01 自動(dòng)化立體庫的種類(lèi)

       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。如在存取設備方面，除了傳統的堆垛機外，還有各種型式的存取技術(shù)，典型的如子母車(chē)、四向穿梭車(chē)等。自動(dòng)化立體庫主要有以下幾個(gè)大類(lèi)：

       托盤(pán)式AS/RS系統：從堆垛機的載貨臺型式看，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(xiàn)型軌道外，還有轉軌型、彎道型、道岔型等多種形式。貨叉型式也有很多種變換。

       托盤(pán)式子母車(chē)系統：這一系統主要應用于高密度存取場(chǎng)合。所謂子母車(chē)包括子車(chē)和母車(chē)，母車(chē)負責將子車(chē)及貨物從一個(gè)巷道移到另一巷道，子車(chē)負責將托盤(pán)送到貨位儲存。托盤(pán)的提升采用提升機完成。子母車(chē)系統是一種較高密度的儲存系統，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(pán)式四向車(chē)系統：四向車(chē)與子母車(chē)的差異主要在于，穿梭小車(chē)可以完成巷道內存取，也可以自動(dòng)變換巷道。既可以應用于密集存儲系統，也可以更加靈活變化。四向穿梭車(chē)系統的最大優(yōu)勢并不在于高密度的存儲，而是對環(huán)境的適應性，不同高度，不同形狀的空間均可以采用四向穿梭車(chē)，這是其他技術(shù)所無(wú)法比擬的。

       Miniload系統：載荷單位一般為箱子。miniload的載貨臺也分為多種形式，如單工位和多工位，單深度和多深度等。相比托盤(pán)式AS/RS系統，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(chē)系統：載荷單位一般為箱子。采用雙向穿梭車(chē)或四向穿梭車(chē)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。

       自動(dòng)叉車(chē)立體庫系統：采用自動(dòng)叉車(chē)進(jìn)行作業(yè)的立體庫系統。原則上也可以作為自動(dòng)化立體庫的一個(gè)類(lèi)別。由于叉車(chē)的種類(lèi)不同，可以再細分為多個(gè)子類(lèi)。

       KIVA系統：載荷單元為箱子。有兩種主要類(lèi)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，如采用橋式或門(mén)式起重機作為存取機構的立體庫，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(kāi)。

02 消防規范的理解與應用

       消防規范是影響自動(dòng)化立體庫設計的非常關(guān)鍵的因素之一。新版消防規范對此有明確的規定。目前最權威的規范主要有3個(gè)：

       建筑設計防火規范，GB50016-2014

       物流建筑設計規范，GB51157-2016

       冷庫設計規范，GB50072-2010

       簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，對自動(dòng)化立體庫的面積和防火分區（丙2類(lèi)，有自動(dòng)噴淋），有如下規定：

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

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

       在實(shí)際情況中，立體庫的消防分區寬度設計要符合巷道倍數的模數關(guān)系，這是很多設計者開(kāi)始不明白的地方。比如對于1200*1000的標準托盤(pán)而言，如果設計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(cháng)度最大為3000/20=150m，這就是為什么設計中巷道不能特別長(cháng)的原因之一。

03 月臺及停車(chē)廣場(chǎng)設計

       立體庫的月臺和庫前廣場(chǎng)設計特別重要，卻常常被忽視。已有文章[1]專(zhuān)門(mén)討論這一問(wèn)題，這里在做簡(jiǎn)要論述。

       月臺有內置和外置兩種主要型式，高度一般為1200mm，這是為了滿(mǎn)足40英尺箱式貨車(chē)而設計的。實(shí)際設計中，要考慮車(chē)的型式。有些市內發(fā)貨月臺需要停放的車(chē)都是20英尺以?xún)鹊能?chē)，就沒(méi)有必要設計1200mm高，而是設計為900mm更合適。而對三方物流而言，1200mm的高度更能適應多變的情況。

       對內置月臺而言，門(mén)封是必要的。因此，倉庫門(mén)的寬度就不宜太大和太高，一般是2400*3000mm比較合適，太大了，車(chē)尾就不能全部被擋住，從而發(fā)生冷氣泄露。

