綠色智能快遞包裝箱設計研究

曾丹丹

（廣州商學院管理學院，廣州 511363）

電子商務的快速發展帶動了快遞量的迅猛增長，截至2021 年12 月底，我國快遞業務量已連續8 年居世界第一[1]。僅2021 年“雙11”期間（11 月1 日至16 日），快遞業務量便高達68 億件，同比增長18.2%[2]，截至2021 年底，日均快遞業務量已突破3 億件大關[3]，同年，中國快遞進入千億件時代[4]?？爝f行業的高速發展給人們帶來了諸多方便，然而以瓦楞紙箱、傳統塑料袋為主的海量快遞包裝的使用也帶來了嚴重的資源浪費和環境污染問題。有研究表明，若不采取有效的綠色措施，依照當前快遞發展趨勢，2025 年我國快遞包裝材料消耗量將達到4 127.05 萬t[5]?？爝f包裝廢棄物除了少部分會被回收循環利用外，大部分會被填埋或者焚燒，而填埋或焚燒都不是解決快遞垃圾增長問題的有效方法。從資源節約和環境友好的視角來看，必須對快遞包裝進行創新設計，加快推進綠色轉型。

結合快遞包裝現有的研究成果，本文設計了一款綠色智能快遞包裝箱，以豐富現有快遞包裝理論，推進新型快遞包裝設計和智慧物流建設，助力快遞業綠色低碳發展。該款包裝箱可循環多次使用，比現有的一次性包裝有著更長的使用壽命，同時結合物聯網、大數據、云計算、區塊鏈等數字技術，配置智能硬件，具備多樣的功能。綠色智能快遞包裝箱是綠色物流與智慧物流相結合的產物，可以推進快遞包裝的循環利用，最終實現綠色化與減量化。

1 研究背景

近年來，新型快遞包裝研究取得諸多成果。陳岳飛等[6]分析了快遞綠色包裝的發展現狀，指出新型包裝技術有待突破，提出應提升綠色包裝技術含量，加大綠色產品供給。馬維喆等[7]提出了一種共享快遞盒的概念設計方案，從結構、循環使用及材料等方面提出設計要求。韓霖[8]設計了一種基于聚丙烯（PP）蜂窩板的可循環使用的快遞包裝箱，與智能硬件相結合設計了智能封箱裝置，并對包裝箱的加工工藝和抗壓強度進行研究。朱琪[9]指出快遞包裝目前存在抗震性差、包裝環節費時費力且浪費資源等問題，通過選材、改變包裝結構等研究，針對易碎品設計了一款氣囊包裝。WANG 等[10]研究了一種全生物基微蜂窩低密度聚乳酸泡沫塑料，將其用于綠色包裝。王程昱等[11]基于快遞包裝全生命周期視角，采用節能低碳設計、可維修設計等思路，設計一款多功能共享快遞包裝。宿一品等[12]設計了一種主要由箱體和氣囊組成的快遞防震包裝箱，其具有可折疊結構，箱體外殼采用聚乳酸，氣囊采用紙膜，另外針對隱私信息安全方面進行掛牌及死扣環設計。SCHAEFER 等[13]對智慧包裝的挑戰、機遇進行了分析，指出2024 年全球智慧包裝的產值能達到267 億美元。

為解決快遞包裝資源消耗、環境污染等問題，研究者嘗試提出各種解決辦法。研究方向主要為設計環保節能的循環快遞包裝，也有一些物聯網等技術和快遞包裝相結合的研究。這些研究成果對快遞包裝的綠色化起到一定助推作用，但研究者設計的包裝仍有進一步改進的空間，例如，存在整體性易被破壞、不易回收等問題。另外，將數字技術與綠色物流相結合的深入研究仍舊較少。

