許鴻貫，駱千珺，覃 杰，彭駿駿

(1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290；2.北部灣港股份有限公司，廣西 北海 536000)

海鐵聯(lián)運(yùn)具有覆蓋范圍廣、運(yùn)輸成本低、運(yùn)量大、對(duì)環(huán)境污染小等突出優(yōu)勢(shì)，但目前我國海鐵聯(lián)運(yùn)運(yùn)量占總吞吐量比例尚未達(dá)到5%，與發(fā)達(dá)國家的超20%、甚至達(dá)到40%還存在較大的差距，尤其集裝箱的鐵路運(yùn)輸相對(duì)滯后，海鐵聯(lián)運(yùn)比例不超過1.5%，同時(shí)國內(nèi)大部分集裝箱碼頭的海鐵聯(lián)運(yùn)仍存在受集疏運(yùn)方式鐵路和水路之間的“最后一公里”沒有被完全打通的困擾，尚未實(shí)現(xiàn)真正意義上的無縫鏈接，需要通過人工集卡完成水平運(yùn)輸進(jìn)行二次轉(zhuǎn)接，難以實(shí)現(xiàn)鐵路堆場(chǎng)和港區(qū)堆場(chǎng)的資源共享等亟待解決的問題突出。國家發(fā)改委聯(lián)合各部印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)鐵路專線建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]指出，專用線是解決鐵路運(yùn)輸“最后一公里”問題的重要設(shè)施，對(duì)于減少短駁、發(fā)揮綜合交通效率、提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益具有重要作用；到2025年，沿海主要港口、大宗貨物年運(yùn)量150萬t以上的大型工礦企業(yè)、新建物流園區(qū)鐵路專用線力爭(zhēng)接入比例均達(dá)到85%。

港口海鐵聯(lián)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)加速并初見成效，隨著自動(dòng)化集裝箱碼頭技術(shù)不斷積累，如何實(shí)現(xiàn)港區(qū)鐵路集裝箱中心站和自動(dòng)化集裝箱碼頭之間交通方式的無縫銜接、保證集裝箱的運(yùn)輸順暢、提高集裝箱運(yùn)輸?shù)男屎徒档徒?jīng)濟(jì)成本[2]、充分發(fā)揮海鐵聯(lián)運(yùn)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為港口運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。本文依托自動(dòng)化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)設(shè)計(jì)研究，提出一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)無縫銜接的新模式。

1 工程概況

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭東側(cè)是已建欽州港鐵路集裝箱中心站，該中心站是國家戰(zhàn)略西部陸海新通道海鐵聯(lián)運(yùn)的重要樞紐[3]，是全國鐵路系統(tǒng)首家實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化裝卸作業(yè)的鐵路集裝箱智能智慧化專業(yè)場(chǎng)站，目前共配置6臺(tái)遠(yuǎn)程自動(dòng)化軌道吊，軌距35 m，起吊質(zhì)量40 t，起升高度12.2 m。堆場(chǎng)內(nèi)箱位整理等可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)，欽州港目前已開通成都、重慶及蘭州等多條常態(tài)化班列，其中欽州港鐵路集裝箱中心站在2020年完成集裝箱辦理量已突破了28萬TEU，增長(zhǎng)勢(shì)頭明顯，為欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)提供了有力支撐，為加快推進(jìn)欽州港基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、完善集疏運(yùn)體系具有重要的意義。欽州港鐵路集裝箱中心站有別于普通非港區(qū)的鐵路集裝箱站場(chǎng)，結(jié)合工程特點(diǎn)和全球首創(chuàng)的U形垂直布局，提出了“空中軌道車系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)方案，既保證滿足鐵路集裝箱中心站的功能需求，又實(shí)現(xiàn)鐵路站場(chǎng)與港區(qū)的無縫連接，打通海鐵聯(lián)運(yùn)的“最后一公里”。

2 自動(dòng)化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)設(shè)計(jì)

