陳 誠,唐 浩,裴 程,姚彥珂,許植深
(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所,北京 100081;2.中鐵快運股份有限公司 多式聯運部,北京 100055)
馱背運輸指在具有多種運輸方式的多式聯運場站,利用牽引車、吊具等設備將半掛車、集裝箱等轉移至鐵路專用馱背運輸車輛,通過鐵路完成中長距離運輸,到達目的地鐵路貨場后,利用牽引車、吊具等設備將半掛車、集裝箱等轉移至場站堆場,再利用公路牽引車將半掛車、集裝箱等運輸至終到目的地的公鐵聯運方式[1]。
歐洲馱背運輸起步較早,于20世紀60年代末開始發展馱背運輸,在各國政府共同努力下,制定了成套的政策法規,形成了較為完善的運輸網絡、快捷的運輸設備、成熟的技術支持和運營管理模式,構成了符合自身實際情況的馱背運輸體系。歐洲根據自身實際情況,發展了多種模式的馱背運輸,包括自裝卸式、吊裝式和平移式多種模式。自裝卸式車輛裝備包括Megaswing端部旋轉式和ModaLohr中部旋轉式馱背運輸技術,Megaswing端部旋轉式馱背運輸車結構復雜,地面設施簡單,車輛通過自身機構自行完成凹底架起升、旋轉功能,旋轉后可適應公路貨車自行上下的作業要求,對站場要求不高,地面僅需硬化和提供電源。ModaLohr中部旋轉式馱背運輸車不帶電氣、液壓設施,車輛中部承載架與兩端底架脫離,結構簡單,可與既有貨車混編,場站設施復雜,站臺地面設有液壓系統和電氣系統控制車輛承載底架的起升和旋轉。吊裝式馱背運輸技術是利用龍門吊或正面吊直接吊裝半掛車至鐵路車輛,對于具備吊裝條件的半掛車直接起吊,對于不具備吊裝條件的采用地面輔助托架配合。平移式馱背運輸車采用“托盤+地面驅動裝置”結構,兩端設有端部底架,中部設有可翻轉式側墻和移動托盤,裝車時通過地面驅動裝置將移動托盤自動平移到鐵路車輛上[2]。
國內外學者針對馱背運輸開展了大量研究。策略建議方面,楊磊等[3]、楊建國[4]、楊廣全[2]、李臣等[5]、張國平等[6]介紹歐美馱背運輸與多式聯運在市場需求、運輸技術裝備、設施設備、裝卸作業流程等方面發展現狀,結合國外馱背運輸的發展經驗提出我國馱背運輸發展策略建議。裝備設計與選型方面,孫敬偉[7]重點介紹國外現有4種馱背運輸車,并根據我國鐵路馱背運輸專用車的研制現狀及作業需求,系統研究了自裝卸式馱背運輸站點的站場工藝設計方案。徐寶華等[8]、張四梅等[9]、吳榮坤等[10]分析北美、歐洲國家馱背運輸發展現狀及專用車輛結構特點,結合我國鐵路貨車成熟技術、運用條件、政策環境等實際情況提出了我國發展馱背運輸車輛選型建議。貨源需求及運價等方面,陳玥[11]運用SWOT方法分析我國馱背運輸的優勢、劣勢、機會和威脅,并提出政策扶持、規章制度、市場定位、信息化建設等方面建議。俞纓等[12]分析鐵路馱背運輸的優勢特征與適用場景,研究探索我國鐵路馱背運輸的目標貨源市場、發展基礎及存在的問題并提出發展措施及建議。謝如鶴等[13]研究我國馱背運輸的需求量和運價,分析其企業經濟效益和社會效益。
隨著我國新一輪運輸結構調整和碳達峰碳中和行動計劃的實施,馱背運輸作為推動“公轉鐵”的重要手段,對推動我國“雙碳”目標實現具有重要作用,同時也契合我國鐵路發展現代物流的內在要求,鐵路馱背運輸迎來了創新發展的良好機遇。綜合我國馱背運輸實踐和研究情況來看,自裝卸式和吊裝式馱背運輸技術在我國均已實現試點應用,研究也較為充分,但對新興的平移式運輸技術研究較少,因此重點對平移式馱背運輸發展經驗及啟示開展研究。
平移式馱背運輸模式的設想于1998年由歐洲的工程師提出,并據此于2003年創立了CargoBeamer公司,為客戶提供國際物流綜合服務。2015年開始運營第一條運輸線路,2021年建設了世界上第一個平移式馱背運輸的專業場站。平移馱背運輸模式車輛結構簡單,場站自動化程度高,裝卸效率高,能夠兼容半掛車、集裝箱等多種車輛,低碳環保,一經推出受到歐洲各國的青睞。目前已經形成跨英國、法國、德國等國家的4條主要線路,該裝備保有量約430輛,完成約70 000輛半掛車運輸。
CargoBeamer公司于2015年在德國卡爾登基興與意大利多莫多索拉之間開行了第一條平移式馱背運輸線路,運距約800 km,2021年引入另外4條運輸線路,包括諾伊斯至佩皮尼昂、佩皮尼昂至加萊、加萊至阿什福德、佩皮尼昂至阿什福德,服務網絡覆蓋德國、法國、意大利和英國。CargoBeamer歐洲平移式馱背運輸線路如表1所示,CargoBeamer既有開行網絡如圖1所示。CargoBeamer公司規劃2032年前開發50條路線與30個站場,以法國、德國、意大利為基礎拓展,逐步覆蓋歐洲各主要經濟走廊。

