Wuhan area from 2011 to 2016

本文選取了武漢地區(qū)2014—2017年共4年間的貨運(yùn)量(Y)、 GDP(X1)、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X2)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X3)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X4)、進(jìn)出口總額(X5)、居民消費(fèi)水平(X6)以及社會(huì)消費(fèi)品零售總額(X7)等相關(guān)經(jīng)濟(jì)變量數(shù)據(jù)[10-13]進(jìn)行物流總需求分析，如表1所示。

利用Eviews軟件建立了物流需求的多元線(xiàn)性回歸模型，即Y=32 541.15+14.122 56X1+0.121 181X5-4.267 2X6。其中，GDP對(duì)貨運(yùn)量的正向影響最大，進(jìn)出口總額對(duì)貨運(yùn)量有較輕微的正向影響，居民消費(fèi)水平對(duì)貨運(yùn)量有較大的負(fù)向影響。2016年進(jìn)出口總額比上年下降10.2%，進(jìn)出口總額指標(biāo)較大程度的下降，影響了進(jìn)出口總額指標(biāo)對(duì)物流的需求的正向影響，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，進(jìn)出口貿(mào)易總額的增加，對(duì)物流需求的正向影響應(yīng)該是較大的。因此，武漢地區(qū)物流行業(yè)的整體規(guī)劃和建設(shè)需要結(jié)合物流需求特點(diǎn)，提升年均生產(chǎn)總值，并提升進(jìn)出口總額，以削弱由居民消費(fèi)水平提升對(duì)物流需求造成的負(fù)向影響，從而帶動(dòng)武漢市物流需求的增長(zhǎng)，促進(jìn)武漢市物流行業(yè)的正向發(fā)展[14]。加之，在武漢城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的背景下，第三產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展離不開(kāi)高效物流系統(tǒng)的支撐，高效的物流系統(tǒng)勢(shì)必成為第三產(chǎn)業(yè)在武漢地區(qū)經(jīng)濟(jì)中增長(zhǎng)的“快速通道”。與地下物流系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)奶匦韵嗨疲捎诳爝f運(yùn)輸?shù)摹案咝П憬荨保沟闷湓诠贰㈣F路、水路和航空等各類(lèi)運(yùn)輸方式中突出發(fā)展，武漢地區(qū)近幾年的快遞業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)量[10-13,15]如圖2所示。

表1 武漢地區(qū)經(jīng)濟(jì)變量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖2 2013—2017年武漢地區(qū)快遞業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)圖

Fig. 2 Growth of delivery volume in Wuhan area from 2013 to 2017

此外，目前的物流企業(yè)環(huán)境友好意識(shí)淡薄，運(yùn)營(yíng)站點(diǎn)布局不夠合理，管理方式不夠精細(xì)，使得配送和運(yùn)輸效率不高，增加了能耗和排放，且廢氣、噪音、交通安全隱患的問(wèn)題同樣不可忽視。為改善城市生態(tài)環(huán)境，城市物流形成的與城市環(huán)境不友好、高能耗、低效率、交通安全隱患突出等問(wèn)題亟需解決。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究估計(jì)，并結(jié)合武漢地區(qū)軌道交通客流占比35%左右的情況，采用專(zhuān)家預(yù)測(cè)法，通過(guò)ULS與地面物流系統(tǒng)的連接，在武漢地區(qū)修建地下物流系統(tǒng)將承擔(dān)整個(gè)武漢地區(qū)40%左右的貨運(yùn)量[16]。

3 投資成本分析

3.1 車(chē)輛參數(shù)及覆蓋率分析

通過(guò)分析美國(guó)與德國(guó)的地下物流載重情況，計(jì)算得到運(yùn)輸車(chē)輛單位體積載重為400～800 kg/m3，且車(chē)輛體積越大，單位體積載重越小。結(jié)合美國(guó)和德國(guó)的設(shè)計(jì)參數(shù)、城市物流貨物尺寸以及貨車(chē)參數(shù)[17]，確定不同管徑與車(chē)輛的對(duì)應(yīng)情況，如表2所示。

