Systèmes de fret souterrains : Une nouvelle approche pour la livraison urbaine

L'idée d'utiliser des systèmes souterrains pour transporter des colis dans les villes devient populaire. Cette méthode peut déplacer des marchandises rapidement tout en réduisant la congestion du trafic sur les routes. Ça signifie aussi qu'il faut moins de livreurs. Comme les colis circulent dans des Tunnels avec des moteurs électriques, ce système est meilleur pour l'environnement. Il fonctionne sans interruptions dues aux intempéries, contrairement aux véhicules de livraison traditionnels.

Beaucoup de plans actuels pour des systèmes de fret souterrains se concentrent sur le transport d'objets lourds, comme des conteneurs dans les ports, plutôt que des colis individuels. Des exemples incluent Hyperloop, qui vise à relier rapidement les villes, et des systèmes en Suisse qui prévoient de déplacer des marchandises entre des hubs. Cependant, ces options nécessitent souvent des investissements énormes et plusieurs années de construction.

Actuellement, seulement un de ces projets, le Cargo Sous Terrain en Suisse, est en construction et devrait être terminé d'ici 2031. Ce travail diffère de notre focus, qui est d'utiliser des systèmes souterrains pour livrer des commandes individuelles, surtout des entreprises de e-commerce comme Amazon et des services de livraison comme UPS et FedEx.

Alors que les discussions précédentes sur les systèmes de fret souterrain portaient sur la planification et les opérations, on n'a pas beaucoup avancé dans la conception de réseaux spécifiquement pour livrer des colis uniques ou évaluer les bénéfices potentiels. Utiliser des systèmes de fret souterrain pour la livraison du dernier kilomètre nécessite une planification soignée par rapport à des systèmes plus simples qui relient les villes entre elles.

Il y a des décisions importantes à prendre concernant les zones d'une ville qui devraient avoir accès aux livraisons souterraines et celles qui peuvent continuer à compter sur des camions traditionnels. Ces choix ont aussi quelques contraintes à prendre en compte pendant le processus de conception.

Une entreprise de Londres, appelée Magway, est à la pointe de cette idée. Ils proposent d'utiliser des tunnels plus petits, d'environ 90 cm de large, construits à côté des routes existantes ou des réseaux de transport. Ces tunnels coûtent moins cher à construire que des options plus grandes et peuvent utiliser l'espace disponible, comme des tunnels déjà construits pour le courrier.

Le système de Magway utilise des moteurs électriques pour déplacer des colis sur des supports à travers ces tunnels. Ils visent à mettre en place deux tunnels parallèles pour permettre aux marchandises de voyager dans différentes directions. Si un tunnel doit être entretenu, les marchandises peuvent passer à l'autre tunnel, assurant des livraisons sans accroc.

Ce système pourrait gérer 72 000 colis par heure, réduisant considérablement le nombre de camions nécessaires pour livrer les articles. Un système UFT pourrait être géré par un seul service de livraison ou une ville qui facture les entreprises pour utiliser le réseau.

Dans ce modèle, une ville construirait un système UFT pour transporter des colis d'un ou plusieurs dépôts vers des hubs plus petits appelés microhubs. Ces microhubs serviraient les quartiers, permettant aux clients d'y aller à pied ou à vélo pour récupérer leurs colis. Alternativement, les services de livraison pourraient s'occuper de la dernière partie de la livraison avec de petits véhicules.

Les microhubs gagnent en popularité comme moyen de réduire le nombre de véhicules de livraison sur la route. Pourtant, il n'y a pas de consensus sur la meilleure façon d'organiser ces points. Certaines villes utilisent des espaces de stationnement loués ; d'autres utilisent des conteneurs d'expédition, des garages, ou même des parcs pour ces hubs.

Dans notre approche, le système UFT fonctionnerait aux côtés des camions traditionnels pour couvrir de vastes zones dans une ville. Pour les zones à forte demande, le réseau UFT pourrait gérer la majorité des livraisons tandis que les camions s'attaqueraient aux régions restantes.

Nous visons à construire un modèle qui décide des meilleurs endroits pour installer des réseaux UFT. L'objectif est de maximiser le nombre de colis envoyés par le système UFT tout en respectant les limites de budget et de capacité. Notre but principal est de réduire le nombre de camions sur les routes, ce qui est ce qui intéresse le plus les villes.

