01 自動(dòng)化立體庫的種類

       自動(dòng)化立體庫（AS/RS）在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，型式和技術(shù)都發(fā)生了巨大變化。如在存取設(shè)備方面，除了傳統(tǒng)的堆垛機(jī)外，還有各種型式的存取技術(shù)，典型的如子母車、四向穿梭車等。自動(dòng)化立體庫主要有以下幾個(gè)大類：

       托盤式AS/RS系統(tǒng)：從堆垛機(jī)的載貨臺(tái)型式看，有單工位和多工位，有單深度和雙深度等多種型式。此外，從軌道型式看，除直線型軌道外，還有轉(zhuǎn)軌型、彎道型、道岔型等多種形式。貨叉型式也有很多種變換。

       托盤式子母車系統(tǒng)：這一系統(tǒng)主要應(yīng)用于高密度存取場合。所謂子母車包括子車和母車，母車負(fù)責(zé)將子車及貨物從一個(gè)巷道移到另一巷道，子車負(fù)責(zé)將托盤送到貨位儲(chǔ)存。托盤的提升采用提升機(jī)完成。子母車系統(tǒng)是一種較高密度的儲(chǔ)存系統(tǒng)，比普通的單深度AS/RS，其空間利用率會(huì)提升15~20%左右，理論上最大會(huì)提升30%左右。

       托盤式四向車系統(tǒng)：四向車與子母車的差異主要在于，穿梭小車可以完成巷道內(nèi)存取，也可以自動(dòng)變換巷道。既可以應(yīng)用于密集存儲(chǔ)系統(tǒng)，也可以更加靈活變化。四向穿梭車系統(tǒng)的最大優(yōu)勢并不在于高密度的存儲(chǔ)，而是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，不同高度，不同形狀的空間均可以采用四向穿梭車，這是其他技術(shù)所無法比擬的。

       Miniload系統(tǒng)：載荷單位一般為箱子。miniload的載貨臺(tái)也分為多種形式，如單工位和多工位，單深度和多深度等。相比托盤式AS/RS系統(tǒng)，miniload型式更加靈活多變，如貨叉的型式就有貨叉式、夾包式、皮帶式等多種形式，此外，除固定式貨叉外，還有可變寬度貨叉等。

       箱式穿梭車系統(tǒng)：載荷單位一般為箱子。采用雙向穿梭車或四向穿梭車進(jìn)行貨物的存取作業(yè)。與miniload一樣，其貨叉型式也變化多樣。多用于貨到人自動(dòng)揀選系統(tǒng)。

       自動(dòng)叉車立體庫系統(tǒng)：采用自動(dòng)叉車進(jìn)行作業(yè)的立體庫系統(tǒng)。原則上也可以作為自動(dòng)化立體庫的一個(gè)類別。由于叉車的種類不同，可以再細(xì)分為多個(gè)子類。

       KIVA系統(tǒng)：載荷單元為箱子。有兩種主要類型：移動(dòng)貨架型和固定貨架型。這是近年比較火熱的立體庫型式。

       除此之外，還有一些其他型式的立體庫系統(tǒng)，如采用橋式或門式起重機(jī)作為存取機(jī)構(gòu)的立體庫，可移動(dòng)式貨架立體庫，重力式貨架立體庫等，不一而足，限于篇幅，本文不再展開。

02 消防規(guī)范的理解與應(yīng)用

       消防規(guī)范是影響自動(dòng)化立體庫設(shè)計(jì)的非常關(guān)鍵的因素之一。新版消防規(guī)范對(duì)此有明確的規(guī)定。目前最權(quán)威的規(guī)范主要有3個(gè)：

       建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，GB50016-2014

       物流建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，GB51157-2016

       冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范，GB50072-2010

       簡單來說，對(duì)自動(dòng)化立體庫的面積和防火分區(qū)（丙2類，有自動(dòng)噴淋），有如下規(guī)定：

       通常情況下，這是庫房部分的要求，但沒有規(guī)定揀選區(qū)域的要求。因此，總面積可以在此基礎(chǔ)上再增加一部分作業(yè)區(qū)（分揀區(qū)），但也有不能通過消防審查的案例。需要注意的是，常溫庫的規(guī)定也適合于冷庫，只是在沒有自動(dòng)噴淋設(shè)施情況下，采用常溫規(guī)范GB50017-2014，會(huì)導(dǎo)致分區(qū)更小，設(shè)計(jì)限制更多罷了。

