疫情視角下的地鐵物流模式探究
——以成都市為例

楊曉源，甘 蜜，滿自鵬，駱陳宇，文 康，張恒源

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.西南交通大學 信息科學與技術學院，四川 成都 610031）

0 引言

2020年初，一場突如其來的新冠疫情席卷全球。雖然在嚴格的防疫措施下，國內的疫情在整體上已得到有效的控制，但是由于該病毒潛伏期長，傳播能力強，近兩年國內疫情仍呈現局部不穩定性的特點。據國內外專家預測，新冠疫情在未來一段時間內仍將是常態化趨勢。突入其來的疫情對國內各行業的生產運作都產生了重大的影響，人們的生產生活方式也發生了極大的變化。疫情促使人們對快遞、外賣的種類和數量的需求出現了井噴式增長，對城市物流的供給效率提出了極高的要求。然而，目前我國城市物流運輸主要是利用貨車來實現道路運輸，貨車占用城市道路空間資源的比例大、周轉次數多和使用頻率高，且更容易造成交通事故和環境污染。尤其是在采取“封城”“隔離”等嚴格封控措施的特殊環境下，運輸人員的跨區域流動、城市路面的封鎖措施都給傳統貨車運輸帶來了極大的阻礙，普通的物流配送服務已無法滿足人們的需求。

發展地下物流系統成為未來解決可持續城市貨運問題的有效途徑。當前，依托現有的城市地鐵網絡，充分利用地鐵線路在閑時的冗余運力，是短期內緩解城市貨運壓力、保障城市物流系統在應急條件下運輸能力的一個替代方案。部分國內外學者對此做過相關理論與實際情況的研究，張敏，等[1]比較了歐美等國家和日本地下物流的運營模式，提出了依托于地鐵的地下物流建設可行性研究。楊浩熊，等[2]結合北京交通的一些限行規定，提出了地鐵配送鮮活貨物的新型配送模式，并探討了在具體配送過程中運輸設施設備的改造等問題。史毅飛[3]結合地鐵和城市物流的特點，提出了使地鐵兼具載客、物流功能的改造方案，提出了利用地鐵客流低峰與非載客時段實現物流作業的猜想。

基于上述研究，本文首先分析了后疫情時代城市居民的消費特征與物流現狀，以成都市為例，結合實地調研和對成都市地鐵系統的分析，探討如何依賴于現有地鐵運行模式和設施基礎，實現利用地鐵進行城市配送的可能性，并基于Anylogic仿真軟件對系統的運輸能力進行初步的仿真與測算。

1 后疫情時代城市居民消費特征與物流現狀

1.1 疫情影響下的城市居民消費特征

由于交通管制和人員流動的限制，疫情期間居民的線上線下購物總量都出現了一定的下滑。相關數據顯示，相較于2019年，疫情期間的線下購物消費指數約為-0.40，網購消費指數約為-0.15。如圖1所示，從網購商品占比來看[4]，疫情期間居民的網購商品比例相較以往呈現向兩極轉移的特征，即一部分居民選擇盡量不進行網購；另一部分居民將原本的線下購物需求轉移至網購。進一步對比分析疫情期間居民的網購商品類別，由于疫情的影響，所有商品的網購率均有一定的下降，但是由于居家隔離、限制出行等防疫措施的要求，人們對于食品飲料、生鮮食品、醫藥保健等生活必需的物資需求仍保持相對較高的比例，且此類生活物資需要高質量、高時效性、更安全的物流配送，這也意味著疫情期間人們對城市物流配送的質量與時效性提出了更高的要求。

圖1 疫情前后網購商品對比

1.2 疫情推動即時物流產業優化升級

即時物流即配送平臺按照用戶提出的即時配送要求，在短時間內響應，并以高質量、高速度的配送服務將貨品送達至消費者的一種全新物流配送模式。2020年初，新冠疫情的迅速蔓延使人們的生活方式受到了極大的影響，人們對生鮮、醫藥等生活物資的即時到家需求產生了大幅增長，更多的用戶開始認識即時物流服務，在疫情的影響下，該種物流服務逐漸變為人們的生活剛需。

如圖2所示為2014-2021年國內即時物流訂單相關數據，從市場訂單的規模來看，2019年之前訂單規模雖持續增加，但增速有所減緩。2020年，突如其來的新冠疫情對即時物流市場產生了顯著的影響，2021年相較于2020年有了明顯的增長，從近兩年即時物流行業整體來看，市場活躍度明顯提升，入局者不斷增加，如順豐同城急送、滴滴跑腿等，居民需求提升，行業競爭顯著，有益于即時物流行業的健康發展。