2 綠色智能快遞包裝箱材料選取

從組成來看，我國快遞包裝以瓦楞紙箱和塑料袋居多（合計占比接近80%），大部分快遞包裝都被當成廢棄物扔掉，雖然快遞包裝屬于可回收物，但因其回收難度大、回收價值低（尤其是塑料類包裝），使得總體回收率較低（低于20%）[14]。大量快遞包裝成了新增的生活垃圾，成了環境污染的重要來源。與塑料包裝袋相比，回收價值更高的瓦楞紙箱被認為是更具環保性的包裝材質，但其封緘多采用膠帶粘接，膠帶無法回收利用，且其韌度低，容易被刺穿，防水性差、承重度低，使用后往往會變形，不符合包裝循環使用要求。另外，紙質包裝生產過程容易對環境造成污染。由此可見，現常見的快遞包裝都不是理想的綠色包裝。

本文設計的綠色智能快遞包裝箱在材料選擇方面從全生命周期角度考慮，力爭整體材料環保節能經濟，包裝箱盡量采用相同材質的材料，減少使用難以分類回收的復合材料。通過調查材料行業發展現狀，企業要加大研發力度，明確綠色包裝所用主體材料。例如，順豐的豐多寶π-BOX 循環箱采用PP 蜂窩板材質，京東物流青流箱采用可回收的再生PP 食品級材料，蘇寧漂流箱的箱體材質是大豆秸稈和玉米芯等。對比分析發現，PP 蜂窩板不失為優良的可循環復用包裝箱基材。因此，本文設計的綠色智能包裝箱選擇PP 蜂窩板作為主體材料。首先，PP 本身密度低、質量輕，蜂窩夾心結構使其具有高強度的特點；其次，PP 蜂窩板具有韌性好、回彈性高、緩沖防震性和彎曲性能好、防水等優點，其能夠有效地保護被包裝物品[8]；最后，PP 蜂窩板環保性好，PP 生產過程無毒、無害，使用過程對被包裝物無污染，報廢后容易回收。有生產商表示，正常情況下PP 材質的循環箱使用壽命可達3 年，且可實現90%以上的回收率[3]。同時，PP 蜂窩板使用成本低，耗材少。有專家表示，由PP材料制成的循環箱碳排放比一次性紙箱低，隨著循環次數的增加，其使用成本會遠低于一次性紙箱[15]。

3 綠色智能快遞包裝箱規格設計

目前，快遞包裝物種類繁多、大小不一、尺寸混亂，用戶存在亂投亂放的現象，給快遞包裝的回收增加了難度，且回收后的包裝由于破損等原因很難再次投入使用，使得相關企業缺乏參與回收的動力。為了節約資源，必須對快遞包裝進行回收利用，而關鍵便是減少快遞包裝形狀、規格，推進快遞包裝標準化。

對于包裝箱規格，有學者采用逆推設計法進行設計，考慮常見廂式貨車車廂及人的雙臂這些運輸環境，綜合貨物的尺寸差異，設計包裝箱集裝單元尺寸，以此為依據，逆向劃分多種型號的包裝箱外尺寸。有學者同時考慮物流車上的物流集裝箱的運輸環境和快遞包裝箱標準，將包裝箱的規格尺寸設計為1 種。例如，韓霖[8]設計了一種中型包裝箱，尺寸為300 mm×200 mm×200 mm。這些研究為本設計的展開提供了參考。

筆者認為，綠色智能快遞包裝箱在規格設計上不應過多，也不應太少，應更多從貨品通用性方面進行考慮。若為滿足產品差異化特點而設計過多的尺寸，會導致運輸堆碼空隙率過大，無法充分利用空間，且易降低物流系統各環節的銜接性，使得物流效率降低，但包裝箱的規格尺寸也不應該太過單一，否則無法對貨品進行適配。依據市場上流通的常見快遞大?。ㄒ灾行⌒蜑橹鳎?，參考快遞企業順豐的豐多寶π-BOX循環箱的規格尺寸（見表1）及中國郵政快遞紙箱規格尺寸（見表2），筆者將綠色智能快遞包裝箱設計為長方體，箱體外尺寸大小由長、寬、高決定。

