截至2021年底，我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到15 萬(wàn)km，已初步形成布局合理、覆蓋廣泛、層次分明、安全高效的鐵路網(wǎng)絡(luò)[1]。既有鐵路貨車(chē)產(chǎn)品由于裝備運(yùn)行速度低、運(yùn)輸產(chǎn)品單一、集裝器具使用率低、貨物轉(zhuǎn)接效率低等問(wèn)題，導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)份額占比較小。開(kāi)展160 km/h快捷貨車(chē)集裝化運(yùn)輸模式研究，可充分發(fā)揮鐵路干線(xiàn)運(yùn)輸及公路短駁運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，提高貨物運(yùn)輸效率，降低社會(huì)物流運(yùn)輸成本[2-3]。

1 我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列現(xiàn)狀

我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列主要由普快貨運(yùn)班列、多式聯(lián)運(yùn)班列及特快快速班列組成，我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列情況如表1所示。普快貨運(yùn)班列及多式聯(lián)運(yùn)班列車(chē)型為P65型棚車(chē)、PB型棚車(chē)及集裝箱平車(chē)，P65型棚車(chē)容積為135 m3，標(biāo)記載重40 t，運(yùn)行速度120 km/h；PB型代用棚車(chē)容積141.2 m3，標(biāo)記載重45 t，運(yùn)行速度120 km/h[4]；集裝箱平車(chē)采用40 ft集裝箱、20 ft集裝箱等進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)行速度120 km/h。特快快速班列采用25T型行李車(chē)，容積160 m3，載重23 t，運(yùn)行速度160 km/h。傳統(tǒng)鐵路棚車(chē)采用人工、叉車(chē)等進(jìn)行裝卸，裝卸效率低；集裝箱平車(chē)裝卸需配合集裝箱叉車(chē)、龍門(mén)吊等專(zhuān)用裝卸裝備，裝卸效率較高。

表1 我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列情況Tab.1 Existing railway express freight trains

特需班列、行包班列及電商班列雖然在一定程度上滿(mǎn)足傳統(tǒng)貨物的運(yùn)輸，但是編組車(chē)型老舊，無(wú)法適應(yīng)電商等高附加值貨物運(yùn)輸需求，存在問(wèn)題如下。

（1）主型車(chē)輛運(yùn)行速度偏低。行包快運(yùn)車(chē)輛、普快貨運(yùn)班列主要采用P65型棚車(chē)、PB型棚車(chē)等車(chē)輛，最高運(yùn)行速度為120 km/h，僅有25T型行李車(chē)最高運(yùn)行速度可以達(dá)到160 km/h，而高速公路汽車(chē)最高速度為120 km/h，因?yàn)楣愤\(yùn)輸?shù)闹苻D(zhuǎn)環(huán)節(jié)比鐵路少，可憑借四通八達(dá)的公路網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“門(mén)到門(mén)”運(yùn)輸，故公路運(yùn)輸占據(jù)目前快運(yùn)市場(chǎng)的最大份額。

（2）貨運(yùn)產(chǎn)品功能單一。普快貨運(yùn)班列、多式聯(lián)運(yùn)班列等貨運(yùn)產(chǎn)品大多采用既有60 t和70 t級(jí)通用棚車(chē)，未設(shè)置裝載加固裝置，沒(méi)有電氣綜合監(jiān)控功能，未能很好滿(mǎn)足電商等高附加值貨物的運(yùn)輸需求。

（3）集裝器具的使用不足。傳統(tǒng)運(yùn)輸班列中常用散裝或托盤(pán)運(yùn)輸，標(biāo)準(zhǔn)集裝器具和集裝籠應(yīng)用較少。鐵路運(yùn)輸較之公路，增加在起終點(diǎn)站的2次裝卸時(shí)間，且運(yùn)用棚車(chē)等車(chē)輛的班列在裝卸環(huán)節(jié)耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。

（4）運(yùn)輸組織及站場(chǎng)轉(zhuǎn)接效率低。鐵路貨場(chǎng)與快遞電商貨物周轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn)，增加發(fā)到兩端短駁運(yùn)輸；集裝化程度低，增加二次搬倒作業(yè)的成本，每件貨物在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，至少要多搬運(yùn)2次，不僅增加費(fèi)用，還提高貨損率，制約鐵路與快遞物流企業(yè)的合作[5-6]。

