全國(guó)大學(xué)生交通科技大賽論文集6

1、平面交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)研究李加丁，尚立偉（北京交通大學(xué)，北京，100044）摘要：城市道路交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)是影響交叉口通行秩序和通行能力的重要因素。通過(guò)對(duì)北京市一些平面交叉口的實(shí)地觀測(cè)和分析，本文總結(jié)了現(xiàn)行交叉口人行橫道和停車線設(shè)計(jì)的一般模式及存在的安全隱患問(wèn)題，提出基于通行安全、車輛順暢和通行能力約束的人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)方法。將交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)化、更優(yōu)化，給出平面十字形交叉口人行橫道和停車線設(shè)計(jì)的基本模型。并基于模糊數(shù)學(xué)理論，提供了進(jìn)一步優(yōu)化停車線位置的途徑。最后，給出了城市道路正十字形平面交叉口有關(guān)人行橫道和停車線的一些設(shè)計(jì)值。關(guān)鍵詞：平面交叉

2、口；人行橫道；停車線；安全系數(shù)；通行能力；模糊數(shù)學(xué)1. 前言交叉口是道路網(wǎng)中道路通行能力的“瓶頸”和交通事故的“多發(fā)源”。國(guó)內(nèi)外城市中的交通阻塞主要發(fā)生在交叉口，如日本大城市中的機(jī)動(dòng)車在城市中心的旅行時(shí)間約1/3花在平面交叉口上。同時(shí)，交叉口也是交通事故的主要發(fā)生源，城市中的交通事故約有6080發(fā)生在交叉口極其附近。 因此，交叉口引起人們的高度關(guān)注，而人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)是平面交叉口交通設(shè)計(jì)的重要部分。實(shí)踐表明，正確設(shè)計(jì)交叉口的人行橫道和停車線，能夠優(yōu)化車流的行駛軌跡，改善通行秩序；能夠規(guī)范車流的通行空間，提高通行安全性；能夠有效利用交叉口內(nèi)部的時(shí)空資源，提高通行能力。2. 現(xiàn)行人行橫道和停

3、車線的設(shè)計(jì)理論和方法關(guān)于研究交叉口設(shè)計(jì)的方法國(guó)內(nèi)外有很多，如交通沖突技術(shù)、斷面法、車輛延誤模型等，如文獻(xiàn)1；尤其是交叉口的信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其文獻(xiàn)相當(dāng)多，如文獻(xiàn)24。無(wú)論是減少交通沖突、減少車輛延誤，抑或優(yōu)化信號(hào)配時(shí)等，都是改善交叉口通行秩序的一個(gè)方面，但要保證交通流安全，全面提升交叉口的通行效率，人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)也不容忽視。也有一些文獻(xiàn)專門探討過(guò)平面交叉口停車線的設(shè)計(jì)，如文獻(xiàn)5,學(xué)者對(duì)停車線的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并建立了基于機(jī)動(dòng)車運(yùn)行軌跡順暢的停車線模型，對(duì)交叉口的研究具有很大的參考價(jià)值。3. 現(xiàn)行人行橫道和停車線設(shè)計(jì)的弊端通過(guò)實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)存在如下弊

4、端：3.1 交叉口內(nèi)部通行空間偏低大部分交叉口人行橫道以人行道的延長(zhǎng)線為基準(zhǔn)，向交叉口外側(cè)移動(dòng)1米；而停車線退后人行橫道后沿1米設(shè)置，位置較提前。這種設(shè)計(jì)壓縮了交叉口的內(nèi)部區(qū)域，導(dǎo)致交叉口用于機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車的空間有限。3.2 右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車待行區(qū)域不足相鄰兩個(gè)進(jìn)口的人行橫道相距過(guò)近，一方面會(huì)侵占右轉(zhuǎn)車輛與自行車的行駛空間；另一方面，會(huì)使右轉(zhuǎn)車輛駛離本向停車線后，連續(xù)通過(guò)兩條人行橫道線，行人安全受到威脅。3.3 左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行軌跡不順暢由于停車線位置提前，左轉(zhuǎn)車輛的轉(zhuǎn)彎半徑減小，待綠燈亮后駛離進(jìn)口道的車輛運(yùn)行軌跡很不順暢，也加大了機(jī)動(dòng)車駕駛員的駕駛難度。3.4 人行橫道長(zhǎng)、寬設(shè)置不當(dāng)人行橫道過(guò)窄，

