基于全壽命周期理論的散堆裝貨物裝卸作業(yè)方案比較研究

彭方進(jìn)

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 設(shè)備設(shè)計(jì)研究處，湖北 武漢 430063）

基于全壽命周期理論的散堆裝貨物裝卸作業(yè)方案比較研究

彭方進(jìn)

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 設(shè)備設(shè)計(jì)研究處，湖北 武漢 430063）

分別從作業(yè)流程和設(shè)備設(shè)施2個(gè)方面分析常見(jiàn)散堆裝貨物的裝卸作業(yè)，結(jié)合全壽命周期理論，以裝車(chē)作業(yè)方案為例，通過(guò)研究比較采用不同裝車(chē)設(shè)備設(shè)施全壽命周期內(nèi)的裝車(chē)作業(yè)方案成本，提出不同裝車(chē)作業(yè)量條件下的最佳裝車(chē)作業(yè)方案，同理提出不同卸車(chē)作業(yè)量條件下的最佳卸車(chē)作業(yè)方案。

鐵路；全壽命周期理論；散堆裝貨物；裝卸作業(yè)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在鐵路運(yùn)輸?shù)娜孔鳂I(yè)過(guò)程中，裝卸作業(yè)所占時(shí)間約為 50%[1]。一方面，裝卸作業(yè)占用較多的時(shí)間，成為決定物流總體效率的關(guān)鍵；另一方面，裝卸作業(yè)消耗大量的人力、物力和財(cái)力，其成本在物流總成本中也占有相當(dāng)大的比重。因此，實(shí)現(xiàn)裝卸作業(yè)合理化是提高物流效率、降低物流總成本的重要手段。鐵路自管貨場(chǎng)呈現(xiàn)“點(diǎn)”多而“量”小的布局特點(diǎn)[2]，配置的裝車(chē)設(shè)備主要有裝載機(jī)、抓料機(jī)、裝車(chē)機(jī)、裝車(chē)樓等；卸車(chē)設(shè)備主要有扒料機(jī)、抓料機(jī)、卸車(chē)機(jī)、翻車(chē)機(jī)等[3]。目前，裝卸裝備配置沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1 常見(jiàn)散堆裝貨物裝卸作業(yè)

1.1 裝車(chē)作業(yè)

1.1.1 裝車(chē)作業(yè)流程

常見(jiàn)散堆裝貨物的裝車(chē)作業(yè)流程是空車(chē)到達(dá)裝車(chē)點(diǎn)，車(chē)輛先進(jìn)行列檢作業(yè)，如果裝車(chē)點(diǎn)配備有專(zhuān)用機(jī)車(chē)，則之后的作業(yè)都由專(zhuān)用機(jī)車(chē)進(jìn)行，否則由本務(wù)機(jī)車(chē)進(jìn)行。列檢完成后進(jìn)行裝車(chē)作業(yè)，在裝車(chē)過(guò)程中，采取各種抑塵措施，車(chē)輛裝車(chē)完成后如有必要進(jìn)行防凍作業(yè)，經(jīng)過(guò)軌道衡稱(chēng)重，整列完成裝車(chē)后再次列檢，然后組織發(fā)車(chē)。常見(jiàn)散堆裝貨物裝車(chē)作業(yè)流程如圖 1 所示。

圖 1 常見(jiàn)散堆裝貨物裝車(chē)作業(yè)流程圖

1.1.2 常見(jiàn)裝車(chē)設(shè)備設(shè)施

常見(jiàn)裝車(chē)設(shè)備設(shè)施主要有裝車(chē)機(jī)、抓料機(jī)、軌道移動(dòng)式裝車(chē)機(jī)和快速定量裝車(chē)樓等，裝車(chē)設(shè)備設(shè)施具體參數(shù)如表 1 所示。

表 1 裝車(chē)設(shè)備設(shè)施具體參數(shù)

