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

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 設備設計研究處，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

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 設備設計研究處，湖北 武漢 430063）

分別從作業(yè)流程和設備設施2個方面分析常見散堆裝貨物的裝卸作業(yè)，結合全壽命周期理論，以裝車作業(yè)方案為例，通過研究比較采用不同裝車設備設施全壽命周期內的裝車作業(yè)方案成本，提出不同裝車作業(yè)量條件下的最佳裝車作業(yè)方案，同理提出不同卸車作業(yè)量條件下的最佳卸車作業(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，在鐵路運輸?shù)娜孔鳂I(yè)過程中，裝卸作業(yè)所占時間約為 50%[1]。一方面，裝卸作業(yè)占用較多的時間，成為決定物流總體效率的關鍵；另一方面，裝卸作業(yè)消耗大量的人力、物力和財力，其成本在物流總成本中也占有相當大的比重。因此，實現(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。鐵路自管貨場呈現(xiàn)“點”多而“量”小的布局特點[2]，配置的裝車設備主要有裝載機、抓料機、裝車機、裝車樓等；卸車設備主要有扒料機、抓料機、卸車機、翻車機等[3]。目前，裝卸裝備配置沒有統(tǒng)一標準規(guī)范。

1 常見散堆裝貨物裝卸作業(yè)

1.1 裝車作業(yè)

1.1.1 裝車作業(yè)流程

常見散堆裝貨物的裝車作業(yè)流程是空車到達裝車點，車輛先進行列檢作業(yè)，如果裝車點配備有專用機車，則之后的作業(yè)都由專用機車進行，否則由本務機車進行。列檢完成后進行裝車作業(yè)，在裝車過程中，采取各種抑塵措施，車輛裝車完成后如有必要進行防凍作業(yè)，經(jīng)過軌道衡稱重，整列完成裝車后再次列檢，然后組織發(fā)車。常見散堆裝貨物裝車作業(yè)流程如圖 1 所示。

圖 1 常見散堆裝貨物裝車作業(yè)流程圖

1.1.2 常見裝車設備設施

常見裝車設備設施主要有裝車機、抓料機、軌道移動式裝車機和快速定量裝車樓等，裝車設備設施具體參數(shù)如表 1 所示。

表 1 裝車設備設施具體參數(shù)

上述 4 種裝車設備設施各有優(yōu)缺點，裝載機具有設備單價低、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，缺點是運營費用高；抓料機作業(yè)效率比裝載機高，可以采用380 V 交流電源供電，運營費用低，初期投資成本較裝車機和裝車樓小；軌道移動式裝車機裝車作業(yè)時列車靜止，裝車機沿裝卸線移動裝車，可以實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，裝車定量精度約為 2%；快速定量裝車樓通常由鋼結構塔架、緩沖倉、定量倉和溜槽等組成，通過定量倉的精確計量，實現(xiàn)列車的快速、定量裝車，通常用于大型煤礦或礦山裝車點，裝車樓作業(yè)時裝車系統(tǒng)固定，列車移動，采用通過式裝車，裝車定量精度為±0.1%，列車裝車牽引速度約 0.4~2 km/h[3-5]。

1.2 卸車作業(yè)

1.2.1 卸車作業(yè)流程

常見散堆裝貨物的卸車作業(yè)流程是整列重車到達卸車點，車輛先進行列檢作業(yè)，如果卸車點配備有專用機車，則之后的作業(yè)都由專用機車進行，否則由本務機車進行。列檢完成后經(jīng)過軌道衡進行稱重，如有必要進行解凍作業(yè)，然后進行卸車作業(yè)，車輛卸車完成后經(jīng)過軌道衡稱重，整列完成卸車后再次列檢并且組織空車始發(fā)。常見散堆裝貨物卸車作業(yè)流程圖如圖 2 所示。

圖 2 常見散堆裝貨物卸車作業(yè)流程圖

1.2.2常見卸車設備設施

常見卸車設備設施主要有扒料機、抓料機、鏈斗卸車機、螺旋卸車機和翻車機等，卸車設備設施具體參數(shù)如表 2 所示。

表 2 卸車設備設施具體參數(shù)

