自動化集裝箱碼頭的海鐵聯運設計

許鴻貫，駱千珺，覃 杰，彭駿駿

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

海鐵聯運具有覆蓋范圍廣、運輸成本低、運量大、對環境污染小等突出優勢，但目前我國海鐵聯運運量占總吞吐量比例尚未達到5%，與發達國家的超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，海鐵聯運比例不超過1.5%，同時國內大部分集裝箱碼頭的海鐵聯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接，難以實現鐵路堆場和港區堆場的資源共享等亟待解決的問題突出。國家發改委聯合各部印發的《關于加快推進鐵路專線建設的指導意見》[1]指出，專用線是解決鐵路運輸“最后一公里”問題的重要設施，對于減少短駁、發揮綜合交通效率、提升經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、新建物流園區鐵路專用線力爭接入比例均達到85%。

港口海鐵聯運基礎設施的建設加速并初見成效，隨著自動化集裝箱碼頭技術不斷積累，如何實現港區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、提高集裝箱運輸的效率和降低經濟成本[2]、充分發揮海鐵聯運的優勢已經成為港口運營商關注的焦點。本文依托自動化集裝箱碼頭海鐵聯運設計研究，提出一種實現自動化集裝箱碼頭海鐵聯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是已建欽州港鐵路集裝箱中心站，該中心站是國家戰略西部陸海新通道海鐵聯運的重要樞紐[3]，是全國鐵路系統首家實現遠程自動化裝卸作業的鐵路集裝箱智能智慧化專業場站，目前共配置6臺遠程自動化軌道吊，軌距35 m，起吊質量40 t，起升高度12.2 m。堆場內箱位整理等可實現全自動化作業，欽州港目前已開通成都、重慶及蘭州等多條常態化班列，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運提供了有力支撐，為加快推進欽州港基礎設施建設、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的鐵路集裝箱站場，結合工程特點和全球首創的U形垂直布局，提出了“空中軌道車系統”的設計方案，既保證滿足鐵路集裝箱中心站的功能需求，又實現鐵路站場與港區的無縫連接，打通海鐵聯運的“最后一公里”。

2 自動化集裝箱碼頭海鐵聯運設計

2.1 海鐵聯運設計的功能需求

目前海鐵聯運的集裝箱在港區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，隨著海鐵聯運集裝箱運量的增長，也將增加港區交通壓力，導致多式聯運的整體服務水平得不到充分的發揮。結合欽州港鐵路集裝箱中心站是國家戰略西部陸海新通道海鐵聯運的重要樞紐的特殊定位和海鐵聯運“接而不暢”的現狀，采用空中軌道系統的方式進行連接，主要功能需求如下：

1)實現海鐵聯運的無縫銜接[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%通過海鐵聯運考慮，即75萬TEU。通過資源合理配置對海鐵聯運集裝箱涉及的作業環節進行科學管理，保證集裝箱在港區堆場和鐵路中心站之間達到信息共享和操作系統的對接，相互協作，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)考慮經濟綜合效益，做到遠近結合。結合工程特點，西部地區是欽州港集裝箱業務的重點腹地，海鐵聯運須滿足未來一段時間內持續上漲的海鐵聯運集裝箱運量的需求，考慮經濟性等因素，既立足當前的運輸需求，也要著眼遠期發展規劃，可統籌規劃、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范圍內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交通擁堵的問題。

2.2 空中軌道車系統技術可行性分析

空中軌道車技術最早始于客運。在20世紀80年代，德國聯邦政府在追求城市交通工具無噪聲、廢氣污染的目標下，投入研發并成功應用的客運空中軌道列車系統，其具有節省地面空間、有效解決交通擁堵的優點。目前世界上只有德國和日本建成客運空中軌道車系統，國內十多年前在上海、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運中港區和集裝箱鐵路中心站之間的無縫鏈接，開展了技術積累和研究攻關，在武漢建成了一條長300 m的集裝箱運輸的貨運空中軌道車系統示范線，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建設，起點在自動化集裝碼頭交流中心北側，止于相鄰人工碼頭堆場區，總長0.62 km，融合了海關查驗等功能，可實現進口箱抽檢率100%覆蓋，二期將繼續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，將助力我國海鐵聯運集裝箱運輸空中軌道車系統技術發展積累寶貴的經驗，并提供一定的技術支撐。

