鐵路冷鏈物流基地設(shè)施布局優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李春雨，李長淮，王 言

（1. 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 發(fā)展和改革部，北京 100844；2. 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司軌道交通工程信息化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043；3. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081)

隨著社會結(jié)構(gòu)的演進(jìn)與生活水平的提高，冷鏈物流呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，據(jù)國外市場研究公司(RESEARCH AND MARKETS)發(fā)布資料，2015—2020年，全球冷鏈?zhǔn)袌瞿陱?fù)合增長率達(dá)7%[1]。目前，美國、日本等發(fā)達(dá)國家以及歐洲冷鏈流通率可達(dá)80% ～ 90%；俄羅斯和東歐等國家約在50%左右；而中國、印度等發(fā)展中國家則在10% ～ 20%。鐵路冷鏈物流主要在中長途冷鏈物流中發(fā)揮作用，其中俄羅斯、美國鐵路冷鏈運(yùn)量分別占總運(yùn)量的15%與10%[2]，2019年我國鐵路冷鏈運(yùn)量僅占總運(yùn)量的0.92%，因而我國鐵路冷鏈物流市場有巨大發(fā)展?jié)摿3]。目前，我國還未構(gòu)建起完整的鐵路冷鏈物流體系，而鐵路冷鏈物流基地的建設(shè)是鐵路冷鏈物流發(fā)展的核心，亟需加快研究不同模式下鐵路冷鏈物流基地的平面布局及設(shè)施設(shè)備配置優(yōu)化。

1 鐵路冷鏈物流基地需求

1.1 社會生鮮食品冷鏈物流需求

據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，近10年來我國生鮮農(nóng)副產(chǎn)品產(chǎn)量在逐年增長，2010—2019年生鮮農(nóng)副產(chǎn)品產(chǎn)量趨勢及增長率如圖1所示。2019年主要生鮮農(nóng)副產(chǎn)品總產(chǎn)量超12億t，蔬菜及水果年均增長率均保持3%以上。2019年各品類占總量比例為：蔬菜59.93%，水果22.78%，肉類6.48%，水產(chǎn)品5.4%，禽蛋2.74%，奶類2.66%。

圖1 2010—2019年生鮮農(nóng)副產(chǎn)品產(chǎn)量趨勢及增長率Fig.1 Output trend and growth rate of fresh agricultural and sideline products from 2010 to 2019

生鮮食品在加工、儲運(yùn)、配送及銷售等過程中大多需要冷藏條件。自2012年，生鮮食品冷鏈物流需求量呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢，增長率維持在13% ～ 28%間波動，2019年生鮮食品冷鏈物流需求量達(dá)到2.35億t，同比增長25%。據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會冷鏈物流專業(yè)委員會測算數(shù)據(jù)，2025年國內(nèi)生鮮食品冷鏈物流需求量將達(dá)6.22億t。2012—2019年生鮮食品冷鏈物流市場需求及2025年需求預(yù)測如表1所示。

根據(jù)2019年國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，蔬菜、水果、肉類、水產(chǎn)品及奶類的產(chǎn)銷供給從產(chǎn)量分布來看，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地相對集中，主要分布在山東、河南、河北、江蘇、四川、廣西、廣東、湖北、湖南等地，占全國總產(chǎn)量的60.48%；從消費(fèi)量分布來看，主要受區(qū)域產(chǎn)地、人口及經(jīng)濟(jì)情況影響，首先主產(chǎn)地即為主銷地，其次經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部沿海及中南部地區(qū)是主要消費(fèi)地。綜合產(chǎn)銷分布情況，農(nóng)產(chǎn)品在全國的產(chǎn)區(qū)呈中部南北向帶狀分布，消費(fèi)區(qū)則呈東部沿海帶狀分布。由于各個(gè)地區(qū)品類之間的差異，形成“南—北”“東—西”之間的冷鏈運(yùn)輸需求通道。

