01 自動化(huà)立體庫的(de)種類

       自動化(huà)立體庫（AS/RS）在經曆了(le)幾十年的(de)發展後，型式和(hé)技術都發生了(le)巨大(dà)變化(huà)。如在存取設備方面，除了(le)傳統的(de)堆垛機外，還(hái)有各種型式的(de)存取技術，典型的(de)如子母車、四向穿梭車等。自動化(huà)立體庫主要有以下(xià)幾個(gè)大(dà)類：

       托盤式AS/RS系統：從堆垛機的(de)載貨台型式看，有單工位和(hé)多(duō)工位，有單深度和(hé)雙深度等多(duō)種型式。此外，從軌道型式看，除直線型軌道外，還(hái)有轉軌型、彎道型、道岔型等多(duō)種形式。貨叉型式也(yě)有很多(duō)種變換。

       托盤式子母車系統：這(zhè)一系統主要應用(yòng)于高(gāo)密度存取場(chǎng)合。所謂子母車包括子車和(hé)母車，母車負責将子車及貨物(wù)從一個(gè)巷道移到另一巷道，子車負責将托盤送到貨位儲存。托盤的(de)提升采用(yòng)提升機完成。子母車系統是一種較高(gāo)密度的(de)儲存系統，比普通(tōng)的(de)單深度AS/RS，其空間利用(yòng)率會提升15~20%左右，理(lǐ)論上最大(dà)會提升30%左右。

       托盤式四向車系統：四向車與子母車的(de)差異主要在于，穿梭小車可(kě)以完成巷道内存取，也(yě)可(kě)以自動變換巷道。既可(kě)以應用(yòng)于密集存儲系統，也(yě)可(kě)以更加靈活變化(huà)。四向穿梭車系統的(de)最大(dà)優勢并不在于高(gāo)密度的(de)存儲，而是對(duì)環境的(de)适應性，不同高(gāo)度，不同形狀的(de)空間均可(kě)以采用(yòng)四向穿梭車，這(zhè)是其他(tā)技術所無法比拟的(de)。

       Miniload系統：載荷單位一般爲箱子。miniload的(de)載貨台也(yě)分(fēn)爲多(duō)種形式，如單工位和(hé)多(duō)工位，單深度和(hé)多(duō)深度等。相比托盤式AS/RS系統，miniload型式更加靈活多(duō)變，如貨叉的(de)型式就有貨叉式、夾包式、皮帶式等多(duō)種形式，此外，除固定式貨叉外，還(hái)有可(kě)變寬度貨叉等。

       箱式穿梭車系統：載荷單位一般爲箱子。采用(yòng)雙向穿梭車或四向穿梭車進行貨物(wù)的(de)存取作業。與miniload一樣，其貨叉型式也(yě)變化(huà)多(duō)樣。多(duō)用(yòng)于貨到人(rén)自動揀選系統。

       自動叉車立體庫系統：采用(yòng)自動叉車進行作業的(de)立體庫系統。原則上也(yě)可(kě)以作爲自動化(huà)立體庫的(de)一個(gè)類别。由于叉車的(de)種類不同，可(kě)以再細分(fēn)爲多(duō)個(gè)子類。

       KIVA系統：載荷單元爲箱子。有兩種主要類型：移動貨架型和(hé)固定貨架型。這(zhè)是近年比較火熱(rè)的(de)立體庫型式。

       除此之外，還(hái)有一些其他(tā)型式的(de)立體庫系統，如采用(yòng)橋式或門式起重機作爲存取機構的(de)立體庫，可(kě)移動式貨架立體庫，重力式貨架立體庫等，不一而足，限于篇幅，本文不再展開。

02 消防規範的(de)理(lǐ)解與應用(yòng)

       消防規範是影(yǐng)響自動化(huà)立體庫設計的(de)非常關鍵的(de)因素之一。新版消防規範對(duì)此有明(míng)确的(de)規定。目前最權威的(de)規範主要有3個(gè)：

       建築設計防火規範，GB50016-2014

       物(wù)流建築設計規範，GB51157-2016

       冷(lěng)庫設計規範，GB50072-2010

       簡單來(lái)說，對(duì)自動化(huà)立體庫的(de)面積和(hé)防火分(fēn)區(qū)（丙2類，有自動噴淋），有如下(xià)規定：

       通(tōng)常情況下(xià)，這(zhè)是庫房(fáng)部分(fēn)的(de)要求，但沒有規定揀選區(qū)域的(de)要求。因此，總面積可(kě)以在此基礎上再增加一部分(fēn)作業區(qū)（分(fēn)揀區(qū)），但也(yě)有不能通(tōng)過消防審查的(de)案例。需要注意的(de)是，常溫庫的(de)規定也(yě)适合于冷(lěng)庫，隻是在沒有自動噴淋設施情況下(xià)，采用(yòng)常溫規範GB50017-2014，會導緻分(fēn)區(qū)更小，設計限制更多(duō)罷了(le)。