       除此之外，建筑防火規(guī)范還規(guī)定自動(dòng)噴淋的間距，即3m一層的消防噴淋裝置，這個(gè)對(duì)設(shè)計(jì)是有一定難度的。尤其對(duì)于一些特殊型式的立體庫，存在很大的困難，如四向穿梭車立體庫。在設(shè)計(jì)中要特別注意。

       在實(shí)際情況中，立體庫的消防分區(qū)寬度設(shè)計(jì)要符合巷道倍數(shù)的模數(shù)關(guān)系，這是很多設(shè)計(jì)者開始不明白的地方。比如對(duì)于1200*1000的標(biāo)準(zhǔn)托盤而言，如果設(shè)計(jì)4個(gè)巷道單深度立體庫，一般建筑的寬度約為20m，此時(shí)，立體庫的長度最大為3000/20=150m，這就是為什么設(shè)計(jì)中巷道不能特別長的原因之一。

03 月臺(tái)及停車廣場設(shè)計(jì)

       立體庫的月臺(tái)和庫前廣場設(shè)計(jì)特別重要，卻常常被忽視。已有文章[1]專門討論這一問題，這里在做簡要論述。

       月臺(tái)有內(nèi)置和外置兩種主要型式，高度一般為1200mm，這是為了滿足40英尺箱式貨車而設(shè)計(jì)的。實(shí)際設(shè)計(jì)中，要考慮車的型式。有些市內(nèi)發(fā)貨月臺(tái)需要停放的車都是20英尺以內(nèi)的車，就沒有必要設(shè)計(jì)1200mm高，而是設(shè)計(jì)為900mm更合適。而對(duì)三方物流而言，1200mm的高度更能適應(yīng)多變的情況。

       對(duì)內(nèi)置月臺(tái)而言，門封是必要的。因此，倉庫門的寬度就不宜太大和太高，一般是2400*3000mm比較合適，太大了，車尾就不能全部被擋住，從而發(fā)生冷氣泄露。

       月臺(tái)上的雨棚設(shè)計(jì)也很有講究，寬度一般要超出月臺(tái)邊緣約4~5m比較合適，高度一般距地面5500mm比較合適，太高或太低都是不好的。

       停車位的需求對(duì)月臺(tái)設(shè)計(jì)來說是非常重要的，除了盡可能多的設(shè)計(jì)停車位外，還應(yīng)通過改變裝卸貨方式來適應(yīng)業(yè)務(wù)的需求，如采用伸縮皮帶機(jī)，或自動(dòng)裝卸貨技術(shù)來提升效率，進(jìn)而減少對(duì)月臺(tái)數(shù)量的需求。

       廣場設(shè)計(jì)也要考慮車輛的情況。對(duì)于40英尺以上的貨車來說，加上車頭大概達(dá)到16m米以上，這時(shí)，理論上停車場寬度要達(dá)到35以上才合格，即兩倍車長再加3米的距離。而對(duì)于僅停放20英尺貨車的月臺(tái)，21m寬度已經(jīng)是一個(gè)可用的寬度了。

       對(duì)設(shè)計(jì)者來說，了解這些數(shù)據(jù)要求是重要的，有的倉庫留得少了，在使用時(shí)非常困難。有的留得太多，又造成土地的浪費(fèi)。

       越是大型的立體庫，停車廣場越要設(shè)計(jì)合理充分，但即使對(duì)于小型立體庫，也要了解其使用情況，切忌不管不顧，胡亂設(shè)計(jì)，則會(huì)非常被動(dòng)。

04 庫前區(qū)設(shè)計(jì)

       關(guān)于自動(dòng)化立體庫庫前區(qū)的設(shè)計(jì)問題，包括幾個(gè)方面，如輸送系統(tǒng)、分揀區(qū)、收貨區(qū)、發(fā)貨區(qū)等，對(duì)于庫前輸送機(jī)系統(tǒng)已有專門文獻(xiàn)[2]論述，這里僅擇其要點(diǎn)進(jìn)行分析。

       庫前輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無論采用什么型式和技術(shù)，其要點(diǎn)是要滿足貨物的入庫和出庫流量要求。一般來說，輸送系統(tǒng)的理論能力，要求比實(shí)際能力大15%~25%為宜，很多設(shè)計(jì)過于緊湊，其實(shí)對(duì)實(shí)際作業(yè)是不利的。