5、導(dǎo)致部分行人過(guò)街時(shí)被排在橫道線外，其安全沒(méi)有保障；人行橫道過(guò)長(zhǎng)，且沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的二次過(guò)街設(shè)施，導(dǎo)致綠燈尾期部分行人被擋在橫道線上或不能從容過(guò)街。4. 交叉口人行橫道和停車線優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1 研究對(duì)象基于典型性，實(shí)際調(diào)查以平面十字形交叉口為主，本文也以平面十字形交叉口為探討對(duì)象。4.2 基本假定為便于研究，作如下假定：交叉口為正十字形或斜十字形交叉口人行橫道垂直于道路中心線，停車線與人行橫道平行交叉口為預(yù)定周期式信號(hào)控制交叉口（如圖1）4.3 設(shè)計(jì)目的城市道路交通設(shè)計(jì)中，以交通安全、通暢、效率、便利及其與環(huán)境協(xié)和為目的6，因此，交叉口設(shè)計(jì)也應(yīng)以此為出發(fā)點(diǎn)。人行橫道設(shè)應(yīng)保障行人安全、從容過(guò)街；為車流

6、提供適當(dāng)?shù)拇袇^(qū)域。停車線應(yīng)保障機(jī)動(dòng)車流行駛軌跡順暢；為各種交通流提供安全空間。綜合設(shè)計(jì)目標(biāo)：在保障行人、車輛安全通行的前提下，提高交叉口的通行能力。4.4 約束條件4.4.1 轉(zhuǎn)角距離要求相鄰兩條人行橫道之間的轉(zhuǎn)角距離至少能容下一輛小客車的車身長(zhǎng)6m。4.4.2 左、右轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)于左轉(zhuǎn)車流，本向進(jìn)口道設(shè)計(jì)停車線要保證左轉(zhuǎn)車輛以大于等于30m的半徑轉(zhuǎn)到其左側(cè)進(jìn)口的出口道；同時(shí)其右側(cè)進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車流能以大于等于30m的半徑轉(zhuǎn)到本向出口道。對(duì)于右轉(zhuǎn)車流，在交叉口其速度不宜太高，要限制其轉(zhuǎn)彎半徑不大于207。另外，左、右轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)根據(jù)相交道路等級(jí)的不同而發(fā)生相應(yīng)變化。4.4.3 車車、人車安全交叉如圖

7、1所示，C、D、E三點(diǎn)為相位變換時(shí)大多數(shù)二相位控制信號(hào)存在的最不利的沖突點(diǎn)。（1）車車安全交叉的理論關(guān)系綠燈末期車輛若要安全通過(guò)沖突點(diǎn)C，必須滿足條件5： （1）（2）行人機(jī)動(dòng)車安全交叉的理論關(guān)系為了避免人車沖突，綠間隔必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：綠燈尾期安全通過(guò)沖突D的條件： （2）綠燈尾期安全通過(guò)沖突E的條件: （3）5. 基本參數(shù)如上圖2中， S1為停車線至交叉口道路中線交點(diǎn)O的距離，S2為人行橫道前沿至道路中線交點(diǎn)O的距離，a為單車道的寬度，c為人行橫道的寬度，d為停車線至人行橫道后沿的距離，為本向道路中心線與左側(cè)道路中心線的夾角，Rr為右轉(zhuǎn)車輛約束轉(zhuǎn)彎半徑，Rl為左轉(zhuǎn)車輛約束轉(zhuǎn)彎半徑，

8、Rrl為右側(cè)進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車輛約束轉(zhuǎn)彎半徑，Ly為相鄰兩條人行橫道線之間的弧長(zhǎng)。6. 交叉口人行橫道和停車線優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析6.1 設(shè)計(jì)模型從人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)目標(biāo)及約束條件出發(fā)，可建立以下設(shè)計(jì)模型，由約束條件： 6Ly （4）Rl30 S130 （5）由約束條件：Rrl30 即： S130 （6）Rr20S220 （7）由約束條件： 即： S1 （8） （1+） 即： S1+ S2+C+L（1+） （9） 7 （10）6.2 模型分析城市道路選用a3.5m8，小客車的車身長(zhǎng)度L6m。在交叉口取機(jī)動(dòng)車的行駛速度V15km/h。綠燈亮后第一輛車自停車線啟動(dòng)均可近似看作初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度

