鐵路快運(yùn)集裝器具發(fā)展方向與應(yīng)用研究

陸 松，丁文贏，張 輝，楊露萍，李思穎

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081))

0 引言

近年來(lái)快運(yùn)物流發(fā)展迅速，運(yùn)輸貨物主要有電子產(chǎn)品、精密儀器和食品等，其對(duì)運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量和時(shí)效要求較高，與鐵路傳統(tǒng)的煤炭、鋼鐵等大宗貨物運(yùn)輸要求區(qū)別較大。我國(guó)鐵路為適應(yīng)快運(yùn)物流發(fā)展需求，借鑒歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，先后開(kāi)發(fā)特快貨物班列、快速貨物班列、中歐快速集裝箱班列、高鐵快運(yùn)等系列快運(yùn)產(chǎn)品[1]。

特快貨物班列主要裝載行李、郵件、包裹等貨物，采用XL25T行李車，最高運(yùn)行速度達(dá)到 160 km/h，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直達(dá)的運(yùn)輸組織方式，實(shí)現(xiàn)固定車次、固定編組，每節(jié)車輛可裝貨23 t，由于車廂內(nèi)未設(shè)有專用裝載加固裝置，暫不具備集裝器具使用條件；快速貨物班列主要運(yùn)輸對(duì)運(yùn)到時(shí)限要求較高、對(duì)運(yùn)輸價(jià)格相對(duì)不敏感且批量較大的貨物，采用P65型或PB型專用棚車，最高運(yùn)行速度120 km/h，為提高與最高運(yùn)行速度120 km/h公路貨車競(jìng)爭(zhēng)能力，近年來(lái)研發(fā)了時(shí)速160 km的快運(yùn)棚車，快運(yùn)棚車地板可進(jìn)行叉車作業(yè)，適合集裝器具應(yīng)用；集裝箱班列最高運(yùn)行速度為120 km/h，其中中歐班列2020年累計(jì)開(kāi)行1.24萬(wàn)列，運(yùn)送貨物113.5萬(wàn)TEU，單月開(kāi)行數(shù)量穩(wěn)定在1 000列以上；高鐵快運(yùn)主要運(yùn)輸電商、快遞貨物，目前采用既有客運(yùn)動(dòng)車組運(yùn)輸，已研制時(shí)速350 km的貨運(yùn)動(dòng)車組，8輛編組裝載量可達(dá)到110 t，與航空、公路快運(yùn)模式相比，在運(yùn)量、速度、價(jià)格、節(jié)能、安全等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。快運(yùn)貨物快速發(fā)展及在公路、鐵路、航空等多種運(yùn)輸方式間高質(zhì)量快速轉(zhuǎn)運(yùn)要求，對(duì)集裝器具產(chǎn)生大量運(yùn)用需求，亟需針對(duì)我國(guó)鐵路快運(yùn)集裝器具應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展方向、設(shè)計(jì)原則等展開(kāi)研究，更好滿足運(yùn)輸發(fā)展需要[2]。

1 我國(guó)鐵路快運(yùn)集裝器具應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 鐵路常用快運(yùn)集裝器具概況

鐵路常用快運(yùn)集裝器具包括托盤、小型集裝箱、集裝袋、集裝籠、集裝架以及捆扎類集裝化運(yùn)輸器具等，其中托盤和小型集裝箱在鐵路運(yùn)輸中應(yīng)用 最廣。

（1）托盤。托盤是物流產(chǎn)業(yè)中最基本的集裝單元和搬運(yùn)器具，作為商品與運(yùn)輸設(shè)備之間的一種主要媒介，其尺寸應(yīng)與商品包裝模數(shù)、叉車等裝卸機(jī)械，以及公路、鐵路、水運(yùn)等運(yùn)輸設(shè)備相兼容。在充分考慮我國(guó)對(duì)歐美貿(mào)易、東北亞貿(mào)易和東盟貿(mào)易發(fā)展的實(shí)際需要基礎(chǔ)上，我國(guó)選定1 200 mm×1 000 mm和 1 100 mm×1 100 mm的2種規(guī)格作為我國(guó)托盤標(biāo)準(zhǔn)，并以1 200 mm×1 000 mm為優(yōu)先推薦規(guī)格。由于社會(huì)上流通使用的托盤尺寸與我國(guó)鐵路棚車、敞車及集裝箱尺寸均不配套，且托盤在鐵路系統(tǒng)內(nèi)流通問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決，托盤在我國(guó)鐵路運(yùn)輸中沒(méi)能得到充分運(yùn)用，全路目前托盤總數(shù)量只有67.9萬(wàn)只，大部分企業(yè)的托盤僅作為一種裝卸用具，只能在站內(nèi)做叉車的配套屬具用，未參與到鐵路運(yùn)輸過(guò)程中。

