集裝箱多式聯運換裝技術應用現狀及發展分析*

張攀攀 蘇利杰 劉愛文 劉 偉

中車長江車輛有限公司

1 引言

集裝箱多式聯運是指以集裝箱為固定不變的運載單元，相繼由2種及以上運輸方式運輸，并且在轉換運輸方式的過程中不對集裝箱內部進行操作的運輸形式[1]。集裝箱多式聯運主要有公鐵聯運、鐵水聯運、公水聯運、空陸聯運4種形式。

在我國集裝箱公水聯運占據約84%，集裝箱公鐵聯運約14%，集裝箱鐵水聯運占比約2%。大力發展集裝箱公鐵聯運、鐵水聯運是提高集裝箱多式聯運比重的重要舉措。但由于我國基礎建設落后、配套設施不足、集疏運體系不完善等原因，導致集裝箱換裝效率不高。集裝箱換裝作業是指將集裝箱從一種運輸工具上卸下，轉裝到另一種運輸工具上的作業。換裝作業有直接換裝和間接換裝兩種。直接換裝是將一種運輸工具上裝運的集裝箱，直接轉移到另一運輸工具上。間接換裝是將集裝箱自某種運輸工具上卸下后，放置在堆場上，然后再裝到另一運輸工具上。發展集裝箱公鐵聯運、鐵水聯運的首要任務就是要解決好公鐵、鐵水之間的銜接問題，即如何實現快速換裝作業。

2 多式聯運換裝技術應用現狀

2.1 公鐵聯運換裝技術應用現狀

2.1.1 歐美國家公鐵聯運換裝形式

在美國大型集裝箱場站，公鐵聯運主要采用重載甩掛運輸，半掛車與集裝箱一起吊裝到鐵路列車，集裝箱堆存模式采用單層輪式堆存，換裝設備主要采用輪胎門式起重機和正面吊，比如芝加哥WPS多式聯運車站，其有5條裝卸線，每條裝卸線長度1 524 m，采用輪胎吊進行裝卸作業，裝卸效率為45箱/h。

在歐洲大型集裝箱場站，公鐵聯運主要采用垂直式換裝作業，其換裝作業設備主要為集裝箱門式起重機。比如德國科隆艾菲爾門集裝箱換裝站，其共有鐵路作業線9條，有效作業長度分別為700 m、800 m，與鐵路正線呈平行排列，站場為通過式，站內作業區大體可劃分為3個，其中2個專用集裝箱門式起重機區域，1個集裝箱正面吊作業區(見圖1)[2]。

圖1 德國科隆-艾菲爾門集裝箱換裝站

2.1.2 我國公鐵聯運換裝形式

我國公鐵聯運主要采用垂直式換裝作業，主要為正面吊換裝工藝方案和門式起重機換裝工藝方案。

(1)正面吊換裝工藝方案。根據正面吊的作業特點，其平面布置可按作業通道、集卡車道、鐵路列車到發線和堆箱區分別進行劃分。按照《鐵路物流中心設計規范》，正面吊的作業通道至少應有15 m的寬度，集卡車道寬度一般設置為3.5～4 m，鐵路列車到發線寬度一般按5 m設置，堆箱區中的集裝箱間距不少于0.3 m。若集裝箱中心站按2條作業通道、2條集卡車道、2列火車到發線、4排箱位進行布置，正面吊的作業覆蓋區約為58 m(見圖2)。正面吊換裝工藝方案作業較靈活，但由于維修成本高、堆存與裝卸效率比門式起重機低，其主要應用在小的辦理站或代辦點，除了昆明集裝箱中心站，我國一級中心站和二級辦理站一般都把正面吊作為堆場輔助設備使用。

圖2 正面吊換裝工藝方案

(2)門式起重機換裝工藝方案。軌道式龍門起重機(以下簡稱軌道吊)是集裝箱屮心站進行裝卸、搬運和堆碼作業的主型裝卸機械，在同樣場地下,其堆碼層數多、密度高，能充分利用場地面積(見圖3)，且定位能力較強，較易實現全自動化裝卸,作業效率高、作業成本低、使用壽命長。由于軌道吊換裝工藝方案優勢明顯，效率更高，因此我國集裝箱站場基本上都采用該換裝工藝方案。