圖2 2014-2021年中國即時物流訂單規模

在后疫情時代，人們對即時物流的需求不再局限于“醫藥到家”“生鮮到家”等生活必需品的到家服務，用戶的需求將變得更加的多樣化與個性化，傳統的“貨車-公路”配送方式已無法滿足用戶對物流企業配送服務的質量與時效性提出的要求。近些年來，已有“中鐵快運+順豐速遞+順豐同城急送”的綜合配送模式為醫院提供跨省人體器官的案例。對于城市內部，物流行業也應以多樣化的方式向其他領域延伸，綜合利用城市內部的地鐵、BRT等快速交通，為用戶的即時物流需求提供更多的便捷性與可能性。

1.3 疫情影響下的城市物流配送供需不均衡

從需求角度看，疫情促使了人們對快遞物流需求的井噴式增長，加之疫情常態化防控期間的相關措施與人們逐漸提升的安全意識，經常出現快遞無法及時取送，導致二次配送的產生，無形間給物流企業增加了多余的配送量。

從供給角度看，當前城市物流配送模式如圖3所示，以公路運輸為主的城市物流從產生到用戶收貨需要經過分層次、多環節的配送模式，疫情期間限制路面交通流量、管控部分路段的防疫措施對物流企業的配送環節影響巨大，同時對員工在配送過程中的消毒、防護等工作提出了嚴格的要求，使得物流的配送效率不斷降低，配送成本不斷增加，給企業帶來了極大的挑戰。

圖3 傳統城市物流配送模式

2 后疫情時代基于地鐵的城市物流運營組織

后疫情時代，一方面人們的生活方式產生了巨大的變化，對物流的需求急速上升；另一方面由于疫情的不穩定性，城市隨時有可能處于封閉隔離的條件下，伴隨著路面交通的管制，傳統的物流模式無法滿足居民生活必需品、醫院急救物資等補給。近兩年，研究和發展“地下物流系統”（ULS）逐漸被重視，然而ULS整個網絡系統的建立投資巨大，建設周期長，在短時間內很難滿足城市范圍內物流配送的特征要求。本文以成都市為例，結合實地調研與對成都市地鐵系統的分析，探討如何依賴于現有地鐵運行模式和設施基礎，實現利用地鐵進行城市配送的可能性。

2.1 設計背景

目前，成都市已建成并運營軌道交通共12條線路，市內四大火車站與雙流、天府兩大國際機場均已融入現代化的地鐵網絡，總運營里程達500多公里，車站總數達373座，地鐵資源非常豐富。

成都市憑借其區位優勢與便利的交通條件吸引了大量的物流企業落戶。目前，成都市已建成“五園區六中心”的城市物流體系，市內擁有數千個各大物流企業開設的配送站點，繪制配送站點與地鐵線路的位置分布如圖4所示，可以看出配送站點大都集中于地鐵線路附近，這也表明城市物流的流向與地鐵的運行方向密切相關。由于大型物流園區、物流倉庫大都位于城市郊區及地鐵站點的兩端，此類站點可作為該系統的起點；人口密集的居住區、辦公樓等位于城市中心及地鐵線路的中間部分，此類站點可作為該系統的終點。

圖4 成都市配送站點與地鐵線路的位置分布圖

根據實地調查，成都地鐵目前主要以A型、B型列車為主，其相關參數見表1。

表1 地鐵車輛相關參數

2.2 物流配送模式

在該模式下，物流配送任務可按地鐵站點進行區域劃分，且城市物流各階段的配送任務相對獨立。在始端配送階段，各商超、倉庫就近選擇區域內地鐵站點寄送貨物，貨物在站內按目的地分揀后通過地鐵運輸至目的站點，由目的站點所在區域內配送員按用戶需求進行“最后一公里”配送。

如圖5所示，在該模式下，能夠有效地減少人員、車輛的跨區域流動，“最后一公里”配送完全由本區域內的人員按用戶需求配送，提高了配送全流程的安全性，為疫情防控提供了有力的保障。在常態化疫情防控期間，該物流系統通過對現有站點設施、車廂結構的改造實現客貨共運的目的；在疫情爆發的緊急條件下，開通貨運專列進行大批量的物資運輸，保證城市在緊急情況下應急物資的及時供給。

圖5 基于地鐵的城市物流配送模式

2.3 運輸車廂設計

由于該地下物流系統是基于地鐵車輛進行運輸，且為了保證其應用場景以及減少對客運組織的影響，通過改裝原有地鐵車廂，實現在客流高峰時段只進行旅客運輸，在其他時間段利用地鐵的空閑運力進行客貨共運的目的。以成都市地鐵6號線為例，該線路使用B型地鐵列車，該型號列車采用6車編組，根據相關數據及現場測算，B型地鐵列車的參數見表2。

