基于不同運輸模式的高鐵貨運技術參數研究

張 超,李 奇,賀政綱

(1.西南交通大學交通運輸與物流學院, 成都 610031； 2.中鐵物貿集團有限公司成都分公司, 成都 610031； 3.中鐵第四勘察設計院集團有限公司物流規劃研究所, 武漢 430063)

1 概述

截止2018年年底，我國高速鐵路運營里程已經突破2.9萬km，建成了世界上規模最大的高速鐵路網。2016年國家發布了《中長期鐵路網規劃》，到2025年我國高速鐵路路網規模將達到3.8萬km，并且指出未來我國高鐵不僅僅是客運網絡，也將成為承擔一定貨運功能的快捷通道[1]。隨著電子商務的迅猛發展，“時效性強、價值高”的快捷貨物運輸需求日漸增多，在國家供給側結構性改革、降本增效和鐵路貨改持續推進的發展環境下，利用高鐵開展快捷貨物運輸成為了當前物流業的研究熱點。

國內外學者針對高鐵開展貨運進行了多方面的研究。吳云云[2]、林仲洪等[3]、張鈺梅[4]、董愷凌等[5]研究了國外高鐵貨運的發展現狀，并從環境、技術和經濟三個角度對我國開展高鐵貨運的環境條件及可行性進行分析。文獻[6-12]對我國高鐵貨運的市場需求進行了分析與預測，并設計了高鐵貨運系列產品。文獻[13-16]研究了我國高鐵貨運的運輸組織模式，并從鐵路運營管理部門的角度出發，構建了以運營成本最小化的高鐵貨運運輸資源優化配置方案模型。

現有研究多集中在高鐵貨運市場需求分析、高鐵貨運產品設計、高鐵貨運運輸組織模式以及高鐵貨運運力資源優化方面，而沒有專門對高鐵貨運載運能力、運營成本以及開行條件的研究成果。因此，本研究在總結我國高鐵貨運不同運輸組織模式的基礎上，對每種模式的載運能力、運營成本構成以及開行條件等技術參數進行研究，并分析了每種運輸模式的優劣勢及適用性。

2 高鐵貨物運輸模式分析

高鐵貨物運輸模式是指貨物通過高速鐵路運輸所采取的運輸組織方式和列車形式[14]。綜合我國當前高鐵快運運輸模式，考慮未來高鐵貨物運輸發展方向和現代物流服務理念，我國高鐵貨運在發展中可選擇的開行模式有以下4種(后文將4種模式依次簡稱為專列模式、確認車模式、共運模式以及共編模式)，如表1所示。

表1 高鐵貨物運輸模式介紹

對高鐵貨運4種模式的技術參數進行研究，有助于鐵路部門合理安排運力資源、提高經營效益。高鐵貨運的技術參數主要有載運能力、運營成本和開行條件參數。

2.1 高鐵貨運運營成本與客運運營成本換算

高鐵貨物運輸運營成本與客運運營成本有一定的關聯性，在考慮客貨運運營成本之間相似性和獨特性的基礎上，采用客貨運成本換算方法核算高鐵貨運運營成本。高鐵客貨運成本換算可分為五類[17]，如表2所示。

表2 高鐵客貨運成本換算分類

根據武漢鐵路局調研數據和文獻[17]的高鐵客運作業單位成本表，可知高鐵客運成本由固定成本和變動成本構成。考慮高鐵貨運特性，高鐵貨運成本劃分為固定成本、變動成本Ⅰ、變動成本Ⅱ，固定成本表示與載貨量和運距無關，變動成本Ⅰ表示與運距無關、與載貨量有關，變動成本Ⅱ表示與載貨量無關、與運距有關。結合高鐵客運成本換算表，高鐵貨運運營成本構成及轉換結果如表3所示。

借鑒高鐵客運總成本計算方法，綜合上述分析，高鐵貨運不同運輸模式的總成本計算可表示為

(1)

2.2 高鐵貨運專列模式技術參數研究

2.2.1 載貨能力

根據調研，中車唐山機車車輛有限公司正在進行貨運動車組研發，新開發的動車組采用8輛編組，全車額定載重120 t，凈載貨容積850 m3。

2.2.2 運營成本

專列模式下的貨物運輸完全獨立于高鐵客運業務，結合兩者的相似性與獨立性，根據表3，可以計算出專列模式下的貨物運輸運營成本如表4所示。

表3 高鐵貨運運營成本構成及轉換

表4 專列模式運營成本換算

當專列模式的載貨量以120 t計算，結合表4的數據和式(1)，則在載貨量為Q、運行距離為L時，專列模式的貨物運輸運營成本為

(2)

2.2.3 開行條件參數

專列模式運營收入按照鐵路部門與快遞企業戰略合作方式計算，通過對順豐調研，鐵路部門收取的戰略合作費用為2.14元/(t·km)。高速列車的平均旅行速度約為250 km/h，則專列模式下基于不同運距的盈虧平衡載貨率計算結果如圖1所示。