上述 4 種裝車(chē)設(shè)備設(shè)施各有優(yōu)缺點(diǎn)，裝載機(jī)具有設(shè)備單價(jià)低、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高；抓料機(jī)作業(yè)效率比裝載機(jī)高，可以采用380 V 交流電源供電，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，初期投資成本較裝車(chē)機(jī)和裝車(chē)樓小；軌道移動(dòng)式裝車(chē)機(jī)裝車(chē)作業(yè)時(shí)列車(chē)靜止，裝車(chē)機(jī)沿裝卸線移動(dòng)裝車(chē)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，裝車(chē)定量精度約為 2%；快速定量裝車(chē)樓通常由鋼結(jié)構(gòu)塔架、緩沖倉(cāng)、定量倉(cāng)和溜槽等組成，通過(guò)定量倉(cāng)的精確計(jì)量，實(shí)現(xiàn)列車(chē)的快速、定量裝車(chē)，通常用于大型煤礦或礦山裝車(chē)點(diǎn)，裝車(chē)樓作業(yè)時(shí)裝車(chē)系統(tǒng)固定，列車(chē)移動(dòng)，采用通過(guò)式裝車(chē)，裝車(chē)定量精度為±0.1%，列車(chē)裝車(chē)牽引速度約 0.4~2 km/h[3-5]。

1.2 卸車(chē)作業(yè)

1.2.1 卸車(chē)作業(yè)流程

常見(jiàn)散堆裝貨物的卸車(chē)作業(yè)流程是整列重車(chē)到達(dá)卸車(chē)點(diǎn)，車(chē)輛先進(jìn)行列檢作業(yè)，如果卸車(chē)點(diǎn)配備有專(zhuān)用機(jī)車(chē)，則之后的作業(yè)都由專(zhuān)用機(jī)車(chē)進(jìn)行，否則由本務(wù)機(jī)車(chē)進(jìn)行。列檢完成后經(jīng)過(guò)軌道衡進(jìn)行稱(chēng)重，如有必要進(jìn)行解凍作業(yè)，然后進(jìn)行卸車(chē)作業(yè)，車(chē)輛卸車(chē)完成后經(jīng)過(guò)軌道衡稱(chēng)重，整列完成卸車(chē)后再次列檢并且組織空車(chē)始發(fā)。常見(jiàn)散堆裝貨物卸車(chē)作業(yè)流程圖如圖 2 所示。

圖 2 常見(jiàn)散堆裝貨物卸車(chē)作業(yè)流程圖

1.2.2常見(jiàn)卸車(chē)設(shè)備設(shè)施

常見(jiàn)卸車(chē)設(shè)備設(shè)施主要有扒料機(jī)、抓料機(jī)、鏈斗卸車(chē)機(jī)、螺旋卸車(chē)機(jī)和翻車(chē)機(jī)等，卸車(chē)設(shè)備設(shè)施具體參數(shù)如表 2 所示。

表 2 卸車(chē)設(shè)備設(shè)施具體參數(shù)

扒料機(jī)最大卸載高度約 8 m，適用于 2.5～4 m 以下的低貨位站臺(tái)。鏈斗卸車(chē)機(jī)的特點(diǎn)是造價(jià)低，但要求作業(yè)地面沒(méi)有坡度，以保持機(jī)架在工作時(shí)的穩(wěn)定性，其機(jī)械磨損大，維修費(fèi)用高，能耗高，清車(chē)量大，揚(yáng)塵性大，對(duì)貨種適應(yīng)性較差，在港口較少作為主要卸車(chē)機(jī)型，僅作為輔助設(shè)備使用。螺旋卸車(chē)機(jī)是卸載側(cè)開(kāi)門(mén)鐵路敞車(chē)的專(zhuān)用卸車(chē)機(jī)械，在我國(guó)沿海地區(qū)散貨卸車(chē)量不大的港口及一些電廠、鋼廠等應(yīng)用較為廣泛。翻車(chē)機(jī)是用傾翻車(chē)廂的方法將所載貨物從車(chē)廂頂部一次卸出的快速卸車(chē)機(jī)械，是一種大型卸車(chē)設(shè)備，具有卸車(chē)效率高、生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)，適用于大型專(zhuān)業(yè)化散貨卸車(chē)點(diǎn)、港口碼頭、物流基地和電廠等。翻車(chē)機(jī)翻車(chē)形式按照翻車(chē)機(jī)本體一次可翻卸車(chē)輛的數(shù)量可以分為 2 種，單翻式和串翻式：?jiǎn)畏椒?chē)機(jī)翻車(chē)時(shí)，每次只能翻 1 節(jié)車(chē)輛；串翻式翻車(chē)機(jī)翻車(chē)時(shí)，每次可翻 2 節(jié)或 2 節(jié)以上串聯(lián)的車(chē)輛。例如，南京港煤碼頭采用的是單翻式翻車(chē)機(jī)，秦皇島煤炭碼頭四期采用的是串翻式翻車(chē)機(jī)，每次可以翻 3 節(jié)車(chē)輛，列車(chē)不解體。