1.2 鐵路冷鏈物流需求

自2014年起，鐵路冷鏈運(yùn)量持續(xù)增長，占社會生鮮食品冷鏈物流需求量比例呈現(xiàn)先降后增趨勢。雖然2020年受到新冠肺炎疫情影響，鐵路冷鏈物流運(yùn)量同比2019年同期略有下滑，但隨著鐵路“十四五”冷鏈物流基地規(guī)劃布局完善、鐵路冷鏈通道規(guī)劃建設(shè)、鐵路冷鏈物流新型技術(shù)裝備研發(fā)、運(yùn)輸組織模式創(chuàng)新及大力拓展市場等因素影響，結(jié)合鐵路冷鏈運(yùn)量變化情況，預(yù)計(jì)“十四五”期間鐵路冷鏈運(yùn)量將保持穩(wěn)步增長，市場份額也將保持較為穩(wěn)定的態(tài)勢，穩(wěn)定在1%左右[4]。2012—2019年鐵路冷鏈物流運(yùn)量及2025年運(yùn)輸需求預(yù)測如表2所示。2025年，鐵路冷鏈物流運(yùn)量遠(yuǎn)高于2019年，因而迫切需要配套的鐵路冷鏈物流基地支撐鐵路冷鏈物流的發(fā)展。

表1 2012—2019年生鮮食品冷鏈物流市場需求及2025年需求預(yù)測Tab.1 Fresh food cold chain logistics market demand in 2012-2019 and demand forecast up to 2025

表2 2012—2019年鐵路冷鏈物流運(yùn)量及2025年運(yùn)輸需求預(yù)測Tab.2 Railway cold chain logistics traffic volume in 2012-2019 and transportation demand forecast up to 2025

1.3 鐵路冷鏈物流基地功能與分類

鐵路冷鏈物流基地通過設(shè)施設(shè)備、技術(shù)方法、組織管理等資源為客戶提供各種物流服務(wù)，主要包括基礎(chǔ)物流服務(wù)、增值物流服務(wù)和配套服務(wù)。其中，基礎(chǔ)物流服務(wù)含冷鏈運(yùn)輸、監(jiān)控倉儲、裝卸搬運(yùn)、配送、包裝、流通加工等服務(wù)，增值物流服務(wù)主要包括物流方案設(shè)計(jì)或管理、商貿(mào)展示、金融服務(wù)、信息服務(wù)等，配套服務(wù)主要包括保稅監(jiān)管、物流業(yè)務(wù)培訓(xùn)，以及為設(shè)置提供維修、租賃和物業(yè)出租的配套類服務(wù)。鐵路冷鏈物流基地有按照作業(yè)規(guī)模分類與按照服務(wù)功能分類的2種分類方式：按照作業(yè)規(guī)模分為區(qū)域級、地區(qū)級、驛站節(jié)點(diǎn)型3級，按照服務(wù)功能分為基礎(chǔ)型、聯(lián)運(yùn)型及綜合型3種。

鐵路冷鏈物流基地有3大類13小類經(jīng)營業(yè)態(tài)形式，借鑒社會物流基地和鐵路現(xiàn)有冷鏈物流基地實(shí)際功能配置經(jīng)驗(yàn)，鐵路冷鏈物流基地主要包括3大主要業(yè)態(tài)的31個(gè)物流功能，同時(shí)考慮鐵路冷鏈物流基地4項(xiàng)主要公共服務(wù)功能，形成包含35項(xiàng)功能的鐵路冷鏈物流功能庫[4]。冷鏈物流功能區(qū)主要服務(wù)于肉類、水產(chǎn)、乳品、果蔬、花卉、速凍食品及其他特殊冷鏈貨物的綜合物流服務(wù)，應(yīng)具有冷鏈貨物的冷藏運(yùn)輸、控溫倉儲、流通加工、冷藏配送等基本物流服務(wù)功能，庫存管理、商貿(mào)、金融、信息服務(wù)等供應(yīng)鏈服務(wù)功能，保稅監(jiān)管、業(yè)務(wù)培訓(xùn)等配套物流服務(wù)功能及資金結(jié)算、餐飲娛樂等公共服務(wù)功能。其中，冷藏運(yùn)輸、溫控倉儲配送等屬于鐵路冷鏈物流基地專有功能。