圖3 軌道門式起重機換裝工藝方案

2.2 鐵水聯運換裝技術應用現狀

2.2.1 鐵水聯運發展現狀

我國共規劃有18個鐵路集裝箱中心站，目前已建成11個中心站。集裝箱中心站是集裝箱鐵路集散地和班列到發地，具有整列編解、裝卸、物流配套服務、洗箱和修箱條件、進出口報關和報檢等口岸綜合功能[3]。集裝箱中心站基本覆蓋了我國主要的集裝箱碼頭，是鐵水聯運的主力軍。2018年我國沿海及內河港口共開行集裝箱班列線路達到322條，已經基本形成沿海以大連港、營口港、天津港、青島港、連云港、寧波舟山港、深圳港、北部灣港和內河以武漢港、重慶港為樞紐的格局。根據交通運輸部官網數據統計，2018年我國集裝箱鐵水聯運量達到了450萬TEU(見圖4)，但鐵水聯運占我國規模以上港口集裝箱運輸總量的比例不足2%。

圖4 2011-2018年中國集裝箱鐵水聯運量(數據來源于交通運輸部官方公告)

2.2.2 鐵水聯運換裝方案

集裝箱鐵水聯運吊裝模式在我國應用廣泛，依據國內外大部分港口的集裝箱鐵水聯運吊裝模式，將其分為以下三大類。

(1)“鐵-水”間接換裝模式。在“鐵-水”間接換裝模式下，要求港區有直通碼頭堆場的鐵路線路。比如連云港，鐵路直接通往港區內鐵路裝卸站，列車駛入港口內鐵路裝卸站后，利用起吊設備卸下集裝箱并堆存至臨時堆場或直接由港內機車將集裝箱堆存至碼頭后方堆場，在船到達后再吊裝上船(見圖5)。此模式中，堆場起著連接集裝箱班列與船舶的作用，無社會道路集卡的參與，只需配套內部轉運車輛，銜接性好。但缺點是鐵路運輸組織難度大，鐵水集疏運能力不強。

圖5 港口集裝箱碼頭“鐵-水”間接換裝工藝方案

(2)“鐵-公-水”換裝模式。在很多港口，由于初期建設時沒有考慮鐵水聯運業務，并未鋪設直通港內的鐵路線路，后期由于碼頭內設施緊湊，無法加設鐵路線路進港區，所以這些港口在開發鐵水聯運業務時將鐵路裝卸站安排在了距離碼頭前沿較遠的區域，比如天津港、武漢陽邏港。載有集裝箱的班列到達港區外鐵路裝卸站，卸箱后依靠集卡通過社會道路運送至港區堆場或碼頭前沿進行裝船(見圖6)。在該模式下，增加了公路短駁，集卡的參與導致成本增加、耗時長、銜接復雜。

圖6 港口集裝箱碼頭“鐵-公-水”換裝工藝方案

(3)“鐵-水”直接換裝模式。“鐵-水”直接換裝模式是最完美的鐵水聯運無縫銜接模式。該模式下，鐵路班列直接通過鋪設到碼頭前沿的鐵路線到達裝船區域，由岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)直接將列車上的集裝箱吊至集裝箱船舶，期間沒有經過集裝箱的堆存、倒運等過程。采用“鐵-水”直接換裝，需要建設海鐵集裝箱專用碼頭。由于該模式對港區流動機械和運輸機械行駛干擾影響大、組織難度高、缺少統一的鐵水聯運市場主體，因此國內實際應用較少，目前只有宜昌白洋港鐵水聯運項目采用了該方案。

2.2.3 自動化碼頭、“無人站場”換裝方案

2018年《國家物流樞紐布局和建設規劃》提出，鼓勵有條件的國家物流樞紐建設全自動化碼頭、“無人場站”。我國自動化碼頭發展迅速，目前已建設有廈門港、青島、洋山港自動化集裝箱碼頭，以洋山港四期自動化碼頭為例，其堆場與岸橋采用垂直布局，水平運輸設備采用集裝箱AGV，堆場采用自動化軌道吊，在前沿堆場設置海側交換區，AGV伴侶作為中轉平臺，堆場后端設置陸側交換區，內設大量集卡裝卸位，具體工藝布局見圖7。

圖7 洋山港集裝箱自動化碼頭垂直布局裝卸工藝方案

自動化碼頭由于具備較高的裝卸效率等優勢，是未來發展方向，但如何實現自動化碼頭與鐵路“無人站場”無縫銜接，是一個重大研究課題。根據自動化碼頭裝卸工藝方案，可以預測，未來智能化站場與自動化碼頭銜接方式主要有以下幾種。

(1)自動化軌道吊(鐵路裝卸站)+AGV+自動化軌道吊(碼頭堆場)。該方案未來需要鐵路線進入港口內部，鐵路裝卸場與碼頭之間水平運輸可以采用集裝箱AGV小車進行內部轉場，實現鐵路無縫銜接。

(2)自動化軌道吊(鐵路裝卸站)+無人集卡+自動化軌道吊(碼頭堆場)。隨著無人駕駛技術在集卡車上的應用試驗，在特殊線路或特殊場景，采用無人集卡來完成港口碼頭與鐵路場站之間的短駁將成為一種新型運輸方式。

