钢铁物流中心平面布局研究

张苏波

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 线路站场设计研究院，湖北 武汉 430063)

随着我国钢铁行业的快速发展，钢铁企业在降低生产成本、改善产品品质和扩大销售方面的管理已经相当成熟，在生产领域进一步挖掘利润的空间十分有限。在这种情况下，科学合理地布局钢铁物流中心以寻找新的利润增长点，已成为我国钢铁物流的主要发展趋势。钢铁物流中心通过提供集采购、加工、零售、物流于一体的一站式服务模式和精细化管理，将物流的各个环节高效地连接在一起，成为钢铁企业和客户之间的重要桥梁。目前，因仓库、堆场和装卸设备布局不合理，造成钢铁物流中心货车排长队的现象屡见不鲜，如何科学合理地布局钢铁物流中心，促进园区内各项物流活动高效运作已成为亟需解决的问题[1]。

1 钢铁物流中心的作业特点

钢铁物流的对象属于体积大、质量大的固体，在运输、仓储、装卸、信息处理等方面都需要特定的方法和技术[2]。

1.1 装卸作业特点

钢材产品具有单位质量大、产品不规则等特点，装卸时需要配备叉车、门吊、桥吊等专用机械，以及卷钢链、纤维吊带、大型工字钢吊具、盘圆钩、金字型横撑吊架等专用工具。

1.2 仓储作业特点

钢材种类众多，如冷卷、热卷、型钢、板材和线材等，不同的钢材对堆存要求各不相同，如冷卷堆存应防雨防潮、卷材一般采用“品”字形堆码、线材采用“井”字形堆码，应根据钢铁产品的性能分别采用露天堆放或库内存放，并针对产品存储周期的不同，采取措施防止钢材在保管期间的锈蚀，保证产品质量。

1.3 流通加工作业特点

钢铁一般均需要在物流中心内经过加工和包装后才能配送给最终用户，流通加工一般包括剪切加工、钢构件加工和钢材深加工等，需要配套钢铁切割机、开卷机、剪板机等大型机械。钢铁物流中心的流通加工区域不仅需要在室内完成，而且一旦建成不宜调整位置。为提高作业效率，不同种类的钢材应在不同区域进行加工。钢铁仓储和流通加工如图1所示。

图1 钢铁仓储和流通加工Fig.1 Steel warehousing and distribution processing diagram

2 钢铁物流中心平面布局

2.1 平面布局步骤

结合具体实践，归纳梳理出钢铁物流中心平面布局主要步骤示意图如图2[3]所示，并重点对平面布局设计进行论述。

图2 钢铁物流中心平面布局主要步骤示意图Fig.2 Schematic diagram of the main steps of the plane layout of steel logistics center

2.2 平面布局目标

根据项目实际情况对物流中心进行多方位的研究，找出平面布局所要达到的核心目标，并兼顾经济与资源的可持续性发展[4]。

（1）满足钢铁物流中心的基本运作，即“物畅其流、人畅其行”。

（2）优化作业流程，减少不必要的作业环节，最大限度地减少钢材的无效搬运以及人员的流动，从而降低物流成本。

（3）集约节约利用土地资源。

（4）保障平面布局有一定的弹性及强大的适应性，以满足未来钢材数量和类型的不确定性。

2.3 功能分区

钢铁物流中心一般提供钢材的装卸、仓储、流通加工、信息处理及中转分拨等基本功能，同时可以根据自身特色和能力提供金融、保险、展示交易、培训、餐饮、住宿及物业管理等增值服务功能，因此可以将钢铁物流中心划分为铁路作业区、物流作业区和综合服务中心等三大功能区。

（1）铁路作业区。铁路作业区设有铁路装卸线、堆场和门吊等设施设备，主要提供货物的中长距离运输、装卸、临时堆存及转运等功能，是实现多式联运的骨干区域[5]。

（2）物流作业区。物流作业区设有流通加工仓库、货运停车场等设施设备，主要提供货物的仓储、剪切、计量、拴标签、配送等流通加工增值服务。

（3）综合服务中心。综合服务中心是物流中心的中枢神经，能提供集商务办公、会议会展、教育培训、物流金融、信息处理及餐饮住宿等综合配套服务。

2.4 作业流程

作业流程可以全面反映业务流程内各功能单元之间的相互联系，是钢铁物流中心平面布局考虑的重要因素。作为以大宗钢材现货为主要物流对象的专业物流中心，钢铁物流中心作业流程图(以铁路到达公路发送为例)[6]如图3所示。

图3 钢铁物流中心作业流程图(以铁路到达公路发送为例)Fig.3 Operation flow chart of steel logistics center (taking railway arrival and highway delivery as an example)