2 基于全壽命周期理論的裝卸作業(yè)流程比較研究

過(guò)去在工程設(shè)計(jì)中一般從初期建設(shè)投資的角度考慮裝卸作業(yè)方案的優(yōu)劣，忽視其運(yùn)營(yíng)成本。采用全壽命周期理論，不僅會(huì)考慮項(xiàng)目的建設(shè)投資，還會(huì)考慮裝卸設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，包括運(yùn)行、維修、更新直至報(bào)廢的全過(guò)程，以全壽命周期成本最優(yōu)化來(lái)衡量裝卸作業(yè)方案與裝卸設(shè)備設(shè)施配備方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性。

2.1 全壽命周期理論

全壽命周期 (Life Cycle Cost，LCC) 管理是從長(zhǎng)期效益出發(fā)，應(yīng)用一系列先進(jìn)的技術(shù)手段和管理方法，統(tǒng)籌規(guī)劃、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行和退役等各環(huán)節(jié)，在確保規(guī)劃合理、工程優(yōu)質(zhì)、生產(chǎn)安全、運(yùn)行可靠的前提下，以項(xiàng)目全壽命周期的整體最優(yōu)作為管理目標(biāo)[6-8]。

鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期是指從建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工到建設(shè)工程報(bào)廢 (或建設(shè)項(xiàng)目結(jié)束) 的全過(guò)程。對(duì)于裝卸系統(tǒng)而言，全壽命周期成本主要由設(shè)備采購(gòu)費(fèi)、設(shè)備基礎(chǔ)等基建費(fèi)用、壽命周期內(nèi)維修費(fèi)用和壽命周期內(nèi)的運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成。結(jié)合工程設(shè)計(jì)年度劃分原則，近、遠(yuǎn)期一般相差 10 年，考慮遠(yuǎn)期運(yùn)量的不確定性因素，以 10 年為周期進(jìn)行成本分析。

2.2 裝卸作業(yè)方案比較研究

以裝車(chē)作業(yè)方案為例，針對(duì)裝載機(jī)、抓料機(jī)、軌道移動(dòng)式裝車(chē)機(jī)和裝車(chē)樓 4 種常見(jiàn)裝車(chē)設(shè)備設(shè)施，進(jìn)行全壽命周期內(nèi)的裝車(chē)作業(yè)方案成本比較研究。全壽命周期的裝車(chē)作業(yè)方案成本組成如下。

（1）設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)第 1 年投入，一般在工程建設(shè)投資中計(jì)列。

（2）基建費(fèi)用。基建費(fèi)用主要指設(shè)備基礎(chǔ)、走行軌，以及風(fēng)、水、電等配套工程費(fèi)用，一般在工程建設(shè)投資中計(jì)列。

（3）壽命周期內(nèi)維修費(fèi)用。根據(jù)設(shè)備維修手冊(cè)和實(shí)際設(shè)備使用狀態(tài)進(jìn)行必要的維修保養(yǎng)，該部分費(fèi)用為壽命周期內(nèi)每年均發(fā)生的費(fèi)用。

（4）壽命周期內(nèi)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。主要指設(shè)備正常工作狀態(tài)下發(fā)生的運(yùn)營(yíng)成本，如裝載機(jī)的耗油成本，抓料機(jī)、裝車(chē)機(jī)、裝車(chē)樓的用電成本。

綜合考慮上述成本因素，不同裝車(chē)設(shè)備成本費(fèi)用指標(biāo)如表 3 所示。其中，設(shè)備作業(yè)能力和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用均按照年工作 300 d、日工作 8 h 考慮。設(shè)備維修費(fèi)用根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，移動(dòng)設(shè)備如裝載機(jī)、抓料機(jī)按照設(shè)備采購(gòu)總價(jià)的 10% 估算，固定設(shè)備如裝車(chē)機(jī)、裝車(chē)樓按照設(shè)備采購(gòu)總價(jià)的 3%~5% 估算。根據(jù)表 3 中不同裝車(chē)設(shè)備的作業(yè)能力，針對(duì)不同的年裝車(chē)作業(yè)量，可以計(jì)算得到相應(yīng)設(shè)備的配置數(shù)量。各種年裝車(chē)作業(yè)量條件下裝車(chē)設(shè)備配置數(shù)量如表 4 所示。

表 3 不同裝車(chē)設(shè)備成本費(fèi)用指標(biāo)

