鐵路快運集裝器具發展方向與應用研究

陸 松，丁文贏，張 輝，楊露萍，李思穎

(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))

0 引言

近年來快運物流發展迅速，運輸貨物主要有電子產品、精密儀器和食品等，其對運輸的質量和時效要求較高，與鐵路傳統的煤炭、鋼鐵等大宗貨物運輸要求區別較大。我國鐵路為適應快運物流發展需求，借鑒歐美發達國家的運輸經驗，先后開發特快貨物班列、快速貨物班列、中歐快速集裝箱班列、高鐵快運等系列快運產品[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，最高運行速度達到 160 km/h，通過點對點直達的運輸組織方式，實現固定車次、固定編組，每節車輛可裝貨23 t，由于車廂內未設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輸對運到時限要求較高、對運輸價格相對不敏感且批量較大的貨物，采用P65型或PB型專用棚車，最高運行速度120 km/h，為提高與最高運行速度120 km/h公路貨車競爭能力，近年來研發了時速160 km的快運棚車，快運棚車地板可進行叉車作業，適合集裝器具應用；集裝箱班列最高運行速度為120 km/h，其中中歐班列2020年累計開行1.24萬列，運送貨物113.5萬TEU，單月開行數量穩定在1 000列以上；高鐵快運主要運輸電商、快遞貨物，目前采用既有客運動車組運輸，已研制時速350 km的貨運動車組，8輛編組裝載量可達到110 t，與航空、公路快運模式相比，在運量、速度、價格、節能、安全等方面具有顯著優勢。快運貨物快速發展及在公路、鐵路、航空等多種運輸方式間高質量快速轉運要求，對集裝器具產生大量運用需求，亟需針對我國鐵路快運集裝器具應用現狀、發展方向、設計原則等展開研究，更好滿足運輸發展需要[2]。

1 我國鐵路快運集裝器具應用現狀

1.1 鐵路常用快運集裝器具概況

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

（1）托盤。托盤是物流產業中最基本的集裝單元和搬運器具，作為商品與運輸設備之間的一種主要媒介，其尺寸應與商品包裝模數、叉車等裝卸機械，以及公路、鐵路、水運等運輸設備相兼容。在充分考慮我國對歐美貿易、東北亞貿易和東盟貿易發展的實際需要基礎上，我國選定1 200 mm×1 000 mm和 1 100 mm×1 100 mm的2種規格作為我國托盤標準，并以1 200 mm×1 000 mm為優先推薦規格。由于社會上流通使用的托盤尺寸與我國鐵路棚車、敞車及集裝箱尺寸均不配套，且托盤在鐵路系統內流通問題一直沒有得到有效解決，托盤在我國鐵路運輸中沒能得到充分運用，全路目前托盤總數量只有67.9萬只，大部分企業的托盤僅作為一種裝卸用具，只能在站內做叉車的配套屬具用，未參與到鐵路運輸過程中。

（2）小型集裝箱。1974年，鐵路部門設計并運用900 mm×1 300 mm×1 300 mm的1 t鐵路集裝箱，用于零擔貨物運輸，到1995年，全路擁有1 t集裝箱共340 000個。近年來，隨著經濟的發展，貨運量不斷增長，集裝箱在鐵路上的應用越來越廣泛。我國鐵路在ISO標準集裝箱的基礎上，一方面沿著集裝箱大型化發展思路先后研制2 550 mm寬度的系列內陸集裝箱，另一方面則發展以1.5 t小型集裝箱為代表的系列小型箱[3]，有力促進我國鐵路集裝箱運輸發展。

（3）其他集裝器具。隨著我國經濟的發展，對食品、化工原料等散裝貨物的運輸時效性提出更高要求，為便于這類貨物的快裝、快卸和快速轉運，集裝袋成為常用集裝器具，其具有自重小、成本低、回送時不占運輸工具的有效容積和載重量等特點，成為高鐵快運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、對防水要求不高的貨物。

1.2 存在問題分析

（1）缺乏適合鐵路快運的集裝器具標準。集裝單元化是物流現代化的主要特征之一，集裝器具已成為聯結物流各個環節的重要媒介，對提高物流效率、降低物流成本起到關鍵作用。我國鐵路車輛寬度一般在3 m左右，棚車車廂內部寬度大部分不超過 2 900 mm，國家標準《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》(GB1589-2016)[4]規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，我國鐵路運輸中大量運用的系列2集裝箱的寬度同樣為2 550 mm，ISO箱的寬度是2 438 mm， 可見鐵路車輛寬度與公路車輛、集裝箱等主要運輸設備的尺寸相差較大，適用的集裝器具規格也不相同，符合國家標準尺寸的集裝化器具在鐵路車輛中應用，空間利用率較低，導致我國鐵路目前使用的集裝器具種類繁多，尺寸不統一，組織管理困難，難以大規模使用。