（2）小型集裝箱。1974年，鐵路部門設(shè)計(jì)并運(yùn)用900 mm×1 300 mm×1 300 mm的1 t鐵路集裝箱，用于零擔(dān)貨物運(yùn)輸，到1995年，全路擁有1 t集裝箱共340 000個(gè)。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，貨運(yùn)量不斷增長(zhǎng)，集裝箱在鐵路上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。我國(guó)鐵路在ISO標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的基礎(chǔ)上，一方面沿著集裝箱大型化發(fā)展思路先后研制2 550 mm寬度的系列內(nèi)陸集裝箱，另一方面則發(fā)展以1.5 t小型集裝箱為代表的系列小型箱[3]，有力促進(jìn)我國(guó)鐵路集裝箱運(yùn)輸發(fā)展。

（3）其他集裝器具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)食品、化工原料等散裝貨物的運(yùn)輸時(shí)效性提出更高要求，為便于這類貨物的快裝、快卸和快速轉(zhuǎn)運(yùn)，集裝袋成為常用集裝器具，其具有自重小、成本低、回送時(shí)不占運(yùn)輸工具的有效容積和載重量等特點(diǎn)，成為高鐵快運(yùn)裝載快遞郵件的重要包裝方式。集裝籠、集裝捆也是集裝化的重要形式之一，可用于裝載自重小、對(duì)防水要求不高的貨物。

1.2 存在問(wèn)題分析

（1）缺乏適合鐵路快運(yùn)的集裝器具標(biāo)準(zhǔn)。集裝單元化是物流現(xiàn)代化的主要特征之一，集裝器具已成為聯(lián)結(jié)物流各個(gè)環(huán)節(jié)的重要媒介，對(duì)提高物流效率、降低物流成本起到關(guān)鍵作用。我國(guó)鐵路車輛寬度一般在3 m左右，棚車車廂內(nèi)部寬度大部分不超過(guò) 2 900 mm，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》(GB1589-2016)[4]規(guī)定汽車外廓尺寸最大寬度為2 550 mm，公路車寬最大限值為2 550 mm，我國(guó)鐵路運(yùn)輸中大量運(yùn)用的系列2集裝箱的寬度同樣為2 550 mm，ISO箱的寬度是2 438 mm， 可見(jiàn)鐵路車輛寬度與公路車輛、集裝箱等主要運(yùn)輸設(shè)備的尺寸相差較大，適用的集裝器具規(guī)格也不相同，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尺寸的集裝化器具在鐵路車輛中應(yīng)用，空間利用率較低，導(dǎo)致我國(guó)鐵路目前使用的集裝器具種類繁多，尺寸不統(tǒng)一，組織管理困難，難以大規(guī)模使用。

（2）配套設(shè)施設(shè)備不足。集裝器具裝卸需要配備叉車等專門裝卸設(shè)備，目前全路貨場(chǎng)和專用線設(shè)施設(shè)備陳舊的問(wèn)題突出，配置的裝卸設(shè)備型號(hào)、起重能力與集裝化器具規(guī)格不配套，裝卸設(shè)備數(shù)量不能滿足集裝化作業(yè)需求，部分站臺(tái)不適應(yīng)集裝化作業(yè)，配套設(shè)施設(shè)備不足，嚴(yán)重影響全路貨運(yùn)集裝化運(yùn)輸 水平。

（3）集裝器具多式聯(lián)運(yùn)技術(shù)發(fā)展滯后。多式聯(lián)運(yùn)已是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家貨物運(yùn)輸?shù)闹饕问剑覈?guó)多式聯(lián)運(yùn)體系發(fā)展較晚，鐵路運(yùn)輸作為多式聯(lián)運(yùn)的重要一環(huán)，還需要在多式聯(lián)運(yùn)領(lǐng)域集裝器具相關(guān)管理規(guī)定、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、車輛載具、裝卸技術(shù)等方面做出更多研究。

