世界管道物流運輸?shù)陌l(fā)展趨勢

　　在城市，配送物流是保證城市正常運轉(zhuǎn)的重要組成部分，配送內(nèi)容包括機關(guān)單位物資供應(yīng)、市民消費品配送、對商場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各類車輛。但是，在目前的信息化時代，這些傳統(tǒng)的交通運輸方式在工業(yè)發(fā)達的地區(qū)和＿些大城市早已超過了其所能承受的最大極限，從而也給仍然依賴于傳統(tǒng)的交通運輸方式的城市物流配送體系帶來很大影響。據(jù)ADAC(全德汽車俱樂部)的資料，由交通問題導致目前德國每年的經(jīng)濟損失約為1000億歐元。在中國，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)上購物和電子商務(wù)日益普及的今天，原始的上門配送方式無論從速度上還是形式上，都顯得有些不合時宜。
　　發(fā)展城市地下物流以及管道物流是一個新的思路，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)(包括日用品的運輸供應(yīng)和城市垃圾的外運等)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﹁個具有劃時代意義的研究與發(fā)展領(lǐng)域。通過實施地下管道物流，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行效率，適應(yīng)電子商務(wù)和網(wǎng)上購物發(fā)展的要求，改善人們的生活質(zhì)量。
　　2 世界管道物流運輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀
　　采用管道運輸和分送固、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)、囊體運輸管道(Capsule　Pipeline)。    上海物流       　　2.1 氣力輸送管道(Pneumatic　Pipeline)
　　在20世紀，開始通過管道采用氣力或水力的方法來運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)，通過氣體的高速流動來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。第一個氣力管道輸送系統(tǒng)是1853年在英國倫敦建立的城市管道郵政系統(tǒng)；隨后，在1865年，由Siemens　&　Halske　Company在柏林建立了德國第一個管道郵政網(wǎng)，管道直徑為65mm，該系統(tǒng)在其全盛時期的管道總長度為297km，使用達100余年，在西柏林該系統(tǒng)一直運行到1971年，在東柏林直到1981才停止使用。近年來，管道氣力輸送開拓了一個新的應(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)，都裝備了這種自動化的垃圾處理管道，位于美國奧蘭多的迪斯尼世界樂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、實用的輸送距離通常是很短的，一般不超過1km。在特殊情況下，如美國在建造胡佛大壩和大古力水壩時，就采用了大約2km長的氣力管道來輸送水泥，這是相當長的氣力輸送管道。
　　氣力輸送管道多見于港口、車站、碼頭和大型工廠等，用于裝卸大批量的貨物。美國土木工程師學會(ASCE)在報告中預(yù)測：在21世紀，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、公寓和辦公場所等)常規(guī)管道系統(tǒng)的一部分，可取代卡車，將垃圾通過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快速增長的產(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，采用泵送的方法運輸，并在目的地將其分離出來。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)并通過管道進行輸送，而后者輸送的較細顆粒一般為粉末狀，有時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；而細顆粒漿體管道則相反，由于能耗低、磨損小，在運輸距離超過100km時，其經(jīng)濟性也比較好。如美國的B1ack　Mesa煤漿輸送管道總長438km，管道直徑為456mm，每年從亞利桑那州的一個煤礦運輸460萬噸的煤到內(nèi)華達州的一個發(fā)電廠，該管道系統(tǒng)從1970年一直成功地運行到現(xiàn)在。 上海到大連貨運 　　美國土木工程師學會預(yù)測，這種方法將來可應(yīng)用于從自來水廠或污水處理廠向污泥處理廠或污泥填埋場輸送污泥，這方面的應(yīng)用雖然目前還沒有，但將來可能會變得非常普遍。
　　2.3 囊體運輸管道(Capsule　Pipeline)
　　囊體運輸管道(Capsule　Pipeline)又可分為氣力囊體運輸管道(Pneumatic　Capsule　Pipeline-PCP)和水力囊體運輸管道(Hydraulic　Capsule　Pipeline-HCP)兩類。
　　PCP利用空氣作為驅(qū)動介質(zhì)，囊狀體作為貨物的運載工具。由于空氣遠比水輕，囊體不可能懸浮在管道中，為了在大直徑管道中運輸較重的貨物，必須采用帶輪的運輸囊體(如圖1和2)。PCP系統(tǒng)中的囊體運行速度(10m／s)遠高于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)在運輸成本上則比PCP系統(tǒng)更有競爭力，適合于輸送如固體廢物等不需要即時運輸?shù)拇笈�量貨物�?上海貨運公司
　　大部分氣力管道系統(tǒng)是在19世紀的下半葉到20世紀的上半葉興建并投入運行的，這里值得一提的是20世紀60年代初德國漢堡的大直徑管道郵政系統(tǒng)，其管道直徑為450mm，由于運輸工具的尺寸和重量較大，其下部安裝有滾輪，運輸速度為36km／h。從技術(shù)上來看，該系統(tǒng)運行一直非常良好，但是由于該系統(tǒng)的時代性，終于在1976年經(jīng)歷了16年之后由于經(jīng)濟原因而關(guān)閉。英國倫敦在1927年建成了一個被稱為“Mail　Rail”的地下運輸系統(tǒng)，用于在倫敦市區(qū)的郵局之間進行郵件傳送，該系統(tǒng)至今仍在運行之中；另外，在倫敦還有一條新的自動化地下管道運輸系統(tǒng)，管道的內(nèi)徑為2.74m，每輛運輸車的運輸能力為1g屯，行駛速度可達60km／h。二戰(zhàn)以后，在其他一些國家也分別建立了各具特色的氣力管道輸送系統(tǒng)，其直徑達到或者超過1000mm，其中兩個具有代表性的例子：一是前蘇聯(lián)的“Transprogress”系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直徑為1220mm的鋼制運輸管道，可輸送單個的集裝箱或者裝有集裝箱的運輸車；二是建于美國Georgia州的“Tubexpress”系統(tǒng)。上海到遼寧托運物流