       分揀區(qū)：這是一個(gè)比較廣泛的概念。既包括末端分揀，也包括拆托盤和拆箱揀選，尤其是后者，其需求隨著業(yè)務(wù)的不同，差異甚大。就末端分揀而言，有各種形式的分揀技術(shù)可以使用，如交叉帶分揀機(jī)、滑塊式分揀機(jī)、躍起輪分揀機(jī)、矩陣式分揀機(jī)等最為常見。分揀機(jī)的設(shè)計(jì)主要要根據(jù)產(chǎn)品的型式和流量來進(jìn)行選擇，價(jià)格差異很大。分揀能力一般從幾千揀到幾萬件不等，這對(duì)于設(shè)計(jì)者有一定的挑戰(zhàn)。很多初始設(shè)計(jì)者不能充分了解分揀機(jī)的原理，從而做出錯(cuò)誤的選擇，這種情況也是常見的。

       收貨區(qū)：收貨區(qū)的大小，不僅與業(yè)務(wù)量有關(guān)，而且與業(yè)務(wù)流程有關(guān)。比如是否可以直接入庫？有的業(yè)務(wù)要求到貨貨物要進(jìn)行QC，有的要更換托盤重新碼垛，有的還要做一些別的處理等，這樣，收貨區(qū)的大小將受到很大影響。對(duì)QC來說，有的很簡單，只需要對(duì)外觀進(jìn)行檢查，有的只要進(jìn)行抽查，有的可能需要注意檢查，有的還有時(shí)間存放要求等，差異很大，這在設(shè)計(jì)中是要引起注意的。

       發(fā)貨區(qū)：發(fā)貨區(qū)設(shè)計(jì)在很多場合并未引起注意和重視，從而導(dǎo)致很多問題發(fā)生。其實(shí)，發(fā)貨區(qū)在整個(gè)立體庫設(shè)計(jì)中占據(jù)非常重要的位置。發(fā)貨區(qū)的大小固然與物流量密切相關(guān)，還與波次設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，近年來，立體化和自動(dòng)化的集貨與發(fā)貨，越來越受到重視，發(fā)貨區(qū)的設(shè)計(jì)進(jìn)入到一個(gè)新的階段。

05 其他細(xì)節(jié)問題

1）消防噴淋

       消防噴淋在立體庫設(shè)計(jì)中經(jīng)常是一個(gè)令人頭疼的問題。有些立體庫根本無法解決這一問題。如四向穿梭車庫。這不僅限制了設(shè)計(jì)的選擇空間，而且也會(huì)導(dǎo)致很大的空間浪費(fèi)。而從另一個(gè)角度看，我國現(xiàn)行的消防規(guī)范，或許到了需要認(rèn)真關(guān)注自動(dòng)化立體庫需求的時(shí)候了。如何做到既合理科學(xué)，又安全有效，是我們制定消防規(guī)范時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)關(guān)鍵問題。

       順便提一下我國關(guān)于物流尤其是立體庫的消防規(guī)范，由于缺乏科學(xué)依據(jù)，所有的條文基本上還是憑借一些老的經(jīng)驗(yàn)，基于傳統(tǒng)倉庫的概念而制定的。與立體庫本身的需求差距甚遠(yuǎn)。如何科學(xué)制定規(guī)范，是擺在我們面前的一個(gè)艱巨的任務(wù)，可謂任重而道遠(yuǎn)。

2）貨架、貨叉與托盤

       有一些細(xì)節(jié)的問題將影響總體設(shè)計(jì)。

       首先看托盤設(shè)計(jì)。托盤是立體庫設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的條件或最基礎(chǔ)的工作。盡管標(biāo)準(zhǔn)托盤（即1000X1200規(guī)格的托盤）是優(yōu)先考慮的選項(xiàng)，但對(duì)于實(shí)際使用而言，非標(biāo)的情況也是非常多的，特別是制造業(yè)物流。貨物單元（即托盤+單元貨物）尺寸的設(shè)計(jì)要特別重視，通常情況下，立體庫并不要包含所有物料，只要符合大多數(shù)貨物儲(chǔ)存即可。對(duì)堆垛機(jī)而言，托盤的設(shè)計(jì)還包括一些細(xì)節(jié)需求，如托盤型式，承載能力，叉孔高度等。以川字底托盤為例，叉孔高度往往不是由托盤載重決定的，而是由貨叉高度和撓度決定的。