表2 不同管徑對(duì)應(yīng)的車(chē)輛參數(shù)

3.2 不同直徑管道鋪設(shè)成本分析

目前，美國(guó)的城市地下物流系統(tǒng)有Container Size、Crate Size和Pallet Size 3種類(lèi)型，分別對(duì)應(yīng)集裝箱、板條箱、托盤(pán)的運(yùn)輸。參考美國(guó)3種不同直徑的管道建設(shè)造價(jià)[18]，對(duì)不同直徑管道的鋪設(shè)成本進(jìn)行分析，如表3所示。

表3美國(guó)地下物流管道鋪設(shè)造價(jià)

Table 3 Construction cost of underground logistics pipeline in America

類(lèi)型內(nèi)徑/mm造價(jià)/(美元/m)集裝箱6 70025 177板條箱4 57016 213托盤(pán) 3 35011 634

不同直徑鋼筋混凝土頂管成本[19]如表4所示。

表4不同管徑鋼筋混凝土頂管工程綜合造價(jià)

Table 4 Comprehensive cost of reinforced concrete pipe jacking project with different pipe diameters

頂管尺寸/(mm×mm×mm)頂管材料單價(jià)/(元/m)工程綜合造價(jià)/(元/m)?2 000×200×2 5003 5737 926?2 200×220×2 5003 9468 801?2 400×240×2 5005 53310 969?2 700×250×2 5007 71315 107?3 000×300×2 50014 11523 494?3 200×300×2 50019 20529 668

綜合分析相關(guān)工程案例及2008年版《湖北省市政工程消耗量定額及統(tǒng)一基價(jià)表》，確定不同直徑管道鋪設(shè)成本，如表5所示。

表5 不同管徑管道鋪設(shè)成本

3.3 不同管徑貨物覆蓋率與成本對(duì)應(yīng)分析

貨物覆蓋率是指車(chē)輛尺寸大于貨物尺寸時(shí)的覆蓋占比。為了優(yōu)選出既適合城市貨物運(yùn)輸又經(jīng)濟(jì)的管道直徑，結(jié)合GB/T 16471—2008《運(yùn)輸包裝件尺寸與質(zhì)量界限》[20]，對(duì)不同內(nèi)徑管道的貨物覆蓋率與成本進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知： 對(duì)于單線(xiàn)管道設(shè)計(jì)而言，管道內(nèi)徑為2 800～3 500 mm時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好。管道內(nèi)徑為2 800 mm時(shí)，貨物覆蓋率可達(dá)90%，可基本滿(mǎn)足城市貨運(yùn)要求，且建設(shè)成本較低，為最優(yōu)選擇。

4 融資方案的可行性分析

從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，城市地下物流系統(tǒng)被定義為準(zhǔn)公共產(chǎn)品，即城市地下物流系統(tǒng)具有準(zhǔn)公共產(chǎn)品的基本特征。

據(jù)國(guó)內(nèi)外研究和新福利經(jīng)濟(jì)學(xué)表明，城市地下物流系統(tǒng)能夠提高經(jīng)濟(jì)效率，從而帶來(lái)城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)福利,其社會(huì)效益給人們提升的幸福指數(shù)是經(jīng)濟(jì)效應(yīng)在收益上無(wú)法衡量的。從城市長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)講，城市地下物流系統(tǒng)也展現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)增值潛能。

圖3 貨物覆蓋率與成本對(duì)應(yīng)分析圖

隨著全球化、電子商務(wù)、人民需求的多元化等的發(fā)展，物流行業(yè)收入穩(wěn)步增長(zhǎng)，前景十分樂(lè)觀。近年來(lái)，武漢地區(qū)物流行業(yè)發(fā)展總體向好，據(jù)武漢市統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)： 2017年武漢市社會(huì)物流總額為33 225.32億元，比上年增長(zhǎng)10.5%； 2017年武漢市社會(huì)物流總費(fèi)用為1 891.73億元，比上年增長(zhǎng)12.3%； 2017年武漢市物流業(yè)增加值為1 208.96億元，比上年增長(zhǎng)9.7%(按不變價(jià)計(jì)算增長(zhǎng)9.1%)； 2017年武漢市物流業(yè)增加值占GDP的比率為9.02%，比上年下降0.24%[10]。武漢市社會(huì)物流業(yè)廣闊的發(fā)展前景成為投資者投資的強(qiáng)力保障。