（1）冷藏集裝箱功能區(qū)。針對多式聯(lián)運(yùn)業(yè)務(wù)，專門服務(wù)于冷藏箱運(yùn)輸?shù)墓δ軈^(qū)。冷藏集裝箱功能區(qū)應(yīng)具有冷藏集裝箱的運(yùn)輸、裝卸、堆存、配送、掏裝箱、信息服務(wù)等物流服務(wù)功能，還應(yīng)具有冷藏集裝箱運(yùn)輸特有的貨物預(yù)冷、箱體維修、冷藏箱清洗與消毒、空箱調(diào)配等功能。冷藏集裝箱功能區(qū)按作業(yè)流程一般分為裝卸作業(yè)區(qū)、中轉(zhuǎn)暫存區(qū)等，主要設(shè)施包括集裝箱作業(yè)場地、道路、充電樁、正面吊等。

（2）溫控倉儲配送功能區(qū)。針對區(qū)域配送業(yè)務(wù)，服務(wù)于冷鏈貨物存儲、配送、庫存管理的功能區(qū)。按作業(yè)流程一般分為收貨區(qū)、分揀區(qū)、儲存區(qū)、集配區(qū)、發(fā)貨區(qū)和退貨處理區(qū)等，以適應(yīng)現(xiàn)代流通和消費(fèi)需求的需要，根據(jù)貨物品類需要相應(yīng)配置常溫庫、恒溫庫、冷藏庫和冷凍庫等。倉庫一般分通用標(biāo)準(zhǔn)化倉庫和定制化倉庫。通用標(biāo)準(zhǔn)化倉庫一般提供出入庫、存儲、配送、信息服務(wù)等功能。定制化倉庫則根據(jù)客戶具體需求而定，提供貨物出入庫、存儲、配送、庫存管理、區(qū)域分撥和貨物信息處理等服務(wù)功能。

2 鐵路冷鏈物流基地設(shè)計(jì)

2.1 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

為便于模塊化設(shè)計(jì)鐵路冷鏈物流基地業(yè)態(tài)形式，依據(jù)鐵路冷鏈物流基地業(yè)務(wù)盈利模式差異，結(jié)合客戶主要需求細(xì)分，按照鐵路冷鏈物流基地的基礎(chǔ)物流服務(wù)、增值物流服務(wù)和配套服務(wù)分類，遵循現(xiàn)代冷鏈物流組織理念，對鐵路冷鏈物流基地業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括總體業(yè)務(wù)流程、溫控倉儲業(yè)務(wù)流程、配送業(yè)務(wù)流程、運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程等。

（1）總體業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)?？傮w業(yè)務(wù)流程是明確基地內(nèi)運(yùn)輸、倉儲、配送、流通加工等主要物流功能間的關(guān)系，從整體上順暢業(yè)務(wù)流程。由于鐵路冷鏈物流基地涉及主體類型復(fù)雜、數(shù)量較多，且資金流與業(yè)務(wù)流基本保持逆向關(guān)系，因而需要系統(tǒng)分析并結(jié)合鐵路冷鏈物流基地業(yè)態(tài)定位，針對業(yè)務(wù)流和信息流展開設(shè)計(jì)，構(gòu)建鐵路冷鏈物流基地總體業(yè)務(wù)流程圖。鐵路冷鏈物流基地內(nèi)部物流作業(yè)總體流程圖如圖2所示。

解析： 圍繞“概述細(xì)胞都由質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜將細(xì)胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質(zhì)的進(jìn)出，并參與細(xì)胞間的信息交流”這一核心概念的具體要求，從葉綠體、溶酶體、核膜和線粒體等生物膜為出發(fā)點(diǎn)命題。其中A選項(xiàng)實(shí)則考查光反應(yīng)過程，包括水的光解和ATP合成兩個(gè)物質(zhì)變化，因參與兩個(gè)物質(zhì)變化的過程的酶都在類囊體膜上，決定了光反應(yīng)在類囊體膜上進(jìn)行。學(xué)生需要在類囊體是光反應(yīng)的場所的抽象知識基礎(chǔ)上，聯(lián)想光反應(yīng)的過程，概括出選項(xiàng)的答案，并且在其他選項(xiàng)中在大腦里抽取對應(yīng)的知識點(diǎn)，避免相似知識點(diǎn)的混淆作用并快速作答。