2 160 km/h快捷貨車(chē)特點(diǎn)分析

在分析我國(guó)既有鐵路快捷貨運(yùn)裝備及運(yùn)輸模式的基礎(chǔ)上，依托160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)、160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)和160 km/h集裝箱平車(chē)[7-9]，開(kāi)展集裝化運(yùn)輸方案研究，提高車(chē)輛運(yùn)行及貨物裝卸效率。

2.1 160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)

160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)主要由車(chē)體、制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置及轉(zhuǎn)向架組成，轉(zhuǎn)向架為心盤(pán)和旁承共同承載結(jié)構(gòu)，160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)如圖1所示。160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)具有如下特點(diǎn)：①車(chē)輛容積205 m3，較既有25T型行李車(chē)提高28%，按照貨運(yùn)列車(chē)20 輛編組計(jì)算，每列車(chē)增加容積900 m3，在提高列車(chē)運(yùn)輸能力的同時(shí)，可更好滿(mǎn)足電商貨物比重較輕的特點(diǎn)；②采用全側(cè)開(kāi)活動(dòng)側(cè)墻結(jié)構(gòu)，門(mén)孔高度3 200 mm，門(mén)口寬度可達(dá)10 750 mm，設(shè)置隔板和橫向定位裝置，兼顧集裝化運(yùn)輸和普通白貨運(yùn)輸?shù)难b載加固要求；③采用車(chē)輛中部集中操控結(jié)構(gòu)，操作效率高、外形美觀(guān)，設(shè)置三級(jí)鎖閉結(jié)構(gòu)和防跳、防誤轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用安全可靠性高；④采用復(fù)合材料整體車(chē)門(mén)，整車(chē)外表面光滑，美觀(guān)度和商品化程度大幅提高；⑤單側(cè)4扇活動(dòng)側(cè)墻結(jié)構(gòu)，降低單扇活動(dòng)側(cè)墻自重，提高動(dòng)作靈活性，實(shí)現(xiàn)多種開(kāi)門(mén)組合方式，當(dāng)兩端的1，4位活動(dòng)側(cè)墻鎖閉，僅使用中部的2，3位活動(dòng)側(cè)墻時(shí)，與固定側(cè)墻棚車(chē)功能相同，通用性強(qiáng)。

圖1 160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)Fig.1 160 km/h all-side open box car

2.2 160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)

160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)主要由車(chē)體、制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置及轉(zhuǎn)向架組成，轉(zhuǎn)向架為轉(zhuǎn)臂定位結(jié)構(gòu)，配套使用全旁承承載的焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，160 km/h塞拉門(mén)車(chē)如圖2所示。160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)具有如下特點(diǎn)：①塞拉門(mén)棚車(chē)車(chē)輛長(zhǎng)度23 946 mm，車(chē)輛容積為205 m3，塞拉門(mén)棚車(chē)采用固定側(cè)墻結(jié)構(gòu)，每側(cè)2個(gè)門(mén)，共計(jì)4個(gè)，車(chē)門(mén)密封性好、結(jié)構(gòu)緊湊、鎖閉可靠；②采用梁件內(nèi)置結(jié)構(gòu)、塞焊連接方式，或采用縱向壓筋側(cè)板結(jié)構(gòu)，提高車(chē)體表面質(zhì)量、整車(chē)美觀(guān)度和商品化程度；③采用纖維復(fù)合材料內(nèi)襯和嵌入式鋁合金壓條，內(nèi)襯和墻板間加裝隔熱材料，改善了車(chē)內(nèi)裝貨環(huán)境；④側(cè)墻設(shè)置插槽式裝載加固裝置，貨運(yùn)地板裝置上設(shè)置裝載加固裝置，實(shí)現(xiàn)貨物的快速固定；⑤車(chē)輛設(shè)有貨運(yùn)地板裝置，適應(yīng)電商貨物運(yùn)輸需求，貨運(yùn)地板由車(chē)門(mén)處萬(wàn)向輪區(qū)和內(nèi)部導(dǎo)向輪區(qū)組成，整個(gè)貨運(yùn)地板上設(shè)置鎖閉機(jī)構(gòu)，保證集裝器具的鎖閉狀態(tài)。根據(jù)集裝器長(zhǎng)度，沿車(chē)體縱向布置縱向止擋，防止貨物縱向移動(dòng)；門(mén)口處布置橫向止擋，防止貨物撞擊損壞車(chē)門(mén)。

