公铁联运物流中心功能区布局的三阶段法

Three Stage Method for Layout of Functional Areas in Road-rail Intermodal Logistics Centers

摘要

为解决现有布局方法普遍对交通线路及周边环境考虑不足的问题，提出公铁联运物流中心功能区布局的三阶段法。首先基于对影响因素的分析，提出5条工作要点，即布局思想应贯彻于前期各项工作，优先布置主导运输方式线路，合理选择总体布局样式，线路布设应协调顺畅衔接紧密，功能区位置顺应业务流程。进而提出功能区布局的三阶段法，总体阶段合理确定总体布局样式，并布设铁路专用线初步方案；构建阶段运用SLP法布设各功能区初步位置；调整阶段交互进行交通流线设计、内部道路布设和交通线路与功能区位置调整，最终形成布局方案。实证研究表明，三阶段法能够将交通线路布设和功能区布局统筹考虑，同时兼顾外部环境影响，有效降低作业区之间的粉尘污染，消除不同流向交通冲突，获得满意效果。

Abstract

In view of insufficient consideration of transportation routes and surrounding environment in existing layout methods, a three-stage method was proposed for the layout of functional areas in the road-rail intermodal logistics center. Firstly, based on the analysis of the influencing factors, five key work essentials were proposed, namely, the layout concept should be implemented in the early stages of work, priority be given to the layout of dominant transportation routes, the overall layout style be scientifically selected, the route layouts be coordinated, smooth and closely connected, and the location of functional areas comply with business processes. Accordingly, a three-stage method for functional areas layout was proposed, with a scientific overall layout style determined during the overall planning stage and a preliminary plan made for dedicated railway lines; during the construction stage, the SLP method was used to lay out the preliminary positions of each functional area; and during the adjustment stage, the design of traffic streamline, the layout of internal roads, and the location adjustment of the traffic lines and functional areas were conducted interactively, before ultimately forming a layout plan. Relevant empirical research shows that the three stage method can comprehensively consider the layout of transportation routes and functional areas, while also taking into account the impacts from external environment, reducing dust pollution between work areas, and eliminating traffic conflicts in different directions, with satisfactory results.

Graphical abstract

关键词

公铁联运 / 物流中心 / 功能区布局 / 三阶段法 / 交通流线设计

Key words

Road-rail Intermodal Transport / Logistics Centre / Layout of Functional Areas / Three Stage Method / Traffic Streamline Design

0　引言

多式联运作为一种集约高效的运输组织形式，是现代物流发展的必然趋势。公铁联运是广袤内陆地区多式联运的主要形式，优化公铁联运物流中心功能区布局方法，对提升公铁联运服务能力和运作效率，完善多式联运规划技术体系均具有重要意义。

功能区布局属于平面设施布置问题，起源于工业化时代的工厂设施布置，早期主要凭经验。1961年，美国的Richard提出了具有代表性的系统布置设计方法(SLP法)，使设施布置从定性化阶段发展到定量化阶段，逐步成为处理该类问题的通用方法^[1-4]。但SLP法是基于对内部功能区之间相互关系的分析，对交通线路布置及周边环境的影响考虑不足，布局结果与实际切合不够密切。

为提高布局的准确性，很多专家进行了相关研究。如Singh等^[5]提出求解设施布局问题的多目标规划模型(MFLP)。黄国萍等^[6]提出空间布置设计的3个求解层次：概念设计层、装配几何建模层和数学建模详细设计层，具有高效的可构造性。但这些研究仍以块状功能区的位置优化作为研究目标，缺少对内部交通线路布设的考虑。一些研究者注意到了货物流线问题，如苏超^[7]在物流园区功能区布局中对系统布置设计方法进行了改进，将出入口、主动线、既有交通设施作为虚拟功能区与其他功能区进行相互关系分析。任强^[8]在传统SLP程序模式上增加了物流动线分析，形成了动线型SLP方法。但是，对多式联运物流中心而言，仅仅分析货物流线并不够。

总之，现有研究多以块状功能区的位置优化作为研究目标，普遍缺少对内部交通线路布设及周边环境影响的重视。而公铁联运物流中心具有功能区多且关系复杂、布局受交通线路影响大等特点^[9]，要获得良好的布局效果，需从公铁联运物流中心自身特点出发，对其布局方法进行针对性研究。