2.1 海鐵聯(lián)運(yùn)設(shè)計(jì)的功能需求

目前海鐵聯(lián)運(yùn)的集裝箱在港區(qū)堆場(chǎng)和鐵路中心站之間主要通過人工集卡的方式進(jìn)行運(yùn)輸，隨著海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱運(yùn)量的增長(zhǎng)，也將增加港區(qū)交通壓力，導(dǎo)致多式聯(lián)運(yùn)的整體服務(wù)水平得不到充分的發(fā)揮。結(jié)合欽州港鐵路集裝箱中心站是國家戰(zhàn)略西部陸海新通道海鐵聯(lián)運(yùn)的重要樞紐的特殊定位和海鐵聯(lián)運(yùn)“接而不暢”的現(xiàn)狀，采用空中軌道系統(tǒng)的方式進(jìn)行連接，主要功能需求如下：

1)實(shí)現(xiàn)海鐵聯(lián)運(yùn)的無縫銜接[4]。鐵路集裝箱中心站年通過能力按欽州港集裝箱年吞吐量500萬TEU的15%通過海鐵聯(lián)運(yùn)考慮，即75萬TEU。通過資源合理配置對(duì)海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱涉及的作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)管理，保證集裝箱在港區(qū)堆場(chǎng)和鐵路中心站之間達(dá)到信息共享和操作系統(tǒng)的對(duì)接，相互協(xié)作，做好船舶或火車班列的提前策劃，縮短集裝箱的海鐵兩種不同集疏運(yùn)方式切換的等待滯留時(shí)間，達(dá)到時(shí)間和空間上的無縫銜接，降低物流成本和提高物流效率。

2)考慮經(jīng)濟(jì)綜合效益，做到遠(yuǎn)近結(jié)合。結(jié)合工程特點(diǎn)，西部地區(qū)是欽州港集裝箱業(yè)務(wù)的重點(diǎn)腹地，海鐵聯(lián)運(yùn)須滿足未來一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)上漲的海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱運(yùn)量的需求，考慮經(jīng)濟(jì)性等因素，既立足當(dāng)前的運(yùn)輸需求，也要著眼遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，可統(tǒng)籌規(guī)劃、分期實(shí)施。

3)減少交通組織的交叉。欽州港自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)與欽州港鐵路集裝箱中心站相隔港區(qū)范圍內(nèi)人工集卡主要通道為橫二路，需要考慮未來鐵路運(yùn)量增長(zhǎng)后帶來港區(qū)交通擁堵的問題。

2.2 空中軌道車系統(tǒng)技術(shù)可行性分析

空中軌道車技術(shù)最早始于客運(yùn)。在20世紀(jì)80年代，德國聯(lián)邦政府在追求城市交通工具無噪聲、廢氣污染的目標(biāo)下，投入研發(fā)并成功應(yīng)用的客運(yùn)空中軌道列車系統(tǒng)，其具有節(jié)省地面空間、有效解決交通擁堵的優(yōu)點(diǎn)。目前世界上只有德國和日本建成客運(yùn)空中軌道車系統(tǒng)，國內(nèi)十多年前在上海、天津、佛山等多個(gè)城市開展過前期研究和規(guī)劃工作，但目前尚未啟動(dòng)實(shí)施。

案例1：中國中車集團(tuán)為解決海鐵集裝箱聯(lián)運(yùn)中港區(qū)和集裝箱鐵路中心站之間的無縫鏈接，開展了技術(shù)積累和研究攻關(guān)，在武漢建成了一條長(zhǎng)300 m的集裝箱運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)空中軌道車系統(tǒng)示范線，提供了“中車”方案，見圖1。

圖1 中車長(zhǎng)江集團(tuán)空中軌道車系統(tǒng)示范線

案例2：2020年6月，青島港全自動(dòng)化碼頭建成了智能空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)一期示范工程，由山東港口青島港與中車長(zhǎng)江集團(tuán)長(zhǎng)江公司共同研發(fā)建設(shè)，起點(diǎn)在自動(dòng)化集裝碼頭交流中心北側(cè)，止于相鄰人工碼頭堆場(chǎng)區(qū)，總長(zhǎng)0.62 km，融合了海關(guān)查驗(yàn)等功能，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)口箱抽檢率100%覆蓋，二期將繼續(xù)延伸至前灣港北岸鐵路港站集裝箱站場(chǎng)，全部建成后總長(zhǎng)達(dá)9.5 km，年運(yùn)輸能力達(dá)150萬TEU。

上述示范線的建成和測(cè)試的積累，將助力我國海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱運(yùn)輸空中軌道車系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并提供一定的技術(shù)支撐。