武漢地鐵多條線(xiàn)路都已采用融資租賃模式進(jìn)行融資，該模式成為武漢地鐵資金融合過(guò)程中不可或缺的一部分。與地鐵特性類(lèi)似，地下物流系統(tǒng)作為準(zhǔn)公共產(chǎn)品，也需要投入運(yùn)載工具、軌道和各類(lèi)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)等固定資產(chǎn)，這些固定資產(chǎn)的一次性費(fèi)用十分高昂，可以通過(guò)租賃的方式實(shí)現(xiàn)融資，這樣的融資方式出資速率快，融資渠道便捷，限制條件較少，具有明顯的融資優(yōu)點(diǎn)[21]。融資租賃模式在我國(guó)地鐵建設(shè)中已得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于地下管道物流系統(tǒng)的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

武漢市融資多元化的發(fā)展和大型工程的推進(jìn)，會(huì)為武漢市市政基礎(chǔ)建設(shè)建立更加可靠的融資基礎(chǔ)。針對(duì)實(shí)際條件，優(yōu)化融資方式，是開(kāi)展城市地下物流系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵之一。

5 地下物流系統(tǒng)配送中心布置

5.1 SLP方法簡(jiǎn)介

SLP方法是由Richard Muther提出的設(shè)施布置的經(jīng)典方法[22]。運(yùn)用SLP法進(jìn)行地下物流系統(tǒng)配送中心的平面布置時(shí)，首先要分析各系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，綜合各系統(tǒng)之間的關(guān)系得到關(guān)系矩陣； 然后按照關(guān)系矩陣中各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度，設(shè)置各系統(tǒng)之間的位置及距離，編繪出對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系圖，并將各系統(tǒng)所需數(shù)量、占地面積與位置關(guān)系圖結(jié)合起來(lái)，形成系統(tǒng)單位面積關(guān)聯(lián)圖； 接著根據(jù)系統(tǒng)布設(shè)時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行修正和調(diào)整，得到平面布置方案； 最后綜合考慮平面布置方案的可行性、難易度以及經(jīng)濟(jì)性等因素對(duì)所得到的平面布置方案進(jìn)行選擇，得到最優(yōu)的方案。

5.2 武漢地區(qū)地下物流系統(tǒng)配送中心功能設(shè)置

城市地下物流系統(tǒng)的配送中心主要具有對(duì)貨物進(jìn)行接收、儲(chǔ)存、處理、配送等功能。根據(jù)SLP法，應(yīng)對(duì)配送中心的各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，突出其與傳統(tǒng)地面物流系統(tǒng)的配送中心相比所具有的自動(dòng)化、智能化、高效率等特點(diǎn)[23]。據(jù)此，將黃歐龍等[23]所做的配送中心功能圖進(jìn)行改進(jìn)，如圖4所示。

圖4 配送中心功能設(shè)置

5.3 內(nèi)在分析

按照SLP方法，可以將各系統(tǒng)單位之間的密切程度分為關(guān)聯(lián)十分緊密(A)、關(guān)聯(lián)比較緊密(E)、關(guān)聯(lián)緊密(I)、關(guān)聯(lián)一般(O)和無(wú)關(guān)聯(lián)(U)5類(lèi)。據(jù)此按照各單位之間的關(guān)聯(lián)程度，對(duì)配送中心進(jìn)行初步配置，結(jié)果如表6所示。

由表6可以得出： 部門(mén)1是配送中心中與所有部門(mén)聯(lián)系都較為緊密的部門(mén)，具有5個(gè)E關(guān)系，但由于部門(mén)1為控制管理部門(mén)，因而在布置時(shí)較為靈活，可放在最后考慮； 部門(mén)2具有3個(gè)A關(guān)系、1個(gè)E關(guān)系，應(yīng)首先對(duì)其進(jìn)行布置； 最后考慮與部門(mén)2關(guān)聯(lián)緊密的4、5、6部門(mén)，部門(mén)3的關(guān)聯(lián)程度最弱，所以應(yīng)結(jié)合部門(mén)1進(jìn)行考慮，因此，總的布置順序可設(shè)置為2—4—5—6—3—1。