圖1 CargoBeamer既有開行網絡Fig.1 CargoBeamer’s existing operating network

表1 CargoBeamer歐洲平移式馱背運輸線路Tab.1 CargoBeamer horizontal shifting piggyback transport routes in Europe
CargoBeamer公司采用自營和合作雙模式場站管理模式,對發運量較大的裝卸場站采用自營模式,全面負責場地的運營維護;對發運量較小的裝卸場站采用合作模式,僅利用場站內的裝卸線等資源。目前CargoBeamer公司加萊和多莫多索拉采用自營管理模式。平移式馱背運輸的半掛車可以采用平移和吊裝2種模式進行裝卸。目前加萊場站設置了地面平移裝置,采用平移式;其余場站采用吊裝方式。場站主要功能區分為列車裝卸區、預裝載區和半掛車暫存區。列車裝卸區主體為鐵路裝卸線,主要停放馱背運輸列車及裝卸貨物;預裝載區位于列車裝卸區兩側,地面設有轉運模塊和托盤,在列車到來前停放即將裝車的半掛車以及停放卸載的半掛車;半掛車暫存區面積較大,作用類似于集裝箱堆場,用來停放入場待裝的半掛車和待駛離的半掛車。裝卸時通過轉運模塊水平移動,將已裝載半掛車的托盤平移至車底架,吊裝式場站采用吊機與專用吊具將已裝載半掛車的托盤由地面吊裝入車底架。預裝載區與半掛車暫存區間的轉移由場內牽引車負責完成。CargoBeamer平移式馱背運輸場站布局示意圖如圖2所示。

圖2 CargoBeamer平移式馱背運輸場站布局示意圖Fig.2 Layout diagram of CargoBeamer horizontal shifting piggyback transport station
CargoBeamer公司研發了馱背運輸車輛Sdkmess,可整列編組36輛,亦可與普通貨車混合編組開行。車輛由車底架和托盤構成,托盤內部設計可兼容公路半掛車、集裝箱、冷藏箱、油罐車等多種車型。換裝時半掛車置于站點預先準備的托盤上,車輛側墻下翻放平,地面轉運模塊將托盤平移到車底架,運輸車側墻翻起即可完成自動化裝車。同時CargoBeamer設計了適應Sdkmess車輛的專用集裝箱CBoXX,可裝載104個標準托盤,載重可達48 t,明顯優于裝載25個托盤、載重26 t的40 ft集裝箱。CargoBeamer平移式馱背運輸車如圖3所示,CargoBeamer平移式馱背運輸車與普通貨車混編開行如圖4所示。

圖3 CargoBeamer平移式馱背運輸車Fig.3 CargoBeamer horizontal shifting piggyback transport vehicle