圖2 160 km/h塞拉門(mén)車(chē)Fig.2 160 km/h box car with sliding-plug doors

鐵路貨運(yùn)基地與快遞分撥中心相融合時(shí)，采用棚車(chē)運(yùn)輸具有無(wú)需汽運(yùn)轉(zhuǎn)駁，可充分發(fā)揮棚車(chē)運(yùn)能大、集裝化快裝快卸的特點(diǎn)，適用于電商等小批量貨物，便于分揀，當(dāng)使用小型集裝器具運(yùn)輸，裝卸時(shí)不需要吊裝工具，通過(guò)叉車(chē)或人工即可完成。

2.3 160 km/h集裝箱平車(chē)

為實(shí)現(xiàn)白貨快裝快卸和快速轉(zhuǎn)接的運(yùn)輸需求，研制開(kāi)發(fā)160 km/h 快捷集裝箱平車(chē)，適應(yīng)20 ft，40 ft和45 ft的集裝箱運(yùn)輸，裝載1個(gè)20 ft或40 ft或45 ft集裝箱工況如圖3所示，裝載2個(gè)20ft集裝箱工況如圖4所示。160 km/h 快捷集裝箱平車(chē)的車(chē)鉤連接線(xiàn)長(zhǎng)度14 946 mm，自重26 t，載重46 t。鐵路貨運(yùn)基地與快遞分撥中心分離時(shí)，需采用汽運(yùn)轉(zhuǎn)駁，采用160 km/h集裝箱平車(chē)具有轉(zhuǎn)接快速、貨物無(wú)需二次倒裝的優(yōu)勢(shì)，適用于大批量貨物集中調(diào)運(yùn)，運(yùn)輸時(shí)需要吊裝工具配合完成。

圖3 裝載1個(gè)20 ft或40 ft或45 ft集裝箱工況Fig.3 Load case of a 20ft, 40ft, or 45ft container

圖4 裝載2個(gè)20 ft集裝箱工況Fig.4 Load case of two 20ft containers

3 快捷貨車(chē)運(yùn)輸模式設(shè)計(jì)

針對(duì)160 km/h快捷貨車(chē)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)“160 km/h棚車(chē)+冷藏集裝器具/通用集裝器具/立體貨柜”和“160 km/h集裝箱平車(chē)+冷藏箱/展翼箱/標(biāo)準(zhǔn)集裝箱”2種運(yùn)輸模式，以滿(mǎn)足電商、生鮮、藥品、冷鏈貨物、化妝品等高附加值貨物運(yùn)輸需求，同時(shí)提高運(yùn)輸效率，降低貨損率。

3.1 “160 km/h棚車(chē)+”運(yùn)輸模式

3.1.1 160 km/h棚車(chē)+集裝器模式

集裝器具橫斷面符合快捷貨車(chē)集裝器具和裝載加固標(biāo)準(zhǔn)接口要求，滿(mǎn)足鐵路貨車(chē)、公路汽車(chē)、高鐵貨運(yùn)動(dòng)車(chē)組、航空之間的集裝化運(yùn)輸銜接要求。

（1）全側(cè)開(kāi)棚車(chē)模式。160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)采用與高速鐵路、公路通用的集裝器時(shí)，可裝載18個(gè)集裝器，每輛車(chē)總?cè)莘e約104 m3。采用全側(cè)開(kāi)車(chē)專(zhuān)用集裝器時(shí)，裝載數(shù)量不變，每輛車(chē)總?cè)莘e約137 m3。高、低站臺(tái)進(jìn)行貨物裝卸時(shí)，全側(cè)開(kāi)棚車(chē)均可通過(guò)叉車(chē)完成，利用底架上的可翻轉(zhuǎn)止擋進(jìn)行橫向定位，以及活動(dòng)隔板墻進(jìn)行貨物縱向定位及分倉(cāng)。

（2）塞拉門(mén)棚車(chē)模式。采用如上集裝器具時(shí)，160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)可裝載19個(gè)集裝器具。低站臺(tái)時(shí)集裝器具通過(guò)叉車(chē)運(yùn)送到升降平臺(tái)上，通過(guò)貨運(yùn)地板進(jìn)行裝卸及加固，裝卸效率高；高站臺(tái)時(shí)集裝器具直接借助叉車(chē)裝卸。