圖2 鐵路冷鏈物流基地內(nèi)部物流作業(yè)總體流程Fig.2 Overall process of internal logistics operation in railway cold chain logistics center

（2）溫控倉儲業(yè)務(wù)流程。溫控倉儲是冷鏈物流業(yè)務(wù)的核心功能，與其他業(yè)務(wù)功能有著不同程度的聯(lián)系，對溫控倉儲流程進(jìn)行分析是整個(gè)基地作業(yè)流程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要包括進(jìn)站環(huán)節(jié)、入庫環(huán)節(jié)、庫存管理以及出庫環(huán)節(jié)4個(gè)部分。鐵路冷鏈物流基地倉儲業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 鐵路冷鏈物流基地倉儲業(yè)務(wù)流程Fig.3 Warehousing business process of railway cold chain logistics center

（3）配送業(yè)務(wù)流程分析。配送業(yè)務(wù)是冷鏈物流業(yè)務(wù)流程中最末端服務(wù)活動，打通貨物“門到門”服務(wù)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。其業(yè)務(wù)流程主要包括備貨、理貨以及送貨3個(gè)基本環(huán)節(jié)，其中，備貨環(huán)節(jié)屬于溫控倉儲或暫存業(yè)務(wù)內(nèi)，與出庫作業(yè)密切聯(lián)系。鐵路冷鏈物流基地配送業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

（4）運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程分析。運(yùn)輸業(yè)務(wù)作為鐵路的核心競爭力，為貨物創(chuàng)造空間價(jià)值，其作業(yè)流程的好壞會直接影響物流中心的集散效能。結(jié)合當(dāng)前鐵路冷鏈運(yùn)輸作業(yè)要求，冷鏈運(yùn)輸流程主要包括運(yùn)輸準(zhǔn)備、園內(nèi)運(yùn)輸以及運(yùn)輸環(huán)節(jié)3個(gè)部分。鐵路冷鏈物流基地內(nèi)部運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程如圖5所示。

2.2 平面布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

平面布置理論目前主要有擺樣法、圖解法、數(shù)學(xué)模型法、系統(tǒng)布置SLP法、計(jì)算機(jī)關(guān)系布置規(guī)劃法、自動布置設(shè)計(jì)程序法、多層倉庫定量布置程序方法等。綜合考慮各種方法的適應(yīng)條件和優(yōu)劣勢，SLP方法更能反映出各功能區(qū)間的密切關(guān)系，又能夠充分融合專家意見，因而選取改進(jìn)的SLP平面布置理論與方法[5-6]。綜合考慮各功能區(qū)間的物流和非物流關(guān)系，采用加權(quán)方法對物流和非物流關(guān)系進(jìn)行綜合分析，建立綜合相關(guān)性表，構(gòu)建鐵路冷鏈物流基地功能區(qū)布局模型，采用遺傳算法[7-8]求解功能區(qū)布局模型，得到平面構(gòu)成要素中的相鄰布局，為工程提供優(yōu)化方案。

圖4 鐵路冷鏈物流基地配送業(yè)務(wù)流程Fig.4 Distribution business process of railway cold chain logistics center

圖5 鐵路冷鏈物流基地內(nèi)部運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程Fig.5 Internal transportation business process of railway cold chain logistics center