9、a0.6m/s2，因此、均由曲線：確定。其中，。若不受地形的限制，應(yīng)設(shè)置平面正十字形交叉口，即900，則代入以上建議參數(shù)值：Rr20，Rl30，Rrl30，V1=1.2，V4.2，加速度a0.6m/s2，L6，解上述約束方程。由（4）、（7）得：3.82由（5）、（6）、（8）得：由（9）得：?？梢钥闯觯谲囕v綠燈間隔時(shí)間5s下，若車道數(shù)n即a3.5或a7時(shí)，將與約束條件矛盾，此設(shè)計(jì)將難以滿足。但這并不表示模型本身出現(xiàn)了問(wèn)題，卻正好反映了這樣一個(gè)事實(shí)：目前，我國(guó)大部分交叉口車輛和行人由于共用紅綠燈信號(hào)，導(dǎo)致綠燈末期產(chǎn)生類似D點(diǎn)處的人車沖突，存在較大安全隱患。由（10）可以看出，因?yàn)楹苄。?、一?/p>

10、確定，為保證沖突點(diǎn)E處行人通行安全，不宜過(guò)大，實(shí)際表現(xiàn)為車道數(shù)不能過(guò)多，否則應(yīng)該設(shè)置行人安全島，確保行人安全過(guò)街。9通常交叉口人行橫道的長(zhǎng)度最好不超過(guò)15m。在上海的城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)程（2001）規(guī)定為交叉口“進(jìn)出口機(jī)動(dòng)車道達(dá)6條時(shí)，應(yīng)在中間設(shè)置行人安全島；新建交叉口島寬應(yīng)大于20，改建、治理交叉口應(yīng)大于1m”。因S1S2cd，即一旦S1、S2確定，則cd確定；一旦某個(gè)值發(fā)生變化，則其它值呈線性變化。另外，由于cd大于零，故。人行橫道的最小寬度，各國(guó)規(guī)定不一，上海的城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)程（2001）規(guī)定，順延干路的人行橫道寬度不宜小于5m，順延支路的人行橫道寬度不宜小于

11、3m。因此，對(duì)于主、次干路，人行橫道寬度c可取57m；對(duì)于支路c可取35m。為保證靜止車輛不對(duì)行人過(guò)街產(chǎn)生干擾，停車線至人行橫道后沿的距離d至少為1m，但一般不宜超過(guò)2m，即介于12m。6.3 始設(shè)計(jì)值基于以上設(shè)計(jì)模型及分析，假定S1、S2、c以m遞變，d以0.1m遞變，表1給出了城市道路正十字形平面交叉口、不同等級(jí)道路相交時(shí)有關(guān)人行橫道和停車線的初始設(shè)計(jì)值。表1 正十字形平面交叉口人行橫道和停車線的初始設(shè)計(jì)值（1）相交道路及車道數(shù)交叉口主干路/6車道次干路/4車道支路/2車道S1S2cdS1S2cdS1S2cd主主交叉口213915305712主次交叉口1736112757122139153

12、05712主支交叉口14328235712193715303512次次交叉口173611275712次支交叉口14328235712153411273512支支交叉口12308233512(注：上述數(shù)據(jù)均以交叉口中心O為基準(zhǔn)，參數(shù)參見圖2，單位為m) 7. 停車線位置S1的進(jìn)一步優(yōu)化在能夠?qū)崿F(xiàn)安全、通暢的前提下，按照道路交通設(shè)計(jì)的理念，還應(yīng)發(fā)揮交叉口時(shí)空資源的最大效能，以提高交叉口的效率，這要求進(jìn)一步尋求改善人行橫道和停車線設(shè)計(jì)的方案。下面基于模糊數(shù)學(xué)的理論，提供一種優(yōu)化的途徑。7.1 信號(hào)交叉口通行能力經(jīng)推導(dǎo)，可得交叉口一條直左右車道的通行能力10： (11)式中，T為信號(hào)燈周期；tg為信號(hào)

