基于不同運(yùn)輸模式的高鐵貨運(yùn)技術(shù)參數(shù)研究

張 超,李 奇,賀政綱

(1.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院, 成都 610031； 2.中鐵物貿(mào)集團(tuán)有限公司成都分公司, 成都 610031； 3.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司物流規(guī)劃研究所, 武漢 430063)

1 概述

截止2018年年底，我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已經(jīng)突破2.9萬(wàn)km，建成了世界上規(guī)模最大的高速鐵路網(wǎng)。2016年國(guó)家發(fā)布了《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2025年我國(guó)高速鐵路路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到3.8萬(wàn)km，并且指出未來(lái)我國(guó)高鐵不僅僅是客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，也將成為承擔(dān)一定貨運(yùn)功能的快捷通道[1]。隨著電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，“時(shí)效性強(qiáng)、價(jià)值高”的快捷貨物運(yùn)輸需求日漸增多，在國(guó)家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、降本增效和鐵路貨改持續(xù)推進(jìn)的發(fā)展環(huán)境下，利用高鐵開(kāi)展快捷貨物運(yùn)輸成為了當(dāng)前物流業(yè)的研究熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)高鐵開(kāi)展貨運(yùn)進(jìn)行了多方面的研究。吳云云[2]、林仲洪等[3]、張鈺梅[4]、董愷凌等[5]研究了國(guó)外高鐵貨運(yùn)的發(fā)展現(xiàn)狀，并從環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)角度對(duì)我國(guó)開(kāi)展高鐵貨運(yùn)的環(huán)境條件及可行性進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[6-12]對(duì)我國(guó)高鐵貨運(yùn)的市場(chǎng)需求進(jìn)行了分析與預(yù)測(cè)，并設(shè)計(jì)了高鐵貨運(yùn)系列產(chǎn)品。文獻(xiàn)[13-16]研究了我國(guó)高鐵貨運(yùn)的運(yùn)輸組織模式，并從鐵路運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的角度出發(fā)，構(gòu)建了以運(yùn)營(yíng)成本最小化的高鐵貨運(yùn)運(yùn)輸資源優(yōu)化配置方案模型。

現(xiàn)有研究多集中在高鐵貨運(yùn)市場(chǎng)需求分析、高鐵貨運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、高鐵貨運(yùn)運(yùn)輸組織模式以及高鐵貨運(yùn)運(yùn)力資源優(yōu)化方面，而沒(méi)有專(zhuān)門(mén)對(duì)高鐵貨運(yùn)載運(yùn)能力、運(yùn)營(yíng)成本以及開(kāi)行條件的研究成果。因此，本研究在總結(jié)我國(guó)高鐵貨運(yùn)不同運(yùn)輸組織模式的基礎(chǔ)上，對(duì)每種模式的載運(yùn)能力、運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成以及開(kāi)行條件等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究，并分析了每種運(yùn)輸模式的優(yōu)劣勢(shì)及適用性。

2 高鐵貨物運(yùn)輸模式分析

高鐵貨物運(yùn)輸模式是指貨物通過(guò)高速鐵路運(yùn)輸所采取的運(yùn)輸組織方式和列車(chē)形式[14]。綜合我國(guó)當(dāng)前高鐵快運(yùn)運(yùn)輸模式，考慮未來(lái)高鐵貨物運(yùn)輸發(fā)展方向和現(xiàn)代物流服務(wù)理念，我國(guó)高鐵貨運(yùn)在發(fā)展中可選擇的開(kāi)行模式有以下4種(后文將4種模式依次簡(jiǎn)稱為專(zhuān)列模式、確認(rèn)車(chē)模式、共運(yùn)模式以及共編模式)，如表1所示。

表1 高鐵貨物運(yùn)輸模式介紹

對(duì)高鐵貨運(yùn)4種模式的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究，有助于鐵路部門(mén)合理安排運(yùn)力資源、提高經(jīng)營(yíng)效益。高鐵貨運(yùn)的技術(shù)參數(shù)主要有載運(yùn)能力、運(yùn)營(yíng)成本和開(kāi)行條件參數(shù)。