       除此之外，建築防火規範還(hái)規定自動噴淋的(de)間距，即3m一層的(de)消防噴淋裝置，這(zhè)個(gè)對(duì)設計是有一定難度的(de)。尤其對(duì)于一些特殊型式的(de)立體庫，存在很大(dà)的(de)困難，如四向穿梭車立體庫。在設計中要特别注意。

       在實際情況中，立體庫的(de)消防分(fēn)區(qū)寬度設計要符合巷道倍數的(de)模數關系，這(zhè)是很多(duō)設計者開始不明(míng)白的(de)地方。比如對(duì)于1200*1000的(de)标準托盤而言，如果設計4個(gè)巷道單深度立體庫，一般建築的(de)寬度約爲20m，此時(shí)，立體庫的(de)長(cháng)度最大(dà)爲3000/20=150m，這(zhè)就是爲什(shén)麽設計中巷道不能特别長(cháng)的(de)原因之一。

03 月(yuè)台及停車廣場(chǎng)設計

       立體庫的(de)月(yuè)台和(hé)庫前廣場(chǎng)設計特别重要，卻常常被忽視。已有文章(zhāng)[1]專門討(tǎo)論這(zhè)一問題，這(zhè)裏在做(zuò)簡要論述。

       月(yuè)台有内置和(hé)外置兩種主要型式，高(gāo)度一般爲1200mm，這(zhè)是爲了(le)滿足40英尺箱式貨車而設計的(de)。實際設計中，要考慮車的(de)型式。有些市内發貨月(yuè)台需要停放的(de)車都是20英尺以内的(de)車，就沒有必要設計1200mm高(gāo)，而是設計爲900mm更合适。而對(duì)三方物(wù)流而言，1200mm的(de)高(gāo)度更能适應多(duō)變的(de)情況。

       對(duì)内置月(yuè)台而言，門封是必要的(de)。因此，倉庫門的(de)寬度就不宜太大(dà)和(hé)太高(gāo)，一般是2400*3000mm比較合适，太大(dà)了(le)，車尾就不能全部被擋住，從而發生冷(lěng)氣洩露。

       月(yuè)台上的(de)雨(yǔ)棚設計也(yě)很有講究，寬度一般要超出月(yuè)台邊緣約4~5m比較合适，高(gāo)度一般距地面5500mm比較合适，太高(gāo)或太低都是不好的(de)。

       停車位的(de)需求對(duì)月(yuè)台設計來(lái)說是非常重要的(de)，除了(le)盡可(kě)能多(duō)的(de)設計停車位外，還(hái)應通(tōng)過改變裝卸貨方式來(lái)适應業務的(de)需求，如采用(yòng)伸縮皮帶機，或自動裝卸貨技術來(lái)提升效率，進而減少對(duì)月(yuè)台數量的(de)需求。

       廣場(chǎng)設計也(yě)要考慮車輛的(de)情況。對(duì)于40英尺以上的(de)貨車來(lái)說，加上車頭大(dà)概達到16m米以上，這(zhè)時(shí)，理(lǐ)論上停車場(chǎng)寬度要達到35以上才合格，即兩倍車長(cháng)再加3米的(de)距離。而對(duì)于僅停放20英尺貨車的(de)月(yuè)台，21m寬度已經是一個(gè)可(kě)用(yòng)的(de)寬度了(le)。

       對(duì)設計者來(lái)說，了(le)解這(zhè)些數據要求是重要的(de)，有的(de)倉庫留得(de)少了(le)，在使用(yòng)時(shí)非常困難。有的(de)留得(de)太多(duō)，又造成土地的(de)浪費。

       越是大(dà)型的(de)立體庫，停車廣場(chǎng)越要設計合理(lǐ)充分(fēn)，但即使對(duì)于小型立體庫，也(yě)要了(le)解其使用(yòng)情況，切忌不管不顧，胡亂設計，則會非常被動。

04 庫前區(qū)設計

       關于自動化(huà)立體庫庫前區(qū)的(de)設計問題，包括幾個(gè)方面，如輸送系統、分(fēn)揀區(qū)、收貨區(qū)、發貨區(qū)等，對(duì)于庫前輸送機系統已有專門文獻[2]論述，這(zhè)裏僅擇其要點進行分(fēn)析。

       庫前輸送系統的(de)設計，無論采用(yòng)什(shén)麽型式和(hé)技術，其要點是要滿足貨物(wù)的(de)入庫和(hé)出庫流量要求。一般來(lái)說，輸送系統的(de)理(lǐ)論能力，要求比實際能力大(dà)15%~25%爲宜，很多(duō)設計過于緊湊，其實對(duì)實際作業是不利的(de)。