2 我國(guó)鐵路快運(yùn)集裝器具發(fā)展方向分析

鐵路快運(yùn)集裝器具主要用于裝載價(jià)值高、運(yùn)輸時(shí)效性高的貨物[5]，為確保貨物運(yùn)輸安全，提高鐵路運(yùn)輸效率，鐵路快運(yùn)集裝器具尺寸應(yīng)與裝卸設(shè)備、公鐵載運(yùn)車輛相匹配，應(yīng)具備一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，適應(yīng)鐵路運(yùn)輸環(huán)境，并滿足鐵路裝卸作業(yè)、貨物承載、多層堆放等要求。同時(shí)集裝器具的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)，還應(yīng)參照集裝箱的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，滿足鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求。因此，我國(guó)鐵路快運(yùn)集裝器具發(fā)展方向需考慮以下幾個(gè)方面。

（1）適應(yīng)鐵路運(yùn)輸條件。為確保貨物運(yùn)輸安全，快運(yùn)集裝器具應(yīng)具備一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，小型集裝箱類集裝器具應(yīng)有良好的密封性，防止因雨水浸入等產(chǎn)生的貨損。我國(guó)地域遼闊，鐵路網(wǎng)已覆蓋全國(guó)大部分地區(qū)，各地鐵路運(yùn)輸環(huán)境溫差較大，鐵路棚車內(nèi)最高溫度可達(dá)66℃，冬季測(cè)得最低溫度-21℃[6]，運(yùn)輸貨物的裝載器具應(yīng)滿足在-40℃至80℃環(huán)境溫度范圍使用要求；快運(yùn)貨物具備批次多、批量少的特點(diǎn)[5]，單件貨物總重不會(huì)太大，快運(yùn)集裝器具不需要設(shè)計(jì)的太大、太重，應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)有站場(chǎng)常規(guī)配置的叉車等裝卸設(shè)備作業(yè)能力和場(chǎng)站地面承載能力，總重不超過(guò)3 t，可采用新材料、新工藝以降低集裝器具自重；考慮鐵路棚車、公路汽車內(nèi)部尺寸限制及在貨場(chǎng)的堆碼需求，小型集裝箱類快運(yùn)集裝器具在棚車等鐵路車輛以及公路汽車內(nèi)可堆碼2層，在貨場(chǎng)可堆碼3層，故快運(yùn)集裝器具的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足最多3層堆碼的要求；為便于回收運(yùn)輸，集裝器具可采用便于套裝疊放的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加回空裝 載率。

（2）適應(yīng)鐵路車輛裝載及加固。目前鐵路裝載快運(yùn)貨物的車輛(載具)主要包括XL25T行李車、PB型快運(yùn)棚車、P65型快運(yùn)棚車、高鐵確認(rèn)車、集裝箱以及正在研發(fā)的貨運(yùn)動(dòng)車組、160 km/h快運(yùn)棚車等。集裝器具主要尺寸參數(shù)應(yīng)綜合考慮載運(yùn)車輛尺寸結(jié)構(gòu)規(guī)范、裝卸設(shè)備要求及快運(yùn)貨物包裝技術(shù)規(guī)范，有效利用既有鐵路、公路等載運(yùn)工具限界，同時(shí)滿足多式聯(lián)運(yùn)要求；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確保滿足在鐵路現(xiàn)有主流貨車及未來(lái)研發(fā)的車輛內(nèi)部裝載條件，方便在鐵路車內(nèi)裝載及加固；設(shè)計(jì)時(shí)遵守鐵路貨物裝載加固相關(guān)規(guī)定、公路汽車的外廓尺寸及載重國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)滿足系列1集裝箱和系列2集裝箱的外部尺寸、質(zhì)量要求、貨物運(yùn)輸包裝尺寸等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求。