1　公铁联运物流中心布局流程与思路

1.1　公铁联运物流中心布局影响因素

公铁联运物流中心功能区布局主要受联运类型、物流量、服务种类、主要货类、交通条件、作业流程、用地条件、自然条件、周边环境等因素影响，主要影响因素如图1所示。其中，联运类型影响运输组织方式、线路布置要求、转运模式、载运工具配置等，是功能区布局的重要影响因素；运量决定交通线路的布设形式和指标要求，作业量决定作业空间规模，转运量关系到运输成本的大小；服务种类不同对功能区位置和空间的要求也不同，有的需要靠近出入口，有的需要与其他功能区邻近或远离；货物种类不同，存储、加工等各种作业对场地的要求也不同；物流中心出入口和主要交通线路均需与外部对接，所以既有交通条件对物流中心功能区布局影响也很大；作业流程不同，作业环节组成和先后次序不同，功能区的邻接关系就不同；功能区布局应根据可用地块的形状和充裕程度合理选择总体布局样式；地形、地貌、地质等自然条件对物流中心布局具有重要影响；另外，周边危险源、污染源或学校、生活区等环境敏感设施对物流中心布局也有影响。

通过影响因素分析，总结公铁联运物流中心功能区布局具有5个工作要点。①布局思想应贯彻于前期各项工作中。由于布局影响因素较多，有些需要提前采取靠近或规避措施，否则到后期成为既定事实，调整难度极大。②优先布置主导运输方式线路、设施。由于主导运输方式建设投资、技术指标、运输能力明显高于其他运输方式，优先布置可提高工作效率。③合理选择总体布局样式。贯通式、尽端式和混合式3种公铁联运物流中心总体布局样式各具特点，需要根据用地规模、地块形状、地形地貌、扩展需求等因素合理选择。④线路布设应协调顺畅力求无缝衔接。公路线路应主动对接铁路专用线，同时铁路专用线应预留公路对接条件。⑤功能区位置应顺应业务流程。功能区布局应按照关联程度大小安排优先级，以顺应业务流程，降低转运成本。

1.2　公铁联运物流中心布局流程分析

SLP法条理性、逻辑性和可操作性较强，是目前物流中心功能区布局普遍应用的方法，但SLP法仍存在4个方面的问题。①SLP法无法进行交通线路布设，但公铁联运物流中心交通线路多，布置复杂，而且衔接、配合的协调程度对整体布局效果的影响很大。②SLP法是基于对作业单位间物流和非物流关系的分析来布置其位置关系，工作过程缺少对系统外部环境的考虑。③SLP法通过“密切程度”理由判定作业单位间非物流关系的密切程度，对公铁联运物流中心而言，还需要从其特征入手，总结出适用的非物流关系“密切程度”理由。④为能系统开展公铁联运物流中心功能区布局，需要建立其合理的作业单位划分模式。

为此，对SLP法加以改进。在传统SLP法的基础上，增加交通线路的布局，分2个层次开展。首先是总体布局样式的确定，这一工作在整个工作开始时进行；另一个层次是物流中心内部道路的布设，在其他功能区初步布局完成后和交通流线设计同步开展。在布设内部道路时，还可根据周边环境及布设中所发现的问题对初步布局方案进行调整。这样公铁联运物流中心功能区布局从总体上可以分为3个阶段，即总体阶段、构建阶段和调整阶段。公铁联运物流中心功能区布局的三阶段法工作流程图如图2所示。

1.3　公铁联运物流中心布局思路

（1）总体阶段。根据公铁联运物流中心功能定位和各项作业流程，提出需要设置的功能区种类；根据物流量预测结果及运营方案，确定联运作业区数量；结合建设用地规模、形状，以及地形、地貌等条件，合理选定总体布局样式，并布设主导运输方式专用线初步方案。

（2）构建阶段。运用SLP法布局各功能区位置^[10]。在进行物流关系和非物流关系分析时，根据公铁联运物流中心特点，在传统SLP非物流关系“密切程度”理由的基础上进行补充和优化，使其能够全面、准确地反映公铁联运物流中心功能区的相互关系。

（3）调整阶段。根据功能区布设结果和物流中心作业流程，进行交通流线设计；根据其所发现的问题，以及物流中心周边环境，对主导运输方式专用线布设方案、功能区位置方案进行合理调整；在交通流线基础上布设内部道路，最终形成完整的布局方案。