13、每周期內(nèi)的綠燈時(shí)間，為直行或右行車輛通過(guò)停車線的平均時(shí)間，為直左車道中左轉(zhuǎn)車所占比例，均可通過(guò)調(diào)查數(shù)據(jù)獲得。由于d<<S1，可忽略不計(jì)。可見，停車線位置S1將對(duì)交叉口的通行能力構(gòu)成主要影響。因此，只要對(duì)S1做進(jìn)一步優(yōu)化，便可提高交叉口的通行能力，滿足綜合設(shè)計(jì)目標(biāo)。7.2 基于模糊數(shù)學(xué)對(duì)S1優(yōu)化由于順暢、安全都只是一個(gè)模糊的概念，它取決于交通利用者的心理承受能力，實(shí)際表現(xiàn)為車輛和行人對(duì)交叉口的滿意度，而這種主觀判斷因人而異；另外，交叉口沖突點(diǎn)處是否真的發(fā)生沖突，也是隨機(jī)的，即使存在很大的可能，但它并不一定發(fā)生。但從系統(tǒng)的角度出發(fā)，除了考慮車輛和行人滿意之外，還期望有一個(gè)較高的通行能力

14、。這就告訴我們，允許對(duì)停車線的位置S1作出改進(jìn)，以在安全和通行能力之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)。以求交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)理論更加全面、系統(tǒng)，下面基于模糊綜合評(píng)判方法，簡(jiǎn)單介紹怎樣對(duì)式（11）中停車線至道路中心o的距離S1進(jìn)行優(yōu)化。首先，通過(guò)上述模型，在滿足車輛順暢和通行安全的前提下，求得關(guān)于S1的一個(gè)范圍，通常是介于兩個(gè)值之間，比如：。此時(shí)我們可以定義一個(gè)安全系數(shù)，則可假定S1a或S1b時(shí)，該安全系數(shù)1，表明機(jī)動(dòng)車處于臨界順暢、車輛和行人處于臨界安全狀態(tài)；當(dāng)S1時(shí)，該安全系數(shù)或，也即，此時(shí)達(dá)到最大值，表明車輛、行人處于最佳狀態(tài)，也即交叉口的交通狀況處于最佳。當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。如下S1曲線關(guān)系圖：相

15、交道路及車道數(shù)交叉口主干路/6車道次干路/4車道支路/2車道S1S2cdS1S2cdS1S2cd主主交叉口212915205712主次交叉口172511165712212915205712主支交叉口14218125712192715203512次次交叉口172511165712次支交叉口14218125712152311163512支支交叉口12198123512(注：上述數(shù)據(jù)均以交叉口中心O為基準(zhǔn)，參數(shù)參見圖2，單位為m)當(dāng)時(shí)，與S1成正比；當(dāng)時(shí)，與S1成反比。這樣，通過(guò)引入安全系數(shù)的概念，便對(duì)車輛和行人的滿意度進(jìn)行了量化。表2 正十字形平面交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)值表2 正十字形平面交

16、叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)值步驟2，由式（11）可知，S1越小，交叉口的通行能力越高。因此，要滿足車輛順暢、通行安全和提高交叉口的通行能力，S1應(yīng)在區(qū)間取值，表1即可優(yōu)化如下：步驟3，從小到大，以一定的間隔（建議1m）分別對(duì)S1取值（i1，2，3，m），則其安全系數(shù)；并以一定的間隔（建議0.1m）對(duì)d取值dy。則對(duì)應(yīng)的機(jī)動(dòng)車設(shè)計(jì)通行能力為： （12）步驟4，因交叉口非機(jī)動(dòng)車（主要是自行車）跟行人一起過(guò)街，因此，可將非機(jī)動(dòng)車和行人的通行能力歸在一起，由人行橫道寬c確定其行人設(shè)計(jì)通行能力。以一定的間隔（建議1m）對(duì)c取值，則對(duì)應(yīng)的行人通行能力為：c*1800，比如c為5m時(shí)，其通行能力為5*180