表2 B型地鐵車輛相關參數

由于地鐵車輛具有標準化、規范化的特點。進行貨物運輸時，在每個車廂內設置搭載物流箱的運輸格，為了短時間完成裝卸任務，只在車門對應車廂位置拆除扶手立柱作為搭載貨箱的運輸格，對客運車廂進行改裝后設置的物流格如圖6所示，每個運輸格對應一個標準化物流箱和對應的站點AGV，且AGV在轉運貨物時采用整箱出入的模式，即在車輛到站進行貨物裝卸時僅進入車廂進行一次搬運，不隨車運輸。貨車廂改裝概念圖如圖7所示，通過在相鄰車廂之間加裝可伸縮擋板的形式達到客貨共運的目的。

圖6 改裝后的運輸格示意圖

圖7 車廂改裝概念圖

改裝后的地鐵車輛在日常的應用場景下只利用首尾兩端車廂進行貨物運輸。在緊急情況下，如突發疫情使城市路面交通管制導致短時間內出現大量的貨物運力短缺可快速改裝地鐵客運車廂進行整列運輸，滿足物流需求缺口。

以地鐵B型列車為例，單節車廂的車門數量為8套/節，以每輛車只利用一節車廂進行貨物運輸及物流箱空間尺寸計算。車廂與物流箱的相關參數見表3。

表3 車廂物流箱參數

2.4 集裝化運載單元設計

該裝置一方面作為裝載貨物的集裝化運載單元，另一方面有效解決了傳統的快遞柜不便移動以及快遞安全問題。通過設置自鎖滾動輪，可將快遞柜進行移動，根據需要移動至特定位置，而利用定位系統可將快遞柜的位置信息進行定位，便于后續追溯，避免快遞丟失；最后利用防盜系統，雙重保障，一是傳統的輸入收件碼，二是人臉識別，其中人臉識別可以避免盜用收件碼。為了進一步對快遞進行安全保障，當需要定期清理時，必須由控制中心下達命令，才能打開電子門，以免快遞人員盜拿快遞，該裝置安全系數高，快遞柜位置可根據需要進行更改，方便快遞員和用戶。運載單元工作流程如圖8所示。運載單元設計圖如圖9所示。

圖8 運載單元工作流程圖

圖9 運載單元設計圖

2.5 站點設計及運作流程

地鐵站點作為輻射一定范圍的配送中心，是實現貨物向末端客戶轉移的重要節點，用于攬收各配送對象需送往市區的貨物，完成貨物分揀、貨物集裝、AGV轉運發貨及收貨等過程。其物流系統主要包括地面層貨物裝卸港、站廳層貨物運輸系統、站臺層貨物裝卸系統、管控系統[5]。系統運作流程如圖10所示。

圖10 系統運作流程圖

各部分的具體設計與運作流程如下：

2.5.1 地面層。地面層可移動式貨物裝卸港內部由散件快遞集裝區、物流箱區、貨箱堆碼區和AGV調度區組成。對于發出貨物，由站點附近物流園區、倉庫以散件的形式送達裝卸港，進入散件快遞集裝區，在該區域內貨物按照目的地進行分類集裝后，在物流箱區以RFID標簽的形式進行物流編排，完成編排后，進入貨箱堆碼區等待貨物寄出。AGV調度區按照管控系統的命令調度AGV進行貨物運輸。對于到達貨物，執行與上述相反的作業流程。將抵達目的站點的集裝貨物進行分裝化處理，等待完成貨物的“最后一公里”配送或轉運至站內自提柜，等待用戶自提。地面層可移動式裝卸港如圖11所示。裝卸港內部作業如圖12所示。

圖11 地面層可移動式裝卸港

圖12 裝卸港內部作業圖

2.5.2 站廳層。考慮到大多數地鐵站點由于設計規劃問題不滿足“地面層-貨運直梯-站臺層”的貨物運輸模式，因此需要借助站廳層進行貨物運輸的過渡。在最大程度保證乘客乘車需求的前提下，該系統在站廳層劃定AGV行駛區域。該區域滿足搭載標準化貨箱的AGV完成在“地面-站廳”貨運直梯與“站廳-站臺”貨運直梯之間的過渡。該區域利用隔離板與站廳層的行人通道相分隔，同時在該區域中為AGV進行巡線設計，保證AGV的行駛嚴格按照設定線路進行，將對站廳層旅客行走的影響降至最低。站廳層AGV走行圖如圖13所示。