2　公铁联运物流中心功能区布局的三阶段法

2.1　总体阶段

（1）功能区分类。功能区要根据物流中心的功能定位和作业流程规划设置，公铁联运物流中心功能区分类如图3所示。公铁联运物流中心功能区从总体上可分为生产作业区和辅助配套区2类，生产作业区一般包括联运装卸区、中转库、仓储库、堆场、集装箱作业区、计量区、集货区、配送区、流通加工区等，辅助配套区包括修配区、停车区、门区、办公区、绿化、生活区、铁路专用线、内部通道等。

（2）功能区数量计算。如果物流中心规模较大，有些功能区可能要设置多个，计算方法为预测作业量与单个功能区作业能力的比值。公铁联运物流中心布局规划中，对全局影响较大的是联运作业区的数量。联运作业区指实现联运功能的作业区域，一般包括装卸区、堆场和运输通道等功能区。联运作业区是公铁联运物流中心的核心作业区。为运作高效或方便运营管理，经常会设置多处联运作业区。联运作业区数量可用转运总量与单个联运作业区转运能力的比值来计算。

（3）总体布局样式的确定。总体布局样式的确定要结合联运作业区数量、货物属性、用地规模、地形条件等因素。联运作业区数量较多时，适合采用尽端式或混合式总体布局样式，因为尽端式具有较大的扩展潜力，联运作业区之间的相互干扰也较少；货物有气味、扬尘等污染时，也应与其他联运作业区适当隔离，同样适合采用尽端式或混合式总体布局样式；当用地规模较大，且邻接主导运输方式正线呈方形时，适合采用贯通式总体布局样式，以提高运输效率。

（4）铁路专用线布设。物流中心内部的铁路专用线主要有到发线、调车线、装卸线、整备线、边修线等，其中装卸线数量最多，也是物流中心核心功能发挥之所^[11-12]。公铁联运物流中心总体布局样式主要在装卸线布置方案的基础上形成，当总体布局样式确定后，按照总体布局思路布置装卸线，同时按照相关规范要求合理插入调车线、整备线、边修线等其他站线。

2.2　构建阶段

（1）拆分与合并。同一类型功能区有时需要设置多个，彼此独立发挥作用，这时需将其拆分为不同的功能区分别进行分析。有时功能性质相近的功能区相邻设置，为简化分析工作，可将其合并进行分析。

（2）关联性分析。

①物流关系。作业单位间的物流关系可通过物流从至表及物流强度等级进行描述^[10]，物流强度等级划分如表1所示。

②非物流关系。当作业单位之间不存在大量物流，但管理、共用、交接、干扰等方面关系密切时，就不作物流关系分析，采用非物流关系作为布置依据^[13-14]。非物流关系密切程度用“密切程度”理由判定，并用“密切程度”代码来标度。公铁联运物流中心作业单位之间的非物流关系总体上可分为3类，即业务关系、管理关系和环境关系。业务关系指作业单位有生产业务需要而应当靠近的理由，包括工作流程连续，设备、人员共用，生产服务3个方面；管理关系指作业单位从管理和人员联系方面考虑，有应当靠近的理由；环境关系指作业单位从防火、防爆、防毒等安全方面考虑，或振动、噪声、烟尘等污染方面考虑，有应当靠近或远离的理由。公铁联运物流中心作业单位非物流关系“密切程度”理由代码表如表2所示，非物流关系“密切程度”等级代码表如表3所示。

③综合关系的确定。物流和非物流关系确定后，以其相对重要性比值为权值计算作业单位的综合关系值。物流强度等级和非物流关系的密切程度等级的量化数值按照以下方法取值：A=4，E=3，I=2，O=1，U=0，X=-1。根据综合关系得分，按照综合关系密切程度等级划分表，对计算出的综合关系分值进行等级划分，得到作业单位综合关系表。

（3）绘制作业单位位置相关图和面积相关图。①位置相关图。将除运输线路外的各作业单位制作为尺寸相同的方块样板，样板中央写上作业单位名称、代码，四角写上作业单位关系代码。首先要根据综合关系等级选出“A”关系数量最多的一块样板进行布局，如不存在“A”关系，则在综合关系值中选择“A”关系数量次之的样板。摆放完第一块样板后，重复上述步骤完成所有样板的布局。所有作业单位的布局完成后，得到作业单位位置相关图。②面积相关图。得到位置相关图后，在实际地形和总体布局样式中，按照位置相关图的邻接关系，对各作业单位的实际面积进行填充、布置。在布置过程中，各作业单位的面积和位置难免会冲突，这时需要对作业单位的面积大小和形状进行不断调整，直至满意。

