基于地下管道物流運輸的軌道線網規劃與線路設計研究

李姍珊 劉延君 秦宇豪 石嶸

[摘 要]為解決現在物流行業效率低下、智能化低等問題，及為減少城市內部汽車保有量，減少城市污染，相關部門計劃建設地下管道物流運輸系統。基于此，本文簡述了該系統架構及發展趨勢，并對系統中線網線部分規劃與設計做出介紹，旨在為相關研究提供借鑒。

[關鍵詞]地下管道物流運輸系統;線網規劃與線路設計;收斂掃描法

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.14.044

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

0? ? ?引 言

近年來，由于我國電子商務平臺不斷擴大，快遞已成為電商交易必不可少的一個重要環節。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峻。因此，建設快速、大容量的地下管道物流運輸系統已成為一種必然趨勢。地下管道物流系統是一種具有革新意義的物流模式，研究表明，地下物流系統不僅具有速度快、準確性高等優勢，還具有解決城市交通擁堵、減少環境污染、提高城市貨物運輸的通達性和質量等優勢。地下物流系統能夠滿足循環經濟的發展模式，滿足資源節約型社會的發展要求，是我國城市可持續發展的必要選擇。同時，地下管道物流系統建設是龐大復雜的系統工程，具有非可逆性，用地控制、規劃導向與線網直接相關，相關線路一經建成不可更改。因此，規劃布局合理和規模適當的線網非常重要，規劃好壞直接影響城市交通結構的合理性、工程項目的經濟效益和社會效益。如果作為前期基礎研究之一的軌道線網規劃出現失誤，后期則難以挽回，因此，本文針對地下管道物流運輸系統進行研究，并對線網進行初步規劃設計。

1? ? ?對地下管道物流運輸系統的研究

隨著互聯網科技的發展，電子商務逐漸邁向新時代。據統計，2017年，我國電子商務平臺交易額達到29.2萬億元，增長11.7%。蒸蒸日上的電子商務產業帶動了快遞物流的飛速發展，但現有物流結構體系存在一定弊端，物流效率低，城市交通擁堵、污染等問題成為物流運輸需克服的難題。傳統地上交通方式已經幾乎達到飽和無法擴張的狀態，毫無疑問，建設地下管道物流運輸系統是解決現有問題的辦法。現在，大量學者對ULS進行研究，但都在某一地區對ULS進行單獨研究，甚至多數對ULS進行單一角度研究，這使ULS建設后難以有效配合現城市物流系統使用。在現有研究的基礎上，本文從車輛、信號、軌道、線路等多方面進行研究，提出了建設城市地下管道物流運輸系統，先對上海市進行模擬研究，并進一步尋找適用于全國的可行方式。

2? ? ?線網規劃與線路設計

2.1? ?項目線網規劃

本文研究的項目線網規劃主要采用兩類規劃方法：解析法和系統分析法。現有城市整體模擬如圖1所示，采用樹狀線網，以一點為中心，放射狀延伸。將整個城市劃分為若干區域（以現有城市區為基準，進一步擴大或縮小區域范圍），在每一個區域內利用集合覆蓋模型確定一到兩個區域的物流集散點，作為物流運輸線路的起始點，匯集該區域的快遞物品，像大型轉運中心以及機場運輸，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。車輛可在沿線鋪設的管道內雙向運行，并設置渡線，方便列車折返。樹狀線網主要支持城市內部物流向城市轉運中心運輸（即目的地在城市外的物流運輸，如從A到C、從B到C等），也可實現城市內部中轉、運輸，若快遞的起、終點分別為B、C，則可從B運送至A再發往C，類似線上海郊區間的地鐵線路。這樣單一的樹狀線網，可以滿足現有物流需求，減少城市內部地下線路，節約空間，降低成本。

2.2? ? ?線路設計的規劃內容

2.2.1? ?線路設計

城市軌道交通綜合選線任務是在規劃線網的基礎上，按不同設計階段對擬建城市軌道交通線路走向，逐步由淺入深進行研究與設計，最終確定最合理的線路空間地理位置，包括線路由方案、敷設方式以及站點選擇等，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及交通線路進行了考察。松江一般存在表土層，淺部淤泥質粉質黏土層以及淤泥質黏土等軟土層均連續分布，但厚度相對較小，天然地基條件相對較好。該區有連續沉積的暗綠及褐黃色硬黏性土層，大部分地區第二砂層分布連續，厚度較大，樁基條件較好，且松江地下設施較少，較為空曠。

（2）節點選取：經筆者走訪調研，了解到松江物流快遞站點的位置，即物流量，利用集合覆蓋模型來簡略規劃出松江區域的起始點。

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

本文將松江大型物流快遞站點設為xj，利用分支定界法初步求出覆蓋該區域最小數量的節點，再根據具體地理位置條件確定節點的具體位置坐標。

（3）確定線路走向：從確立的起始點出發到青浦轉運中心，再匯總發往虹橋機場。依據物流量資料、地質資料、所經過區域建筑物、文物等基礎資料，在盡可能保證節點間距離最短且不干擾其他建筑設施的前提下，初步設計線路起終點及大致方向。本文采用常見的收斂掃描法，在此將預估物流量數（代替乘客數）與路徑長度之比作為路線的效率，即，

從起點開始，即大學城內模擬估計出起始點，向臨近區域發展，盡可能選擇較長直線段，減少交點，并盡量減少交點轉角度數，減小需克服的阻力，直至終點。

確定管道可經過的區域（有空曠地下空間的路段），由起始點出發，向區域1/2延伸，再由區域1/2為起始點向其他臨近可行區域延伸。將整條線路分為多個小節，盡量保證每一小節延伸方向一致。建立松江大區域內的線路網絡，根據最短路徑的計算方法初步求出最優路徑。簡略線路走向如圖2所示，表示從起始點P1至上海轉運中心（青浦），再由轉運中心至虹橋機場的路線（圖2中的區域點為線路沿線站點，也可做虛擬區域點，具體根據各個區域的物流數據來計算安排）。

2.2.2? ?線路平面設計

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;曲率為常數的圓曲線;曲率為變數的緩和曲線。松江區域模擬主要以直線為主，減少交點個數和交點轉角度數，縮短線路長度的同時減小阻力，有利于行車。計算最優的夾直線長度（LJ≥LJmin），在必要的曲線區段，根據模擬列車時速來計算相應最小曲線半徑。

主要參考文獻

[1]易思蓉.城市軌道交通線路規劃與設計[M].北京：北京科學出版社，2013.