（2）配套設施設備不足。集裝器具裝卸需要配備叉車等專門裝卸設備，目前全路貨場和專用線設施設備陳舊的問題突出，配置的裝卸設備型號、起重能力與集裝化器具規格不配套，裝卸設備數量不能滿足集裝化作業需求，部分站臺不適應集裝化作業，配套設施設備不足，嚴重影響全路貨運集裝化運輸 水平。

（3）集裝器具多式聯運技術發展滯后。多式聯運已是歐美等發達國家貨物運輸的主要形式，我國多式聯運體系發展較晚，鐵路運輸作為多式聯運的重要一環，還需要在多式聯運領域集裝器具相關管理規定、技術標準、車輛載具、裝卸技術等方面做出更多研究。

2 我國鐵路快運集裝器具發展方向分析

鐵路快運集裝器具主要用于裝載價值高、運輸時效性高的貨物[5]，為確保貨物運輸安全，提高鐵路運輸效率，鐵路快運集裝器具尺寸應與裝卸設備、公鐵載運車輛相匹配，應具備一定的結構強度、剛度，適應鐵路運輸環境，并滿足鐵路裝卸作業、貨物承載、多層堆放等要求。同時集裝器具的設計、制造、試驗，還應參照集裝箱的設計規范、標準，滿足鐵路相關標準、規范要求。因此，我國鐵路快運集裝器具發展方向需考慮以下幾個方面。

（1）適應鐵路運輸條件。為確保貨物運輸安全，快運集裝器具應具備一定的結構強度、剛度，小型集裝箱類集裝器具應有良好的密封性，防止因雨水浸入等產生的貨損。我國地域遼闊，鐵路網已覆蓋全國大部分地區，各地鐵路運輸環境溫差較大，鐵路棚車內最高溫度可達66℃，冬季測得最低溫度-21℃[6]，運輸貨物的裝載器具應滿足在-40℃至80℃環境溫度范圍使用要求；快運貨物具備批次多、批量少的特點[5]，單件貨物總重不會太大，快運集裝器具不需要設計的太大、太重，應適應現有站場常規配置的叉車等裝卸設備作業能力和場站地面承載能力，總重不超過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、公路汽車內部尺寸限制及在貨場的堆碼需求，小型集裝箱類快運集裝器具在棚車等鐵路車輛以及公路汽車內可堆碼2層，在貨場可堆碼3層，故快運集裝器具的結構應滿足最多3層堆碼的要求；為便于回收運輸，集裝器具可采用便于套裝疊放的結構設計，增加回空裝 載率。

（2）適應鐵路車輛裝載及加固。目前鐵路裝載快運貨物的車輛(載具)主要包括XL25T行李車、PB型快運棚車、P65型快運棚車、高鐵確認車、集裝箱以及正在研發的貨運動車組、160 km/h快運棚車等。集裝器具主要尺寸參數應綜合考慮載運車輛尺寸結構規范、裝卸設備要求及快運貨物包裝技術規范，有效利用既有鐵路、公路等載運工具限界，同時滿足多式聯運要求；結構設計應確保滿足在鐵路現有主流貨車及未來研發的車輛內部裝載條件，方便在鐵路車內裝載及加固；設計時遵守鐵路貨物裝載加固相關規定、公路汽車的外廓尺寸及載重國家標準要求，同時滿足系列1集裝箱和系列2集裝箱的外部尺寸、質量要求、貨物運輸包裝尺寸等標準、規范要求。

（3）采用標準化尺寸設計。集裝器具尺寸的標準化對實現貨物的快速裝卸，以及整個運輸系統的高效運轉具有重要意義。隨著物流搬運機械化和自動化程度的不斷提升，物料的搬運裝卸大多由機械來完成，包裝的尺寸與運載工具之間的協調變得尤為重要，設計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，有效提高運輸效率。確定包裝尺寸的基礎是包裝模數尺寸，我國包裝模數尺寸為600 mm×400 mm，集裝尺寸可以從包裝模數尺寸的倍數系列推導出來，托盤、集裝箱等集裝器具尺寸應以此模數尺寸進行標準化設計，例如國家標準托盤尺寸就是基于包裝模數尺寸設計的，標準托盤尺寸與包裝模數尺寸關系如圖1所示。

圖1 標準托盤尺寸與包裝模數尺寸關系Fig.1 Relationship between standard pallet size and packaging modular size