扒料機最大卸載高度約 8 m，適用于 2.5～4 m 以下的低貨位站臺。鏈斗卸車機的特點是造價低，但要求作業(yè)地面沒有坡度，以保持機架在工作時的穩(wěn)定性，其機械磨損大，維修費用高，能耗高，清車量大，揚塵性大，對貨種適應性較差，在港口較少作為主要卸車機型，僅作為輔助設備使用。螺旋卸車機是卸載側開門鐵路敞車的專用卸車機械，在我國沿海地區(qū)散貨卸車量不大的港口及一些電廠、鋼廠等應用較為廣泛。翻車機是用傾翻車廂的方法將所載貨物從車廂頂部一次卸出的快速卸車機械，是一種大型卸車設備，具有卸車效率高、生產(chǎn)能力大、機械化程度高等特點，適用于大型專業(yè)化散貨卸車點、港口碼頭、物流基地和電廠等。翻車機翻車形式按照翻車機本體一次可翻卸車輛的數(shù)量可以分為 2 種，單翻式和串翻式：單翻式翻車機翻車時，每次只能翻 1 節(jié)車輛；串翻式翻車機翻車時，每次可翻 2 節(jié)或 2 節(jié)以上串聯(lián)的車輛。例如，南京港煤碼頭采用的是單翻式翻車機，秦皇島煤炭碼頭四期采用的是串翻式翻車機，每次可以翻 3 節(jié)車輛，列車不解體。

2 基于全壽命周期理論的裝卸作業(yè)流程比較研究

過去在工程設計中一般從初期建設投資的角度考慮裝卸作業(yè)方案的優(yōu)劣，忽視其運營成本。采用全壽命周期理論，不僅會考慮項目的建設投資，還會考慮裝卸設備在全壽命周期內的運營維護成本，包括運行、維修、更新直至報廢的全過程，以全壽命周期成本最優(yōu)化來衡量裝卸作業(yè)方案與裝卸設備設施配備方案的合理性、經(jīng)濟性。

2.1 全壽命周期理論

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

鐵路工程建設項目全壽命周期是指從建設項目設計、施工到建設工程報廢 (或建設項目結束) 的全過程。對于裝卸系統(tǒng)而言，全壽命周期成本主要由設備采購費、設備基礎等基建費用、壽命周期內維修費用和壽命周期內的運營成本構成。結合工程設計年度劃分原則，近、遠期一般相差 10 年，考慮遠期運量的不確定性因素，以 10 年為周期進行成本分析。

2.2 裝卸作業(yè)方案比較研究

以裝車作業(yè)方案為例，針對裝載機、抓料機、軌道移動式裝車機和裝車樓 4 種常見裝車設備設施，進行全壽命周期內的裝車作業(yè)方案成本比較研究。全壽命周期的裝車作業(yè)方案成本組成如下。

（1）設備購置費。在項目運營第 1 年投入，一般在工程建設投資中計列。

（2）基建費用。基建費用主要指設備基礎、走行軌，以及風、水、電等配套工程費用，一般在工程建設投資中計列。

（3）壽命周期內維修費用。根據(jù)設備維修手冊和實際設備使用狀態(tài)進行必要的維修保養(yǎng)，該部分費用為壽命周期內每年均發(fā)生的費用。

（4）壽命周期內的運營費用。主要指設備正常工作狀態(tài)下發(fā)生的運營成本，如裝載機的耗油成本，抓料機、裝車機、裝車樓的用電成本。

綜合考慮上述成本因素，不同裝車設備成本費用指標如表 3 所示。其中，設備作業(yè)能力和運營費用均按照年工作 300 d、日工作 8 h 考慮。設備維修費用根據(jù)現(xiàn)場使用情況，移動設備如裝載機、抓料機按照設備采購總價的 10% 估算，固定設備如裝車機、裝車樓按照設備采購總價的 3%~5% 估算。根據(jù)表 3 中不同裝車設備的作業(yè)能力，針對不同的年裝車作業(yè)量，可以計算得到相應設備的配置數(shù)量。各種年裝車作業(yè)量條件下裝車設備配置數(shù)量如表 4 所示。