表 4 各種年裝車(chē)作業(yè)量條件下裝車(chē)設(shè)備配置數(shù)量

根據(jù)表 3 和表 4，得到 4 種常見(jiàn)裝車(chē)設(shè)備設(shè)施在全壽命周期內(nèi)的成本比較如圖 3—圖 12 所示。

圖 3 年裝車(chē)作業(yè)量為 30 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 4 年裝車(chē)作業(yè)量為 50 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 5 年裝車(chē)作業(yè)量為 100 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 6 年裝車(chē)作業(yè)量為 150 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 7 年裝車(chē)作業(yè)量為 200 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 8 年裝車(chē)作業(yè)量為 720 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 9 年裝車(chē)作業(yè)量為 750 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 10 年裝車(chē)作業(yè)量為 1 000 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 11 年裝車(chē)作業(yè)量為 1 500 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

圖 12 年裝車(chē)作業(yè)量為 2 500 萬(wàn) t 時(shí)成本比較

由表 4 可知，年裝車(chē)作業(yè)量為 30 萬(wàn) t 時(shí)，需要配備裝載機(jī) 2 臺(tái)，其他裝車(chē)作業(yè)方案只需要 1 臺(tái)，由圖3 可以看出，初期投資裝載機(jī)最小，隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加，裝載機(jī)壽命周期成本與抓料機(jī)相近。由圖 4 可以看出，當(dāng)年裝車(chē)作業(yè)量為 50 萬(wàn) t 時(shí)，初期投資仍然是裝載機(jī)最小，但隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，抓料機(jī)的壽命周期成本更有優(yōu)勢(shì)。隨著裝車(chē)作業(yè)量增大，雖然裝載機(jī)的初期投資小，但由于裝載機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本高，運(yùn)營(yíng)后裝載機(jī)的優(yōu)勢(shì)不突出，反而隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，壽命周期成本快速增長(zhǎng)，以年裝車(chē)作業(yè)量為 100萬(wàn) t 為例 (見(jiàn)圖 5)，第 10 年裝載機(jī)的壽命周期成本約是抓料機(jī)的 1.5 倍，甚至高于裝車(chē)機(jī)。因此，年裝車(chē)作業(yè)量 ≤30 萬(wàn) t 時(shí)建議采用裝載機(jī)，30 萬(wàn) t＜年裝車(chē)作業(yè)量 ≤150 萬(wàn) t 時(shí)建議采用抓料機(jī)，150 萬(wàn) t＜年裝車(chē)作業(yè)量 ≤720 萬(wàn) t 時(shí)建議采用裝車(chē)機(jī)，年裝車(chē)作業(yè)量＞720 萬(wàn) t 時(shí)建議采用裝車(chē)樓。

卸車(chē)作業(yè)方案的考慮因素與裝車(chē)相似，研究方法與裝車(chē)作業(yè)一樣，研究過(guò)程不再贅述，研究結(jié)論如下：扒料機(jī)和抓料機(jī)雖然初期建設(shè)投資低，但作業(yè)能力小、運(yùn)營(yíng)成本高，年卸車(chē)作業(yè)量≤70 萬(wàn) t 時(shí)建議采用鏈斗式卸車(chē)機(jī)，70 萬(wàn) t＜年卸車(chē)作業(yè)量 ≤300 萬(wàn) t 時(shí)建議采用螺旋卸車(chē)機(jī)，300 萬(wàn) t＜年卸車(chē)作業(yè)量 ≤500萬(wàn) t 時(shí)建議采用單翻翻車(chē)機(jī)，年卸車(chē)作業(yè)量＞500 萬(wàn) t時(shí)建議采用雙翻翻車(chē)機(jī)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)以全壽命周期成本最優(yōu)化衡量裝卸作業(yè)流程與設(shè)備設(shè)施配備方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性。確定不同裝卸作業(yè)量條件下的最佳裝卸作業(yè)方案，有利于協(xié)調(diào)統(tǒng)一鐵路貨運(yùn)站的作業(yè)流程和裝卸作業(yè)能力，對(duì)于促進(jìn)鐵路貨運(yùn)向現(xiàn)代物流轉(zhuǎn)型、提高鐵路運(yùn)輸裝卸機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化水平具有重要意義，可以為其他類(lèi)似鐵路工程設(shè)計(jì)提供參考。

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責(zé)任編輯：馮姍姍

1004-2024(2015)12-0050-06

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2015-11-02

中國(guó)第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2014K65)