2.1 高鐵貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本與客運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本換算

高鐵貨物運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)成本與客運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本有一定的關(guān)聯(lián)性，在考慮客貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本之間相似性和獨(dú)特性的基礎(chǔ)上，采用客貨運(yùn)成本換算方法核算高鐵貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本。高鐵客貨運(yùn)成本換算可分為五類(lèi)[17]，如表2所示。

表2 高鐵客貨運(yùn)成本換算分類(lèi)

根據(jù)武漢鐵路局調(diào)研數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)[17]的高鐵客運(yùn)作業(yè)單位成本表，可知高鐵客運(yùn)成本由固定成本和變動(dòng)成本構(gòu)成。考慮高鐵貨運(yùn)特性，高鐵貨運(yùn)成本劃分為固定成本、變動(dòng)成本Ⅰ、變動(dòng)成本Ⅱ，固定成本表示與載貨量和運(yùn)距無(wú)關(guān)，變動(dòng)成本Ⅰ表示與運(yùn)距無(wú)關(guān)、與載貨量有關(guān)，變動(dòng)成本Ⅱ表示與載貨量無(wú)關(guān)、與運(yùn)距有關(guān)。結(jié)合高鐵客運(yùn)成本換算表，高鐵貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成及轉(zhuǎn)換結(jié)果如表3所示。

借鑒高鐵客運(yùn)總成本計(jì)算方法，綜合上述分析，高鐵貨運(yùn)不同運(yùn)輸模式的總成本計(jì)算可表示為

(1)

2.2 高鐵貨運(yùn)專(zhuān)列模式技術(shù)參數(shù)研究

2.2.1 載貨能力

根據(jù)調(diào)研，中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司正在進(jìn)行貨運(yùn)動(dòng)車(chē)組研發(fā)，新開(kāi)發(fā)的動(dòng)車(chē)組采用8輛編組，全車(chē)額定載重120 t，凈載貨容積850 m3。

2.2.2 運(yùn)營(yíng)成本

專(zhuān)列模式下的貨物運(yùn)輸完全獨(dú)立于高鐵客運(yùn)業(yè)務(wù)，結(jié)合兩者的相似性與獨(dú)立性，根據(jù)表3，可以計(jì)算出專(zhuān)列模式下的貨物運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)成本如表4所示。

表3 高鐵貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成及轉(zhuǎn)換

表4 專(zhuān)列模式運(yùn)營(yíng)成本換算

當(dāng)專(zhuān)列模式的載貨量以120 t計(jì)算，結(jié)合表4的數(shù)據(jù)和式(1)，則在載貨量為Q、運(yùn)行距離為L(zhǎng)時(shí)，專(zhuān)列模式的貨物運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)成本為

(2)

2.2.3 開(kāi)行條件參數(shù)

專(zhuān)列模式運(yùn)營(yíng)收入按照鐵路部門(mén)與快遞企業(yè)戰(zhàn)略合作方式計(jì)算，通過(guò)對(duì)順豐調(diào)研，鐵路部門(mén)收取的戰(zhàn)略合作費(fèi)用為2.14元/(t·km)。高速列車(chē)的平均旅行速度約為250 km/h，則專(zhuān)列模式下基于不同運(yùn)距的盈虧平衡載貨率計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，運(yùn)距500，1 000，1 500，2 000 km的盈虧平衡載貨率分別為75%，67%，65%，63%。為了使專(zhuān)列模式具備一定的盈利能力，不同運(yùn)距范圍高鐵貨運(yùn)專(zhuān)列模式開(kāi)行滿足條件如表5所示。

