世界管道物流運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)

　　在城市，配送物流是保證城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要組成部分，配送內(nèi)容包括機(jī)關(guān)單位物資供應(yīng)、市民消費(fèi)品配送、對(duì)商場(chǎng)店鋪的貨物配送以及各類商務(wù)辦公物品的流轉(zhuǎn)等.配送方式主要是通過(guò)各類車輛。但是，在目前的信息化時(shí)代，這些傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸方式在工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)和＿些大城市早已超過(guò)了其所能承受的最大極限，從而也給仍然依賴于傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸方式的城市物流配送體系帶來(lái)很大影響。據(jù)ADAC(全德汽車俱樂(lè)部)的資料，由交通問(wèn)題導(dǎo)致目前德國(guó)每年的經(jīng)濟(jì)損失約為1000億歐元。在中國(guó)，城市的交通擁堵、環(huán)境污染以及電子商務(wù)(e-business)的物流瓶頸等也都是困擾大城市的首要問(wèn)題。以地面車輛為主要方式的城市配送物流是造成城市交通擁擠和大氣污染的主要根源。而且在網(wǎng)上購(gòu)物和電子商務(wù)日益普及的今天，原始的上門配送方式無(wú)論從速度上還是形式上，都顯得有些不合時(shí)宜。
　　發(fā)展城市地下物流以及管道物流是一個(gè)新的思路，把管道物流從今天只能配送液體、氣體等物質(zhì)向配送固體物質(zhì)(包括日用品的運(yùn)輸供應(yīng)和城市垃圾的外運(yùn)等)延伸，把地面上以車輛配送為主要形式的物流轉(zhuǎn)向地下和管道中，是﹁個(gè)具有劃時(shí)代意義的研究與發(fā)展領(lǐng)域。通過(guò)實(shí)施地下管道物流，可以極大地減少城市環(huán)境污染，給人們留下明媚的陽(yáng)光、清潔的空氣和寬敞的空間；還可以大大提高物流配送速度和運(yùn)行效率，適應(yīng)電子商務(wù)和網(wǎng)上購(gòu)物發(fā)展的要求，改善人們的生活質(zhì)量。
　　2 世界管道物流運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀
　　采用管道運(yùn)輸和分送固、液、氣體的構(gòu)想已經(jīng)有幾百年的歷史了，現(xiàn)有的城市自來(lái)水、暖氣、煤氣、石油和天然氣輸送管道、排污管道可以看作管道物流的原始形式。但這些管道輸送的都是連續(xù)介質(zhì)，而本文所討論的則是固體貨物的輸送管道，這類管道物流運(yùn)輸形式可分為氣力輸送管道(Pneumatic　Pipeline)、漿體輸送管道(Slurry　Pipeline／Hydraulic　Transport)、囊體運(yùn)輸管道(Capsule　Pipeline)。    上海物流       　　2.1 氣力輸送管道(Pneumatic　Pipeline)
　　在20世紀(jì)，開(kāi)始通過(guò)管道采用氣力或水力的方法來(lái)運(yùn)輸顆粒狀的大批量貨物，氣力管道輸送是利用氣體為傳輸介質(zhì)，通過(guò)氣體的高速流動(dòng)來(lái)攜帶顆粒狀或粉末狀的物質(zhì)。可輸送的物質(zhì)種類通常有煤炭和其它礦物、水泥、谷物、粉煤灰以及其它固體廢物等等。第一個(gè)氣力管道輸送系統(tǒng)是1853年在英國(guó)倫敦建立的城市管道郵政系統(tǒng)；隨后，在1865年，由Siemens　&　Halske　Company在柏林建立了德國(guó)第一個(gè)管道郵政網(wǎng)，管道直徑為65mm，該系統(tǒng)在其全盛時(shí)期的管道總長(zhǎng)度為297km，使用達(dá)100余年，在西柏林該系統(tǒng)一直運(yùn)行到1971年，在東柏林直到1981才停止使用。近年來(lái)，管道氣力輸送開(kāi)拓了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域——管道廢物輸送，在歐洲和日本的許多大型建筑系統(tǒng)，都裝備了這種自動(dòng)化的垃圾處理管道，位于美國(guó)奧蘭多的迪斯尼世界樂(lè)園也采用了這種氣力管道系統(tǒng)，用于搜集所產(chǎn)生的垃圾。
　　在管道氣力輸送中，最重要的是吹動(dòng)固體顆粒需要較高的氣流速度，特別是固體顆粒直徑或密度較大時(shí)就更是如此。在氣力輸送中，管道的磨損和能量消耗也是較高的。因此，管道氣力輸送的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的輸送距離通常是很短的，一般不超過(guò)1km。在特殊情況下，如美國(guó)在建造胡佛大壩和大古力水壩時(shí)，就采用了大約2km長(zhǎng)的氣力管道來(lái)輸送水泥，這是相當(dāng)長(zhǎng)的氣力輸送管道。
