自動化集裝箱碼頭的海鐵聯(lián)運設(shè)計

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)運具有覆蓋范圍廣、運輸成本低、運量大、對環(huán)境污染小等突出優(yōu)勢，但目前我國海鐵聯(lián)運運量占總吞吐量比例尚未達到5%，與發(fā)達國家的超20%、甚至達到40%還存在較大的差距，尤其集裝箱的鐵路運輸相對滯后，海鐵聯(lián)運比例不超過1.5%，同時國內(nèi)大部分集裝箱碼頭的海鐵聯(lián)運仍存在受集疏運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輸進行二次轉(zhuǎn)接，難以實現(xiàn)鐵路堆場和港區(qū)堆場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)于加快推進鐵路專線建設(shè)的指導意見》[1]指出，專用線是解決鐵路運輸“最后一公里”問題的重要設(shè)施，對于減少短駁、發(fā)揮綜合交通效率、提升經(jīng)濟社會效益具有重要作用；到2025年，沿海主要港口、大宗貨物年運量150萬t以上的大型工礦企業(yè)、新建物流園區(qū)鐵路專用線力爭接入比例均達到85%。

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

1 工程概況

欽州港自動化集裝箱碼頭東側(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)運的重要樞紐[3]，是全國鐵路系統(tǒng)首家實現(xiàn)遠程自動化裝卸作業(yè)的鐵路集裝箱智能智慧化專業(yè)場站，目前共配置6臺遠程自動化軌道吊，軌距35 m，起吊質(zhì)量40 t，起升高度12.2 m。堆場內(nèi)箱位整理等可實現(xiàn)全自動化作業(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，增長勢頭明顯，為欽州港自動化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運提供了有力支撐，為加快推進欽州港基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、完善集疏運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，結(jié)合工程特點和全球首創(chuàng)的U形垂直布局，提出了“空中軌道車系統(tǒng)”的設(shè)計方案，既保證滿足鐵路集裝箱中心站的功能需求，又實現(xiàn)鐵路站場與港區(qū)的無縫連接，打通海鐵聯(lián)運的“最后一公里”。

2 自動化集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運設(shè)計

2.1 海鐵聯(lián)運設(shè)計的功能需求

目前海鐵聯(lián)運的集裝箱在港區(qū)堆場和鐵路中心站之間主要通過人工集卡的方式進行運輸，隨著海鐵聯(lián)運集裝箱運量的增長，也將增加港區(qū)交通壓力，導致多式聯(lián)運的整體服務(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)運的重要樞紐的特殊定位和海鐵聯(lián)運“接而不暢”的現(xiàn)狀，采用空中軌道系統(tǒng)的方式進行連接，主要功能需求如下：

1)實現(xiàn)海鐵聯(lián)運的無縫銜接[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)運考慮，即75萬TEU。通過資源合理配置對海鐵聯(lián)運集裝箱涉及的作業(yè)環(huán)節(jié)進行科學管理，保證集裝箱在港區(qū)堆場和鐵路中心站之間達到信息共享和操作系統(tǒng)的對接，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方式切換的等待滯留時間，達到時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)濟綜合效益，做到遠近結(jié)合。結(jié)合工程特點，西部地區(qū)是欽州港集裝箱業(yè)務(wù)的重點腹地，海鐵聯(lián)運須滿足未來一段時間內(nèi)持續(xù)上漲的海鐵聯(lián)運集裝箱運量的需求，考慮經(jīng)濟性等因素，既立足當前的運輸需求，也要著眼遠期發(fā)展規(guī)劃，可統(tǒng)籌規(guī)劃、分期實施。

3)減少交通組織的交叉。欽州港自動化集裝箱堆場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量增長后帶來港區(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。在20世紀80年代，德國聯(lián)邦政府在追求城市交通工具無噪聲、廢氣污染的目標下，投入研發(fā)并成功應(yīng)用的客運空中軌道列車系統(tǒng)，其具有節(jié)省地面空間、有效解決交通擁堵的優(yōu)點。目前世界上只有德國和日本建成客運空中軌道車系統(tǒng)，國內(nèi)十多年前在上海、天津、佛山等多個城市開展過前期研究和規(guī)劃工作，但目前尚未啟動實施。

案例1：中國中車集團為解決海鐵集裝箱聯(lián)運中港區(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300 m的集裝箱運輸?shù)呢涍\空中軌道車系統(tǒng)示范線，提供了“中車”方案，見圖1。

