摘要：经过全党全国各族人民的同心抗疫，我国取得新冠病毒疫情防控重大决定性胜利。当前，防控工作围绕“保健康、防重症”，继续完善“乙类乙管”各项措施，进一步提升常态化防控能力。此外，根据流行病学数据统计可知，物流快递消杀对预防新冠病毒等多种流行性传染病传播具有重要意义。本文从做好快递消毒消杀，筑牢病毒传播屏障出发，综合考虑消杀效果、工作效率和人工成本等多个方面，设计了一种基于特氟龙网格的深紫外消杀快递存取一体机，同时满足对快递物品的消毒消杀、智能分类和全自动存取，满足了新时代物联网型社区高效便捷的用户需求。
关键词：深紫外消杀、智能存取快递、智能仓储、冷链保存
作者：庄佳宁 王宇 卢馨怡 马梦丽 柴宇涛 张艳慧 刘丹 陈怡橙
河北中医药大学中西医结合学院
高效统筹疫情防控和经济社会发展，成功避免了致病力较强、致死率较高的病毒株的广泛流行，有效保护了人民群众生命安全和身体健康。但是，冬季春季传染病接踵而来，甲型流感、诺如病毒感染等传染病进入高发期。多地疾控中心发布市民提醒：做好日常防护，注意起居消杀。
早在疫情时代，我国就曾多次在物流快递（尤其是冷链快递）上检出新冠病毒，直至今日，与人们日常生活息息相关的快递消杀，仍是阻断病毒传播、防护社区感染的重要途径。然而，近些年快递消毒装置的更新换代乏力，产品同质化现象日趋明显，快递消毒装置在实际使用过程中也逐渐暴露出亟待解决和改善的问题。冰轮环境技术股份有限公司与中科院理化所联合研制的对冷链食品无污染消杀的新方式为高强度紫外线消毒法，其相较于化学药剂无化学污染，但目前只应用于冷链食品物流方面，对于其他普通物流快递并未涉及，且只集中于中转仓消毒，存在一定局限性和病毒在后续物流环节二次污染的可能性[1]。分布于社区学校等居民聚集地的小型快递驿站，能否完成快递取件前最终环节的高效完全病毒消杀，直接决定了能否避免取件人因为收取快递造成病毒感染。基于此，本文设计了兼具病毒消杀、智能分类、冷链保鲜和全自动存取的基于特氟龙网格的深紫外消杀快递存取一体机。
本一体机在一定程度上避免了病毒通过快递进行传播，彻底满足了疫情常态化防控要求的全面消杀和无接触配送。此外，相较于传统小型驿站存在劳动力成本高和空间利用效率不足的缺点，人手不足、节假日快递“积仓爆仓”等日常生活问题，本一体机给人们的生活带来很多方便。
一体机的技术指标与结构、功能概述
一体机尺寸可根据快递驿站房间大小灵活规划，以30m2空间为例，计算所得大型快递柜共有56格、中型快递柜共有84格、小型快递柜共有84格，共计224格储存空间，能够满足一个中型小区每天流动快递的存储需要。存储仓格主要技术指标如表1所示。
表1 一体机主要技术指标
一体机整体结构分为入货系统、体积测量装置、智能扫描与分类编码系统、传送与配仓装置、特氟龙深紫外消杀仓储系统和出货系统，其结构框图如图1所示。
图1 基于特氟龙网格的深紫外消杀全自动快递存取一体机结构框图
首先，快递由快递员从入货系统置入，由体积测量装置中的面阵相机对快递的形状、尺寸和体积进行测量计算，其体积数据被终端控制台的智能仓储系统保存并规划分区。快递进入智能扫描与分类编码系统后，首先通过射频电子标签自动扫描识别快递表单二维码，由射频识别技术（RFID）读写器读取快递类别与收寄件信息发送至终端控制台，与面阵相机测得的体积信息融合后，对快递进行分类编码与信息存储，并针对每个编码分配一个存储区仓位。待快递入仓完成后，该编码由终端控制器经短信和APP消息推送发送给取件人，作为取件码使用。经过信息存储并获得分类编码的快递，根据仓储信息由传送与配仓装置的升降平台分别将快递送往大、中、小件快递专属的环形传送带。该环形传送带根据仓储信息通过升降轨道移动至该快递对应的存储区仓位高度，并由环形传送带将快递水平移动至专属存储区仓位。在智能仓储系统中可以快速查询仓储中快递的详细信息[2]，仓位传感器感应到快递到位信息后，打开仓门。快递经由存储区对侧的液压装置推送至仓格内，并关闭仓门，完成配仓。快递收入时中央控制器将特氟龙网格深紫外消杀快递仓格内的深紫外消杀灯珠打开，在特氟龙网格结构和反光加强装置的配合下，对快递进行照射消杀，同时进行消杀计时。冷链区仓格制冷系统对冷链快递进行冷藏存储。取件人在自助取件屏上输入取件码或扫描APP生成的取件二维码后，传送与配仓系统接收信息并调整环形传送带高度位置，仓储系统仓格门打开，仓格中的液压装置启动，将快递推至传送带上，并在单相异步电动机驱动下随着传送带运动至出货口，配合升降系统完成吐件。
系统设计与技术要点
1.入货系统