       分(fēn)揀區(qū)：這(zhè)是一個(gè)比較廣泛的(de)概念。既包括末端分(fēn)揀，也(yě)包括拆托盤和(hé)拆箱揀選，尤其是後者，其需求随著(zhe)業務的(de)不同，差異甚大(dà)。就末端分(fēn)揀而言，有各種形式的(de)分(fēn)揀技術可(kě)以使用(yòng)，如交叉帶分(fēn)揀機、滑塊式分(fēn)揀機、躍起輪分(fēn)揀機、矩陣式分(fēn)揀機等最爲常見。分(fēn)揀機的(de)設計主要要根據産品的(de)型式和(hé)流量來(lái)進行選擇，價格差異很大(dà)。分(fēn)揀能力一般從幾千揀到幾萬件不等，這(zhè)對(duì)于設計者有一定的(de)挑戰。很多(duō)初始設計者不能充分(fēn)了(le)解分(fēn)揀機的(de)原理(lǐ)，從而做(zuò)出錯誤的(de)選擇，這(zhè)種情況也(yě)是常見的(de)。

       收貨區(qū)：收貨區(qū)的(de)大(dà)小，不僅與業務量有關，而且與業務流程有關。比如是否可(kě)以直接入庫？有的(de)業務要求到貨貨物(wù)要進行QC，有的(de)要更換托盤重新碼垛，有的(de)還(hái)要做(zuò)一些别的(de)處理(lǐ)等，這(zhè)樣，收貨區(qū)的(de)大(dà)小将受到很大(dà)影(yǐng)響。對(duì)QC來(lái)說，有的(de)很簡單，隻需要對(duì)外觀進行檢查，有的(de)隻要進行抽查，有的(de)可(kě)能需要注意檢查，有的(de)還(hái)有時(shí)間存放要求等，差異很大(dà)，這(zhè)在設計中是要引起注意的(de)。

       發貨區(qū)：發貨區(qū)設計在很多(duō)場(chǎng)合并未引起注意和(hé)重視，從而導緻很多(duō)問題發生。其實，發貨區(qū)在整個(gè)立體庫設計中占據非常重要的(de)位置。發貨區(qū)的(de)大(dà)小固然與物(wù)流量密切相關，還(hái)與波次設計有很大(dà)關系，近年來(lái)，立體化(huà)和(hé)自動化(huà)的(de)集貨與發貨，越來(lái)越受到重視，發貨區(qū)的(de)設計進入到一個(gè)新的(de)階段。

05 其他(tā)細節問題

1）消防噴淋

       消防噴淋在立體庫設計中經常是一個(gè)令人(rén)頭疼的(de)問題。有些立體庫根本無法解決這(zhè)一問題。如四向穿梭車庫。這(zhè)不僅限制了(le)設計的(de)選擇空間，而且也(yě)會導緻很大(dà)的(de)空間浪費。而從另一個(gè)角度看，我國現行的(de)消防規範，或許到了(le)需要認真關注自動化(huà)立體庫需求的(de)時(shí)候了(le)。如何做(zuò)到既合理(lǐ)科學，又安全有效，是我們制定消防規範時(shí)應考慮的(de)一個(gè)關鍵問題。

       順便提一下(xià)我國關于物(wù)流尤其是立體庫的(de)消防規範，由于缺乏科學依據，所有的(de)條文基本上還(hái)是憑借一些老的(de)經驗，基于傳統倉庫的(de)概念而制定的(de)。與立體庫本身的(de)需求差距甚遠(yuǎn)。如何科學制定規範，是擺在我們面前的(de)一個(gè)艱巨的(de)任務，可(kě)謂任重而道遠(yuǎn)。

2）貨架、貨叉與托盤

       有一些細節的(de)問題将影(yǐng)響總體設計。

       首先看托盤設計。托盤是立體庫設計最基礎的(de)條件或最基礎的(de)工作。盡管标準托盤（即1000X1200規格的(de)托盤）是優先考慮的(de)選項，但對(duì)于實際使用(yòng)而言，非标的(de)情況也(yě)是非常多(duō)的(de)，特别是制造業物(wù)流。貨物(wù)單元（即托盤+單元貨物(wù)）尺寸的(de)設計要特别重視，通(tōng)常情況下(xià)，立體庫并不要包含所有物(wù)料，隻要符合大(dà)多(duō)數貨物(wù)儲存即可(kě)。對(duì)堆垛機而言，托盤的(de)設計還(hái)包括一些細節需求，如托盤型式，承載能力，叉孔高(gāo)度等。以川字底托盤爲例，叉孔高(gāo)度往往不是由托盤載重決定的(de)，而是由貨叉高(gāo)度和(hé)撓度決定的(de)。

