01 自動化立體庫的種類

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

       托盤式AS/RS系統(tǒng)：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。

       托盤式子母車系統(tǒng)：這一系統(tǒng)主要應用于高密度存取場合。所謂子母車包括子車和母車，母車負責將子車及貨物從一個巷道移到另一巷道，子車負責將托盤送到貨位儲存。托盤的提升采用提升機完成。子母車系統(tǒng)是一種較高密度的儲存系統(tǒng)，比普通的單深度AS/RS，其空間利用率會提升15~20%左右，理論上最大會提升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存取，也可以自動變換巷道。既可以應用于密集存儲系統(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，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，這是其他技術所無法比擬的。

       Miniload系統(tǒng)：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。多用于貨到人自動揀選系統(tǒng)。

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

       KIVA系統(tǒng)：載荷單元為箱子。有兩種主要類型：移動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作為存取機構的立體庫，可移動式貨架立體庫，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(guī)范的理解與應用

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

       建筑設計防火規(guī)范，GB50016-2014

       物流建筑設計規(guī)范，GB51157-2016

       冷庫設計規(guī)范，GB50072-2010

       簡單來說，對自動化立體庫的面積和防火分區(qū)（丙2類，有自動噴淋），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，只是在沒有自動噴淋設施情況下，采用常溫規(guī)范GB50017-2014，會導致分區(qū)更小，設計限制更多罷了。

       除此之外，建筑防火規(guī)范還規(guī)定自動噴淋的間距，即3m一層的消防噴淋裝置，這個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，如四向穿梭車立體庫。在設計中要特別注意。

       在實際情況中，立體庫的消防分區(qū)寬度設計要符合巷道倍數(shù)的模數(shù)關系，這是很多設計者開始不明白的地方。比如對于1200*1000的標準托盤而言，如果設計4個巷道單深度立體庫，一般建筑的寬度約為20m，此時，立體庫的長度最大為3000/20=150m，這就是為什么設計中巷道不能特別長的原因之一。

03 月臺及停車廣場設計

       立體庫的月臺和庫前廣場設計特別重要，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。

       月臺有內置和外置兩種主要型式，高度一般為1200mm，這是為了滿足40英尺箱式貨車而設計的。實際設計中，要考慮車的型式。有些市內發(fā)貨月臺需要停放的車都是20英尺以內的車，就沒有必要設計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。

       停車位的需求對月臺設計來說是非常重要的，除了盡可能多的設計停車位外，還應通過改變裝卸貨方式來適應業(yè)務的需求，如采用伸縮皮帶機，或自動裝卸貨技術來提升效率，進而減少對月臺數(shù)量的需求。

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

       對設計者來說，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，停車廣場越要設計合理充分，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，則會非常被動。

04 庫前區(qū)設計

       關于自動化立體庫庫前區(qū)的設計問題，包括幾個方面，如輸送系統(tǒng)、分揀區(qū)、收貨區(qū)、發(fā)貨區(qū)等，對于庫前輸送機系統(tǒng)已有專門文獻[2]論述，這里僅擇其要點進行分析。

       庫前輸送系統(tǒng)的設計，無論采用什么型式和技術，其要點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，要求比實際能力大15%~25%為宜，很多設計過于緊湊，其實對實際作業(yè)是不利的。

       分揀區(qū)：這是一個比較廣泛的概念。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)務的不同，差異甚大。就末端分揀而言，有各種形式的分揀技術可以使用，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。分揀機的設計主要要根據(jù)產(chǎn)品的型式和流量來進行選擇，價格差異很大。分揀能力一般從幾千揀到幾萬件不等，這對于設計者有一定的挑戰(zhàn)。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，這種情況也是常見的。

       收貨區(qū)：收貨區(qū)的大小，不僅與業(yè)務量有關，而且與業(yè)務流程有關。比如是否可以直接入庫？有的業(yè)務要求到貨貨物要進行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QC來說，有的很簡單，只需要對外觀進行檢查，有的只要進行抽查，有的可能需要注意檢查，有的還有時間存放要求等，差異很大，這在設計中是要引起注意的。

