基于地下管道物流运输的轨道线网规划与线路设计研究

李姗珊 刘延君 秦宇豪 石嵘

[摘 要]为解决现在物流行业效率低下、智能化低等问题，及为减少城市内部汽车保有量，减少城市污染，相关部门计划建设地下管道物流运输系统。基于此，本文简述了该系统架构及发展趋势，并对系统中线网线部分规划与设计做出介绍，旨在为相关研究提供借鉴。

[关键词]地下管道物流运输系统;线网规划与线路设计;收敛扫描法

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.14.044

[中图分类号]F252;F299.1[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2019）14-00-02

0     引 言

近年来，由于我国电子商务平台不断扩大，快递已成为电商交易必不可少的一個重要环节。目前，城市车辆保有量飞速增长，交通拥堵和大气、噪声污染以及地面道路资源不足等问题日益严峻。因此，建设快速、大容量的地下管道物流运输系统已成为一种必然趋势。地下管道物流系统是一种具有革新意义的物流模式，研究表明，地下物流系统不仅具有速度快、准确性高等优势，还具有解决城市交通拥堵、减少环境污染、提高城市货物运输的通达性和质量等优势。地下物流系统能够满足循环经济的发展模式，满足资源节约型社会的发展要求，是我国城市可持续发展的必要选择。同时，地下管道物流系统建设是庞大复杂的系统工程，具有非可逆性，用地控制、规划导向与线网直接相关，相关线路一经建成不可更改。因此，规划布局合理和规模适当的线网非常重要，规划好坏直接影响城市交通结构的合理性、工程项目的经济效益和社会效益。如果作为前期基础研究之一的轨道线网规划出现失误，后期则难以挽回，因此，本文针对地下管道物流运输系统进行研究，并对线网进行初步规划设计。

1     对地下管道物流运输系统的研究

随着互联网科技的发展，电子商务逐渐迈向新时代。据统计，2017年，我国电子商务平台交易额达到29.2万亿元，增长11.7%。蒸蒸日上的电子商务产业带动了快递物流的飞速发展，但现有物流结构体系存在一定弊端，物流效率低，城市交通拥堵、污染等问题成为物流运输需克服的难题。传统地上交通方式已经几乎达到饱和无法扩张的状态，毫无疑问，建设地下管道物流运输系统是解决现有问题的办法。现在，大量学者对ULS进行研究，但都在某一地区对ULS进行单独研究，甚至多数对ULS进行单一角度研究，这使ULS建设后难以有效配合现城市物流系统使用。在现有研究的基础上，本文从车辆、信号、轨道、线路等多方面进行研究，提出了建设城市地下管道物流运输系统，先对上海市进行模拟研究，并进一步寻找适用于全国的可行方式。

2     线网规划与线路设计

2.1   项目线网规划

本文研究的项目线网规划主要采用两类规划方法：解析法和系统分析法。现有城市整体模拟如图1所示，采用树状线网，以一点为中心，放射状延伸。将整个城市划分为若干区域（以现有城市区为基准，进一步扩大或缩小区域范围），在每一个区域内利用集合覆盖模型确定一到两个区域的物流集散点，作为物流运输线路的起始点，汇集该区域的快递物品，像大型转运中心以及机场运输，如图1所示。

线路最大限度采用直线，并利用最少的直线贯穿全部起始点。车辆可在沿线铺设的管道内双向运行，并设置渡线，方便列车折返。树状线网主要支持城市内部物流向城市转运中心运输（即目的地在城市外的物流运输，如从A到C、从B到C等），也可实现城市内部中转、运输，若快递的起、终点分别为B、C，则可从B运送至A再发往C，类似线上海郊区间的地铁线路。这样单一的树状线网，可以满足现有物流需求，减少城市内部地下线路，节约空间，降低成本。

2.2     线路设计的规划内容

2.2.1   线路设计

城市轨道交通综合选线任务是在规划线网的基础上，按不同设计阶段对拟建城市轨道交通线路走向，逐步由浅入深进行研究与设计，最终确定最合理的线路空间地理位置，包括线路由方案、敷设方式以及站点选择等，具体选线方案以松江为例。

（1）前期研究。本文首先针对松江地质及交通线路进行了考察。松江一般存在表土层，浅部淤泥质粉质黏土层以及淤泥质黏土等软土层均连续分布，但厚度相对较小，天然地基条件相对较好。该区有连续沉积的暗绿及褐黄色硬黏性土层，大部分地区第二砂层分布连续，厚度较大，桩基条件较好，且松江地下设施较少，较为空旷。

（2）节点选取：经笔者走访调研，了解到松江物流快递站点的位置，即物流量，利用集合覆盖模型来简略规划出松江区域的起始点。

其中，xj=0，1;j=1，2，…，m。xj表示第j个物流节点;ei表示第i个需求点;j∈J表示物流节点j可以为需求点集合Sj提供服务;目标函数（1）表示选取最少的物流节点数;约束条件（2）表示每一个需求点至少可以被一个物流节点所覆盖;约束条件表示xj的取值范围，xj=1表示第j个物流节点被选中，xj=0表示第j个物流节点没有被选中。

本文将松江大型物流快递站点设为xj，利用分支定界法初步求出覆盖该区域最小数量的节点，再根据具体地理位置条件确定节点的具体位置坐标。

（3）确定线路走向：从确立的起始点出发到青浦转运中心，再汇总发往虹桥机场。依据物流量资料、地质资料、所经过区域建筑物、文物等基础资料，在尽可能保证节点间距离最短且不干扰其他建筑设施的前提下，初步设计线路起终点及大致方向。本文采用常见的收敛扫描法，在此将预估物流量数（代替乘客数）与路径长度之比作为路线的效率，即，

从起点开始，即大学城内模拟估计出起始点，向临近区域发展，尽可能选择较长直线段，减少交点，并尽量减少交点转角度数，减小需克服的阻力，直至终点。

确定管道可经过的区域（有空旷地下空间的路段），由起始点出发，向区域1/2延伸，再由区域1/2为起始点向其他临近可行区域延伸。将整条线路分为多个小节，尽量保证每一小节延伸方向一致。建立松江大区域内的线路网络，根据最短路径的计算方法初步求出最优路径。简略线路走向如图2所示，表示从起始点P1至上海转运中心（青浦），再由转运中心至虹桥机场的路线（图2中的区域点为线路沿线站点，也可做虚拟区域点，具体根据各个区域的物流数据来计算安排）。

2.2.2   线路平面设计

轨道交通工程线路呈三维带状，线路要满足行车安全，并尽可能减小成本，满足沿线建筑物等其他需求。平面基本线型主要有3种：曲率为零的直线;曲率为常数的圆曲线;曲率为变数的缓和曲线。松江区域模拟主要以直线为主，减少交点个数和交点转角度数，缩短线路长度的同时减小阻力，有利于行车。计算最优的夹直线长度（LJ≥LJmin），在必要的曲线区段，根据模拟列车时速来计算相应最小曲线半径。

主要参考文献

[1]易思蓉.城市轨道交通线路规划与设计[M].北京：北京科学出版社，2013.