17、09000人/h。因此，便得到了評(píng)判交叉口綜合效果的三個(gè)因素指標(biāo)：安全系數(shù)f1機(jī)動(dòng)車通行能力f2行人通行能力f3。于是便可運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中加權(quán)相對(duì)偏差距離最小法對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析。相位綠燈時(shí)間（s）黃燈時(shí)間（s）紅燈時(shí)間（s）周期時(shí)長(zhǎng)（s）東西353 67 105南北 40 3 62 105表a 表b東西相小型車/左轉(zhuǎn)車（輛）中型車/左轉(zhuǎn)車（輛）大型車/左轉(zhuǎn)車（輛）當(dāng)量車/當(dāng)量左轉(zhuǎn)（pcu）直右車道7312/25 112直左車道68/289/25/4 101/44南北相小型車（輛）中型車（輛）大型車（輛）當(dāng)量車（pcu）直行車道9541 106專用右轉(zhuǎn)車道6790 85專用左轉(zhuǎn)車道 4054 62

18、表c則東西方向（）：dyf2Si1718192021222324251251.27 251.41 251.56 251.70 251.84 251.98 252.12 252.26 252.41 252.55 252.69248.49 248.63 248.77 248.91 249.04 249.18 249.32 249.46 249.60 249.74 249.88 245.78 245.92 246.05 246.18 246.32 246.45 246.59 246.72 246.86 246.99 247.13243.13 243.26 243.39 243.53 243.66 2

19、43.79 243.92 244.05 244.18 244.32 244.45 240.54 240.67 240.80 240.92 241.05 241.18 241.31 241.44 241.57 241.70 241.83238.00 238.13 238.25 238.38 238.51 238.63 238.76 238.88 239.01 239.14 239.26235.52 235.64 235.76 235.89 236.01 236.13 236.26 236.38 236.50 236.63 236.75233.08 233.20 233.32 233.44 233

20、.56 233.68 233.80 233.93 234.05 234.17 234.29230.69 230.80 230.92 231.04 231.16 231.28 231.40 231.52 231.64 231.76 231.881.11.21.31.41.51.61.71.81.92安全系數(shù)f111.061.121.181.241.291.351.411.47行人通行能力f29000900090009000900090009000900090007.3 算例如下，以一正十字形信號(hào)交叉口（次次交叉口，均為4車道）為例進(jìn)行分析，經(jīng)交通調(diào)查得到的基礎(chǔ)資料如下：常值目標(biāo)函數(shù)的集合為本文以

21、第六行的9個(gè)：v=vf1,vf2,vf3,每個(gè)Si和dy的組合構(gòu)成一個(gè)方案，且對(duì)應(yīng)一個(gè)機(jī)動(dòng)車通行能力，則共有99個(gè)方案，方案為例,即取d1.5m時(shí)。各方案的因素指標(biāo)矩陣F為：Ff111.061.121.181.241.291.351.411.47f2251.27 248.49245.78243.13240.54238.00235.52233.08230.69f3900090009000900090009000900090009000由德爾菲法，經(jīng)過(guò)專家的評(píng)定得到各因素指標(biāo)的權(quán)值向量為：A=（a1，a2，a3）=（0.91，0.82，0.35）。各因素指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值向量為：=（，）=（1.47，2

22、51.27，9000）令ij= ，得出相對(duì)偏差模糊矩陣： 1 0.91 0.74 0.62 0.49 0.38 0.26 0.13 0 0 0.14 0.27 0.40 0.52 0.64 0.77 0.88 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0例如：=，根據(jù)加權(quán)相對(duì)偏差距離公式，即：，其中，例如，且a=0.69，從而得到（1.32，1.21，0.73，0.62，0.55，0.39，0.67，0.77，1.18），因此，由于加權(quán)相對(duì)偏差距離最小法以最小的方案為最優(yōu)，所以，在取d1.5m時(shí)，第六方案為最優(yōu)，即綜合考慮通行安全、機(jī)動(dòng)車順暢、通行能力時(shí)，停車線至交叉口道路中線交點(diǎn)O的距離S122m