2.3 空中軌道車線路的規(guī)劃

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭從海鐵聯(lián)運(yùn)的功能需求、運(yùn)量增長(zhǎng)的情況和經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮[5]，海鐵聯(lián)運(yùn)的實(shí)施方案如下：

1)近期：考慮在集裝箱中心站與港區(qū)之間設(shè)置鐵海聯(lián)運(yùn)閘口，通過集裝箱水平運(yùn)輸車輛實(shí)現(xiàn)大欖坪南作業(yè)區(qū)各集裝箱碼頭與鐵路集裝箱中心站之間的聯(lián)動(dòng)?？紤]在鐵路集裝箱中心站的南、北兩側(cè)共設(shè)置2座人工集卡進(jìn)出閘口，其中北側(cè)閘口緊鄰港區(qū)出閘口南側(cè)集中布置，兼顧大欖坪南作業(yè)區(qū)少量1#～6#泊位的海鐵聯(lián)運(yùn)運(yùn)量；南側(cè)閘口布置在港區(qū)橫二路最南端，減少與港外人工集卡的交叉。

2)遠(yuǎn)期：積極探索與鐵路集裝箱中心站全自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)的解決方案，利用智能空中軌道車系統(tǒng)將集裝箱碼頭堆場(chǎng)和鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)進(jìn)行銜接?？哲壊贾迷?#、10#泊位對(duì)應(yīng)的集裝箱堆場(chǎng)后方并延伸至鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)內(nèi)，通過空軌系統(tǒng)直接與碼頭集裝箱堆場(chǎng)、鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)進(jìn)行集裝箱的轉(zhuǎn)接和交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期自動(dòng)化集裝箱碼頭與鐵路集裝箱中心自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)。空中軌道車系統(tǒng)由碼頭集裝箱堆場(chǎng)部分和鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)部分組成；按車輛平均速度25 km/h設(shè)計(jì)，其中鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)空中軌道車路線環(huán)形單線布置，長(zhǎng)度約1.9 km，帶箱情況下須滿足火車通過的凈空要求；碼頭集裝箱堆場(chǎng)共布置2組空中軌道線路，考慮空車折返的影響，確保作業(yè)效率，軌道車路線雙線布置，往返空中軌道車的線路互不影響，每組單線長(zhǎng)度約0.7 km，總長(zhǎng)2.8 km，見圖2?？罩熊壍儡嚶肪€規(guī)劃，在碼頭集裝箱堆場(chǎng)區(qū)將編號(hào)為11、12、19、20堆場(chǎng)作為海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱堆場(chǎng)，空中軌道車布置在堆場(chǎng)軌道吊懸臂下，見圖3。轉(zhuǎn)運(yùn)模塊智能導(dǎo)引車(IGV)進(jìn)行集裝箱的不同集疏運(yùn)方式的轉(zhuǎn)換，滿足多點(diǎn)作業(yè)設(shè)計(jì)，通過科學(xué)合理的配置，最終可實(shí)現(xiàn)集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)堆場(chǎng)和鐵路集裝箱中心站堆場(chǎng)共享，充分利用了堆場(chǎng)資源。

圖2 空中軌道路線規(guī)劃

圖3 碼頭堆場(chǎng)空中軌道車工藝斷面(單位：m)

2.4 作業(yè)流程

近期：自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)?自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊?集裝箱牽引半掛車?鐵路集裝箱中心站港口作業(yè)區(qū)軌道吊?鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)/火車。

遠(yuǎn)期：自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)?自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊?智能空中軌道車系統(tǒng)?鐵路集裝箱中心站堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)軌道吊?鐵路集裝箱中心站港口堆箱區(qū)/火車，見圖4。

圖4 鐵路集裝箱中心站空中軌道車工藝斷面

2.5 空中軌道車系統(tǒng)的主要組成

空中軌道車系統(tǒng)主要由貨運(yùn)動(dòng)車、軌道系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)模塊、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)6大子系統(tǒng)組成[6]：

1)貨運(yùn)動(dòng)車。貨運(yùn)動(dòng)車的轉(zhuǎn)向架采用橡膠輪胎，全線路運(yùn)行在封閉的軌道梁內(nèi)部，噪聲小，行駛路線的最大縱坡可達(dá)8%，最小曲線半徑50 m。