       發(fā)貨區(qū)：發(fā)貨區(qū)設計在很多場合并未引起注意和重視，從而導致很多問題發(fā)生。其實，發(fā)貨區(qū)在整個立體庫設計中占據(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，還與波次設計有很大關系，近年來，立體化和自動化的集貨與發(fā)貨，越來越受到重視，發(fā)貨區(qū)的設計進入到一個新的階段。

05 其他細節(jié)問題

1）消防噴淋

       消防噴淋在立體庫設計中經(jīng)常是一個令人頭疼的問題。有些立體庫根本無法解決這一問題。如四向穿梭車庫。這不僅限制了設計的選擇空間，而且也會導致很大的空間浪費。而從另一個角度看，我國現(xiàn)行的消防規(guī)范，或許到了需要認真關注自動化立體庫需求的時候了。如何做到既合理科學，又安全有效，是我們制定消防規(guī)范時應考慮的一個關鍵問題。

       順便提一下我國關于物流尤其是立體庫的消防規(guī)范，由于缺乏科學依據(jù)，所有的條文基本上還是憑借一些老的經(jīng)驗，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。如何科學制定規(guī)范，是擺在我們面前的一個艱巨的任務，可謂任重而道遠。

2）貨架、貨叉與托盤

       有一些細節(jié)的問題將影響總體設計。

       首先看托盤設計。托盤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（即1000X1200規(guī)格的托盤）是優(yōu)先考慮的選項，但對于實際使用而言，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+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(shù)貨物儲存即可。對堆垛機而言，托盤的設計還包括一些細節(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、長臂猿等專業(yè)公司的貨叉是一種經(jīng)濟而穩(wěn)妥的做法。這些企業(yè)的產(chǎn)品手冊會提供實際使用中多種規(guī)格型號的各種參數(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比較專業(yè)的工作，對工期和成本的影響還是不小的。值得注意的是，貨叉的選擇會影響托盤的設計，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）

       最后看看貨架的設計，以最簡單的AS/RS為例，首先，對一些非標的重型貨架的設計，進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，貨架的設計與單元貨物有直接關系。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）的時候，各種尺寸設計要符合設計規(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)設計，當然，如果貨架采用定制孔的話，就沒有這個限制，但這種情況很少，目前只有少數(shù)幾個貨架廠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專門的話題，也是困擾大家的一個問題。有兩個參數(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柱腳或一個特殊的點（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，要計算一個區(qū)域內受載荷最大的點或幾個點（柱腳）。在所有貨位均取最大值的工況下，計算集中荷載。當然，一般還要有一個安全系數(shù)作為保障。安全系數(shù)的選擇要根據(jù)實際工況和重要程度進行選擇，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?？偤奢d包括貨物及設備（貨架、堆垛機、輸送機等）的荷載。然而，在實際設計中，單純的說平均荷載是容易出問題的。因為計算公式中兩個參數(shù)需要明確定義。所以，在提出平均載荷的同時，還要提出計算區(qū)域的總荷載，以便建筑設計考慮。對建筑設計而言，平均荷載主要關乎樁基的設計，樁基需要承受的總荷載才是計算的所關注的。需要指出的是，由于立體庫不可能做到滿載（每個貨位放滿貨物，且達到設計載荷），因此，在計算平均荷載時，安全系數(shù)應該是一個小于1的系數(shù)。具體取值在0.7~0.9之間，要根據(jù)實際情況予以確定。關于這一點，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(jié)事項還有很多，如巷道寬度的設計，安全距離問題（多種情形下），有關托盤、輸送機、載貨臺、貨架之間的尺寸鏈問題，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，倉庫月臺規(guī)劃設計要點分析[J]，物流技術與應用，2020.8（91-94）

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