　　氣力輸送管道多見(jiàn)于港口、車站、碼頭和大型工廠等，用于裝卸大批量的貨物。美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)(ASCE)在報(bào)告中預(yù)測(cè)：在21世紀(jì)，廢物的管道氣力輸送系統(tǒng)將成為許多建筑物(包括家庭、醫(yī)院、公寓和辦公場(chǎng)所等)常規(guī)管道系統(tǒng)的一部分，可取代卡車，將垃圾通過(guò)管道直接輸送到處理廠。這種新型的垃圾輸送方法有望成為一個(gè)快速增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)。上海物流公司
　　2.2 漿體輸送管道(Slurry　Pipeline)
　　漿體輸送是將顆粒狀的固體物質(zhì)與液體輸送介質(zhì)混合，采用泵送的方法運(yùn)輸，并在目的地將其分離出來(lái)。輸送介質(zhì)通常采用清水。
　　漿體管道一般可分為兩種類型，即粗顆粒漿體管道和細(xì)顆粒漿體管道，前者借助于液體的紊流使得較粗的固體顆粒在漿體中成懸浮狀態(tài)并通過(guò)管道進(jìn)行輸送，而后者輸送的較細(xì)顆粒一般為粉末狀，有時(shí)可均勻懸浮于漿體中。和氣力輸送類似，粗顆粒漿體管道的能耗和對(duì)管道的磨損都較大，通常只適用于特殊材料(如卵石或混凝土)的短距離輸送；而細(xì)顆粒漿體管道則相反，由于能耗低、磨損小，在運(yùn)輸距離超過(guò)100km時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性也比較好。如美國(guó)的B1ack　Mesa煤漿輸送管道總長(zhǎng)438km，管道直徑為456mm，每年從亞利桑那州的一個(gè)煤礦運(yùn)輸460萬(wàn)噸的煤到內(nèi)華達(dá)州的一個(gè)發(fā)電廠，該管道系統(tǒng)從1970年一直成功地運(yùn)行到現(xiàn)在。 上海到大連貨運(yùn) 　　美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)預(yù)測(cè)，這種方法將來(lái)可應(yīng)用于從自來(lái)水廠或污水處理廠向污泥處理廠或污泥填埋場(chǎng)輸送污泥，這方面的應(yīng)用雖然目前還沒(méi)有，但將來(lái)可能會(huì)變得非常普遍。
　　2.3 囊體運(yùn)輸管道(Capsule　Pipeline)
　　囊體運(yùn)輸管道(Capsule　Pipeline)又可分為氣力囊體運(yùn)輸管道(Pneumatic　Capsule　Pipeline-PCP)和水力囊體運(yùn)輸管道(Hydraulic　Capsule　Pipeline-HCP)兩類。
　　PCP利用空氣作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，囊狀體作為貨物的運(yùn)載工具。由于空氣遠(yuǎn)比水輕，囊體不可能懸浮在管道中，為了在大直徑管道中運(yùn)輸較重的貨物，必須采用帶輪的運(yùn)輸囊體(如圖1和2)。PCP系統(tǒng)中的囊體運(yùn)行速度(10m／s)遠(yuǎn)高于HCP系統(tǒng)(2m／s)，所以，PCP系統(tǒng)更適合于需要快速輸送的貨物(如郵件或包裹、新鮮的蔬菜、水果等)；而HCP系統(tǒng)在運(yùn)輸成本上則比PCP系統(tǒng)更有競(jìng)爭(zhēng)力，適合于輸送如固體廢物等不需要即時(shí)運(yùn)輸?shù)拇笈�量貨物�?上海貨運(yùn)公司
　　大部分氣力管道系統(tǒng)是在19世紀(jì)的下半葉到20世紀(jì)的上半葉興建并投入運(yùn)行的，這里值得一提的是20世紀(jì)60年代初德國(guó)漢堡的大直徑管道郵政系統(tǒng)，其管道直徑為450mm，由于運(yùn)輸工具的尺寸和重量較大，其下部安裝有滾輪，運(yùn)輸速度為36km／h。從技術(shù)上來(lái)看，該系統(tǒng)運(yùn)行一直非常良好，但是由于該系統(tǒng)的時(shí)代性，終于在1976年經(jīng)歷了16年之后由于經(jīng)濟(jì)原因而關(guān)閉。英國(guó)倫敦在1927年建成了一個(gè)被稱為“Mail　Rail”的地下運(yùn)輸系統(tǒng)，用于在倫敦市區(qū)的郵局之間進(jìn)行郵件傳送，該系統(tǒng)至今仍在運(yùn)行之中；另外，在倫敦還有一條新的自動(dòng)化地下管道運(yùn)輸系統(tǒng)，管道的內(nèi)徑為2.74m，每輛運(yùn)輸車的運(yùn)輸能力為1g屯，行駛速度可達(dá)60km／h。二戰(zhàn)以后，在其他一些國(guó)家也分別建立了各具特色的氣力管道輸送系統(tǒng)，其直徑達(dá)到或者超過(guò)1000mm，其中兩個(gè)具有代表性的例子：一是前蘇聯(lián)的“Transprogress”系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直徑為1220mm的鋼制運(yùn)輸管道，可輸送單個(gè)的集裝箱或者裝有集裝箱的運(yùn)輸車；二是建于美國(guó)Georgia州的“Tubexpress”系統(tǒng)。上海到遼寧托運(yùn)物流