圖4 CargoBeamer平移式馱背運輸車與普通貨車混編開行Fig.4 CargoBeamer horizontal shifting piggyback transport vehicles mixed with ordinary wagons
CargoBeamer服務的客戶覆蓋了電商平臺、快遞公司、貨運代理、半掛車承包商、物流供應商和生產制造企業,包括DB SCHENKER、Amazon、DHL、De Waard、Hoptrans等,運輸貨物品類包括快遞、醫藥、生鮮食、汽車配件等,均為對時效要求較高的貨物。裝載類別中半掛車占比為92%,集裝箱占比5%,交換箱占比3%。目前CargoBeamer平移式馱背運輸已完成運輸2 000余列,共完成約70 000輛半掛車運輸。為保證運輸時效及裝備周轉,列車運輸組織模式以固定線路點到點整列運行、途中不解編方式為主,客戶通過官網可以了解班列起訖點、開行日期、集貨截止時刻和客戶提貨時刻等信息。CargoBeamer貨運產品開行方案如表2所示。

表2 CargoBeamer貨運產品開行方案Tab.2 CargoBeamer’s freight product operation plan
CargoBeamer模式為實現低碳運輸提供了最具效益的運輸方式,是德國技術監督協會(TüV NORD)認證的碳中和公司,其優勢主要體現在以下3個方面:一是全程低碳排放,站到站使用鐵路運輸,兩端使用新能源公路牽引車,從第一公里到最后一公里的運輸實現了低碳排放;二是車輛更低的外部成本,每列CargoBeamer馱背運輸列車運輸36輛半掛車,與柴油卡車相比,可減少包括交通事故、道路擁堵和空氣污染等方面約360萬歐元的外部成本;三是政府高度支持環保的運輸方式,歐盟及相關國家政府提供大量且不斷增長的補貼,引導運輸從公路轉向鐵路,以實現氣候目標。
我國鐵路運輸企業重視馱背運輸發展,在吸取國外發展經驗的基礎上積極探索發展符合我國國情的馱背運輸模式,依托2個馱背運輸國家多式聯運示范工程實現了自裝卸式和吊裝式2種馱背運輸模式試點運用。
(1)馱背運輸(公鐵聯運)示范工程。2016年中鐵特貨運輸有限責任公司牽頭的《馱背運輸(公鐵聯運)示范工程》入選交通部第一批示范工程項目,項目研制了我國第一代多式聯運馱背運輸專用車(QT1,QT2型),兩型車輛均可滿足輪式裝備運輸與公路貨車半掛車運輸,QT2型僅可用于12 m以下小型公路貨車整車運輸,2種車型均屬于自裝卸式馱背運輸車。QT1型馱背運輸車如圖5所示,QT2型馱背運輸車如圖6所示。項目同時研制了國內適應公鐵聯運馱背運輸的冷藏、廂式、倉柵式、集裝箱4款運輸半掛車。2019年底在無錫西貨場與廣州丹灶貨場開行試點班列,實現箱不落地快速集結轉運、鐵路車底固定循環,每周6天往返對開運輸。后期因全程運輸時效和價格與公路運輸相比缺乏競爭力,該列車停止開行。

圖5 QT1型馱背運輸車Fig.5 QT1 type piggyback transport vehicle

圖6 QT2型馱背運輸車Fig.6 QT2 type piggyback transport vehicle
(2)“西北地區—京津冀區域”鐵路多功能車智慧公鐵水多式聯運示范工程。2017年神華鐵路貨車運輸有限責任公司(以下簡稱“神華貨車公司”)牽頭《“西北地區—京津冀”多功能車智慧公鐵水聯運項目》入選國家第二批多式聯運示范工程。項目研制了4種STX型多功能馱背運輸車。STX1型與STX2型是自裝卸式馱背運輸車,均可滿足輪式裝備運輸與公路貨車整車及半掛車運輸,STX2型車僅可運輸12 m以下小型公路整車。STX3型與STX4型是吊裝式馱背運輸車,STX3型僅運輸半掛車,采用專用吊具吊裝置于托盤上的半掛車。STX4型利用正面吊直接吊裝集裝箱與馱背運輸專用半掛車。STX1型馱背運輸車如圖7所示,STX2型馱背運輸車如圖8所示,STX3型馱背運輸車如圖9所示,STX4型馱背運輸車如圖10所示。2018年8月神華貨車公司在黃驊港沙胡同與鄂爾多斯南郊貨場之間組織開行馱背運輸試驗列車,由4種馱背運輸車混編成列。運行4年后因始發終到兩地貨源較少且全程運輸時間長于公路,該列車停止開行。