圖13 站廳層AGV走行圖

2.5.3 站臺層。站臺層貨物裝卸系統設計概念圖如圖14所示，該部分主要完成貨物的裝卸，在最大程度保證乘客乘車需求的前提下，在站臺末端設置滿足AGV中轉的貨物裝卸區域，該區域由擋板與站臺層乘客候車區域相隔，為AGV的工作區，其中包括AGV走行線路、AGV等待區域。站點發送貨物時，搭載貨物的AGV經站廳層的貨運直梯運抵至站臺層后，進入站臺層貨物裝卸區，通過預先設計的AGV走行線路行駛至AGV等待區域，等待地鐵車輛進站裝載貨物。AGV接收到地鐵車輛進站、屏蔽門開啟的信號后，從等待區域出發行駛至地鐵車輛，在車廂內部指定區域卸載貨物后，按原路返回至AGV等待區域，空載AGV由AGV等待區域經原路返回至地面層貨物裝卸港待命。站點接收貨物時，位于地面層的空載AGV提前經設計線路行駛至AGV等待區域，在接受到裝載貨物的地鐵車輛進站、屏蔽門開啟的信號后行駛至對應的地鐵車廂，并在車廂中搭載對應的貨物后返回至AGV等待區域，完成貨物的卸載。該模式基本適用于各類型站臺，改造的橫向面積較少，對乘客排隊候車影響小。站臺層裝卸系統作業圖如圖15所示。

圖14 站臺層裝卸系統設計圖

圖15 站臺層裝卸系統作業圖

2.5.4 管控系統。在原有地鐵客運控制系統中增設地面控制系統、機械控制系統。物流管控系統結構圖如圖16所示。

圖16 物流管控系統結構圖

（1）地面控制系統。在地鐵列車出發前，貨物按照目的地進行分類集裝后，在物流箱區以RFID標簽的形式進行物流編排，并通過通訊設備將控制指令發送到目的站點的機械控制系統處。通過以太網和通信線路與地鐵綜合監控系統中的計算機進行數據交換。調度系統采用C/S結構，服務器讀取物流箱內部物件的種類、數量、目的地、運輸路線等具體信息，通過調度算法，實現訂單處理、路線處理、資源調度等功能。當需要修改物流箱物流信息時，可通過系統監控修改RFID標簽信息。客戶端根據AGV小車的狀態信息，顯示小車的位置和狀態，實時監控AGV的作業任務情況，完成信息監控和數據存檔。

（2）機械控制系統。在地鐵站臺屏蔽門系統中增加機械控制系統。列車到站后，載貨車箱的站點控制器接收開啟車門信息，同時啟動AGV小車，車載部分自動實現導航計算、導引實現、車輛行走以及貨物裝載作業。

3 效益測算

為分析成都市客貨同運式地鐵物流系統帶來的經濟價值和節能減排效益[6]，統計成都市地鐵6號線的站點間距，在anylogic仿真軟件中建立物流模型，仿真界面如圖17所示。

圖17 anylogic仿真界面

成都地鐵6號線各站點間距參數見表4。成都市地鐵線路實際運營及仿真設定參數見表5。

表4 成都地鐵6號線各站點間距參數

表5 成都市地鐵線路實際運營及仿真設定參數

假設每個托盤有0.1t的載重量,每趟列車只利用一節車廂進行貨物運輸，一節車廂的最大運載能力為每小時單向運輸4個托板，則雙向運輸線路的平均每條線路每小時單向平均運載能力為8個物流箱，即為預測的系統最大運輸能力，此時按照到達時間間隔為0設置發生器的貨物產生時間間隔，時間設定為1h,車廂利用率為100%。統計輸出各個站點的物流箱流量，進而測算系統運載能力，實驗結果條形圖如圖18所示。

圖18 仿真結果界面條形統計圖

在疫情等城市應急條件下，只考慮利用地鐵運營低峰時段進行客貨共運。則系統總效益參數見表6。可見該系統單次運輸能力較大，可節省大量公路貨運車輛，為城市物流提供了高質量、高時效性、更穩定的配送。

表6 系統效益參數匯總

4 結語

本文提出了一種結合式客貨共線運輸的地鐵物流模式，在現有地鐵設施的基礎上，通過自動化改造，使其具備可實現性強、人員占用少、運輸能力穩定的優點。并以成都地鐵為例，結合實際設施，從運輸組織、站點裝卸、設備改造等方面進行設計，并驗證其可行性。結果初步表明了結合式客貨共線運輸模式在運輸效率、運輸安全、建設可行性方面的優勢。但其作為邁向現代地下物流系統過程中的一種過渡模式，該體系在貨品種類、運量和運輸靈活性方面仍有一定局限性。

此次新冠疫情的波及范圍之大，持續時間之長超出了所有人的預期。這不僅是對我國衛生防控體系的一次考驗，更為我國的公共安全應急體系建設敲響了警鐘。在抗擊疫情的過程中，生活保障物資和醫療用品的運輸是極為關鍵的一環。基于現有地鐵設施的地下物流系統具有改造快、自動化水平高、運輸能力穩定、隔離性能良好等一系列顯著優點，將在保障人民正常生活和阻斷疾病傳播方面發揮重要作用。而在地下空間資源開發嚴重受限的今天，為現有地鐵系統設計物流運輸的功能，充分開發地鐵運力，對完善我國公共安全應急體系是十分必要的。