       月臺上的雨棚設計也很有講究，寬度一般要超出月臺邊緣約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(chē)位的需求對月臺設計來(lái)說(shuō)是非常重要的，除了盡可能多的設計停車(chē)位外，還應通過(guò)改變裝卸貨方式來(lái)適應業(yè)務(wù)的需求，如采用伸縮皮帶機，或自動(dòng)裝卸貨技術(shù)來(lái)提升效率，進(jìn)而減少對月臺數量的需求。

       廣場(chǎng)設計也要考慮車(chē)輛的情況。對于40英尺以上的貨車(chē)來(lái)說(shuō)，加上車(chē)頭大概達到16m米以上，這時(shí)，理論上停車(chē)場(chǎng)寬度要達到35以上才合格，即兩倍車(chē)長(cháng)再加3米的距離。而對于僅停放20英尺貨車(chē)的月臺，21m寬度已經(jīng)是一個(gè)可用的寬度了。

       對設計者來(lái)說(shuō)，了解這些數據要求是重要的，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。

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

04 庫前區設計

       關(guān)于自動(dòng)化立體庫庫前區的設計問(wèn)題，包括幾個(gè)方面，如輸送系統、分揀區、收貨區、發(fā)貨區等，對于庫前輸送機系統已有專(zhuān)門(mén)文獻[2]論述，這里僅擇其要點(diǎn)進(jìn)行分析。

       庫前輸送系統的設計，無(wú)論采用什么型式和技術(shù)，其要點(diǎn)是要滿(mǎn)足貨物的入庫和出庫流量要求。一般來(lái)說(shuō)，輸送系統的理論能力，要求比實(shí)際能力大15%~25%為宜，很多設計過(guò)于緊湊，其實(shí)對實(shí)際作業(yè)是不利的。

       分揀區：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(pán)和拆箱揀選，尤其是后者，其需求隨著(zhù)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、滑塊式分揀機、躍起輪分揀機、矩陣式分揀機等最為常見(jiàn)。分揀機的設計主要要根據產(chǎn)品的型式和流量來(lái)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(wàn)件不等，這對于設計者有一定的挑戰。很多初始設計者不能充分了解分揀機的原理，從而做出錯誤的選擇，這種情況也是常見(jiàn)的。

       收貨區：收貨區的大小，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(pán)重新碼垛，有的還要做一些別的處理等，這樣，收貨區的大小將受到很大影響。對QC來(lái)說(shuō)，有的很簡(jiǎn)單，只需要對外觀(guān)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，這在設計中是要引起注意的。

       發(fā)貨區：發(fā)貨區設計在很多場(chǎng)合并未引起注意和重視，從而導致很多問(wèn)題發(fā)生。其實(shí)，發(fā)貨區在整個(gè)立體庫設計中占據非常重要的位置。發(fā)貨區的大小固然與物流量密切相關(guān)，還與波次設計有很大關(guān)系，近年來(lái)，立體化和自動(dòng)化的集貨與發(fā)貨，越來(lái)越受到重視，發(fā)貨區的設計進(jìn)入到一個(gè)新的階段。

05 其他細節問(wèn)題

1）消防噴淋

       消防噴淋在立體庫設計中經(jīng)常是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題。有些立體庫根本無(wú)法解決這一問(wèn)題。如四向穿梭車(chē)庫。這不僅限制了設計的選擇空間，而且也會(huì )導致很大的空間浪費。而從另一個(gè)角度看，我國現行的消防規范，或許到了需要認真關(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，是我們制定消防規范時(shí)應考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

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

2）貨架、貨叉與托盤(pán)

       有一些細節的問(wèn)題將影響總體設計。

       首先看托盤(pán)設計。托盤(pán)是立體庫設計最基礎的條件或最基礎的工作。盡管標準托盤(pán)（即1000X1200規格的托盤(pán)）是優(yōu)先考慮的選項，但對于實(shí)際使用而言，非標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(pán)+單元貨物）尺寸的設計要特別重視，通常情況下，立體庫并不要包含所有物料，只要符合大多數貨物儲存即可。對堆垛機而言，托盤(pán)的設計還包括一些細節需求，如托盤(pán)型式，承載能力，叉孔高度等。以川字底托盤(pán)為例，叉孔高度往往不是由托盤(pán)載重決定的，而是由貨叉高度和撓度決定的。