入货口为0.7m×0.7m×0.7m的方形开口，距离地面1m高，快递员将快递带到快递柜，验证身份后将快递存放进入货口，依托射频识别技术用于处理快递的件数，后经终端控制器将快递投入数量以回执单形式打印，提供给快递员。此过程代替人工手动录入，节省了成本，提高了工作准确性，加快了处理速度。
2.体积测量装置
体积测量装置由一台面阵相机、一个深紫外灯珠和传送带组成。面阵相机对快递进行像素矩阵拍摄，再利用面阵相机采集的二维图像信息通过分析处理恢复出空间物体的三维形貌信息，完成对快递的形状、体积的采集[3]。其与线性相机相比，降低了对光源的要求，实现一次成像，获得的图像细节更加清楚。采用传送带与面阵相机结合，在快递运动、面阵相机不动的情况下，面阵相机采集同一个快递不同位置的图像，得到多幅局部重叠图像，用图像之间的信息冗余进行图像拼接得到快递的完成图像，获得快递的完整结构尺寸，确保了大件快递测量的准确性，同时也节省了人力，提高了工作效率。面阵相机采集的信息数据被终端控制台的智能仓储系统保存并规划分区。为避免传送带循环过程中的二次污染，在入口处增加一个紫外线灯珠，以保证每次循环初始都是无污染的传送带。
3.智能扫描与分类编码系统
智能扫描与分类编码系统基于射频识别技术（RFID）和仓储管理数据库设计而成。通过射频电子标签自动扫描识别快递表单二维码，根据读取的快递类别信息识别区分冷链和普通快递，将冷链快递信息传送至终端控制台，并进行信息存储后，驱动传送系统将冷链快递送至冷链保存区。RFID是利用射频信号进行空间耦合实现非接触信息传递的自动识别技术。针对快递表单处理，本一体机根据该原理，运用RFID系统中的读写器对快递表单的二维码进行信息读取，上传到终端控制台储存。终端控制台将智能体积测量系统和RFID读写器获得的数据整合，对快递进行分类编码并根据快递体积规格以及是否为冷链快递配置合适的专属仓位。入仓后的快递由RFID定位输出标签坐标，终端控制台记录后方便出仓时全自动传送装置的运作。由RFID管理的智能仓储管理数据库，不仅可以储存快递的入库时间、消杀时间，还能利用表单温度标签管控冷链产品的温度[4]。RFID技术凭借安全性高、使用寿命长、信息获取速度快的特点成为了当前中国无限射频工业内增长迅猛、发展潜力最大的市场之一，也因其可非接触式的数据通信，减小了该一体机内交叉感染的风险，提高了安全性。
4.传送与配仓装置
如图2所示，传送与配仓装置由升降平台、升降轨道和三条环形传送带构成。其中升降装置（如图2左下图所示）承担快递垂直运输的工作，由JZ BOBO2型号的单相电阻起动异步电动机（如图2右下图所示）搭配传送带完成垂直运输，由恩布拉科NJ9238ER22压缩机完成冷链储存区冷鲜工作。
图2 传送与配仓装置整体结构图
（1）升降平台及传送带
升降平台由一组0.5m×0.5m平台与一台高度3.2m升降机构成，同时与三个分区的传送带相结合。该环形传送带根据仓储信息通过升降轨道移动至该快递对应的存储区仓位高度，并经由单项异步电动机驱动，由环形传送带将快递水平移动至专属存储区仓位。同时采用JZ BOBO2型号的单相电阻起动异步电动机，具有结构简单、运行可靠、成本较低的优点，可满足快递升降台所需功率。
（2）液压推送装置
液压推送装置如图3所示，由一面规格为0.5m×0.5m的挡板与一根最大推动长度为0.7m的液压推动杆及其支撑框架组成，液压装置与数控系统相连接，保证其工作的正常进行，本一体机对于推送装置的需求量大，而液压装置低廉的价格及稳定的性能与本一体机的相配性极高，故而选用液压系统，在货物被运输到指定的位置后，由数控系统发出指令，液压传送装置接受指令后将货物推送到指定位置。
图3 传送与配仓系统液压推送装置
（3）环形传送带
以传送带作为主要的运输机构，其优势在于价格低廉，且技术成熟，一体机应用宽度为0.5m，总长度为40m的橡胶传送带，具有优异的抗拉强度、耐磨性和耐寒性等性能，可以同时满足普通与冷链快递的运输。除此之外，为满足一体机不同尺寸的需求，传送带长度可随着房间的大小而变化，完美适应各种尺寸的房间。
5.特氟龙深紫外消杀仓储系统
本一体机在仓格（最终环节）内配置特氟龙深紫外消杀仓储系统，采用物品感应深紫外灯珠消毒技术，同时结合特氟龙网格和抛光铝金属板，在短时间内实现对快递的全方位无死角高效消杀。
深紫外线主要是指波长为200～280nm的短波紫外线，可破坏微生物中的DNA或RNA，能够有效杀死致病细菌和病毒，仅少量耗电产生C波段紫外线，就可以实现杀灭物体表面或者空气中的细菌病毒的目的[1]。本设计采用中心发光波长为222nm的深紫外灯珠作为主要消杀装置，相比于其他消杀方法，深紫外消杀消毒过程简单、环保，效率高，耗能少，寿命长，同时不会让病原体产生抗性。