　　1972年，日本的住友株式會(huì)社將管道運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，建立了一條貨物運(yùn)輸管道，用于從一個(gè)石灰石礦向水泥廠運(yùn)送石灰石，從1983年開(kāi)始，其年輸送能力達(dá)到200萬(wàn)噸。其采用的管道形式有兩種：圓形管道(圖1)和方形管道(圖2)，這兩種系統(tǒng)均由日本Somitomo金屬工業(yè)興建并成功地運(yùn)行。其中圓形的管道是用來(lái)運(yùn)輸石灰石等，方形管道是用來(lái)在TRANBBS施工較長(zhǎng)隧道或高速公路時(shí)，運(yùn)輸挖掘下來(lái)的巖石和建筑材料等。另外，日本的郵政和通訊部還提出要在東京的深部地下空間(50—70m)修建一個(gè)“Tokyo　L-net”用來(lái)連接?xùn)|京市中心的郵政局并用來(lái)運(yùn)送其它貨物。
　　目前美國(guó)在囊體管道方面的研究主要集中在利用電磁馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸囊體。密蘇里哥倫比亞大學(xué)囊體管道研究中心(CPRC)和明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究者正在研究線感電機(jī)(11M)作為囊體驅(qū)動(dòng)裝置；佛羅里達(dá)正在研究利用線性同步電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)囊體。上海到沈陽(yáng)大件運(yùn)輸
　　2.4 德國(guó)的CargoCap
　　以上應(yīng)用實(shí)例只能看作是管道物流的初級(jí)形式，美、荷以及日本的研究主要集中在管道的水力和氣力輸送以及大型的地下貨物運(yùn)輸系統(tǒng)(UFTS)，德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)D.Stein教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在1998年得到北萊茵威斯特法倫州政府的資助開(kāi)始研究Cargocap地下管道物流配送系統(tǒng)。這一系統(tǒng)應(yīng)該是目前管道物流系統(tǒng)的最高級(jí)形式，運(yùn)輸工具按照空氣動(dòng)力學(xué)的原理進(jìn)行TRANBBS設(shè)計(jì)，下面采用滾輪來(lái)承受荷載，在側(cè)面安裝導(dǎo)向輪來(lái)控制運(yùn)行軌跡，所需的有關(guān)輔助裝置直接安裝于管道中。運(yùn)輸工具由傳統(tǒng)的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在無(wú)人駕駛的條件下在直徑約為2m的地下管道線路中運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。在系統(tǒng)中單個(gè)運(yùn)輸車的運(yùn)行是自動(dòng)的，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)向和控制；盡管運(yùn)輸車之間不通過(guò)任何機(jī)械的方法進(jìn)行連接，在運(yùn)輸任務(wù)較大時(shí)，也可以使他們之間的距離很小，進(jìn)行編組運(yùn)輸，其最小間距可以通過(guò)雷達(dá)控制系統(tǒng)控制在2.Om。在這一控制系統(tǒng)中，運(yùn)輸車可以自由地出入海一個(gè)運(yùn)輸編組而不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行速度的降低(圖3和圖4)。在正常情況下，通過(guò)這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)36km／h的恒定運(yùn)輸速度。這種地下管道快捷物流運(yùn)輸系統(tǒng)，將和傳統(tǒng)的地面交通和城市地下軌道交通共同組成未來(lái)城市立體化交通運(yùn)輸系統(tǒng)，其優(yōu)越性在于：可以實(shí)現(xiàn)污染物零排放、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，且沒(méi)有噪聲污染；系統(tǒng)運(yùn)行能耗低、成本低；運(yùn)輸工具長(zhǎng)壽命、不需要頻繁維修，可實(shí)現(xiàn)高效，智能化、無(wú)中斷物流運(yùn)輸；和其它地面交通互不影響；運(yùn)行速度快、準(zhǔn)時(shí)、安全；可以構(gòu)建電子商務(wù)急需的現(xiàn)代快速物流運(yùn)輸系統(tǒng)，不受氣候和天氣的影響等。 上海到遼寧省專線