（3）采用標(biāo)準(zhǔn)化尺寸設(shè)計(jì)。集裝器具尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)實(shí)現(xiàn)貨物的快速裝卸，以及整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義。隨著物流搬運(yùn)機(jī)械化和自動(dòng)化程度的不斷提升，物料的搬運(yùn)裝卸大多由機(jī)械來(lái)完成，包裝的尺寸與運(yùn)載工具之間的協(xié)調(diào)變得尤為重要，設(shè)計(jì)與包裝尺寸相匹配的集裝器具尺寸可更好利用集裝器具的裝載空間，使得裝載更加合理，有效提高運(yùn)輸效率。確定包裝尺寸的基礎(chǔ)是包裝模數(shù)尺寸，我國(guó)包裝模數(shù)尺寸為600 mm×400 mm，集裝尺寸可以從包裝模數(shù)尺寸的倍數(shù)系列推導(dǎo)出來(lái)，托盤、集裝箱等集裝器具尺寸應(yīng)以此模數(shù)尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，例如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)托盤尺寸就是基于包裝模數(shù)尺寸設(shè)計(jì)的，標(biāo)準(zhǔn)托盤尺寸與包裝模數(shù)尺寸關(guān)系如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)托盤尺寸與包裝模數(shù)尺寸關(guān)系Fig.1 Relationship between standard pallet size and packaging modular size

（4）滿足多式聯(lián)運(yùn)需求。為滿足公路、海運(yùn)、鐵路等不同運(yùn)輸環(huán)節(jié)中運(yùn)輸載具和裝卸設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)裝載要求，參與多式聯(lián)運(yùn)的快運(yùn)集裝器具結(jié)構(gòu)、尺寸應(yīng)在適應(yīng)包裝模數(shù)尺寸基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同運(yùn)輸方式的兼容性設(shè)計(jì)[7]。

（5）有利于提高裝載效率。為了防止轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸過(guò)程中顛簸、撞擊造成貨物損毀，貨物在集裝器具上應(yīng)進(jìn)行有效加固，集裝器具的設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)與裝載、運(yùn)輸設(shè)備地板面積合理兼容，設(shè)置合理的加固裝置，可與車輛加固為一體，確保良好的裝載效率，減少集裝單元貨物之間的縫隙及集裝器具與運(yùn)輸設(shè)備之間的縫隙，降低加固成本。

（6）便于裝卸作業(yè)。集裝器具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮裝卸設(shè)備載重能力、作業(yè)方式、尺寸及車門尺寸等參數(shù)，便于裝卸作業(yè)。

3 我國(guó)鐵路快運(yùn)貨物集裝器具應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 用于快運(yùn)棚車的集裝器具設(shè)計(jì)

目前鐵路快運(yùn)棚車中，PB型快運(yùn)棚車、P65型快運(yùn)棚車的內(nèi)部尺寸(長(zhǎng)×寬)分別為16 770 mm× 2 854 mm，15 462 mm×2 790 mm；時(shí)速160 km快運(yùn)棚車可分為塞拉門式、全側(cè)開(kāi)式2種結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部尺寸分別為23 946 mm×2 850 mm，23 126 mm× 3 040 mm。內(nèi)部寬度最小的P65型快運(yùn)棚車的尺寸為2 790 mm，公路汽車及系列2集裝箱的內(nèi)部寬度尺寸均為2 400 mm左右，而ISO標(biāo)準(zhǔn)箱的內(nèi)部寬度只有2 300 mm。可見(jiàn)，鐵路現(xiàn)有快運(yùn)棚車的內(nèi)部尺寸與集裝箱、公路車輛內(nèi)寬尺寸相差較大，鐵路貨車、公路汽車、集裝箱等內(nèi)部尺寸如表1所示，如采用統(tǒng)一尺寸的集裝器具，對(duì)鐵路車輛裝載能力浪費(fèi)較大，集裝器具之間較大的空隙還會(huì)產(chǎn)生額外的加固成本。

建議鐵路快運(yùn)集裝器具尺寸采用2個(gè)系列并行，對(duì)只在鐵路運(yùn)輸?shù)募b器具，其尺寸盡量滿足目前鐵路車輛裝載能力，按P65型快運(yùn)棚車內(nèi)部寬度為 2 790 mm的裝載能力，考慮叉車等設(shè)備裝載集裝器具在車廂內(nèi)作業(yè)，建議集裝器具寬度不超過(guò)1 360 mm，使得寬度最小的P65型快運(yùn)棚車也可以并排裝載2個(gè)集裝器具。