Notre recherche se concentre sur l'analyse de la demande qui peut être satisfaite, combien de camions peuvent être retirés des routes, et comment économiser des émissions grâce à un tel système. Nous voulons aussi comparer les avantages des réseaux UFT avec des systèmes de livraison traditionnels utilisant des véhicules électriques.

Nous supposons un certain niveau de coopération entre les entreprises de livraison. Dans la plupart des études sur la livraison de fret, différents fournisseurs partagent des véhicules de livraison, ce qui peut être complexe en matière de partage d'informations clients et de coûts. Cependant, dans notre approche, nous croyons que les fournisseurs de livraison réserveront simplement et paieront pour la capacité nécessaire sans faire face à des problèmes compliqués.

La dernière partie de la livraison depuis les microhubs pourrait être faite par les fournisseurs de services d'origine ou une autre entreprise. Dans certains de nos tests, nous comparons les résultats des systèmes UFT avec un système collaboratif basé sur des camions pour voir comment ils se comparent.

Nos principales contributions impliquent l'introduction d'un nouveau modèle de livraison et le développement d'une nouvelle façon de voir le problème du transport de fret souterrain. Nous montrons que ce problème est assez complexe et difficile à résoudre, mais nous proposons une méthode pour atteindre des solutions efficacement.

Nous partageons des résultats computationnels provenant de vraies villes, en nous concentrant principalement sur Chicago et New York, mettant en évidence les structures de ces réseaux et examinant les avantages de ces systèmes. Par exemple, nous avons trouvé qu'en investissant dans seulement 45 miles de tunnel à Chicago, nous pourrions retirer 42 % des colis des routes. De même, à New York, un tunnel de 45 miles pourrait éliminer 32 % des colis.

Nous estimons aussi les coûts associés à la mise en œuvre de ces systèmes de fret souterrain, détaillant à la fois les coûts fixes et opérationnels par colis. Nos calculs indiquent qu'utiliser un système UFT pourrait économiser plus de 40 % par rapport aux méthodes de livraison traditionnelles.

Cela suggère que la livraison du dernier kilomètre utilisant des systèmes de fret souterrain pourrait être un sujet prometteur pour des études futures.

#Contexte sur le transport de fret souterrain

Les systèmes de fret souterrain ne sont pas une nouvelle idée. Ils sont utilisés sous différentes formes depuis des années, principalement pour transporter du courrier et des colis entre des bâtiments ou à travers des villes. Historiquement, Londres a développé des connexions pour déplacer du courrier entre les bureaux de poste en utilisant des tunnels. Des études plus récentes se sont penchées sur l'utilisation des systèmes de fret souterrain dans les ports et pour les marchandises palettisées.

Par exemple, certaines recherches indiquent qu'établir un réseau de fret souterrain pourrait offrir des avantages significatifs en termes de coût et d'émissions. Une étude a évalué un système pour déplacer des marchandises entre le port de Houston et Dallas, concluant que bien que coûteux, cela pourrait réduire le nombre de camions sur la route de manière considérable.

D'autres études se sont concentrées sur la simulation de la façon dont de tels systèmes pourraient fonctionner plutôt que de les concevoir. Par exemple, un effort de recherche a examiné les interactions entre un système de fret souterrain et les réseaux de transport urbains existants. Ils ont démontré que l'utilisation de systèmes de fret souterrain pourrait améliorer la logistique urbaine, réduire la congestion et améliorer les temps de livraison.

Cette recherche voit principalement le problème UFT sous un angle opérationnel, en se concentrant sur la coordination des colis entre des dépôts en dehors de la ville et des microlocalisations à l'intérieur. Cependant, ils ne s'attaquent pas à la façon de concevoir un réseau UFT ou d'évaluer ses avantages potentiels.

La complexité de la livraison du dernier kilomètre en milieu urbain nécessite une planification soignée. Les décisions concernant les quartiers à desservir et les contraintes à mettre en place peuvent avoir un impact significatif sur l'efficacité globale du système.

En collaborant avec des entreprises comme Magway, nous avons pris une approche nouvelle en proposant de plus petits tunnels à côté des systèmes de transport existants. Cela aide à réduire les coûts d'investissement et à tirer parti de l'infrastructure sous-utilisée.

Le système de Magway utilise des moteurs électriques pour déplacer efficacement des colis sous terre, leur permettant de naviguer efficacement autour des obstacles. Le design inclut des dispositions pour l'entretien, avec des tunnels se reconnectant tous les kilomètres afin que les marchandises puissent être redirigées si nécessaire.