2)軌道系統(tǒng)。主要包括軌道梁和橋墩，從使用功能、經(jīng)濟(jì)性、施工難易以及對(duì)交通的影響等方面綜合考慮，軌道梁采用“梁-軌合一”形式底部開口的全鋼焊接梁，橋墩可采用T形或門形的鋼結(jié)構(gòu)墩柱，考慮跨越道路和經(jīng)濟(jì)性，橋墩合理跨距25～30 m，方便運(yùn)輸和安裝，遠(yuǎn)期改造對(duì)生產(chǎn)的影響小，施工工期短。軌道系統(tǒng)的高度和位置的確定須滿足與堆場(chǎng)軌道吊之間作業(yè)的需要。

3)轉(zhuǎn)運(yùn)模塊。主要實(shí)現(xiàn)集裝箱由其他運(yùn)輸方式與空中軌道車方式之間的迅速切換，滿足智能控制、精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)零距離轉(zhuǎn)駁、無縫化銜接，可通過自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)、IGV和人工集卡等完成轉(zhuǎn)運(yùn)模塊的功能，空中軌道車在堆場(chǎng)的路線與港區(qū)內(nèi)自動(dòng)化區(qū)域相接，欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)區(qū)采用IGV完成集裝箱與空中軌道車銜接的切換。

4)供電系統(tǒng)。向線路范圍內(nèi)設(shè)備提供安全、可靠的電力供應(yīng)，滿足各系統(tǒng)的供電要求，系統(tǒng)沿線可在地面上合理設(shè)置變電所。

5)控制系統(tǒng)。由動(dòng)車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)、動(dòng)車自動(dòng)控制與調(diào)度子系統(tǒng)、信號(hào)聯(lián)鎖子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)等組成。

6)信息系統(tǒng)。提供集裝箱運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)的管理，并且集成遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，需要重點(diǎn)關(guān)注港口、鐵路、海關(guān)等不同區(qū)域、不同系統(tǒng)的信息互通互聯(lián)，做到一體化的協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無縫銜接。

2.6 空中軌道車的優(yōu)勢(shì)

1)空中軌道車系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)無縫銜接，可有效緩解港內(nèi)交通擁堵。空中軌道車懸掛于空中并確保足夠的凈空高度，可與港區(qū)內(nèi)部的水平運(yùn)輸設(shè)備人工集卡構(gòu)成立體式交通網(wǎng)絡(luò)，互不干擾，可有效解決傳統(tǒng)海鐵聯(lián)運(yùn)通過人工集卡進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞皆黾痈蹆?nèi)交通交叉和擁堵的突出問題。

2)空中軌道車系統(tǒng)占用土地少?？商岣咄恋氐募s化利用，系統(tǒng)沿線占用地面空間的主要是空中軌道車的墩柱和供電的變電所，其他相關(guān)的供電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等均與軌道梁高度集成，不需要占用地面空間。

3)空中軌道車系統(tǒng)對(duì)改擴(kuò)建的適應(yīng)性好。工地現(xiàn)場(chǎng)主要是進(jìn)行空中軌道車橋墩基礎(chǔ)施工和上部系統(tǒng)的安裝，橋墩基礎(chǔ)小對(duì)已建鋪面的破除修復(fù)不大，另外空中軌道車的主體結(jié)構(gòu)及供電、信號(hào)系統(tǒng)等均可在工廠內(nèi)完成預(yù)制，質(zhì)量有保障，可大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)施工的周期，施工時(shí)對(duì)碼頭生產(chǎn)影響小。

4)空中軌道車系統(tǒng)采用純電驅(qū)動(dòng)，環(huán)保性好，無廢氣排放，噪聲小，對(duì)環(huán)境污染小，符合“雙碳”目標(biāo)的發(fā)展要求。

3 結(jié)語

1)針對(duì)國內(nèi)大部分集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)仍存在受集疏運(yùn)方式鐵路和水路之間的“最后一公里”不暢的影響，欽州港全自動(dòng)化集裝碼頭提出了智能空中軌道車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)海鐵聯(lián)運(yùn)的無縫連接，為自動(dòng)化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運(yùn)設(shè)計(jì)提供一種新思路。

2)空中軌道車系統(tǒng)的建設(shè)具有易實(shí)現(xiàn)無縫銜接、占用土地少、可有效緩解港內(nèi)交通擁堵、對(duì)改擴(kuò)建適應(yīng)性好、現(xiàn)場(chǎng)施工工期短的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了新形勢(shì)下綠色低碳的發(fā)展要求。