表1 順豐循環箱規格

表2 中國郵政快遞紙箱規格

考慮貨品通用性，結合智能硬件區設計的尺寸，本文將綠色智能包裝箱設計為4 種外尺寸規格：XL型 號600 mm×400 mm×400 mm，L 型 號400 cm×300 cm×400 cm，M 型號300 mm×200 mm×300 mm，S 型號200 mm×150 mm×200 mm。至于不規則的異形物或尺寸超過本設計包裝箱范圍的貨品，由于這類貨品相對而言數量較少，其包裝材料和包裝方式可以使用普通的非智能包裝，避免過度包裝即可。

4 綠色智能快遞包裝箱功能與結構設計

綠色智能快遞包裝箱具有可循環使用的特點，應用數字技術，實現快遞的智能化、精細化管理，如溯源、大數據采集、可視化管理。綠色智能快遞包裝箱的智能系統包括電子鎖、智能硬件和觸摸式液晶顯示屏（LCD），其中智能硬件包括北斗導航模塊、全球移動通信系統（GSM）通信模塊、非法打開檢測模塊、存儲模塊、鋰電池模塊、陀螺儀模塊、語音識別裝置和蜂鳴器。綠色智能快遞包裝箱的結構如圖1 所示。該包裝箱充分考慮綠色節能，整個系統在快遞運輸過程中只有導航模塊會處于低功耗定位模式，而其他模塊則處于低功耗待機模式，當LCD 觸摸顯示屏被喚醒且用戶輸入密碼后，其他模塊才會被喚醒，因此整個系統的能效較高，可以有效節約能源。

圖1 綠色智能快遞包裝箱結構

4.1 防盜設計

傳統包裝防盜性差，例如，紙箱快遞包裝里面的被包裝物比較容易被非法取走，且事后溯源追查難，客戶寄遞安全存在較大隱患。而搭載智能系統的綠色智能包裝箱則能有效解決此類問題。北斗導航模塊用于對快遞的實時定位，方便用戶看到快遞的實時位置，也方便對快遞進行溯源；GSM 通信模塊則用于和系統及用戶進行通信；LCD 觸摸顯示屏模塊用于輸入解鎖碼，當用戶拿到快遞并輸入正確的密碼時，電子鎖會自動打開。包裝箱被開啟后，智能硬件識別后向和其聯動的包裝管理平臺上傳信息，包括打開的時間、地點等，并向最終消費者發送包裝箱被開啟的提醒確認短信。若消費者不進行確認操作，則默認它是安全操作（本人開箱操作）；若消費者認為包裝箱被開啟存在異樣，比如不是本人開啟，存在包裝箱被盜或丟失的可能，則可以根據短信提示，撥打相應電話進行情況反饋，相應管理人員可調取包裝箱被取走時取件人的照片信息及包裝箱的位置信息等進行追蹤。因此，如果出現貨物盜竊，用戶和管理者能夠精確地找到出問題的環節，確定相應責任人員，幫助執法和排除安全隱患。另外，包裝箱鎖合后若試圖采用破壞方式強行打開，智能硬件中的非法打開檢測模塊則會開啟盜啟報警功能，向用戶和管理者發送非法開啟報警提醒，同時將開啟者的信息記錄到存儲模塊中，這樣就可以實現信息的雙重備份，方便后續技術人員進行技術分析，有效減少用戶的財物損失。

4.2 可追溯查詢設計

可以綜合利用區塊鏈、大數據、云計算與物聯網等技術，建設智能包裝管理平臺。該平臺具有信息追溯的功能，將包裝箱所屬的包裝生產商信息、包裝材料信息、使用的快遞企業信息、循環次數信息等記錄到區塊鏈系統中，保證數據信息安全、可靠、防篡改。比如，不定期對包裝材料進行監督檢查，若發現不符合綠色包裝規范的包裝材料，便能確定主體治理責任。

在快遞運輸過程中，可能會遭遇“暴力分揀”問題。智能綠色快遞包裝箱可通過安裝陀螺儀來感知振動與沖擊，同時結合北斗導航模塊來定位發生的地點和時間，為追溯排查提供重要線索，對于因受較大沖擊導致物品損壞的情況，能及時找到相應責任人。同時，可以將陀螺儀感知的數據作為測試數據，判斷出易發生故障的環節，為優化提供依據，提高物流服務質量。