2.5 平面布局原则

钢铁属于质量大、体积大的固态货物，物流作业的各环节中都需要有机械设备的配合，铁路是其最重要的运输方式。钢铁物流中心平面布局时应充分考虑钢铁的作业流程，尽量减少钢铁的装卸和短驳次数，缩短钢铁在物流中心中的运输距离，布局中一般遵循以下原则。

（1）钢铁物流中心中最核心的功能区为铁路作业区，且铁路作业区对用地长度和地块标高要求较高，一般应首先考虑铁路作业区的布局。铁路装卸线宜沿地块长度方向铺设，道路宜采用相对均衡的网格式铺设，使园区内各功能结构具有最大限度的发展性和可替换性[7]。

（2）为减少货物搬运距离和落地次数，提高物流作业效率，物流量相对较大、关系密切的2个功能区应尽量相近布置[4]，如与铁路装卸线强相关的功能区宜沿铁路装卸线纵向排列布置。

（3）综合配套区一般临近物流中心出入口布置，以便人流、商流的快速聚集及疏散，减少人流和货流的交叉干扰[8]。

（4）公路车辆流线宜单方向环形运行，门区及其他密集作业区域应设置缓冲地带[9]。

2.6 铁路与仓库的布局

《铁路物流中心设计规范》(Q/CR 9133—2016)中仅规定长大笨重货物功能区应设置铁路装卸线；作业量较小且无加工功能需求时，仓储区可与铁路装卸线货位合设；装卸机械采用桥式起重机时，铁路装卸线宜设在仓库(货棚)立柱一侧等原则性要求[8]，未对铁路装卸线与钢铁仓库(货棚)之间的布局关系、门式起重机与桥式起重机之间的布局关系做出相关规定。根据铁路装卸线是否进入仓库，以及库内桥吊与铁路装卸线的相对关系不同，研究了以下4个方案。

2.6.1 铁路布置在库外

铁路装卸线布置在库外时，采用“门吊+桥吊”相配合的作业方式。门吊负责铁路车辆中的货物装卸作业，不需要进行延伸服务的货物可以不落地直接通过汽车进行转运，需要进行物流延伸服务的货物可以通过库内桥吊转场至物流作业区内。

该方案中铁路作业区和物流作业区独立分开设置，利用环形道路将两区域相连，各功能区分工明确，管理相对简单，公铁联运作业效率高，适于中转量较大的钢铁物流中心。铁路布置在库外，桥吊平行铁路布置示意图如图4所示；铁路布置在库外，桥吊平行铁路断面示意图如图5所示。

图4 铁路布置在库外，桥吊平行铁路布置示意图Fig.4 Railway layout outside the warehouse, bridge crane parallel railway layout diagram

图5 铁路布置在库外，桥吊平行铁路断面示意图Fig.5 Railway layout outside the warehouse, bridge crane parallel railway section diagram

当桥吊平行装卸线布置时，仓库宽度受桥吊跨度限制，造成仓库宽度较小。扣除库内道路等不可用面积后，物流仓库可用面积较小，很难满足钢铁物流仓库正常生产的需要。因此，钢铁物流中心一般采用铁路装卸线布置在库外，桥吊垂直铁路布置的方案。铁路布置在库外，桥吊垂直铁路布置示意图如图6所示；铁路布置在库外，桥吊垂直铁路断面示意图如图7所示。

图6 铁路布置在库外，桥吊垂直铁路布置示意图Fig.6 Railway layout outside the warehouse, bridge crane vertical railway layout diagram

图7 铁路布置在库外，桥吊垂直铁路断面示意图Fig.7 Railway layout outside the warehouse, bridge crane vertical railway section diagram

2.6.2 铁路布置在库内

该方案是将铁路作业区穿插布置在物流作业区内，所有货物装卸均采用桥吊进行作业，需要进行物流延伸服务的货物不需要在门吊和桥吊之间进行倒装。这种布置方式使得物流作业区与铁路作业区之间的物料搬运作业更为简单，联系更加紧密，较适于流通加工作业较多、中转量较小的钢铁物流中心。铁路布置在库内，桥吊垂直铁路布置示意图如图8所示；铁路布置在库内，桥吊平行铁路布置示意图如图9所示。

图8 铁路布置在库内，桥吊垂直铁路布置示意图Fig.8 Railway layout in the warehouse, bridge crane vertical railway layout diagram

图9 铁路布置在库内，桥吊平行铁路布置示意图Fig.9 Railway layout in the warehouse, bridge crane parallel railway layout diagram

当铁路车辆位于两列相邻桥吊之间，两相邻桥吊上的小车均无法抓取货物时，需要调机牵引或推送铁路车辆进行对位，即桥吊垂直铁路布置方案的装卸效率较“门吊+桥吊”相配合作业的方案低。