　　該系統(tǒng)的最終發(fā)展目標(biāo)是形成一個(gè)連接城市各居民樓或生活小區(qū)的地下管道物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，并達(dá)到高度智能化，人們購(gòu)買任何商品都只需點(diǎn)一下鼠標(biāo)，所購(gòu)商品就像自來(lái)水一樣通過(guò)地下管道很快地“流入”家中。
　　該課題組于2002年初又得到州政府的資助，現(xiàn)正開(kāi)展試驗(yàn)段的研究工作。同時(shí)，Stein教授還正在積極爭(zhēng)取德國(guó)聯(lián)邦政府的資金支持，計(jì)劃在德國(guó)魯爾工業(yè)區(qū)修建一條從多特蒙德到杜伊斯堡的長(zhǎng)約80km地下管道物流配送系統(tǒng)。
　　3 發(fā)展管道物流運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)分析
　　管道物流，特別是城市地下管道物流，是一項(xiàng)綜合性跨學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涉及經(jīng)濟(jì)學(xué)、地下工程、機(jī)械工程、電子工程、運(yùn)輸工程和信息技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，需要考慮城市布局、交通規(guī)劃、物流管理、物資分撥與配送、地下管道工程施工、機(jī)械傳輸自動(dòng)化和信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化等多個(gè)方面。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究初期，可以先就其關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究：上海到沈陽(yáng)托運(yùn)
　　·分析論述適合我國(guó)國(guó)情的管道物流系統(tǒng)模式、發(fā)展前景和重大社會(huì)與歷史意義，及對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)；
　　·分析研究地下管道物流對(duì)城市配送物流、城市可持續(xù)發(fā)展、城市環(huán)境改善與城市生活質(zhì)量提高的作用和影響；
　　·地下物流管道的工程建設(shè)技術(shù)一一現(xiàn)代非開(kāi)挖地下管線工程技術(shù)：這是在城市地下施工地下管線的最理想的施工方法，與傳統(tǒng)的開(kāi)挖式施工方法相比，非開(kāi)挖施工方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)對(duì)城市道路及相鄰的設(shè)施和建筑物造成損害；施工中無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)，不會(huì)造成空氣污染；對(duì)地面交通基本無(wú)干擾；施工時(shí)對(duì)公眾影響小；對(duì)城市生態(tài)環(huán)境破壞程度小。近年來(lái)，隨著國(guó)際研發(fā)的不斷開(kāi)展，非開(kāi)挖施工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)高的技術(shù)水平，使得在不開(kāi)挖的條件下鋪設(shè)各種地下管道成為可能；
　　·運(yùn)輸工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)方式和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，目前國(guó)際上研究較多的是線感電機(jī)，但也可以考慮采用常規(guī)的同步電機(jī)；
　　·監(jiān)控技術(shù)：可以考慮采用物流運(yùn)輸領(lǐng)域已經(jīng)成熟的條碼識(shí)別技術(shù)、GPS系統(tǒng)，或者閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、雷達(dá)控制系統(tǒng)等，對(duì)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制；
　　·地下物流運(yùn)輸管道直徑的合理選擇和優(yōu)化。上海大連托運(yùn)
　　4 結(jié)論
　　總之，地下管道物流研究要解決的關(guān)鍵問(wèn)題主要集中在工程規(guī)劃建設(shè)和相關(guān)技術(shù)、自動(dòng)化傳輸和監(jiān)控技術(shù)和成本效益分析三個(gè)方面。