對于包裝箱運動狀態，本設計使用北斗衛星導航系統與包裝箱智能終端來定位，結合物流天眼系統對快遞進行快速跟蹤識別，使得貨品物流信息能實時更新（從攬收、運輸、中轉到配送，直至終端消費者接收）。通過智能硬件和智能包裝管理平臺，用戶可通過輸入運輸單號隨時查看物流信息。包裝箱被用戶簽收后，利用快遞包裝箱的定位功能，設置一定的時間間隔提醒用戶歸還快遞包裝箱。同時，制定獎懲制度。若用戶在規定時間內沒有主動歸還包裝箱，則面臨一定的超時賠償，同時影響該用戶的信用記錄，如阿里巴巴的芝麻信用分等。獎懲措施可以在很大程度上提高用戶主動歸還快遞包裝箱的積極性，推動綠色智能快遞包裝箱進入良性的發展循環。

4.3 便利貨堆查找設計

便利貨堆查找設計是指利用LCD 觸摸顯示屏、語音識別裝置、蜂鳴器和指示燈來識別貨物，然后輸出相應信息。搭載的LCD 觸摸顯示屏平時處于息屏狀態，被人工喚起后才會亮屏，顯示屏可顯示快遞單號、電池狀態（使用帶電池控制芯片的鋰電池，對電池狀態進行監控，剩余電量可在顯示屏上顯示）、收件人姓名等信息。語音識別裝置和蜂鳴器是聯動的，客戶取貨時通過喊出收件人稱呼或手機號碼后四位，語音識別裝置會進行識別，對應的快遞包裝箱的蜂鳴器會發出聲音，同時指示燈會亮起，方便客戶在貨堆中查找。尤其對于多天未取的快遞，其往往被雜亂無章地堆在一處，這時便利貨堆查找的設計就更顯得重要，可以大大減少尋找快遞的時間和精力。同時，蜂鳴器可對非法開箱行為發出警告聲，指示燈還可以提示包裝箱工作狀態，正常被激活亮起時呈紅色，若包裝箱出現異常，指示燈亮起呈藍色。

4.4 可拆卸可平鋪結構設計

包裝箱可拆卸設計是指通過恰當的裝配結構設計，使包裝箱整體既具備一定的功能，又易于拆卸。包裝箱的六個面都可以單獨拆卸，當箱體的任意面出現損壞時，可只更換破損部分的板塊，而不必更換整個包裝箱（對于破損的板塊，通過維修等處理可重新投入使用，或作為備件待用），降低產品的拆卸成本，同時提高經濟性，節約資源。

另外，為了減少回收與儲運時的占用空間，提高回收效率，有必要做好包裝箱的可平鋪設計，確保包裝箱能很方便地展開。包裝箱的平鋪展開效果如圖2 所示。當電子鎖被正確打開時，包裝箱頂層的蓋子往兩邊展開，此時可以看到包裝箱的四個角存在類似門栓的結構——箱栓，取出箱栓即可將包裝箱完全鋪開，這樣可以減少包裝箱存放空間，同時箱栓會固定在箱體上，防止丟失。鋪開后的包裝箱能夠減少空箱堆放在用戶家里時的占用空間，同時用戶可以方便地將其攜帶至指定回收地點。

圖2 包裝箱平鋪展開效果

5 結語

本文基于綠色經濟與數字化的視角，從綠色智能快遞包裝箱材料的選取、規格、功能和結構等方面展開設計，集成了物聯網、大數據、區塊鏈等數字技術。綠色智能快遞包裝箱取代傳統一次性包裝，能有效解決當前快遞行業存在的資源浪費、包裝廢棄物污染問題，助力快遞業實現綠色低碳發展。但從我國包裝行業的現狀來看，綠色智能快遞包裝箱的應用需要企業、政府、消費者的協同參與。在今后的研究中，可探索并建立綠色智能快遞包裝箱回收流程和運營模式，加速促進快遞包裝的綠色轉型。