　　1972年，日本的住友株式會社將管道運輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，建立了一條貨物運輸管道，用于從一個石灰石礦向水泥廠運送石灰石，從1983年開始，其年輸送能力達到200萬噸。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)興建并成功地運行。其中圓形的管道是用來運輸石灰石等，方形管道是用來在TRANBBS施工較長隧道或高速公路時，運輸挖掘下來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“Tokyo　L-net”用來連接東京市中心的郵政局并用來運送其它貨物。
　　目前美國在囊體管道方面的研究主要集中在利用電磁馬達來驅(qū)動運輸囊體。密蘇里哥倫比亞大學囊體管道研究中心(CPRC)和明尼蘇達大學的研究者正在研究線感電機(11M)作為囊體驅(qū)動裝置；佛羅里達正在研究利用線性同步電機來驅(qū)動囊體。上海到沈陽大件運輸
　　2.4 德國的CargoCap
　　以上應(yīng)用實例只能看作是管道物流的初級形式，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輸系統(tǒng)(UFTS)，德國波鴻魯爾大學D.Stein教授領(lǐng)導的課題組在1998年得到北萊茵威斯特法倫州政府的資助開始研究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)的最高級形式，運輸工具按照空氣動力學的原理進行TRANBBS設(shè)計，下面采用滾輪來承受荷載，在側(cè)面安裝導向輪來控制運行軌跡，所需的有關(guān)輔助裝置直接安裝于管道中。運輸工具由傳統(tǒng)的三相電機驅(qū)動，在無人駕駛的條件下在直徑約為2m的地下管道線路中運行，同時通過雷達監(jiān)控系統(tǒng)對其進行監(jiān)控。在系統(tǒng)中單個運輸車的運行是自動的，通過計算機對其進行導向和控制；盡管運輸車之間不通過任何機械的方法進行連接，在運輸任務(wù)較大時，也可以使他們之間的距離很小，進行編組運輸，其最小間距可以通過雷達控制系統(tǒng)控制在2.Om。在這一控制系統(tǒng)中，運輸車可以自由地出入海一個運輸編組而不會導致運行速度的降低(圖3和圖4)。在正常情況下，通過這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)36km／h的恒定運輸速度。這種地下管道快捷物流運輸系統(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城市立體化交通運輸系統(tǒng)，其優(yōu)越性在于：可以實現(xiàn)污染物零排放、對環(huán)境無污染，且沒有噪聲污染；系統(tǒng)運行能耗低、成本低；運輸工具長壽命、不需要頻繁維修，可實現(xiàn)高效，智能化、無中斷物流運輸；和其它地面交通互不影響；運行速度快、準時、安全；可以構(gòu)建電子商務(wù)急需的現(xiàn)代快速物流運輸系統(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)展目標是形成一個連接城市各居民樓或生活小區(qū)的地下管道物流運輸網(wǎng)絡(luò)，并達到高度智能化，人們購買任何商品都只需點一下鼠標，所購商品就像自來水一樣通過地下管道很快地“流入”家中。
　　該課題組于2002年初又得到州政府的資助，現(xiàn)正開展試驗段的研究工作。同時，Stein教授還正在積極爭取德國聯(lián)邦政府的資金支持，計劃在德國魯爾工業(yè)區(qū)修建一條從多特蒙德到杜伊斯堡的長約80km地下管道物流配送系統(tǒng)。
　　3 發(fā)展管道物流運輸?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，是一項綜合性跨學科的復雜系統(tǒng)工程，涉及經(jīng)濟學、地下工程、機械工程、電子工程、運輸工程和信息技術(shù)等多個領(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、機械傳輸自動化和信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化等多個方面。我國在該領(lǐng)域的研究初期，可以先就其關(guān)鍵技術(shù)開展研究：上海到沈陽托運
　　·分析論述適合我國國情的管道物流系統(tǒng)模式、發(fā)展前景和重大社會與歷史意義，及對社會生產(chǎn)力和國民經(jīng)濟發(fā)展的貢獻；
　　·分析研究地下管道物流對城市配送物流、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)的開挖式施工方法相比，非開挖施工方法具有以下優(yōu)點：不會對城市道路及相鄰的設(shè)施和建筑物造成損害；施工中無噪音、無振動，不會造成空氣污染；對地面交通基本無干擾；施工時對公眾影響小；對城市生態(tài)環(huán)境破壞程度小。近年來，隨著國際研發(fā)的不斷開展，非開挖施工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當高的技術(shù)水平，使得在不開挖的條件下鋪設(shè)各種地下管道成為可能；
　　·運輸工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動方式和驅(qū)動技術(shù)，目前國際上研究較多的是線感電機，但也可以考慮采用常規(guī)的同步電機；
　　·監(jiān)控技術(shù)：可以考慮采用物流運輸領(lǐng)域已經(jīng)成熟的條碼識別技術(shù)、GPS系統(tǒng)，或者閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、雷達控制系統(tǒng)等，對整個運行過程進行自動控制；
　　·地下物流運輸管道直徑的合理選擇和優(yōu)化。上海大連托運
　　4 結(jié)論
　　總之，地下管道物流研究要解決的關(guān)鍵問題主要集中在工程規(guī)劃建設(shè)和相關(guān)技術(shù)、自動化傳輸和監(jiān)控技術(shù)和成本效益分析三個方面。