       再看貨叉設計和(hé)選擇。目前貨叉的(de)設計基本上隻是一項選型的(de)工作。采用(yòng)像米亞斯、長(cháng)臂猿等專業公司的(de)貨叉是一種經濟而穩妥的(de)做(zuò)法。這(zhè)些企業的(de)産品手冊會提供實際使用(yòng)中多(duō)種規格型号的(de)各種參數，包括伸叉長(cháng)度，載荷，以及滿載下(xià)的(de)撓度等。即使這(zhè)樣，貨叉的(de)選擇仍然是一項比較專業的(de)工作，對(duì)工期和(hé)成本的(de)影(yǐng)響還(hái)是不小的(de)。值得(de)注意的(de)是，貨叉的(de)選擇會影(yǐng)響托盤的(de)設計，因此，隻有選擇好了(le)貨叉，托盤才能确定。

圖1 雙伸貨叉示意圖（來(lái)源于米亞斯）

       最後看看貨架的(de)設計，以最簡單的(de)AS/RS爲例，首先，對(duì)一些非标的(de)重型貨架的(de)設計，進行有限元分(fēn)析是非常必要的(de)，這(zhè)是很多(duō)貨架廠并不具備的(de)能力。其次，貨架的(de)設計與單元貨物(wù)有直接關系。一般情況下(xià)，載貨單元（托盤+貨物(wù)）的(de)尺寸（長(cháng)寬高(gāo)）決定了(le)貨架的(de)尺寸。需要注意的(de)是，在确定層高(gāo)（底層高(gāo)度，中間層層高(gāo)，頂層高(gāo)度）的(de)時(shí)候，各種尺寸設計要符合設計規範的(de)規定。此外，由于采用(yòng)組合式貨架，層高(gāo)一般要按照(zhào)75或100的(de)倍數設計，當然，如果貨架采用(yòng)定制孔的(de)話(huà)，就沒有這(zhè)個(gè)限制，但這(zhè)種情況很少，目前隻有少數幾個(gè)貨架廠才能提供這(zhè)種定制貨架。

3）基礎荷載

       立體庫的(de)基礎荷載計算(suàn)是一個(gè)專門的(de)話(huà)題，也(yě)是困擾大(dà)家的(de)一個(gè)問題。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(de)點（如提升機基座）所承受的(de)最大(dà)荷載。這(zhè)一荷載直接影(yǐng)響建築物(wù)梁的(de)設計。一般情形下(xià)，計算(suàn)集中荷載時(shí)，要計算(suàn)一個(gè)區(qū)域内受載荷最大(dà)的(de)點或幾個(gè)點（柱腳）。在所有貨位均取最大(dà)值的(de)工況下(xià)，計算(suàn)集中荷載。當然，一般還(hái)要有一個(gè)安全系數作爲保障。安全系數的(de)選擇要根據實際工況和(hé)重要程度進行選擇，取值在1.2~1.4之間爲宜。

       平均荷載計算(suàn)公式是整個(gè)立體庫區(qū)域（有的(de)理(lǐ)解爲貨架區(qū)域）的(de)總荷載除以其面積。總荷載包括貨物(wù)及設備（貨架、堆垛機、輸送機等）的(de)荷載。然而，在實際設計中，單純的(de)說平均荷載是容易出問題的(de)。因爲計算(suàn)公式中兩個(gè)參數需要明(míng)确定義。所以，在提出平均載荷的(de)同時(shí)，還(hái)要提出計算(suàn)區(qū)域的(de)總荷載，以便建築設計考慮。對(duì)建築設計而言，平均荷載主要關乎樁基的(de)設計，樁基需要承受的(de)總荷載才是計算(suàn)的(de)所關注的(de)。需要指出的(de)是，由于立體庫不可(kě)能做(zuò)到滿載（每個(gè)貨位放滿貨物(wù)，且達到設計載荷），因此，在計算(suàn)平均荷載時(shí)，安全系數應該是一個(gè)小于1的(de)系數。具體取值在0.7~0.9之間，要根據實際情況予以确定。關于這(zhè)一點，目前還(hái)存在不同的(de)認知。

4）其它

       立體庫設計需要注意的(de)細節事項還(hái)有很多(duō)，如巷道寬度的(de)設計，安全距離問題（多(duō)種情形下(xià)），有關托盤、輸送機、載貨台、貨架之間的(de)尺寸鏈問題，基礎設計問題等，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。

參考文獻：

[1] 尹軍琪，倉庫月(yuè)台規劃設計要點分(fēn)析[J]，物(wù)流技術與應用(yòng)，2020.8（91-94）

[2] 尹軍琪，自動化(huà)立體庫庫前輸送系統的(de)設計問題[J]，伍強科微信公衆号，2022.5.22