（4）滿足多式聯運需求。為滿足公路、海運、鐵路等不同運輸環節中運輸載具和裝卸設備轉運裝載要求，參與多式聯運的快運集裝器具結構、尺寸應在適應包裝模數尺寸基礎上，進行不同運輸方式的兼容性設計[7]。

（5）有利于提高裝載效率。為了防止轉載、運輸過程中顛簸、撞擊造成貨物損毀，貨物在集裝器具上應進行有效加固，集裝器具的設計尺寸應與裝載、運輸設備地板面積合理兼容，設置合理的加固裝置，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輸設備之間的縫隙，降低加固成本。

（6）便于裝卸作業。集裝器具結構設計應綜合考慮裝卸設備載重能力、作業方式、尺寸及車門尺寸等參數，便于裝卸作業。

3 我國鐵路快運貨物集裝器具應用設計

3.1 用于快運棚車的集裝器具設計

目前鐵路快運棚車中，PB型快運棚車、P65型快運棚車的內部尺寸(長×寬)分別為16 770 mm× 2 854 mm，15 462 mm×2 790 mm；時速160 km快運棚車可分為塞拉門式、全側開式2種結構，其內部尺寸分別為23 946 mm×2 850 mm，23 126 mm× 3 040 mm。內部寬度最小的P65型快運棚車的尺寸為2 790 mm，公路汽車及系列2集裝箱的內部寬度尺寸均為2 400 mm左右，而ISO標準箱的內部寬度只有2 300 mm。可見，鐵路現有快運棚車的內部尺寸與集裝箱、公路車輛內寬尺寸相差較大，鐵路貨車、公路汽車、集裝箱等內部尺寸如表1所示，如采用統一尺寸的集裝器具，對鐵路車輛裝載能力浪費較大，集裝器具之間較大的空隙還會產生額外的加固成本。

建議鐵路快運集裝器具尺寸采用2個系列并行，對只在鐵路運輸的集裝器具，其尺寸盡量滿足目前鐵路車輛裝載能力，按P65型快運棚車內部寬度為 2 790 mm的裝載能力，考慮叉車等設備裝載集裝器具在車廂內作業，建議集裝器具寬度不超過1 360 mm，使得寬度最小的P65型快運棚車也可以并排裝載2個集裝器具。

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%。時速160 km塞拉門型棚車、全側開型棚車內每車可裝載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 用于多式聯運的集裝器具設計

鐵路運輸作為多式聯運的一個重要環節，為減少貨物在不同運輸方式之間轉載時反復加固貨物產生的費用，提高運輸效率，建議參與公鐵多式聯運的集裝器具寬度尺寸應適應2 550 mm寬度的汽車及《系列2集裝箱分類、尺寸和額定質量》(GB/T 35201-2017)[8]規定的系列2集裝箱裝載要求，參照貨物包裝標準及國家標準托盤尺寸，采用1 200 mm× 1 000 mm尺寸，可確保鐵路貨車、汽車以及系列2集裝箱內均可以并排裝載2個1 200 mm寬度的集裝器具，實現物流各個環節的有效銜接。對參與空鐵聯運的集裝器具，由于航空運輸特殊性，集裝器具尺寸、外形、結構應根據航空設備的要求進行特殊設計。

表1 鐵路貨車、公路汽車、集裝箱等內部尺寸 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 其他集裝器具設計

特快貨物班列采用的XL25T行李車設計時車底板不滿足叉車作業要求，裝卸作業以人工搬運為主，如需進行集裝化作業，可設計帶輪集裝器，并對車廂兩側及地板進行改造，增加加固裝置。

既有客運動車組可用于裝載快運貨物空間，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能力有限，無法進行機械化作業，集裝器具搬運作業主要靠人工完成，總重不應超過人力作業能力，其材質及結構設計應確保不會對動車組車廂、設備造成損壞、劃傷。

新研制的貨運動車組需參考其車廂內部結構尺寸及裝載門的設計尺寸，采用專用集裝器具設計方案。

4 結束語

鐵路快運貨物的迅速發展，對鐵路裝卸作業效率、貨物安全及公路、鐵路、航空等不同運輸方式之間的聯運技術提出更高要求，集裝器具作為不同運輸方式之間的一種重要媒介載具，其尺寸、結構等設計，會對快運貨物的運輸效率帶來顯著影響。從適合鐵路運輸和多式聯運等角度設計相應集裝器具，以解決鐵路、公路集裝器具不兼容問題，充分利用鐵路車輛的裝載能力，也為鐵路快運集裝器具開發、研制、標準規范建設提供技術支撐，實現鐵路快運裝載效率提升，以及物流各個環節有效銜接。