再按照配送中心一般的平面布置情況，各部門(mén)的面積應(yīng)具有相對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。若將部門(mén)3作為單位面積，各部門(mén)的相應(yīng)單位面積如表7所示。

表6配送中心各系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度

Table 6 Relational degree among each system of distribution center

項(xiàng)目1—控制管理處2—倉(cāng)庫(kù)3—廢品處理處4—揀貨標(biāo)記處5—自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)裝卸處6—卡車(chē)裝卸處1—控制管理處EEEEE2—倉(cāng)庫(kù)EOAAA3—廢品處理處EOIUU4—揀貨標(biāo)記處EAIII5—自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)裝卸處EAUIU6—卡車(chē)裝卸處EAUIU

表7 各部門(mén)面積關(guān)系

注： 1—控制管理處； 2—倉(cāng)庫(kù)； 3—廢品處理處； 4—揀貨標(biāo)記處； 5—自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)裝卸處； 6—卡車(chē)裝卸處。下同。

根據(jù)上述各部門(mén)的面積關(guān)系和布置順序，可以得出平面布置方案，如圖5所示。

31244656512156454121

圖5平面布置方案

Fig. 5 Plan layout scheme

再根據(jù)建設(shè)過(guò)程的空間和物流工藝的要求，結(jié)合相應(yīng)的工程背景，以武昌區(qū)為例得出總平布局圖[24]，如圖6所示。

圖6 武昌區(qū)總平布局圖

在總平布局中，將物流中心、配送中心、目的地和倉(cāng)庫(kù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接起來(lái)。物流中心建在武昌火車(chē)站和武漢宏基客運(yùn)站之間，便于貨物的運(yùn)輸和接收； 配送中心選址在光谷商圈和街道口商圈，便于接送貨物； 目的地選擇在人口密度較大的地方，倉(cāng)庫(kù)建造在成本較低的地區(qū)，從而使地下物流系統(tǒng)高效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，便于調(diào)整物流量，方便擴(kuò)展延伸。

此外，可根據(jù)武昌區(qū)地下物流總平布局圖示，計(jì)算圖示范圍內(nèi)的物流中心占地面積A，即A=46 850+20 079(N-1)[17],N表示配送中心和倉(cāng)庫(kù)數(shù)量。計(jì)算圖示范圍內(nèi)的物流中心占地面積約為87 008 m2，所以可仿照目前地下車(chē)庫(kù)的建造形式，將物流中心在地下建造2～3層，方便貨物接收和運(yùn)輸。根據(jù)上述分析也可對(duì)配送中心和倉(cāng)庫(kù)的占地面積進(jìn)行估算，配送中心的占地面積約為58 005 m2，倉(cāng)庫(kù)的占地面積約為29 003 m2，同樣仿照地下車(chē)庫(kù)的建造形式，在地下建造2～3層。

6 地下物流系統(tǒng)管徑及施工方法選擇

6.1 管徑范圍

針對(duì)武漢地區(qū)地下管道管徑的設(shè)計(jì)，目前多參照德國(guó)、美國(guó)兩國(guó)的地下物流系統(tǒng)管道管徑參數(shù)。由于目前武漢地區(qū)地上道路貨物運(yùn)輸?shù)念?lèi)型一般為日常生活用品、電子產(chǎn)品、書(shū)籍、衣物、農(nóng)副產(chǎn)品及生活垃圾等，生活中常見(jiàn)的大尺寸貨物主要為家具、家電等，其中沙發(fā)、床的長(zhǎng)度尺寸較大，一般超過(guò)了2 m。而德國(guó)Cargocap系統(tǒng)的管徑約為2 m，所以不適合大尺寸的貨物運(yùn)輸，且目前國(guó)內(nèi)對(duì)地下物流系統(tǒng)管道管徑參數(shù)沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以武漢地區(qū)主要參考GB/T 16471—2008《運(yùn)輸包裝件尺寸與質(zhì)量界限》和美國(guó)地下物流系統(tǒng)的貨運(yùn)參數(shù)[17]進(jìn)行地下物流管徑設(shè)計(jì)，如表8所示。