圖1 中車長江集團空中軌道車系統(tǒng)示范線

案例2：2020年6月，青島港全自動化碼頭建成了智能空軌集疏運系統(tǒng)一期示范工程，由山東港口青島港與中車長江集團長江公司共同研發(fā)建設(shè)，起點在自動化集裝碼頭交流中心北側(cè)，止于相鄰人工碼頭堆場區(qū)，總長0.62 km，融合了海關(guān)查驗等功能，可實現(xiàn)進口箱抽檢率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，全部建成后總長達9.5 km，年運輸能力達150萬TEU。

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

2.3 空中軌道車線路的規(guī)劃

欽州港自動化集裝箱碼頭從海鐵聯(lián)運的功能需求、運量增長的情況和經(jīng)濟性等因素綜合考慮[5]，海鐵聯(lián)運的實施方案如下：

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)運閘口，通過集裝箱水平運輸車輛實現(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。考慮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)運運量；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)遠期：積極探索與鐵路集裝箱中心站全自動化聯(lián)動的解決方案，利用智能空中軌道車系統(tǒng)將集裝箱碼頭堆場和鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)進行銜接。空軌布置在9#、10#泊位對應(yīng)的集裝箱堆場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、鐵路集裝箱中心站堆箱區(qū)進行集裝箱的轉(zhuǎn)接和交互，進而實現(xiàn)遠期自動化集裝箱碼頭與鐵路集裝箱中心自動化聯(lián)動。空中軌道車系統(tǒng)由碼頭集裝箱堆場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，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，每組單線長度約0.7 km，總長2.8 km，見圖2?？罩熊壍儡嚶肪€規(guī)劃，在碼頭集裝箱堆場區(qū)將編號為11、12、19、20堆場作為海鐵聯(lián)運集裝箱堆場，空中軌道車布置在堆場軌道吊懸臂下，見圖3。轉(zhuǎn)運模塊智能導引車(IGV)進行集裝箱的不同集疏運方式的轉(zhuǎn)換，滿足多點作業(yè)設(shè)計，通過科學合理的配置，最終可實現(xiàn)集裝箱碼頭海鐵聯(lián)運堆場和鐵路集裝箱中心站堆場共享，充分利用了堆場資源。

圖2 空中軌道路線規(guī)劃

圖3 碼頭堆場空中軌道車工藝斷面(單位：m)

2.4 作業(yè)流程

近期：自動化集裝箱堆場?自動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。

遠期：自動化集裝箱堆場?自動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)主要由貨運動車、軌道系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運模塊、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)貨運動車。貨運動車的轉(zhuǎn)向架采用橡膠輪胎，全線路運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)濟性、施工難易以及對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)濟性，橋墩合理跨距25～30 m，方便運輸和安裝，遠期改造對生產(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軌道吊之間作業(yè)的需要。

3)轉(zhuǎn)運模塊。主要實現(xiàn)集裝箱由其他運輸方式與空中軌道車方式之間的迅速切換，滿足智能控制、精準定位，實現(xiàn)零距離轉(zhuǎn)駁、無縫化銜接，可通過自動導引車(AGV)、IGV和人工集卡等完成轉(zhuǎn)運模塊的功能，空中軌道車在堆場的路線與港區(qū)內(nèi)自動化區(qū)域相接，欽州港自動化集裝箱碼頭堆場區(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)。由動車自動監(jiān)控子系統(tǒng)、動車自動控制與調(diào)度子系統(tǒng)、信號聯(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)。提供集裝箱運輸運營的管理，并且集成遠程監(jiān)控功能，需要重點關(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，實現(xiàn)真正意義上的無縫銜接。

2.6 空中軌道車的優(yōu)勢

1)空中軌道車系統(tǒng)易實現(xiàn)無縫銜接，可有效緩解港內(nèi)交通擁堵?？罩熊壍儡噾覓煊诳罩胁⒋_保足夠的凈空高度，可與港區(qū)內(nèi)部的水平運輸設(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)運通過人工集卡進行運輸?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)對改擴建的適應(yīng)性好。工地現(xiàn)場主要是進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)小對已建鋪面的破除修復不大，另外空中軌道車的主體結(jié)構(gòu)及供電、信號系統(tǒng)等均可在工廠內(nèi)完成預制，質(zhì)量有保障，可大幅縮短現(xiàn)場施工的周期，施工時對碼頭生產(chǎn)影響小。

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

3 結(jié)語

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

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