基于特氟龙网格的深紫外消杀仓储系统以柜体形式呈现，如图4所示，由特氟龙网格深紫外消杀快递仓格构成，仓格上下均配置物品感应深紫外灯珠，两侧为抛光的铝金属板，用于反射紫外线（反射率高达90%），以增大快递的受照射面积[5]。传统的中转货站消杀由于快递直接与货架底部接触，会影响快递接触面的消杀效果。本一体机利用孔径为1～50nm的特氟龙网格承载快递物品，将紫外线灯珠置于网格面下方。确保快递仓格能够稳定承载快递的同时，又能透过紫外线实现对快递底部的照射消杀，使快递在仓格内接受全方位紫外线消杀。同时进行消杀计时，阻断病毒通过快递传播的途径。
图4 基于特氟龙网格的深紫外消杀快递仓格
此外，冷链仓储区仓格内安装有制冷系统，在冷链仓储区顶部设有多个台风机，在每台风机上装有两个送风口，加大新风量和采用过滤精度大于0.3μm的滤网装置，能够有效隔绝病毒通过送风口进入装置进而造成传染的可能性，同时确保向仓格内输入充足的冷风气流，维持冷链区仓格内低温，保证制冷效果，有效防止冷链产品变质，满足用户存储需求。
6.出货系统
出货系统采用人机互动模式，取件人仅需在自助取件屏上输入取件码或扫描驿站APP生成的取件二维码，操作简单，相比传统驿站人工取件方式，可有效减少高峰时段排队等候时间。传送与配仓系统接收取件信息后，调整环形传送带高度位置，仓储系统仓格门打开，仓格中的液压装置启动，将快递推至传送带，并在单相异步电动机驱动下随传送带运动至出货口，配合升降系统完成出货口吐件。
运营成本与经济效益
1.运营成本
以前期第一年投入25万元后续每年加注投资5万元为例，根据财务报表内容，由前、后期资金筹集与收入预测计算得出，本项目理论上将于资产投资的第三年开始盈利，且每年预计总利润约为50万元。
该项目企业税后利润不高，但是作为中小型新型企业而言效果较好，具有广阔发展空间，且受众人群多，需求大，后期企业发展强劲。
2.经济效益
从市场规模来看，该设计作为快递业的一种终端形式，可以与众多快递、外卖、快递驿站公司、社区学校达成合作，且在短时间内站稳脚跟，发展成为一站式便民服务点，该设计占有较大的市场份额。
从成本指标来看，充分解放驿站劳动力，每年节约人工成本约9.6万元。空间利用率高，按每日快递吞吐量约1000件计算，除去运营成本，每日净收益约500元，年收益约18万元。
结论
本一体机使用基于特氟龙网格的深紫外消杀柜，设计了新型的低成本高效率的快递驿站存取方法。本设计通过对每个快递进行智能体积测量、表单扫描并分类编码，实现对普通快递与冷链快递的分区存储，两者成本差异主要体现在每台均价为1430元的恩布拉科压缩机上，一台即可满足覆盖本机器6.8m3的冷藏需求。虽然成本上需要额外投入冷藏储存区制冷设备，但在所得经济效益和满足用户需求上有明显提升；采用全自动传送与智能仓储，提高了快递驿站的自动化程度，突破快递驿站对空间和人工的依赖；使用深紫外消杀灯珠，将1～50nm特氟龙网格与抛光的铝金属板相结合，实现了360度全方位的消杀覆盖率，大幅度降低了病毒传播风险；冷链区域安装有制冷系统，确保冷链快递在存储期间不会腐败变质，更好满足冷链快递的存储需求。
该设计不仅能实现在物流终端环节的病毒高效消杀，避免在投件环节的二次污染，更能弥补现有智能驿站无法存取冷链快递的不足，同时，相较现有驿站提高了快递吞吐量并节约了人力成本。本设计通过控制制作成本和提升产品稳定性等优化技术，使其相较现有同类产品具有较高的实用性和专业功能性，具有较大的市场推广潜力。
本论文课题由2022年河北省大学生创新创业训练计划项目（S202214432020）、河北中医学院教育教学改革研究项目（21yb-34）与河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2022GJJG267）资助
参考文献:
[1]林振强.疫情防控形势下的冷链消毒技术探索[J].物流技术与应用,2021,26(S2): 30-32.
[2]肖光伟,陈浩,邵世洲,方泽洪,陈兆麟,周彬伟,李乐,黄婧,曹云祥.基于物联网技术的智能仓储管理模型研究[J].物流技术与应用,2021,26(03):153-156.
[3]石岩青,常彩霞,刘小红,李梓瑜,张宗华,高楠,孟召宗.面阵相机内外参数标定方法及进展[J].激光与光电子学进展,2021,58(24):9-29.
编辑、排版：罗丹
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