23、為最優(yōu)。此時(shí)，（f1，f2，f3）=（1.29，238.63，9000），各參數(shù)的最優(yōu)設(shè)計(jì)值：（S1，S2，c，d）=（22，15.5，5，1.5）。8 結(jié)語(yǔ)在設(shè)計(jì)模型階段確定人行橫道和停車線的初始設(shè)計(jì)范圍后，可以利用Vissim軟件，假定S1、S2、c以m遞變，d以0.1m遞變，以交叉口的通行能力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)交叉口進(jìn)行微觀仿真，據(jù)此得到的模擬仿真值將直觀、形象地反映出交叉口的交通狀況，但計(jì)算機(jī)模擬法需要硬件等的支持，實(shí)際應(yīng)用受到諸多的限制。因此，本文所提供的基于模糊數(shù)學(xué)的計(jì)算分析法將更加普遍和適用，其成果對(duì)交叉口人行橫道和停車線的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和定量方法，對(duì)于改善我國(guó)城市道路交叉口的交

24、通秩序，提高其通行能力和通行安全性，具有廣泛的參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)【1】 袁以武，董力耘，戴世強(qiáng).交叉口左轉(zhuǎn)專用信號(hào)燈對(duì)車輛延誤的影響.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2002，2（4）：8085.【2】 徐建閩，舒寧，尹宏賓.新型模糊控制算法在交叉口信號(hào)控制中的應(yīng)用.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，28（6）：15.【3】 伍建國(guó)，巨永鋒.平面交叉口信號(hào)模糊控制與仿真.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（2）：8184.【4】 楊曉光，陳白磊，彭國(guó)雄.行人交通控制信號(hào)設(shè)置方法研究.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2001，14（1）：7376.【5】 白玉，薛昆，楊曉光.平面十字交叉口停車線設(shè)計(jì)方法研究.公路交通科技，2004

25、.2：100102.【6】 楊曉光，等著.城市道路交通設(shè)計(jì)指南.人民交通出版社，2003.【7】 任福田，等.城市道路規(guī)劃與設(shè)計(jì)M.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998：176179.【8】 道路工程，于書翰，等.道路工程.武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2001.【9】 楊佩昆，吳兵，編著.交通管理與控制（第二版）.人民交通出版社，2003.【10】 楊浩，等.運(yùn)輸組織學(xué).中國(guó)鐵道出版社，2004.“白色家電”再制造物流中心設(shè)計(jì)與方案模擬羅勇，韓佳辰，張俊超（吉林大學(xué)交通學(xué)院，長(zhǎng)春，130025）摘要：本文圍繞當(dāng)前國(guó)內(nèi)熱點(diǎn)問(wèn)題“實(shí)施綠色再制造工程”以及“推進(jìn)廢舊家電的再制造工程試點(diǎn)”；針對(duì)目前試點(diǎn)城市所面

26、臨的技術(shù)及設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)再制造物流中心的“虛擬設(shè)計(jì)”進(jìn)行了一次大膽嘗試，使用SHA和SLP的設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)完成了再制造物流中心的“虛擬”設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：白色家電；逆向物流；再制造；物流工程；計(jì)算機(jī)仿真模擬1. 項(xiàng)目選題所謂“白色家電”源于人民對(duì)“白色垃圾”的認(rèn)識(shí)，系指報(bào)廢的家用電器，或者已經(jīng)達(dá)到壽命期限“End of Life”的家電產(chǎn)品。白色家電是一種比“白色垃圾”對(duì)環(huán)境影響更為嚴(yán)重的廢棄物。“白色家電再制造物流中心設(shè)計(jì)與方案模擬”項(xiàng)目選題緊密結(jié)合當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題，立足于國(guó)家大力提倡“廢舊家電”綠色再制造工程，推進(jìn)“廢舊家電”處理與再制造試點(diǎn)工程等實(shí)踐背景。2006年7月

27、1日歐盟25國(guó)將正式實(shí)施WEEE指令Waste Electrical and Electronic Equipment。這一指令的核心內(nèi)容為：責(zé)令所有出口歐盟國(guó)家的家電企業(yè) 承擔(dān) 未來(lái)廢舊家電的回收處理費(fèi)用，并且，達(dá)不到指令標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將被拒絕進(jìn)入歐盟市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)外的大量文獻(xiàn)表明，我國(guó)“白色家電”處理和再制造技術(shù)非常落后，大部分是小作坊手工拆解，沒(méi)有嚴(yán)格的質(zhì)量控制與系統(tǒng)管理，隨意傾倒的固體垃圾和有害液體，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。這一現(xiàn)象已經(jīng)引起國(guó)家有關(guān)部門的高度重視。同時(shí)，已有越來(lái)越多的企業(yè)將目光瞄準(zhǔn)再制造市場(chǎng)。各主管部門和代表性行業(yè)如汽車零部件業(yè)、家電業(yè)等機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)積極關(guān)注綠色再制造的相關(guān)關(guān)鍵