考慮到地下物流系統(tǒng)在運(yùn)輸中應(yīng)該具有高效、經(jīng)濟(jì)、快速等特點(diǎn)，由于集裝箱型的地下載運(yùn)工具可容納的貨物尺寸大、總載荷量大、裝卸時(shí)間短，所以更適合城市貨物的運(yùn)輸。因此，對(duì)于武漢地區(qū)地下物流系統(tǒng)而言，應(yīng)選擇集裝箱型的地下物流載運(yùn)工具。

根據(jù)上述分析，考慮到一些管道、站臺(tái)的布置以及經(jīng)濟(jì)性等因素的影響，并依據(jù)GB/T 16471—2008《運(yùn)輸包裝件尺寸與質(zhì)量界限》中對(duì)集裝箱尺寸的要求，得出集裝箱最小內(nèi)部尺寸和箱門(mén)開(kāi)口尺寸，如表9所示。雙線(xiàn)管道與單線(xiàn)管道相比具有施工性好和冗余性等優(yōu)點(diǎn)，所以擬對(duì)武漢地區(qū)地下物流系統(tǒng)采取雙線(xiàn)管道設(shè)計(jì)。對(duì)于雙線(xiàn)管道，管道內(nèi)徑為5.6～7.0 m時(shí)經(jīng)濟(jì)性最好。因此設(shè)計(jì)的管道內(nèi)徑約為6.7 m，管道外徑約為7.62 m，其效果圖如圖7所示[25]。

6.2 施工方法選擇及管道布置

6.2.1 武漢地區(qū)地質(zhì)條件

6.2.1.1 工程地質(zhì)條件

武漢地區(qū)地表上覆大量的第四系沉積層，達(dá)80%以上。因此，武漢地區(qū)的工程地質(zhì)特征主要表現(xiàn)為第四系地層的工程地質(zhì)特征[26]。

武漢地區(qū)第四系地層從老到新有下更新統(tǒng)半邊山組、中更新統(tǒng)王家灣組、上更新統(tǒng)鳳凰山組與青山組以及全新統(tǒng)走馬嶺組。由于這些地層形成的年代、成因、分布范圍不同，所以使得武漢地區(qū)具有不同的地形地貌、地層巖性以及工程地質(zhì)特征[27]。

表8 美國(guó)地下物流載運(yùn)工具

表9集裝箱最小內(nèi)部尺寸和箱門(mén)開(kāi)口尺寸

Table 9 Minimum internal size of container and opening size of box door

mm

圖7 武漢地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的雙軌制管道示意圖(單位： m)

Fig. 7 Sketch of dual-track pipeline of standard container in Wuhan area (unit： m)

武漢地區(qū)第四系地層的粉細(xì)沙、粉土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、淤泥主要分布在全新統(tǒng)地層中，這些土體的壓縮系數(shù)、黏聚力、內(nèi)摩擦角以及容許承載力等力學(xué)特征指標(biāo)數(shù)值變化范圍較大，對(duì)施工的影響較大，且在全新統(tǒng)地層中下部土體易產(chǎn)生砂土液化現(xiàn)象，影響地基穩(wěn)定，但上部黏性土承載力較高，可做天然地基； 在上更新統(tǒng)中主要分布有砂礫石、中細(xì)砂、淤泥質(zhì)土和黏土，對(duì)于砂礫石層來(lái)說(shuō)其承載力高、壓縮性小，可作為良好的樁基持力層； 在中更新統(tǒng)中代表性土體為黏土，其承載力高，可作為良好的隔水層[28]。

6.2.1.2 水文地質(zhì)條件

武漢市位于長(zhǎng)江與漢江的交匯處，水源豐富。且由于武漢地區(qū)地勢(shì)低洼，地表水豐富，所以地下水的補(bǔ)源較為充足。同時(shí)地下水類(lèi)型多，水量豐富，且含水層較厚。