2.3　调整阶段

（1）流线生成。流线指人和物的流动轨迹，保证流线便捷、顺畅，避免不同流线相互干扰和交叉是物流中心规划设计的基本要求。对物流中心功能区布局而言，比较重要的是货物流线、车辆流线、行人流线，以及进站、出站流线等。流线生成的方法可分为3步。第一步，将物流中心及各功能设施的出入口在初步布局图中进行标记；第二步，按最短捷原则，用有向线段连接标记点。功能设施之内用直线连接，功能设施之外用曲线沿功能设施分界线连接；第三步，用不同颜色对各类型流线进行区分，并用不同的线条粗细代表不同的流线流量。

（2）流线分析。流线分析的主要任务是分析各类流线的合理性，识别问题段落，分析问题的原因。流线分析应以流线设计的基本要求为准则，遵循以人为本的理念^[15]，综合考虑安全、效率、技术、效益等方面的因素。交通流线设计的要求有：符合相关设计规范；与作业流程相顺应；清晰明确，易于识别；便捷顺畅，避免迂回、返折；符合作业规律和生产生活特点；避免相互干扰与冲突；体现动静分离的原则；合理处理内外衔接关系；出入口应妥善权衡集散交通和减少对主干道交通干扰的关系。交通流线的问题主要有迂回、折返、干扰、冲突、堵塞等，形成这些问题的原因主要有物流中心布局结构、大小、出入口位置、走向不合理等。

（3）流线优化和布局调整。如果流线问题是因设计原因产生，就需要变更流线设计方案，如果是因布局原因产生，则需要调整功能区的位置或大小。在对交通流线和功能区进行调整优化的同时，还需要结合考虑物流中心周边影响因素。例如，根据外部路网布局合理选择物流中心门区，以及进行出、入交通流线的布设。根据周边是否有危险源、污染源，合理调整办公区、生活区、易燃易爆仓储区等敏感功能区的位置。交通流线基本形成后，再在其基础上布设物流中心内部道路。实际工作中，交通流线设计、内部道路布设和功能区调整是交互进行的，反复优化最终形成合理布局方案。

3　实例分析

（1）项目概况。某公铁联运型物流中心衔接浩吉铁路(浩勒报吉南—吉安，国铁Ⅰ级电气化铁路)。项目占地1 066 672 m²，预测发运能力1 300万t/a，主要经营煤炭储运，远期增加综合货物储运。物流中心计划设置4个煤炭联运装卸区、1个综合联运装卸区、4个煤炭仓储区、1个综合仓储区、2个集装箱作业区、1个货运车辆停车区、1个客车停车区、1处综合办公区、1处生活服务区、2个门区。

（2）布局过程。该物流中心货运量大，而且煤炭作业具有一定的污染性。为减少作业区之间的影响，结合可用地块形状，同时也考虑集约用地，最终选择尽端式总体布局样式。共设置5条装卸线，均采用1台1线。项目总体布局样式示意图如图4所示。

项目有4个煤炭联运装卸区，宜相邻布置。仓储区均宜靠近联运装卸区而设，统称为联运作业区。合并后的分区表如表4所示。

对预测得到的物流从至表，按照强度等级划分，得到物流关系表。按照非物流关系“密切程度”理由判断非物流关系，得到非物流关系表。物流关系和非物流关系权重按2∶3，计算综合关系值。对综合关系值进行研判，得到综合关系表如表5所示。

依据表5，对作业单位样板进行摆放得到位置关系图。按照位置相关图的邻接关系，对各作业单位的实际面积进行布置和调整，得到面积相关图，然后生成货物、车辆流线。货物进站流线如图5所示，空车出站流线如图6所示。

煤炭从南门进入，空车从北门出；综合货物从北门进入，空车从综合作业区出来后左转掉头仍从北门出，这样保证了综合货物和煤炭货运不接触，南门只进不出保证了大运量下的良好秩序。流线图与功能区布局方案交互优化，最终确定项目布局方案如图7所示。

（3）效果分析。项目占地狭长，各功能区总体上横列布置，有利于降低作业区之间的粉尘影响。通过功能区布置和交通流线优化，煤炭和综合货物不碰头，减少了污染隐患和交通压力。内部道路线形顺适，消除了交通冲突。设置了较多的联运作业区，有利于公铁联运的高效衔接转换。