28、技術(shù)及其應(yīng)用前景。為推進(jìn)此項(xiàng)工程，青島、杭州、北京和上海四城市首先被列為“電子垃圾”的回收處理試點(diǎn)城市。白色家電再制造物流中心的設(shè)計(jì)與規(guī)劃成為目前試點(diǎn)城市面臨的首要技術(shù)問(wèn)題。2. 項(xiàng)目研究目標(biāo)綜合運(yùn)用物流工程理論和計(jì)算機(jī)模擬方法，對(duì)白色家電再制造物流中心進(jìn)行“虛擬設(shè)計(jì)”，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)仿真和作業(yè)狀態(tài)模擬。3. 項(xiàng)目難點(diǎn)（1）如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)再制造物流中心與普通物流中心的差異；（2）如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中整合再制造中心的“生產(chǎn)”功能和物流中心的“集疏運(yùn)”功能；（3）如何運(yùn)用物流仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的模擬和優(yōu)化。4. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容（1）白色家電再制造物流中心設(shè)計(jì)方案此項(xiàng)內(nèi)容是本項(xiàng)目的研究重

29、點(diǎn)之一。即運(yùn)用SLP系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)的方法和技術(shù)，進(jìn)行了該物流中心的平面布置設(shè)計(jì)，獲得最終平面布置設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)思想：整合了再制造中心的“再制造”功能和物流中心的“集疏運(yùn)”功能?？紤]了再制造物流中心設(shè)計(jì)影響因素和運(yùn)作機(jī)制。（2）設(shè)計(jì)方案的計(jì)算機(jī)模擬與數(shù)據(jù)分析此項(xiàng)內(nèi)容是本項(xiàng)目的另一研究重點(diǎn)。再制造物流中心的平面布置圖是一個(gè)靜態(tài)的解決方案，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真工具Arena和 Flexsim對(duì)再制造物流中心設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，包括設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)參數(shù)仿真、建模和作業(yè)狀態(tài)模擬。5. 白色家電再制造物流中心的設(shè)計(jì)與規(guī)劃本項(xiàng)目運(yùn)用SLP系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)的方法和技術(shù)，分為四個(gè)步驟展開設(shè)計(jì)工作，即物流中心功能分析，初始方

30、案確定，設(shè)計(jì)方案檢驗(yàn)以及最終方案得出。5.1 功能分析我們首先從物流中心的外部環(huán)境分析入手，即從家電行業(yè)的供應(yīng)鏈視角，研究了物流中心在逆向物流網(wǎng)絡(luò)體系中的功能定位。在完整地、閉合的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)中，廢舊家電產(chǎn)品流經(jīng)顧客群、各回收點(diǎn)，進(jìn)入再制造物流中心，然后重新回到供應(yīng)商和制造商環(huán)節(jié)。在這一過(guò)程中，產(chǎn)品的變化是“從廢舊產(chǎn)品-（到）-拆分部件-（再到）-新的原材料或新產(chǎn)品”。我們的設(shè)計(jì)思想就是改變我國(guó)“廢舊家電回收站和處理廠”單獨(dú)運(yùn)作的模式，提出一個(gè)以再制造為核心功能、兼顧“集疏運(yùn)”功能的物流中心解決方案。再制造物流中心的設(shè)計(jì)過(guò)程與普通物流中心的不同之處在于：一是物流方向是逆向物流，二是“白色家電產(chǎn)品