Avec une capacité immense, ce système peut réduire drastiquement le nombre de camions nécessaires pour les livraisons. Une opération UFT peut être construite et utilisée par une seule entreprise de livraison ou gérée par une autorité locale qui facture pour son utilisation.

Dans notre modèle, nous avons conçu un système UFT qui englobe divers microhubs, permettant une livraison efficace des colis. Les clients auraient accès à ces hubs pour récupérer leurs colis ou demander d'autres services de livraison à leur domicile.

La flexibilité des microhubs aide à réduire le besoin de nombreux véhicules en milieu urbain. Bien que les microhubs puissent prendre différentes formes, leur objectif ultime est toujours de faciliter le transfert de marchandises vers des méthodes de livraison écologiques.

Dans ce contexte, notre approche combine les systèmes UFT avec des méthodes de livraison traditionnelles pour couvrir de plus grandes zones urbaines. Le modèle se concentre sur la maximisation de la couverture UFT tout en veillant à respecter les contraintes de budget et de capacité.

Les villes veulent réduire le nombre de camions de livraison sur la route, donc maximiser la demande satisfaite devient un objectif essentiel dans ce modèle. Notre recherche explore le potentiel des réseaux UFT, leur capacité de livraison, la réduction globale du trafic de camions et les économies d'émissions associées.

Nous calculons également les coûts de mise en œuvre, ce qui fournit un aperçu sur la viabilité économique d'investir dans un système UFT pour les villes.

Notre modèle suppose un certain niveau de collaboration entre les fournisseurs de services de livraison. Plusieurs études ont suggéré que combiner les ressources entre différents fournisseurs peut réduire les coûts. Cependant, les fournisseurs de livraison font aussi face à des défis en matière de coordination et de partage d'informations.

Dans cette recherche, nous supposons que les fournisseurs achèteront de la capacité et paieront pour l'utilisation sans rencontrer de complications majeures. Les livraisons vers des zones non couvertes par le réseau UFT peuvent être gérées par les fournisseurs de services d'origine ou via une collaboration avec des tiers.

Notre objectif principal est de développer une structure qui identifie les endroits les plus avantageux pour les réseaux UFT. En utilisant une modélisation mathématique avancée, nous créons une méthode pour trouver des solutions optimales qui maximisent le nombre de colis livrés tout en respectant les limites budgétaires.

#Avantages et potentiel du transport de fret souterrain

Les avantages potentiels de l'emploi d'un système de transport de fret souterrain sont considérables. Non seulement ces systèmes réduiraient le nombre de camions de livraison sur les routes, mais ils pourraient aussi entraîner des réductions significatives d'émissions, gagner du temps, et améliorer le service pour les populations urbaines.

Un des principaux avantages de l'utilisation de réseaux souterrains est qu'ils peuvent atténuer la congestion dans les rues des villes, ce qui est de plus en plus important à mesure que les populations urbaines croissent. Avec moins de camions nécessaires pour les livraisons, les routes ne seraient pas autant congestionnées, ce qui conduirait à des temps de trajet plus rapides pour tout le monde.

De plus, le transport souterrain n'est pas affecté par les conditions météorologiques, ce qui signifie que les marchandises peuvent être livrées, quelles que soient la pluie, la neige ou d'autres perturbations météorologiques. Ces avantages créent un réseau logistique plus fiable et efficace.

Dans notre modèle, nous démontrons qu'un investissement relativement modeste dans le creusement pourrait offrir des avantages significatifs. Par exemple, nous avons trouvé qu'un tunnel de seulement 45 miles pourrait retirer un pourcentage notable de colis des rues encombrées à Chicago et à New York.

Nos expériences computationnelles suggèrent que la demande desservie par le réseau UFT augmente avec des budgets de tunnel plus importants. Cela est particulièrement significatif dans les grandes villes, où le potentiel de réduction du trafic de camions est énorme.

De plus, nous estimons que les coûts opérationnels des systèmes UFT pourraient être bien inférieurs à ceux des méthodes de livraison traditionnelles, soulignant la faisabilité économique d'investir dans ces systèmes.

Les économies de coûts proviennent de la réduction des besoins en main-d'œuvre et des dépenses de véhicules, ce qui présente un argument convaincant pour les villes de considérer la mise en œuvre du transport de fret souterrain.

En outre, la flexibilité des systèmes UFT permet une intégration avec les méthodes de livraison existantes, maximisant l'efficacité et les capacités de service. Ainsi, les systèmes UFT pourraient représenter une approche transformative pour la livraison du dernier kilomètre dans les environnements urbains.