以尺寸1 360 mm×1 050 mm集裝器具為例，P65棚車裝載1 360 mm×1 050 mm集裝器具示意圖如圖2所示，速度160 km/h棚車裝載1 360 mm×1 050 mm 集裝器具示意圖如圖3所示，不同棚車裝載不同尺寸集裝器具的裝載效率如表2所示。P65型棚車每車可裝載30只1 360 mm×1 050 mm集裝器具，PB型棚車每車可裝載32只；PB，P65型快運(yùn)棚車裝載 1 360 mm×1 050 mm集裝器具效率，比1 200 mm× 1 000 mm集裝器具效率提高約10%。時(shí)速160 km塞拉門型棚車、全側(cè)開(kāi)型棚車內(nèi)每車可裝載44只 1 360 mm×1 050 mm集裝器具，其裝載效率比 1 200 mm×1 000 mm尺寸集裝器具效率提高約11%。

3.2 用于多式聯(lián)運(yùn)的集裝器具設(shè)計(jì)

鐵路運(yùn)輸作為多式聯(lián)運(yùn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為減少貨物在不同運(yùn)輸方式之間轉(zhuǎn)載時(shí)反復(fù)加固貨物產(chǎn)生的費(fèi)用，提高運(yùn)輸效率，建議參與公鐵多式聯(lián)運(yùn)的集裝器具寬度尺寸應(yīng)適應(yīng)2 550 mm寬度的汽車及《系列2集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量》(GB/T 35201-2017)[8]規(guī)定的系列2集裝箱裝載要求，參照貨物包裝標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)托盤尺寸，采用1 200 mm× 1 000 mm尺寸，可確保鐵路貨車、汽車以及系列2集裝箱內(nèi)均可以并排裝載2個(gè)1 200 mm寬度的集裝器具，實(shí)現(xiàn)物流各個(gè)環(huán)節(jié)的有效銜接。對(duì)參與空鐵聯(lián)運(yùn)的集裝器具，由于航空運(yùn)輸特殊性，集裝器具尺寸、外形、結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)航空設(shè)備的要求進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

表1 鐵路貨車、公路汽車、集裝箱等內(nèi)部尺寸 mmTab.1 Internal dimensions of railway wagons, trucks, and containers

圖2 P65棚車裝載1 360 mm×1 050 mm集裝器具示意圖 Fig.2 Diagram of 1 360 mm × 1 050 mm container equipment loaded on P65 boxcars

圖3 速度160 km/h棚車裝載1 360 mm×1 050 mm集裝器具示意圖 Fig.3 Diagram of 1 360 mm × 1 050 mm container equipment loaded on 160 km/h boxcars

表2 不同棚車裝載集裝器具的裝載效率Tab.2 Loading efficiency of container equipment loaded on different boxcars

3.3 其他集裝器具設(shè)計(jì)

特快貨物班列采用的XL25T行李車設(shè)計(jì)時(shí)車底板不滿足叉車作業(yè)要求，裝卸作業(yè)以人工搬運(yùn)為主，如需進(jìn)行集裝化作業(yè)，可設(shè)計(jì)帶輪集裝器，并對(duì)車廂兩側(cè)及地板進(jìn)行改造，增加加固裝置。

既有客運(yùn)動(dòng)車組可用于裝載快運(yùn)貨物空間，包括走道、車廂連接處、大件行李存放處、行李架、座席等處，由于裝載位置尺寸和高鐵車站作業(yè)能力有限，無(wú)法進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)，集裝器具搬運(yùn)作業(yè)主要靠人工完成，總重不應(yīng)超過(guò)人力作業(yè)能力，其材質(zhì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確保不會(huì)對(duì)動(dòng)車組車廂、設(shè)備造成損壞、劃傷。

新研制的貨運(yùn)動(dòng)車組需參考其車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸及裝載門的設(shè)計(jì)尺寸，采用專用集裝器具設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路快運(yùn)貨物的迅速發(fā)展，對(duì)鐵路裝卸作業(yè)效率、貨物安全及公路、鐵路、航空等不同運(yùn)輸方式之間的聯(lián)運(yùn)技術(shù)提出更高要求，集裝器具作為不同運(yùn)輸方式之間的一種重要媒介載具，其尺寸、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)，會(huì)對(duì)快運(yùn)貨物的運(yùn)輸效率帶來(lái)顯著影響。從適合鐵路運(yùn)輸和多式聯(lián)運(yùn)等角度設(shè)計(jì)相應(yīng)集裝器具，以解決鐵路、公路集裝器具不兼容問(wèn)題，充分利用鐵路車輛的裝載能力，也為鐵路快運(yùn)集裝器具開(kāi)發(fā)、研制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)提供技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)鐵路快運(yùn)裝載效率提升，以及物流各個(gè)環(huán)節(jié)有效銜接。