從圖1可以看出，運距500，1 000，1 500，2 000 km的盈虧平衡載貨率分別為75%，67%，65%，63%。為了使專列模式具備一定的盈利能力，不同運距范圍高鐵貨運專列模式開行滿足條件如表5所示。

圖1 專列模式下不同運距的盈虧平衡載貨率

表5 高鐵貨運專列模式開行條件

2.3 高鐵確認車模式技術參數研究

2.3.1 載貨能力

(1)理論載貨量計算

高鐵確認車與平常運營的高鐵列車在車型上基本一致，因此高鐵確認車的載運能力可按照高鐵客運動車組計算。通過文獻[18]中的空車編組質量和定員荷載質量進行計算，可以得出確認車模式的平均理論載貨量為63.24 t。

(2)體積質量檢驗

確認車模式下貨物主要存放在座椅間區域、大件行李存放處以及行李架等區域，以CRH3C動車組的中間車為例，座椅間區域容積為25.469 m3、大件行李存放區容積為5.778 m3，行李架容積為4.244 m3，車廂可用容積總計35.491 m3[19]。由于確認車模式下貨物主要裝在中間車，因此可將列車的兩節頭車按一節中間車計算裝貨體積，則確認車模式的裝載容積為248.437 m3。

根據調研了解到，高鐵確認車主要運輸電商快遞件，電商快遞件的電商件重拋比約為9 m3/t。則確認車模式下體積質量檢查如表6表示。

表6 確認車模式下體積質量檢查

由表6可知，8輛編組的確認車模式的載質量可按27.61 t計算。

(3)單價尺寸

通過對廣鐵集團調研可知，高鐵確認車對單件貨物質量要求不超過25 kg，尺寸要求長、寬、高分別不超過57，57，35 cm，三邊之和小于150 cm。

2.3.2 運營成本

由于確認車模式下的貨物運輸是在共享確認車的運輸資源下運行的，利用了確認車的閑置資源，因此確認車模式的運營成本與高鐵客運運營成本有差異，甚至與專列模式的運營成本存在差異，由于該模式不適合集裝箱運輸，所以不存在掏箱拼箱作業。根據表3中的高鐵貨運運營成本構成及轉換類別，可以計算出確認車模式下的貨物運輸運營成本如表7所示。

表7 確認車模式運營成本換算

由前文計算得到確認車模式載貨量為27.61 t，結合表7的數據和式(1)，則在載貨量為Q、運行距離為L時，確認車模式下的運營成本為

(3)

2.4 客運動車組客貨共運模式技術參數研究

2.4.1 載貨能力

(1)理論載貨量

共運模式不移除客運設備，因此該模式的載貨能力計算方法為：定員荷載質量減去空車編組質量，再減去人與行李質量，通常人與行李單位質量取80 kg[17]。通過文獻[18]中的數據可以計算得到CRH系列動車組在共運模式下的平均理論載貨能力為14.12 t。

(2)體積質量檢驗

共運模式下貨物主要存放在大件行李存放處和坐席后方區域，大件行李存放區容積計為5.778 m3，雙座椅寬1 015 mm、三座椅寬1 480 mm、空隙寬度400 mm，座椅高度475 mm，坐席后方容積0.474 05 m3[13]。

考慮到旅客行李存放需求，假設旅客行李占據大件行李區和坐席后方區50%的容積，則共運模式下一節車廂的貨物載貨容積為3.125 m3，該模式下8節編組的裝載容積約為21.876 m3。則共運模式下體積質量檢查如表8所示。

表8 共運模式下體積質量檢查

綜上可知，8輛編組的客運動車組共運模式的載質量按2.43 t計算。

(3)單價尺寸

共運模式適合小批量貨物運輸，貨物通常放在動車組大件行李架上或座位空隙間，因此對貨物尺寸也有很大限制。根據對鐵路局和中鐵快運調研了解到，貨物若為箱體，則要求長寬高之和不超過120 cm，質量小于20 kg；貨物若為袋裝或包裹形狀，則要求尺寸不超過30 cm×50 cm×70 cm，質量不超過25 kg。

2.4.2 運營成本

共運模式是在完全共享高鐵客運資源的條件下運行的，該模式下的貨物運輸不但具有比較高的靈活性，而且省去了不少貨運固定成本和變動成本。由于該模式不是整列發送，則車站作業成本和裝卸成本可根據高鐵貨運專列相應成本，按照載貨量的比例進行估算。根據表3，可以計算出共運模式下的貨物運輸運營成本如表9所示。

表9 共運模式運營成本換算

由前文計算得到共運模式載貨量為2.43 t，結合表9的數據和式(1)，則在載貨量為Q、運行距離為L時，高鐵確認車模式下的運營成本為

(4)