#Concevoir un réseau de transport de fret souterrain

Concevoir un réseau de transport de fret souterrain efficace nécessite une attention particulière. Plusieurs étapes doivent être prises en compte pour garantir que le système puisse fonctionner efficacement tout en répondant aux besoins de la communauté.

Tout d'abord, il est essentiel d'identifier des emplacements potentiels pour les microhubs. Ces hubs devraient être stratégiquement positionnés pour servir des zones à forte demande de livraison tout en étant accessibles aux clients. L'objectif est de maximiser la zone de couverture tout en minimisant la distance que les marchandises doivent parcourir.

Ensuite, la conception doit tenir compte du budget disponible pour le creusement. Notre modèle souligne l'importance de l'équilibre entre les coûts opérationnels et les avantages potentiels d'une augmentation des zones de service. En allouant un budget de tunnel approprié, les villes peuvent construire un réseau qui sert efficacement leurs communautés.

La conception finale doit également garantir que les contraintes de capacité sont respectées. Chaque microhub et dépôt aura des limites sur le nombre de colis qu'ils peuvent traiter à un moment donné, et le réseau doit être construit pour accueillir ces limitations.

La planification de l'entretien et des opérations de contingence est un autre aspect critique du processus de conception. Le système devrait inclure des dispositions pour un entretien régulier afin de minimiser les interruptions de service.

De plus, notre recherche considère le potentiel de collaboration entre les fournisseurs de livraison. En leur permettant de partager des ressources au sein du système UFT, les villes peuvent encore accroître l'efficacité et réduire les coûts.

À mesure que les villes grandissent et évoluent, la flexibilité d'un réseau UFT sera aussi avantageuse. Le système peut être ajusté ou étendu au fil du temps pour répondre aux demandes changeantes des zones urbaines.

#Études de cas : Chicago et New York

Nous avons mené des études computationnelles à Chicago et à New York pour explorer l'impact des systèmes UFT et leurs avantages potentiels. Ces deux villes ont des caractéristiques et des défis uniques, ce qui en fait des candidats idéaux pour l'analyse.

Pour Chicago, nos conclusions indiquent qu'un réseau UFT pourrait retirer un nombre significatif de colis des routes, en particulier dans les zones à forte demande. Nous avons constaté qu'en n'investissant que 45 miles de tunnels, nous pourrions déplacer 42 % des colis de la livraison routière, impactant positivement le trafic et les émissions.

À New York, un résultat similaire est apparu, avec une réduction de 32 % des colis sur les routes avec le même investissement en tunnel. Les résultats soulignent que même des investissements modestes peuvent entraîner des avantages substantiels dans le transport de fret urbain.

Nous avons également examiné les coûts associés à la mise en œuvre des réseaux UFT dans ces villes. Nos estimations montrent que les systèmes UFT pourraient faire économiser aux villes plus de 40 % par rapport aux méthodes de livraison traditionnelles. Cet avantage financier renforce encore l'argument en faveur de l'adoption du transport de fret souterrain.

En outre, nous avons évalué comment la configuration du réseau UFT - y compris le nombre de dépôts et les budgets de tunnel - impacte la livraison de services et les coûts opérationnels. Nos conclusions suggèrent qu'augmenter le nombre de dépôts permet de servir plus de colis lorsque les niveaux de demande augmentent, distribuant efficacement la charge et maximisant l'efficacité du système.

#Conclusion : L'avenir du transport de fret souterrain

L'émergence du transport de fret souterrain représente une avancée prometteuse dans la logistique urbaine. Notre recherche indique que ces systèmes peuvent réduire de manière significative le trafic de véhicules, économiser des coûts et améliorer les émissions dans les villes confrontées à une demande croissante de livraison.

À mesure que les zones urbaines évoluent, les villes doivent explorer des solutions innovantes aux défis modernes du transport. Les systèmes UFT représentent une option viable qui peut atténuer les routes encombrées et améliorer l'efficacité de la livraison de colis.

Les recherches futures devraient se concentrer sur les aspects pratiques de la mise en œuvre des systèmes UFT, y compris les modèles de tarification, les considérations de conception pour les microhubs, et les stratégies pour une collaboration réussie entre les fournisseurs de livraison.

Avec une planification et une considération minutieuses, les villes peuvent débloquer le potentiel du transport de fret souterrain, ouvrant la voie à un réseau de livraison plus efficace, durable et convivial.