2.3 空中軌道車線路的規劃

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

1)近期：考慮在集裝箱中心站與港區之間設置鐵海聯運閘口，通過集裝箱水平運輸車輛實現大欖坪南作業區各集裝箱碼頭與鐵路集裝箱中心站之間的聯動?？紤]在鐵路集裝箱中心站的南、北兩側共設置2座人工集卡進出閘口，其中北側閘口緊鄰港區出閘口南側集中布置，兼顧大欖坪南作業區少量1#～6#泊位的海鐵聯運運量；南側閘口布置在港區橫二路最南端，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動的解決方案，利用智能空中軌道車系統將集裝箱碼頭堆場和鐵路集裝箱中心站堆箱區進行銜接?？哲壊贾迷?#、10#泊位對應的集裝箱堆場后方并延伸至鐵路集裝箱中心站堆箱區內，通過空軌系統直接與碼頭集裝箱堆場、鐵路集裝箱中心站堆箱區進行集裝箱的轉接和交互，進而實現遠期自動化集裝箱碼頭與鐵路集裝箱中心自動化聯動?？罩熊壍儡囅到y由碼頭集裝箱堆場部分和鐵路集裝箱中心站堆箱區部分組成；按車輛平均速度25 km/h設計，其中鐵路集裝箱中心站堆箱區空中軌道車路線環形單線布置，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€規劃，在碼頭集裝箱堆場區將編號為11、12、19、20堆場作為海鐵聯運集裝箱堆場，空中軌道車布置在堆場軌道吊懸臂下，見圖3。轉運模塊智能導引車(IGV)進行集裝箱的不同集疏運方式的轉換，滿足多點作業設計，通過科學合理的配置，最終可實現集裝箱碼頭海鐵聯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 空中軌道路線規劃

圖3 碼頭堆場空中軌道車工藝斷面(單位：m)

2.4 作業流程

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區軌道吊?鐵路集裝箱中心站堆箱區/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?鐵路集裝箱中心站堆場作業區軌道吊?鐵路集裝箱中心站港口堆箱區/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 空中軌道車系統的主要組成

空中軌道車系統主要由貨運動車、軌道系統、轉運模塊、供電系統、控制系統、信息系統6大子系統組成[6]：

1)貨運動車。貨運動車的轉向架采用橡膠輪胎，全線路運行在封閉的軌道梁內部，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。主要包括軌道梁和橋墩，從使用功能、經濟性、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形或門形的鋼結構墩柱，考慮跨越道路和經濟性，橋墩合理跨距25～30 m，方便運輸和安裝，遠期改造對生產的影響小，施工工期短。軌道系統的高度和位置的確定須滿足與堆場軌道吊之間作業的需要。

3)轉運模塊。主要實現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，實現零距離轉駁、無縫化銜接，可通過自動導引車(AGV)、IGV和人工集卡等完成轉運模塊的功能，空中軌道車在堆場的路線與港區內自動化區域相接，欽州港自動化集裝箱碼頭堆場區采用IGV完成集裝箱與空中軌道車銜接的切換。

4)供電系統。向線路范圍內設備提供安全、可靠的電力供應，滿足各系統的供電要求，系統沿線可在地面上合理設置變電所。

5)控制系統。由動車自動監控子系統、動車自動控制與調度子系統、信號聯鎖子系統和數據通信子系統等組成。

6)信息系統。提供集裝箱運輸運營的管理，并且集成遠程監控功能，需要重點關注港口、鐵路、海關等不同區域、不同系統的信息互通互聯，做到一體化的協同管理，實現真正意義上的無縫銜接。

2.6 空中軌道車的優勢

1)空中軌道車系統易實現無縫銜接，可有效緩解港內交通擁堵?？罩熊壍儡噾覓煊诳罩胁⒋_保足夠的凈空高度，可與港區內部的水平運輸設備人工集卡構成立體式交通網絡，互不干擾，可有效解決傳統海鐵聯運通過人工集卡進行運輸的方式增加港內交通交叉和擁堵的突出問題。

2)空中軌道車系統占用土地少?？商岣咄恋氐募s化利用，系統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，其他相關的供電系統、信號系統等均與軌道梁高度集成，不需要占用地面空間。

3)空中軌道車系統對改擴建的適應性好。工地現場主要是進行空中軌道車橋墩基礎施工和上部系統的安裝，橋墩基礎小對已建鋪面的破除修復不大，另外空中軌道車的主體結構及供電、信號系統等均可在工廠內完成預制，質量有保障，可大幅縮短現場施工的周期，施工時對碼頭生產影響小。

4)空中軌道車系統采用純電驅動，環保性好，無廢氣排放，噪聲小，對環境污染小，符合“雙碳”目標的發展要求。

3 結語

1)針對國內大部分集裝箱碼頭海鐵聯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的設計，可實現海鐵聯運的無縫連接，為自動化集裝箱碼頭海鐵聯運設計提供一種新思路。

2)空中軌道車系統的建設具有易實現無縫銜接、占用土地少、可有效緩解港內交通擁堵、對改擴建適應性好、現場施工工期短的優點，體現了新形勢下綠色低碳的發展要求。