当桥吊平行铁路装卸线布置时，仓库宽度受桥吊跨度限制，造成仓库宽度较小，很难满足钢铁物流仓库正常生产的需要。若仓库内并列布置2排桥吊，则库内的A区和B区相对独立，即货物不能在A区和B区之间交流，仓库灵活性较差。同时，该方案中2条铁路装卸线线间距需要拉开，会造成铁路咽喉区无效用地较多，总占地面积较大。因此，铁路装卸线布置在库内时，一般采用桥吊垂直铁路布置的方案。

综上所述，不论铁路装卸线布置在库外还是库内，一般均采用桥吊垂直铁路布置的方案。当桥吊垂直铁路布置时，铁路布置在库外和库内优缺点比较如表1所示。

表1 铁路布置在库外和库内优缺点比较Tab.1 Comparison table of advantages and disadvantages of railway layout outside and inside the library

从表中可以看出，铁路布置在库外时项目投资和占地均较大，相应货物装卸和中转作业能力均较大，一般适用于大型或中转量较大的钢铁物流中心。铁路布置在库内时项目投资和占地均相对较小，货物仓储和流通加工作业效率高，一般适用于中小型或大量需落地进行物流延伸服务的钢铁物流中心。

以用地72 600 m2为例，不考虑征地拆迁及土石方工程，当桥吊垂直铁路布置时，铁路布置在库外和库内的投资估算如表2所示。

表2 铁路布置在库外和库内投资估算表Tab.2 Railway layout outside and inside the library investment estimate table

3 实例分析

长沙北货场钢铁物流中心占地约66 600 m2，2025年预测运量为115万t，其中发到运量分别为13万t和102万t；2035年预测运量为138万t，其中发到运量分别为18万t和120万t。

3.1 功能区面积估算

根据钢铁的年货运总量、门式起重机跨度尺寸、钢铁存储周转周期，不同品类单位面积荷载，仓储面积利用率和其他相关设施面积比例关系等因素来确定各功能区用地规模。

3.1.1 铁路作业区

集装箱堆存能力是铁路作业区能力的控制因素，可按集装箱堆存能力计算装卸线长度。装卸线长度按下面公式计算，[10]。式中，L为铁路装卸线长度，m；Q为货物年总运量，t；a为到发波动系数(一般按1.2计算)；T为仓储时间(一般取2～3 d)；P为仓库单位面积的堆放量，t/m2；d为装卸线一侧或两侧货位总宽度，m。

3.1.2 物流作业区

物流作业区的仓库面积可按下面公式计算，A=式中，A为仓库面积，m2；Q为货物年总运量，t；a为到发波动系数(一般按1.2计算)；T为仓储时间(一般取2～3 d)；P为仓库单位面积的堆放量，t/m2；φ为仓库利用系数(一般取0.5～0.7)。

3.1.3 综合服务中心

根据《物流中心分类与基本要求》(GB/T 24358—2009)规定，行政办公及生活等配套服务设施用地面积不应超过总用地面积的10%。

3.2 布局方案

项目采用铁路装卸线布置在库外，桥吊垂直装卸线的布置方案。其中铁路作业区采用2台，规模均为36 t、30 m跨有悬臂门吊，门吊下设1束2线铁路装卸线，有效长均为360 m。物流作业区库房面积约41 250 m2，规模为360 m×117 m，采用24 m跨桥式起重机作业。

业主自取货物可以在门吊下直接堆存或者快速转运，需要加工、仓储的货物可以通过门吊、桥吊联合作业放入库内。长沙北货场钢铁物流中心实景图如图10所示。

图10 长沙北货场钢铁物流中心实景图Fig.10 Real picture of Changsha North Goods Yard steel logistics center

4 研究结论

通过对钢铁物流中心作业流程及功能分区进行系统分析，提出钢铁物流中心平面布局方案，形成以下主要结论。

（1）钢铁物流作业的各环节中都必须有机械设备的配合，铁路是其最重要的运输方式。结合钢铁物流中心的基本功能和增值服务功能，可以将钢铁物流中心划分为铁路作业区、物流作业区和综合服务中心等三大功能区。其中，铁路作业区是核心功能区，应首先考虑布局铁路作业区，再布局其他功能区块。

（2）为提高物流作业效率，不论铁路装卸线布置在仓库外还是仓库内，一般均采用桥吊垂直铁路装卸线布置的方案。其中，装卸线布置在库外，桥吊垂直装卸线布置方案已成功应用于重庆团结村集装箱中心站和长沙北货场的工程建设中。

（3）桥吊垂直铁路布置时，在相同用地面积下，采用铁路布置在库外“门吊+桥吊”作业模式比铁路布置在库内作业模式投资较省，装卸及中转作业效率较高。