圖7 STX1型馱背運輸車Fig.7 STX1 type piggyback transport vehicle

圖8 STX2型馱背運輸車Fig.8 STX2 type piggyback transport vehicle

圖9 STX3型馱背運輸車Fig.9 STX3 type piggyback transport vehicle

圖10 STX4型馱背運輸車Fig.10 STX4 type piggyback transport vehicle
綜合分析2個馱背運輸示范項目,可以得出我國鐵路馱背運輸在裝卸效率、載運裝備空間、運輸成本等方面與市場需求有較大的差距。
(1)裝卸效率低影響全程運輸時效。自裝卸式馱背運輸車裝卸貨物需要旋轉車架利用牽引車完成半掛車裝卸,吊裝式馱背運輸車裝卸貨物需要利用龍門吊或正面吊逐個完成半掛車裝卸,裝卸時間約為4~8 h。相較于傳統鐵路運輸,省去了貨物掏箱的過程,但相較于公路汽運仍然增加了兩端合計8~16 h的裝卸時間,因此全程時效低于公路運輸。
(2)運輸半掛車擠占貨物裝載空間。馱背運輸貨物有效裝載空間比例低是制約馱背運輸發展的核心問題之一。馱背運輸車輛結構較為復雜,自裝卸式車輛設置端部旋轉裝置占據一定縱向空間,部分牽引車隨車運輸進一步壓縮了縱向裝載貨物空間;運輸半掛車時,車輪占據一定高度,壓縮了垂向裝載貨物的高度。因此,在鐵路車輛限界條件相同、車輛平臺高度相同的情況下,貨物實際裝載空間比例降低,限制了馱背運輸單車裝載量。
(3)承運的普通貨物運費價格承受能力較低。試點項目的貨源均為普通白貨,其全程價格承受能力較低。以無錫至廣州為例,公路“門到門”全程運費約為300~400元/t,鐵路40 ft集裝箱全程運費(假設發到兩端各20 km短駁距離)為411元/t,在鐵路馱背運輸全程時效低于公路的條件下,貨主不會選擇全程運費更高的馱背運輸服務。因此,鐵路馱背運輸與公路競爭普通白貨貨源沒有優勢。
(4)馱背運輸裝備購置、維護和運營成本較高。目前我國試點推行的馱背運輸車輛中,QT1,QT2,STX1和STX2為自裝卸式,車型技術與結構相對復雜;STX3需要配置專用吊裝托盤;STX4需要配套專用半掛車,車輛兼容性較差。同時這幾款車型均需要投入大量的人員操縱公路牽引車或吊機進行裝卸作業。整體來看,車輛制造成本偏高,需要投資專門場站設備和定制半掛車,后期車輛維護成本較高,運營人力成本高,全生命周期經濟性較差。
對比分析自裝卸式馱背運輸模式、吊裝式馱背運輸模式、平移式馱背運輸模式在載運裝備、作業效率、場地設施、組織管理等方面的特點,自裝卸式馱背運輸車選取了國內QT1,QT2,STX1,STX2型馱背車,吊裝式馱背運輸車選取了國內STX3,STX4型馱背運輸車,平移式馱背運輸車選取歐洲Cargobeamer公司Sdkmess型馱背運輸車,3種馱背運輸技術性能對比分析如表3所示[14]。