對(duì)于不同的地貌單元，地下水的特點(diǎn)也不同。可按照武漢地區(qū)地下水的賦存條件，將其分為上層滯水、孔隙承壓水、潛水和基巖裂隙水[29]。

Ⅰ級(jí)階地處的地下水類(lèi)型主要為孔隙承壓水和上層滯水，位于Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地的水文條件并不復(fù)雜[30]。全新統(tǒng)中的孔隙潛水、孔隙承壓水埋深較淺，孔隙潛水的含水層厚度為3.5～6 m； 上更新統(tǒng)中孔隙承壓水位于Ⅱ級(jí)階地，含水層厚度為1.6～33.2 m。

由于武漢地區(qū)地表水、地下水資源豐富的原因，帶來(lái)了巖溶地面塌陷的問(wèn)題。在賦存下伏裂隙巖溶水、地勢(shì)低洼的臨江Ⅰ級(jí)階地容易發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題。

6.2.2 施工工藝

軟土往往形成軟弱地基，在施工中應(yīng)加以注意。而武漢地區(qū)的沿江一帶、長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地、長(zhǎng)江河道河床區(qū)及湖泊周邊地段軟土分布集中，軟土埋深一般為2～10 m,厚度一般為3～7 m,局部地段厚度超過(guò)16 m,小者厚度為0.5 m[31]，差異性較大。而當(dāng)軟土厚度<3 m時(shí)，軟土區(qū)對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)影響輕微； 當(dāng)軟土厚度為3～6 m時(shí)，軟土區(qū)對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)影響一般； 當(dāng)軟土厚度為6～9 m時(shí)，軟土區(qū)對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)影響較嚴(yán)重； 當(dāng)軟土厚度>9 m時(shí)，軟土區(qū)對(duì)地下空間開(kāi)發(fā)影響嚴(yán)重[32]。

由上述分析可知，漢口和武昌地區(qū)的地質(zhì)條件對(duì)地下管道的開(kāi)挖有著不同程度的影響。盾構(gòu)法在深堆積中等軟弱的不透水地層中最為適用。所以擬對(duì)武漢地區(qū)過(guò)江管道采用盾構(gòu)法進(jìn)行開(kāi)挖，且開(kāi)挖深度應(yīng)在地鐵埋深以下。而漢口、武昌地區(qū)管道則采取頂管法的方式進(jìn)行施工，開(kāi)挖深度也應(yīng)在地鐵埋深以下。武昌、漢口跨江地下物流管道布置如圖8所示，圖中紅色段采用頂管法施工，紫色段采用盾構(gòu)法施工。

圖8 武漢地區(qū)武昌、漢口跨江地下物流管道布置圖

Fig. 8 Layout of river-crossing underground logistics pipelines in Wuchang District and Hankou District

以武昌的洪山區(qū)為例，洪山區(qū)的地貌以平原為主，山水環(huán)繞，東湖位于其內(nèi)。洪山區(qū)內(nèi)有以武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)為代表的眾多高校，也有以光谷廣場(chǎng)、街道口、洪山廣場(chǎng)為代表的商圈，對(duì)物流量需求大。

頂管法作為非開(kāi)挖技術(shù)的一種，對(duì)于修建穿過(guò)已建成的建筑物、交通線(xiàn)下面的涵管以及河流、湖泊的工程特別適用。由于其不需要明挖土方，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小，同時(shí)也具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工期短、適合在很深的地下鋪設(shè)管道等特點(diǎn)[33]，所以對(duì)于洪山區(qū)建設(shè)城市地下物流管道而言，頂管法是首選的方法。洪山區(qū)地下物流管道布置如圖9中紅線(xiàn)所示。

Fig. 9 Layout of underground logistics pipelines in Hongshan District

再以漢口的江漢區(qū)為例，江漢區(qū)相當(dāng)于漢口的中心，地理位置優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。漢口火車(chē)站、江漢路、中山公園、武漢國(guó)際會(huì)展中心等均位于此，人流量大，物流需求量也大，所以在施工中也應(yīng)采取頂管法。江漢區(qū)地下物流管道布置如圖10中紅線(xiàn)所示。