表 3 不同裝車設備成本費用指標

表 4 各種年裝車作業(yè)量條件下裝車設備配置數(shù)量

根據(jù)表 3 和表 4，得到 4 種常見裝車設備設施在全壽命周期內的成本比較如圖 3—圖 12 所示。

圖 3 年裝車作業(yè)量為 30 萬 t 時成本比較

圖 4 年裝車作業(yè)量為 50 萬 t 時成本比較

圖 5 年裝車作業(yè)量為 100 萬 t 時成本比較

圖 6 年裝車作業(yè)量為 150 萬 t 時成本比較

圖 7 年裝車作業(yè)量為 200 萬 t 時成本比較

圖 8 年裝車作業(yè)量為 720 萬 t 時成本比較

圖 9 年裝車作業(yè)量為 750 萬 t 時成本比較

圖 10 年裝車作業(yè)量為 1 000 萬 t 時成本比較

圖 11 年裝車作業(yè)量為 1 500 萬 t 時成本比較

圖 12 年裝車作業(yè)量為 2 500 萬 t 時成本比較

由表 4 可知，年裝車作業(yè)量為 30 萬 t 時，需要配備裝載機 2 臺，其他裝車作業(yè)方案只需要 1 臺，由圖3 可以看出，初期投資裝載機最小，隨著運營年限的增加，裝載機壽命周期成本與抓料機相近。由圖 4 可以看出，當年裝車作業(yè)量為 50 萬 t 時，初期投資仍然是裝載機最小，但隨著運營時間的增加，抓料機的壽命周期成本更有優(yōu)勢。隨著裝車作業(yè)量增大，雖然裝載機的初期投資小，但由于裝載機的運營成本高，運營后裝載機的優(yōu)勢不突出，反而隨著運營時間的增加，壽命周期成本快速增長，以年裝車作業(yè)量為 100萬 t 為例 (見圖 5)，第 10 年裝載機的壽命周期成本約是抓料機的 1.5 倍，甚至高于裝車機。因此，年裝車作業(yè)量 ≤30 萬 t 時建議采用裝載機，30 萬 t＜年裝車作業(yè)量 ≤150 萬 t 時建議采用抓料機，150 萬 t＜年裝車作業(yè)量 ≤720 萬 t 時建議采用裝車機，年裝車作業(yè)量＞720 萬 t 時建議采用裝車樓。

卸車作業(yè)方案的考慮因素與裝車相似，研究方法與裝車作業(yè)一樣，研究過程不再贅述，研究結論如下：扒料機和抓料機雖然初期建設投資低，但作業(yè)能力小、運營成本高，年卸車作業(yè)量≤70 萬 t 時建議采用鏈斗式卸車機，70 萬 t＜年卸車作業(yè)量 ≤300 萬 t 時建議采用螺旋卸車機，300 萬 t＜年卸車作業(yè)量 ≤500萬 t 時建議采用單翻翻車機，年卸車作業(yè)量＞500 萬 t時建議采用雙翻翻車機。

3 結束語

在工程設計中，應以全壽命周期成本最優(yōu)化衡量裝卸作業(yè)流程與設備設施配備方案的合理性、經(jīng)濟性。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)調統(tǒng)一鐵路貨運站的作業(yè)流程和裝卸作業(yè)能力，對于促進鐵路貨運向現(xiàn)代物流轉型、提高鐵路運輸裝卸機械標準化水平具有重要意義，可以為其他類似鐵路工程設計提供參考。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司. 適應客貨分線快速裝卸的關鍵技術研究[R]. 武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2015.

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司. 重載鐵路快速裝卸工藝關鍵技術研究[R]. 武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2013.

[3] 鐵道部運輸局. 關于印發(fā)《鐵路運輸裝卸機械發(fā)展政策措施》的通知[J]. 鐵道貨運，2013，31(2)：55-58.

[4] 中華人民共和國鐵道部. TB/T 2928—1998 鐵路貨場裝卸機械通用技術要求和配置[S]. 北京：中國鐵道出版社，1998.

[5] 張?zhí)K波. 口岸服務型鐵路物流園區(qū)平面布置研究[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟，2014，36(5)：36-39.

[6] 高教銀. 建設項目全壽命周期成本理論及應用研究[D]. 上海：同濟大學，2008.

[7] 成耀榮，劉豐根，梁 波. 物流園區(qū)物流設備選型及數(shù)量優(yōu)化研究[J]. 武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2011，35(1)：38-41.

[8] 余 雷. LCC 理論在集裝箱碼頭裝卸設備管理中的應用研究[D]. 武漢：武漢理工大學，2002.

責任編輯：馮姍姍

1004-2024(2015)12-0050-06

：U294.7；U294.27+3

：B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2015.12.12

2015-11-02

中國第四勘察設計院集團有限公司科技研究開發(fā)計劃項目(2014K65)