4　结束语

基于对影响因素和工作要点的分析，提出了公铁联运物流中心功能区布局的三阶段法。从总体上将功能区布局分为总体、构建、调整3个阶段，将总体布局样式的选择纳入总体阶段；在构建阶段对公铁联运物流中心作业单位间的非物流关系“密切程度”理由进行了补充优化；在调整阶段将交通流线设计、内部道路布置和功能区位置调整相结合。该方法将内部交通线路布置和功能区布局统筹考虑，同时兼顾了外部环境影响因素，解决了其他方法普遍存在的问题，能够较好地应对公铁联运物流中心功能区布局工作。实证表明，该方法能够取得较好的布局效果。

参考文献

[1] 姬燕男.铁路物流中心功能区布局规划研究[J].铁道运输与经济，2017，39(14)：1-6.

[2] JI Yannan.Study on the Functional Area Layout Planning of Railway Logistics Center[J].Railway Transport and Economy，2017，39(14)：1-6.

[3] 张恒.基于改进遗传算法的铁路物流中心功能区布局优化研究[J].铁道货运，2022，40(1)：46-51.

[4] ZHANG Heng.Optimization of the Functional Area Layout for Railway Logistics Center Based on the Improved Genetic Algorithm[J].Railway Freight Transport，2022，40(1)：46-51.

[5] 叶玉玲，刘佳林，梁恒达，等.基于改进SLP方法的铁路物流中心布局规划研究[J].华东交通大学学报，2020，37(3)：74-83.

[6] YE Yuling， LIU Jialin， LIANG Hengda，et al.The Layout Planning of Railway Logistics Center Based on Improved SLP Method[J].Journal of East China Jiaotong University，2020，37(3)：74-83.

[7] 沈润翔.汽车滚装码头整车物流联运场站平面布局优化研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[8] SINGH S P， SINGH V K.An Improved Heuristic Approach for Multi-Objective Facility Layout Problem[J].International Journal of Production Research，2010，48(4)：1171-1194.

[9] 黄国萍，陈定方，余俊.基于功能的空间布置设计理论和方法研究[J].武汉交通科技大学学报，1999，23(2)：127-130.

[10] HUANG Guoping， CHEN Dingfang， YU Jun.Research on Theory and Method of Spatial Package Design Based on Functionality[J].Journal of Wuhan Transportation University，1999，23(2)：127-130.

[11] 苏超.物流中心功能区布局规划研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[12] 任强.基于动线型SLP的仓库布局优化实现研究[D]. 成都：成都理工大学，2020.

[13] 何西健.胶州铁路物流中心建设方案优化研究[J].铁道运输与经济，2020，42(10)：27-31.

[14] HE Xijian.A Research on Optimization Plan of Jiaozhou Railway Logistics Center[J].Railway Transport and Economy，2020，42(10)：27-31.

[15] 董千里.物流工程学[M].北京：人民交通出版社，2005.

[16] 秦宝来，刘江伟.基于价值工程理论的高速铁路建设方案优选研究[J].铁道运输与经济，2023，45(9)：96-103.

[17] QIN Baolai， LIU Jiangwei. High Speed Railway Scheme Optimization Based on Value Engineering Theory[J]. Railway Transport and Economy，2023，45(9)：96-103.

[18] 曹猛，袁振洲.雄安站铁路站场平面布置关键技术方案研究[J].铁道运输与经济，2023，45(6)：47-53.

[19] CAO Meng， YUAN Zhenzhou. Key Technical Scheme of Railway Yard Layout in Xiong’an Railway Station[J]. Railway Transport and Economy，2023，45(6)：47-53.

[20] ZHANG Y.The Design of the Warehouse Layout Based on the Non-Logistics Analysis of SLP[J].E3S Web of Conferences，2021，25303035.

[21] 孙兴斌.遵化公铁联运物流中心规划方案研究[J].铁道货运，2023，41(3)：40-47.

[22] SUN Xingbin. Research on the Planning Scheme of Zunhua Rail Transit Logistics Center[J]. Railway Freight Transport，2023，41(3)：40-47.

[23] 冯浩. 基于作业流线组织的铁路物流园区布局优化研究[D]. 成都：西南交通大学，2020.

基金资助

陕西省交通科技项目(20-20R)