圖10 江漢區(qū)地下物流管道布置

Fig. 10 Layout of underground logistics pipelines in Jianhan District

7 結(jié)論與討論

城市地下物流系統(tǒng)作為一種符合可持續(xù)發(fā)展理念的系統(tǒng)工程，無(wú)論對(duì)其研究還是建設(shè)都是十分有意義的。本文從武漢地區(qū)在建設(shè)地下物流系統(tǒng)中將會(huì)面臨的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、融資方法選擇、站點(diǎn)布置、載運(yùn)工具以及施工方法選擇等方面出發(fā)，進(jìn)行了較為全面的分析，得到以下結(jié)論：

1)在武漢地區(qū)修建地下物流系統(tǒng)將承擔(dān)整個(gè)武漢地區(qū)40%左右的貨運(yùn)量，且 GDP對(duì)貨運(yùn)量的正向影響最大，居民消費(fèi)水平對(duì)貨運(yùn)量有較大的負(fù)面影響。因此，提高GDP和居民收入才能保證地下物流系統(tǒng)的順利建設(shè)。

2)對(duì)于地下物流系統(tǒng)單線(xiàn)管道設(shè)計(jì)而言，管道內(nèi)徑為2 800～3 500 mm時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好，管道內(nèi)徑為2 800 mm時(shí)，貨物覆蓋率達(dá)90%，可基本滿(mǎn)足城市貨運(yùn)要求，且建設(shè)成本較低，為最優(yōu)選擇。

3)地下物流系統(tǒng)作為準(zhǔn)公共產(chǎn)品，與地鐵性質(zhì)類(lèi)似，由于地鐵的融資租賃模式出資速率快、融資渠道便捷、限制條件較少，具有明顯的融資優(yōu)點(diǎn)，在融資方案上可作為參考。

4)在站點(diǎn)布置上，應(yīng)將物流中心、配送中心、目的地和倉(cāng)庫(kù)等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，形成一個(gè)有機(jī)的整體，從而使地下物流系統(tǒng)高效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。

5)對(duì)于武漢地區(qū)地下物流系統(tǒng)，應(yīng)選擇可容納貨物尺寸大、總載荷量大、裝卸時(shí)間短的集裝箱型地下物流載運(yùn)工具來(lái)完成城市貨物的運(yùn)輸。在施工方法上應(yīng)選擇盾構(gòu)法、頂管法等非開(kāi)挖技術(shù)來(lái)減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，降低成本，縮短工期。

雖然我國(guó)對(duì)于城市地下物流系統(tǒng)的建設(shè)仍處于研究階段，相關(guān)的法律法規(guī)還沒(méi)有完善，但筆者認(rèn)為，隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)展地下物流系統(tǒng)將是未來(lái)智能城市建設(shè)的必然選擇。它能夠提高城市的吸引力，增加城市的GDP和就業(yè)崗位，提高人們生活的幸福感，使人們享受到足不出戶(hù)便可接送物件的便捷性； 節(jié)約地面空間、改善地面衛(wèi)生環(huán)境和交通問(wèn)題，帶給人們環(huán)保、舒適的生活環(huán)境； 與各個(gè)部門(mén)建立聯(lián)系，如與地下垃圾處理站連接進(jìn)行垃圾處理，與城市地下綜合體連接運(yùn)輸和接收貨物，使人們生活更加高效、快捷。但對(duì)于城市地下物流系統(tǒng)而言，將其進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用并與未來(lái)智能化城市建設(shè)相融合，仍需要大量的研究與試驗(yàn)。此外，如何利用衛(wèi)星實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下物流系統(tǒng)中的貨物位置，如何提高地下物流系統(tǒng)在港口或機(jī)場(chǎng)中的吞吐量，如何將真空管道運(yùn)輸和磁懸浮技術(shù)應(yīng)用到地下物流管道系統(tǒng)中以提高運(yùn)輸速度和降低能源成本等問(wèn)題，都是未來(lái)所需要解決的，也是發(fā)展趨勢(shì)所在。