表3 3種馱背運輸技術性能對比分析Tab.3 Comparative analysis of the performance of three types of piggyback transportation technologies
從表3中可以看出,適用裝載單元方面,平移式馱背運輸車適用性更強,能夠兼容半掛車、集裝箱、冷藏箱、油罐車以及CboXX專用箱;吊裝式馱背運輸車適用性最弱,僅能適運半掛車和集裝箱。作業效率方面,平移式馱背運輸車平均運行速度和速度標尺均高于其他2類車輛。場地設施方面,自裝卸式需要配置動力電源,吊裝式需要配備正面吊或龍門吊,平移式需要配置地面平移裝置。場站管理方面,平移式采用托盤自動平移模式,需要的場地管理人員更少,管理更為簡單。與鐵路集裝箱運輸相比,平移式馱背運輸車能夠解決鐵路貨場裝卸效率低、公路集裝箱牽引車利用率低、裝載容積空間小等問題。綜合來看,平移式馱背運輸方式具有適用性強、裝卸效率高、場站組織便捷、人工成本低等優勢。
歐洲平移式馱背運輸均為長距離跨國運輸,由于歐洲國家國土面積較小,一個國家境內運輸距離較短,鐵路運輸增加兩端裝卸時間,全程時效低于公路時效,鐵路運輸缺乏競爭力。同時,歐盟各國鐵路運輸線路、裝備等標準一致,有利于實現跨國運輸。另外,根據客戶貨源情況,超過2 000 km的直達貨源運輸需求不足以支撐整列運輸,因此歐洲運營的線路運輸距離在1 000 km左右。
我國幅員遼闊,京津冀、長三角、珠三角、成渝經濟圈等主要經濟區域之間運距超過1 300 km,區域間經濟活動頻繁、貨物交流充足,能為整列運輸提供充足的貨源供給。中長距離運輸一方面能夠充分發揮平移式馱背運輸車在干線運輸的速度優勢,一方面通過便捷的裝卸方式提升了兩端作業時效,因此,在中長距離運輸市場相較于公路具有時效優勢。基于“庫到庫”視角,比較自裝卸式馱背運輸車、吊裝式馱背運輸車、平移式馱背運輸車、時速160 km/h棚車和公路貨車的全程時效。各運輸方式的主要時效差異體現在站點裝卸時間和干線運輸時間,采用公鐵聯運方式還包含“站到庫”的公路短駁時間,由此建立鐵路“庫到庫”時間計算模型,計算公式如下。
式中:t為貨物“庫到庫”全程運輸時間,h;t裝車為貨場列車裝載貨物時間,h;t運輸為鐵路貨場間鐵路運輸時間,h;t卸車為貨場列車卸車時間,h;t短駁為兩端貨場與貨主倉庫的運輸時間合計,h;S為運行距離,km;v旅行為包括中間站停站時間及起停車附加時間在內的列車平均速度,km/h。
各運輸產品優勢運距計算參數如表4所示。