       再看貨叉設計和選擇。目前貨叉的設計基本上只是一項選型的工作。采用像米亞斯、長(cháng)臂猿等專(zhuān)業(yè)公司的貨叉是一種經(jīng)濟而穩妥的做法。這些企業(yè)的產(chǎn)品手冊會(huì )提供實(shí)際使用中多種規格型號的各種參數，包括伸叉長(cháng)度，載荷，以及滿(mǎn)載下的撓度等。即使這樣，貨叉的選擇仍然是一項比較專(zhuān)業(yè)的工作，對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(pán)的設計，因此，只有選擇好了貨叉，托盤(pán)才能確定。

圖1 雙伸貨叉示意圖（來(lái)源于米亞斯）

       最后看看貨架的設計，以最簡(jiǎn)單的AS/RS為例，首先，對一些非標的重型貨架的設計，進(jìn)行有限元分析是非常必要的，這是很多貨架廠(chǎng)并不具備的能力。其次，貨架的設計與單元貨物有直接關(guān)系。一般情況下，載貨單元（托盤(pán)+貨物）的尺寸（長(cháng)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，各種尺寸設計要符合設計規范的規定。此外，由于采用組合式貨架，層高一般要按照75或100的倍數設計，當然，如果貨架采用定制孔的話(huà)，就沒(méi)有這個(gè)限制，但這種情況很少，目前只有少數幾個(gè)貨架廠(chǎng)才能提供這種定制貨架。

3）基礎荷載

       立體庫的基礎荷載計算是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的話(huà)題，也是困擾大家的一個(gè)問(wèn)題。有兩個(gè)參數：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)（如提升機基座）所承受的最大荷載。這一荷載直接影響建筑物梁的設計。一般情形下，計算集中荷載時(shí)，要計算一個(gè)區域內受載荷最大的點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)（柱腳）。在所有貨位均取最大值的工況下，計算集中荷載。當然，一般還要有一個(gè)安全系數作為保障。安全系數的選擇要根據實(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。

       平均荷載計算公式是整個(gè)立體庫區域（有的理解為貨架區域）的總荷載除以其面積?？偤奢d包括貨物及設備（貨架、堆垛機、輸送機等）的荷載。然而，在實(shí)際設計中，單純的說(shuō)平均荷載是容易出問(wèn)題的。因為計算公式中兩個(gè)參數需要明確定義。所以，在提出平均載荷的同時(shí)，還要提出計算區域的總荷載，以便建筑設計考慮。對建筑設計而言，平均荷載主要關(guān)乎樁基的設計，樁基需要承受的總荷載才是計算的所關(guān)注的。需要指出的是，由于立體庫不可能做到滿(mǎn)載（每個(gè)貨位放滿(mǎn)貨物，且達到設計載荷），因此，在計算平均荷載時(shí)，安全系數應該是一個(gè)小于1的系數。具體取值在0.7~0.9之間，要根據實(shí)際情況予以確定。關(guān)于這一點(diǎn)，目前還存在不同的認知。

4）其它

       立體庫設計需要注意的細節事項還有很多，如巷道寬度的設計，安全距離問(wèn)題（多種情形下），有關(guān)托盤(pán)、輸送機、載貨臺、貨架之間的尺寸鏈問(wèn)題，基礎設計問(wèn)題等，限于篇幅，本文不再一一例舉，讀者在設計中需要自己去體會(huì )。

參考文獻：

[1] 尹軍琪，倉庫月臺規劃設計要點(diǎn)分析[J]，物流技術(shù)與應用，2020.8（91-94）

[2] 尹軍琪，自動(dòng)化立體庫庫前輸送系統的設計問(wèn)題[J]，伍強科微信公眾號，2022.5.22