31、”供應(yīng)的不確定性，三是再制造工序的不同。其中，廢舊家電產(chǎn)品的拆解與分類是再制造過(guò)程的特殊工序，根據(jù)對(duì)臺(tái)灣和瑞士廢舊家電再制造中心的調(diào)查分析，白色家電產(chǎn)品經(jīng)過(guò)拆解，可分為7類部件?；谏鲜霏h(huán)境分析和產(chǎn)品分析，我們進(jìn)行了物流中心的功能規(guī)劃，確定出該中心的核心功能為拆解/分類、再制造、修復(fù)和檢驗(yàn)，輔助功能為倉(cāng)儲(chǔ)、配送、信息和生活服務(wù)。具體的功能說(shuō)明如下表所示。值得說(shuō)明的是，白色家電產(chǎn)品對(duì)于“檢驗(yàn)”功能具有兩項(xiàng)特殊要求：即進(jìn)行再制造之前必須進(jìn)行生產(chǎn)期限、破損程度的檢驗(yàn)；再制造之后它的產(chǎn)成品必須通過(guò)國(guó)家的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，方能進(jìn)入再生資源市場(chǎng)。根據(jù)上述的功能分析，我們確定了相應(yīng)的作業(yè)流程。5.2 初始方案確

32、定根據(jù)第一步驟得到的作業(yè)流程，以電視機(jī)的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行了初始設(shè)計(jì)方案的相關(guān)計(jì)算。首先，物流中心按功能劃分工作區(qū)域。然后，根據(jù)電視機(jī)的調(diào)研數(shù)據(jù)，我們制定了再制造生產(chǎn)原則，計(jì)算了各工作區(qū)域的物流強(qiáng)度，根據(jù)物流強(qiáng)度的大小進(jìn)行了相關(guān)性分析，得到了相應(yīng)的密切度參數(shù)等級(jí)，遞減排列。綜合上述各作業(yè)區(qū)域的相關(guān)性分析等結(jié)論，形成了初始布置方案。5.3 方案檢驗(yàn)我們運(yùn)用F-D圖分析方法進(jìn)行了方案的多次調(diào)整，得到了物流中心的最終平面布置方案。F-D圖分析的基本原理就是運(yùn)用“物流量大、搬運(yùn)距離短的設(shè)施優(yōu)先布置”的原則。圖1 布置方案底圖（1：100）5.4 得出最終平面布置方案。如圖1所示。6. 計(jì)算機(jī)方案模擬與分析再

33、制造物流中心的平面布置圖是一個(gè)靜態(tài)的解決方案，為了能對(duì)再制造物流中心的工作狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，我們運(yùn)用了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，所用的工具為Arena和 Flexsim.。首先，我們運(yùn)用物流仿真軟件Arena，進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)參數(shù)仿真和作業(yè)狀態(tài)模擬。我們確定的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括：物流量 ；人員利用率；設(shè)備利用率；作業(yè)成本；作業(yè)時(shí)間 。作業(yè)狀態(tài)，我們假定：物流中心的生產(chǎn)能力是一定的，廢舊家電產(chǎn)品的供應(yīng)是連續(xù)的、穩(wěn)定的。據(jù)此，建立的Arena 模型。其次，進(jìn)行了Arena動(dòng)態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)分析。結(jié)論如下：（1） 物流量分析：通過(guò)分析我們可以得出修復(fù)區(qū)的物流量很少，人員和設(shè)備的利用率較低。其主要原因在于拆解后適宜修復(fù)處理的部件所占比例較小；同時(shí)，現(xiàn)有的修復(fù)技術(shù)水平不足以大批量處理待修復(fù)零部件。改進(jìn)方向：一是減少修復(fù)區(qū)的人員和設(shè)備數(shù)量；二是改進(jìn)修復(fù)工藝和提高修復(fù)技術(shù)以使更多的物品通過(guò)修復(fù)可以重新獲得使用價(jià)值。（2） 作業(yè)成本分析。模擬中，等待和搬運(yùn)成本占總成本的36.7%，經(jīng)過(guò)對(duì)作業(yè)區(qū)域人員、設(shè)備和物流量分布的調(diào)整，使得等待和搬運(yùn)成本比例下降至27.13%。實(shí)現(xiàn)了“物流系統(tǒng)搬運(yùn)成本最小”原則。（3） 作業(yè)時(shí)間分析。原方案中等待和搬運(yùn)時(shí)間占總時(shí)間的62.1%，在模型中我們對(duì)搬運(yùn)能力，以及處理能力進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后等待和搬運(yùn)時(shí)間所占比例下降至22.5%。 實(shí)現(xiàn)了時(shí)間優(yōu)化。最后，