表4 各運輸產品優勢運距計算參數Tab.4 Calculation parameters of optimal transport distance for each transportation method
通過計算發現,當運距為0~840 km時,公路運輸更有優勢;當運距為840~4 400 km時,平移式馱背運輸更有優勢;當運距大于4 400 km時,旅行速度更快的160 km/h棚車全程時效更短。平移式馱背運輸車的優勢運距范圍為840~4 400 km,可以覆蓋我國大部分的運輸線路。平移馱背運輸在我國的服務范圍更大、運距更長,具有廣闊的發展空間。
CargoBeamer服務的客戶包括貨運代理、馱背運輸列車承包商、經銷商或生產商、快遞企業等,主要貨物品類包括快遞、冷鏈、危化品、汽配等,其服務對象均是對時效性要求較高的快遞快運貨物品類,主要原因有2點:一是平移式馱背運輸方式便捷的裝卸方式有效壓縮了兩端作業時間,與快遞快運品類高時效的服務要求相吻合,能夠實現“次日達”“隔日達”等服務時效;二是高時效快遞快運品類物流價格承受能力較強,與CargoBeamer的運輸成本和定價策略相吻合。
我國快遞快運市場運輸需求潛力巨大,2022年快遞業規模1 105.8億件,約占全球60%,2011—2022年我國快遞業務量年均復合增長率約36%,市場需求旺盛。快遞運量集中在京津冀、長三角、珠三角、成渝等經濟區域,區域間快遞交流量較大。同時時效要求較高的醫藥、生鮮、電子產品等行業發展迅猛,高時效、高運價的運輸需求規模巨大。平移式馱背運輸模式發揮快速裝卸、便捷管理的特點,提供高時效、高運費的運輸服務,適合快遞快運物流市場。
發展平移式馱背運輸,裝備創新是關鍵環節之一。CargoBeamer設計了“托盤+地面驅動裝置”的平移式裝備,兼容了半掛車等車輛,實現便捷化的換裝及換軌作業。根據我國的場站、線路和市場需求情況發展本地化的馱背運輸裝備,提出2條技術路線。一是充分借鑒CargoBeamer的裝備結構,設計“托盤+地面驅動裝置”的平移式裝備。半掛車放置在托盤上,托盤兩側設有活動側墻。換裝時,軌道內頂升臺推動托盤升起,再將托盤移出車架,之后將裝載半掛車的托盤移至車架處,再降下活動托盤,完成半掛車換裝。其中,考慮到便捷檢修、降低成本等因素,車鉤緩沖裝置、轉向架和制動裝置等核心部件推薦選用國內主流的型號。二是設計“端部底架+中部底架+地面驅動裝置”的平移式裝備。車體結構采用可在站場分離的三段式結構技術方案,中部底架相同,實現不同軌距間車輛貨物互換。采用端部底架與凹底架可快速解鎖分離、合并鎖閉的車體結構,利用鉗夾結構將端部底架與凹底架連接,車輛運行時為不可分離的車體結構,裝卸貨時,通過站場地面設備將鎖閉機構解鎖,使凹底架與端部底架分離。此方案能夠實現不同軌距快速換裝,兼容半掛車、集裝箱等車輛類型,可靠性高,故障率低,便于維修。進一步需要根據我國車輛、場站、線路、運維等條件,設計符合我國國情的平移式馱背運輸車輛技術方案。
CargoBeamer車輛兼容了吊裝和平移2種裝卸方式,可與常見的普通鐵路貨運車輛進行混合編組,場地適應能力較強。吊裝吊卸方式,利用門吊或正面吊實現裝卸,與場地及裝備兼容性好,可基于既有傳統場站較少投入完成改造;平移式裝卸方式,需要在地面增加水平驅動模塊,特點是整列自動同步裝卸,不需要吊車司機或牽引車司機操作,裝卸效率較高。
平移式馱背運輸車輛多樣化的裝卸方式為該裝備試點推廣提供了更多的選擇。試點前期,不需要對場站進行大規模的改造,裝卸采用吊裝方式實現,可以對車輛裝載、列車運行、市場反應進行試點,待試點穩定后,再對場站進行投資改造,增加地面平移裝置,提升兩端裝卸效率,可有效控制前期投資規模,降低投資風險。在場站及線路選擇方面,初期可以在地方鐵路線路進行試點,條件成熟后,在國家鐵路范圍內進行推廣。在運營方面,業務初期采用合作模式與其他車輛共用裝卸線路和場站,待市場需求穩定后,采用自營模式投資建設專業化的作業場站[15]。
當前,我國正在實施“碳達峰、碳中和”重大戰略,通過推動交通運輸結構、產業結構、能源結構等調整優化措施加快決策落地實施。利用馱背運輸將長距離公路汽運轉移至鐵路,提高多式聯運比例,減少長距離公路汽運帶來的空氣污染、道路擁堵、設施損壞、交通事故等影響。隨著2023年碳達峰、2060年碳中和目標時間的臨近,我國在低碳環保方面的政策出臺更為密集、資金投入規模提高,平移馱背運輸模式符合我國經濟社會發展的趨勢[16]。
平移式馱背運輸車在歐洲已經開行接近10年,受到眾多物流商、貨代企業的認可,開行線路及規模逐步擴大,歐盟及各國政府提供大量補貼鼓勵平移式馱背運輸車的發展。隨著我國運輸結構調整,“公轉鐵”“碳達峰、碳中和”等戰略持續推進,發展便捷聯運、低碳環保的平移式馱背運輸模式符合未來的發展趨勢,有助于各種運輸方式合理分工,對于發展鐵路現代物流、構建高效銜接的公鐵聯運體系、提升鐵路在社會物流中的骨干地位具有重要意義。下一步需要在充分借鑒歐洲平移式馱背運輸模式的基礎上,結合我國實情,深化研究其市場需求、車輛裝備、場站設施、經營管理,研判我國發展平移式馱背運輸模式的可行性,并積極爭取國家、行業在土地、稅收、示范項目等方面的政策支持,積極推動試點項目示范應用,為豐富我國多式聯運模式和運輸結構調整提供技術支撐。