例如，某個(gè)鐵路冷鏈物流基地，指定設(shè)置倉儲配送區(qū)、流通加工區(qū)、冷藏集裝箱作業(yè)區(qū)、鐵路裝卸線、綜合辦公區(qū)、生活服務(wù)區(qū)和停車區(qū)7個(gè)功能分區(qū)，計(jì)劃建設(shè)面積為70 000 m2，設(shè)計(jì)為矩形，長為350 m，寬為200 m，預(yù)計(jì)月儲運(yùn)貨量為500萬t。經(jīng)模型求解計(jì)算，鐵路冷鏈物流基地各功能區(qū)布局如圖6所示。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)鐵路平面布置設(shè)計(jì)方法，完成鐵路冷鏈物流基地平面布置設(shè)計(jì)。

2.3 設(shè)施設(shè)備分類及配置方法

鐵路冷鏈物流基地設(shè)施設(shè)備的配置、選擇是冷鏈物流基地建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，冷鏈設(shè)施設(shè)備一般投資大、使用期限長，應(yīng)遵循系統(tǒng)化、適用性、先進(jìn)性、低成本、可靠性、安全性、一機(jī)多用、滿足工藝、生產(chǎn)和管理要求的原則進(jìn)行配置和選型。

（2）配置方法。鐵路冷鏈物流基地設(shè)備配置應(yīng)滿足客戶個(gè)性化需求，將鐵路冷鏈物流基地功能區(qū)客戶需求分為接收、入庫、分撥、倉儲、加工、包裝、出庫7大作業(yè)環(huán)節(jié)。結(jié)合功能庫，構(gòu)建每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)對應(yīng)的業(yè)務(wù)功能；結(jié)合設(shè)備庫，構(gòu)建每項(xiàng)業(yè)務(wù)功能對應(yīng)的備選設(shè)備；結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研，確定每個(gè)備選設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。設(shè)備配置原理屬于四階“一對多”復(fù)雜問題。為此，根據(jù)需求傳遞理論，按“需求→功能→設(shè)施設(shè)備→參數(shù)”多層傳遞的方法確定鐵路冷鏈物流基地設(shè)施設(shè)備配置方案。鐵路冷鏈物流基地設(shè)備配置模型框架如圖7所示。

圖6 鐵路冷鏈物流基地各功能區(qū)布局Fig.6 The layout of each functional area of railway cold chain logistics center

表3 鐵路冷鏈物流基地設(shè)備分類Tab.3 Equipment classification for railway cold chain logistics center

結(jié)合鐵路冷鏈設(shè)施設(shè)備分類及選型，根據(jù)溫度高低、用途及規(guī)模大小、制冷劑及制冷形式、結(jié)構(gòu)形式等方面對土建式、裝配式及組裝式3種結(jié)構(gòu)類型的冷庫進(jìn)行分析，按照上述多層傳遞方法研究冷庫設(shè)施及制冷保鮮、裝卸搬運(yùn)、貨架存儲等設(shè)備的配置條件、配置數(shù)量及設(shè)施設(shè)備計(jì)算能力等，并結(jié)合鐵路冷鏈物流基地周邊工程建設(shè)條件和運(yùn)輸組織要求提出合理化建議。綜合考慮冷庫設(shè)施能力、設(shè)備技術(shù)先進(jìn)性和購置成本、客戶個(gè)性化需求等因素，提出鐵路冷鏈物流基地設(shè)施設(shè)備配置方案。

3 結(jié)束語

鐵路冷鏈物流基地平面布局及設(shè)施設(shè)備配置方法是以市場需求為導(dǎo)向，結(jié)合冷鏈物流供應(yīng)鏈一體化要求，提出適應(yīng)不同冷鏈業(yè)態(tài)需求的方法和技術(shù)。然而，還需要以效益最優(yōu)為目標(biāo)，發(fā)展立體式自動化設(shè)施設(shè)備，在整合鐵路冷鏈物流基地信息系統(tǒng)資源基礎(chǔ)上，應(yīng)用成熟的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，推進(jìn)服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和物流狀態(tài)可視化，為客戶提供多元化、現(xiàn)代化、專業(yè)化的鐵路冷鏈物流服務(wù)。

圖7 鐵路冷鏈物流基地設(shè)備配置模型框架Fig.7 Framework of facility and equipment configuration model for railway cold chain logistics center