2.5 客貨共編動車組模式技術參數研究

2.5.1 載貨能力

(1)理論載貨量

共編模式的載貨能力按照改造車廂的方式進行計算，為了盡量使貨運作業流線不與旅客流線交叉，可以考慮將緊接頭車的車廂作為貨運車廂，計算其理論載貨能力。該模式的載貨能力計算方法為：車輛座椅質量加上其他客運設備質量，再加上人員、行李質量以及車廂富余載重。將3人座椅按56 kg，雙人座椅按40 kg，其他客運設備按1.5 t，人員及行李單位質量按80 kg計算[20]。由8節編組的列車在共運模式下的平均理論載貨能力為14.12 t，可粗略估算出每節車廂的富余載重為1.77 t。綜上可計算出共編模式的平均理論載貨能力為12.66 t。

(2)體積質量檢驗

共編模式是運用改造的車廂進行裝貨，因此車廂內空間均可作為裝載容積，由于CRH系列動車中間車車廂平均體積為209.56 m3，則共編模式下體積質量檢查如表10所示。

表10 共編模式下體積質量檢查

由表10可知，將一輛貨運車輛與客運車輛共編的共編模式的載貨量可裝載12.66 t貨物。

(3)單價尺寸

與專列模式一樣對貨物尺寸沒有特別限制，按照快遞要求執行即可。

2.5.2 運營成本

共編模式是在共享高鐵客運部分資源的條件下開行的，因此部分客運成本不計入該模式下的貨運成本中，但由于共編模式需完全占用一節車廂，所以該模式下的成本構成與專列模式下的成本構成一致，區別在于作業單位由“列”變為“車”。根據表3，可以計算出共編模式下貨物運輸運營成本如表11所示。

表11 共編模式運營成本換算

結合表11的數據和式(1)，則當載貨量為Q、運行距離為L時，共編模式下的運營成本為

(5)

2.5.3 開行條件參數

參考專列模式的計算方法，結合共編模式的運營收入和運營成本，共編模式下不同運距的盈虧平衡載貨率如圖2所示。

圖2 共編模式下不同運距的盈虧平衡載貨率

從圖2可以看出，運距500，1 000，1 500，2 000 km的盈虧平衡載貨率分別為90%，80%，76%，74%。為了使共編模式具備一定的盈利能力，不同運距范圍共編模式開行滿足條件如表12所示。

表12 共編模式開行條件

3 不同運輸模式特性研究

對不同運輸模式進行特性研究的目的在于了解不同運輸模式的優劣勢，并通過比較不同模式的適應性，為高鐵貨運利益相關者在實際運營中選擇合適的運輸模式提供依據。

3.1 不同運輸模式優劣勢分析

在選擇運輸模式時，會綜合考慮貨運量、運輸距離等條件，同時還會考慮運輸模式本身的優劣勢。結合不同運輸模式下的技術參數和高鐵貨運實際開展情況，不同運輸模式的優劣勢如表13所示。

表13 不同運輸模式下貨運優劣勢

3.2 不同運輸模式適應性比較

結合不同運輸模式下的技術參數和高鐵貨運實際開展情況，從運作條件、組織條件等方面對不同運輸模式的適應性進行比較分析，具體分析如表14所示。

表14 不同運輸模式的適應性比較分析

4 結論與建議

在對我國當前高鐵貨物運輸的模式進行總結的基礎上，提出了高鐵貨物運輸模式可選擇的類型有專列模式、確認車模式、共運模式、共編模式4種，并對每種運輸模式的載貨能力、運營成本構成以及開行條件進行研究。最后，在運輸模式技術參數的基礎上，對不同運輸模式的優劣勢和適應性進行比較分析，為運輸模式的選擇提供依據。通過研究得出以下結論。

(1)8輛編組的貨運動車組列車理論載質量為120 t，載貨容積為850 m3；考慮質量—容積雙因素約束后1輛高鐵確認車載貨量約為27.6 t,8輛編組的共運模式的載質量約為2.43 t,一輛貨運車輛與客運車輛共編模式的載貨量約12.66 t。

(3)專列模式和共編模式需要在滿足運輸經濟學效益理論條件下才能開行。以速度250 km/h的高鐵列車為例，在運距為500，1 000，1 500，2 000 km時，專列模式的盈虧平衡載貨率分別為75%，67%，65%，63%，共編模式的盈虧平衡載貨率分別為90%，80%，76%，74%。

(4)4種高鐵貨運運輸模式各有優劣勢，并且適用條件不同，主要有以下兩點：一是組織條件，高鐵貨運專列需要編制高鐵貨運專列開行方案，而其他3種模式是基于既有旅客列車運行圖編制貨物裝卸車作業計劃；二是適合運量，專列模式適合于運量比較大的條件下使用，高鐵確認車和共編模式適合在運量適中條件下使用，而共運模式適合運量小的情況。