(3)跨坐式或懸掛式單軌運輸方式+自動化軌道吊或岸橋。跨坐式單軌和懸掛式單軌作為新型運輸方式發展迅速，未來可作為港區集裝箱與外界互聯互通的一種新模式。這種模式可省去一些中間環節，實現鐵路、堆場、碼頭直接換裝。

3 集裝箱多式聯運換裝技術應用中存在的問題

3.1 基礎設施薄弱

多式聯運的基礎設施不足，鐵水、公鐵銜接不順暢。2018年我國沿海和內河主要港口鐵路進港率分別達到75%和54%，但只有大連港、營口港、連云港、寧波港、重慶港等一些主要港口基本實現港鐵之間的無縫銜接。由于進港鐵路線較少且密度低，鐵水聯運比例較低。未鋪設疏港鐵路的碼頭鐵水換裝需要公路短駁進行連接，增加了物流成本、降低了貨物運輸效率。

3.2 技術裝備落后

鐵路集裝箱場站換裝作業環節多、設備自動化程度低。集裝箱公鐵聯運、鐵水聯運主要在集裝箱中心站或辦理站完成，裝卸線通常不掛網，鐵路列車到達后需要調車作業，裝卸作業普遍采用人工操作的軌道吊，尚未能實現自動化作業。且新技術應用不足，缺少動力。技術裝備的研發和應用需要大量的企業和人才參與，由于中國制造業龍頭企業少，加上鐵水聯運市場動力不足等問題的存在，導致制造業缺少發展動力，新技術創新應用不足。

3.3 缺少綜合信息服務平臺

缺乏統一的信息管理交互平臺。由于體制問題，水運與公路歸屬交通部管理，而鐵路自成體系。公、鐵、水多式聯運缺乏統一有效的管理[4]。鐵路與港航企業與集裝箱碼頭在集裝箱作業信息交換方式上的不協調，嚴重阻礙集裝箱鐵水換裝實現一體化運作，對國際集裝箱鐵水聯運換裝效率造成很大影響。同時多式聯運經營主體欠缺，標準規則不統一，集裝箱聯運單證不統一。

4 多式聯運換裝技術發展趨勢與前景

4.1 發展趨勢

(1)基礎銜接配套趨于完善。隨著國家實施鐵路引入大型公路貨運站、物流園區、產業園區工程，推進鐵路專用線，內陸城市和港口的集裝箱場站建設工程，多式聯運設施設備銜接配套水平將會不斷完善，裝卸、轉運、倒載次數會不斷減少，樞紐一體化水平將不斷提高。

(2)多式聯運運輸網絡向體系化、統一化、標準化發展。若要實現公、鐵、水等不同運輸方式之間快速銜接，未來必然需要制定統一的標準、法規，建立完整的多式聯運運輸網路體系，真正實現“一票制”。

(3)新技術、新裝備創新應用不斷加強。全自動化碼頭、“無人站場”是未來發展趨勢。電子化單證、自動化控制等技術以及場內無人駕駛智能卡車、自動導引車等自動化設備將會廣泛得以應用。發展智能化的多式聯運場站、短駁及轉運設施，必將進一步提高鐵路與其它運輸方式換裝效率。

(4)先進的運輸組織模式得以發展應用。公鐵聯運、鐵水聯運集疏運通道不斷得以完善，干支直達、江海直達等先進的運輸組織方式將得以廣泛應用，各種運輸方式銜接更加緊密，聯運換裝轉運效率顯著提高，集疏運體系更加完善。

4.2 發展建議

(1)開辟新的多式聯運集疏運通道。加強與港口銜接的鐵路集疏運建設，針對無法修建鐵路專用線進港港口，可研究開辟空中多式聯運通道。

(2)加快研發多式聯運設施設備。開展重大技術裝備關鍵技術和互聯網在集裝箱多式聯運領域集成應用，加快多式聯運快速換裝轉運專用設備的研發應用，滿足鐵路集裝箱運輸車輛，場站內裝卸、轉運、堆存設備的自動化、“無人化”需要。

(3)大力推行鐵路集裝箱班列。貫徹落實“一帶一路”倡議，推進我國與周邊國家鐵路互聯互通，強化邊境口岸設施設備銜接配套，構建國際集裝箱多式聯運系統。

5 結語

隨著國家多式聯運集疏運通道建設和基礎設施的不斷完善，智能化的集裝箱站場和碼頭必然是未來發展方向，跨坐式單軌和懸掛式單軌作為新型運輸方式，其立體交通運輸模式、智能、綠色等特點符合未來港口發展方向，具有較高的推廣應用價值。