（3）雙層集裝器模式。貨物裝箱后，利用叉車(chē)將雙層集裝器分別裝入棚車(chē)后，利用升降裝置將上層集裝箱疊放在下層箱上。雙層集裝器的使用，克服車(chē)門(mén)高度過(guò)低問(wèn)題的同時(shí)，減小單個(gè)集裝器具搬運(yùn)重量，提高車(chē)輛容積利用率。

3.1.2 160 km/h棚車(chē)+集裝籠模式

物流公司收攬的快件按派送區(qū)域裝箱，可節(jié)省2次拆裝及安檢過(guò)程。經(jīng)前期測(cè)試，采用人力裝卸方式，電商班列每車(chē)耗時(shí)約3 h；而采用集裝籠裝卸后，裝卸人員不變的前提下，耗時(shí)約30 min；如采用全側(cè)開(kāi)車(chē)輛運(yùn)輸集裝化貨物，效率將進(jìn)一步提高。

3.1.3 160 km/h棚車(chē)+托盤(pán)模式

為了提高裝卸效率，鐵路運(yùn)輸?shù)囊?guī)則貨物中80%的貨物采用托盤(pán)運(yùn)輸，集裝化托盤(pán)尺寸規(guī)格主要有3種：1.2 m×1.1 m，1.3 m×1.1 m，1.3 m×1 m。托盤(pán)大部分為非金屬材質(zhì)，破損較多。托盤(pán)只限在各鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)部自由流通，托盤(pán)貨物跨局運(yùn)輸時(shí)需要將貨物重新包裝。托盤(pán)運(yùn)輸流程與集裝器具大致相同，但是空間利用率低。

3.2 “160 km/h集裝箱平車(chē)+”運(yùn)輸模式

3.2.1 160 km/h集裝箱平車(chē)+標(biāo)準(zhǔn)集裝箱模式

根據(jù)需要采用標(biāo)準(zhǔn)20 ft，40 ft，45 ft集裝箱運(yùn)輸貨物時(shí),集裝箱可借助龍門(mén)吊或集裝箱起重機(jī)進(jìn)行吊裝。當(dāng)鐵路貨運(yùn)基地與快遞分撥中心分離時(shí)，可進(jìn)行汽運(yùn)轉(zhuǎn)駁，集裝箱平車(chē)具有轉(zhuǎn)接快速、無(wú)需二次倒裝的優(yōu)勢(shì)。集裝箱平車(chē)配裝多種集裝器具，可實(shí)現(xiàn)棚車(chē)、罐車(chē)及冷藏車(chē)等功能。集裝箱等通過(guò)地面吊等裝備可實(shí)現(xiàn)鐵路與公路的快速轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。

3.2.2 160 km/h集裝箱平車(chē)+展翼箱模式

展翼箱車(chē)門(mén)開(kāi)度大，滿(mǎn)足機(jī)械化作業(yè)需求，裝卸效率高。集裝化貨物可直接裝入展翼箱。160 km/h集裝箱平車(chē)+展翼箱模式如圖5所示。集裝箱平車(chē)配裝展翼箱可實(shí)現(xiàn)棚車(chē)功能，如圖5a。散裝貨物入托盤(pán)或小型集裝器具后裝入展翼箱，如圖5b。

圖5 160 km/h集裝箱平車(chē)+展翼箱模式Fig.5 160 km/h container flat wagon + spread-wing container mode

4 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)內(nèi)循環(huán)為主，雙循環(huán)共同發(fā)展的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下[11]，快遞及快件運(yùn)輸發(fā)展迅猛，鐵路貨運(yùn)也面臨新的機(jī)遇，研發(fā)160 km/h新型貨運(yùn)裝備，可有效利用鐵路自身運(yùn)量大、環(huán)境污染小、運(yùn)輸成本低、運(yùn)輸效率高、運(yùn)輸安全及運(yùn)輸價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，吸引高科技、高附加值、時(shí)效性高的貨物，提高鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益?；?60 km/h新型貨運(yùn)裝備，研究160 km/h快捷貨車(chē)集裝化運(yùn)輸模式，實(shí)現(xiàn)集裝器具、托盤(pán)等在公、鐵、水運(yùn)中的高效周轉(zhuǎn)，發(fā)揮多式聯(lián)運(yùn)中多種運(yùn)輸方式的比較優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建以鐵路為骨干的綜合交通體系，提高綜合運(yùn)輸效率的同時(shí)，降低運(yùn)輸能耗，對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)低碳環(huán)保目標(biāo)的完成具有重要的意義。