       再看貨叉設(shè)計(jì)和選擇。目前貨叉的設(shè)計(jì)基本上只是一項(xiàng)選型的工作。采用像米亞斯、長臂猿等專業(yè)公司的貨叉是一種經(jīng)濟(jì)而穩(wěn)妥的做法。這些企業(yè)的產(chǎn)品手冊(cè)會(huì)提供實(shí)際使用中多種規(guī)格型號(hào)的各種參數(shù)，包括伸叉長度，載荷，以及滿載下的撓度等。即使這樣，貨叉的選擇仍然是一項(xiàng)比較專業(yè)的工作，對(duì)工期和成本的影響還是不小的。值得注意的是，貨叉的選擇會(huì)影響托盤的設(shè)計(jì)，因此，只有選擇好了貨叉，托盤才能確定。

圖1 雙伸貨叉示意圖（來源于米亞斯）

       最后看看貨架的設(shè)計(jì)，以最簡單的AS/RS為例，首先，對(duì)一些非標(biāo)的重型貨架的設(shè)計(jì)，進(jìn)行有限元分析是非常必要的，這是很多貨架廠并不具備的能力。其次，貨架的設(shè)計(jì)與單元貨物有直接關(guān)系。一般情況下，載貨單元（托盤+貨物）的尺寸（長寬高）決定了貨架的尺寸。需要注意的是，在確定層高（底層高度，中間層層高，頂層高度）的時(shí)候，各種尺寸設(shè)計(jì)要符合設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。此外，由于采用組合式貨架，層高一般要按照75或100的倍數(shù)設(shè)計(jì)，當(dāng)然，如果貨架采用定制孔的話，就沒有這個(gè)限制，但這種情況很少，目前只有少數(shù)幾個(gè)貨架廠才能提供這種定制貨架。

3）基礎(chǔ)荷載

       立體庫的基礎(chǔ)荷載計(jì)算是一個(gè)專門的話題，也是困擾大家的一個(gè)問題。有兩個(gè)參數(shù)：其一是集中荷載，其二是平均荷載。

       集中荷載一般是指一個(gè)柱腳或一個(gè)特殊的點(diǎn)（如提升機(jī)基座）所承受的最大荷載。這一荷載直接影響建筑物梁的設(shè)計(jì)。一般情形下，計(jì)算集中荷載時(shí)，要計(jì)算一個(gè)區(qū)域內(nèi)受載荷最大的點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)（柱腳）。在所有貨位均取最大值的工況下，計(jì)算集中荷載。當(dāng)然，一般還要有一個(gè)安全系數(shù)作為保障。安全系數(shù)的選擇要根據(jù)實(shí)際工況和重要程度進(jìn)行選擇，取值在1.2~1.4之間為宜。

       平均荷載計(jì)算公式是整個(gè)立體庫區(qū)域（有的理解為貨架區(qū)域）的總荷載除以其面積。總荷載包括貨物及設(shè)備（貨架、堆垛機(jī)、輸送機(jī)等）的荷載。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，單純的說平均荷載是容易出問題的。因?yàn)橛?jì)算公式中兩個(gè)參數(shù)需要明確定義。所以，在提出平均載荷的同時(shí)，還要提出計(jì)算區(qū)域的總荷載，以便建筑設(shè)計(jì)考慮。對(duì)建筑設(shè)計(jì)而言，平均荷載主要關(guān)乎樁基的設(shè)計(jì)，樁基需要承受的總荷載才是計(jì)算的所關(guān)注的。需要指出的是，由于立體庫不可能做到滿載（每個(gè)貨位放滿貨物，且達(dá)到設(shè)計(jì)載荷），因此，在計(jì)算平均荷載時(shí)，安全系數(shù)應(yīng)該是一個(gè)小于1的系數(shù)。具體取值在0.7~0.9之間，要根據(jù)實(shí)際情況予以確定。關(guān)于這一點(diǎn)，目前還存在不同的認(rèn)知。

4）其它

       立體庫設(shè)計(jì)需要注意的細(xì)節(jié)事項(xiàng)還有很多，如巷道寬度的設(shè)計(jì)，安全距離問題（多種情形下），有關(guān)托盤、輸送機(jī)、載貨臺(tái)、貨架之間的尺寸鏈問題，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題等，限于篇幅，本文不再一一例舉，讀者在設(shè)計(jì)中需要自己去體會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尹軍琪，倉庫月臺(tái)規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J]，物流技術(shù)與應(yīng)用，2020.8（91-94）

[2] 尹軍琪，自動(dòng)化立體庫庫前輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題[J]，伍強(qiáng)科微信公眾號(hào)，2022.5.22