圖1 專(zhuān)列模式下不同運(yùn)距的盈虧平衡載貨率

表5 高鐵貨運(yùn)專(zhuān)列模式開(kāi)行條件

2.3 高鐵確認(rèn)車(chē)模式技術(shù)參數(shù)研究

2.3.1 載貨能力

(1)理論載貨量計(jì)算

高鐵確認(rèn)車(chē)與平常運(yùn)營(yíng)的高鐵列車(chē)在車(chē)型上基本一致，因此高鐵確認(rèn)車(chē)的載運(yùn)能力可按照高鐵客運(yùn)動(dòng)車(chē)組計(jì)算。通過(guò)文獻(xiàn)[18]中的空車(chē)編組質(zhì)量和定員荷載質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，可以得出確認(rèn)車(chē)模式的平均理論載貨量為63.24 t。

(2)體積質(zhì)量檢驗(yàn)

確認(rèn)車(chē)模式下貨物主要存放在座椅間區(qū)域、大件行李存放處以及行李架等區(qū)域，以CRH3C動(dòng)車(chē)組的中間車(chē)為例，座椅間區(qū)域容積為25.469 m3、大件行李存放區(qū)容積為5.778 m3，行李架容積為4.244 m3，車(chē)廂可用容積總計(jì)35.491 m3[19]。由于確認(rèn)車(chē)模式下貨物主要裝在中間車(chē)，因此可將列車(chē)的兩節(jié)頭車(chē)按一節(jié)中間車(chē)計(jì)算裝貨體積，則確認(rèn)車(chē)模式的裝載容積為248.437 m3。

根據(jù)調(diào)研了解到，高鐵確認(rèn)車(chē)主要運(yùn)輸電商快遞件，電商快遞件的電商件重拋比約為9 m3/t。則確認(rèn)車(chē)模式下體積質(zhì)量檢查如表6表示。

表6 確認(rèn)車(chē)模式下體積質(zhì)量檢查

由表6可知，8輛編組的確認(rèn)車(chē)模式的載質(zhì)量可按27.61 t計(jì)算。

(3)單價(jià)尺寸

通過(guò)對(duì)廣鐵集團(tuán)調(diào)研可知，高鐵確認(rèn)車(chē)對(duì)單件貨物質(zhì)量要求不超過(guò)25 kg，尺寸要求長(zhǎng)、寬、高分別不超過(guò)57，57，35 cm，三邊之和小于150 cm。

2.3.2 運(yùn)營(yíng)成本

由于確認(rèn)車(chē)模式下的貨物運(yùn)輸是在共享確認(rèn)車(chē)的運(yùn)輸資源下運(yùn)行的，利用了確認(rèn)車(chē)的閑置資源，因此確認(rèn)車(chē)模式的運(yùn)營(yíng)成本與高鐵客運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本有差異，甚至與專(zhuān)列模式的運(yùn)營(yíng)成本存在差異，由于該模式不適合集裝箱運(yùn)輸，所以不存在掏箱拼箱作業(yè)。根據(jù)表3中的高鐵貨運(yùn)運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成及轉(zhuǎn)換類(lèi)別，可以計(jì)算出確認(rèn)車(chē)模式下的貨物運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)成本如表7所示。

表7 確認(rèn)車(chē)模式運(yùn)營(yíng)成本換算

由前文計(jì)算得到確認(rèn)車(chē)模式載貨量為27.61 t，結(jié)合表7的數(shù)據(jù)和式(1)，則在載貨量為Q、運(yùn)行距離為L(zhǎng)時(shí)，確認(rèn)車(chē)模式下的運(yùn)營(yíng)成本為

(3)

2.4 客運(yùn)動(dòng)車(chē)組客貨共運(yùn)模式技術(shù)參數(shù)研究

2.4.1 載貨能力

(1)理論載貨量

共運(yùn)模式不移除客運(yùn)設(shè)備，因此該模式的載貨能力計(jì)算方法為：定員荷載質(zhì)量減去空車(chē)編組質(zhì)量，再減去人與行李質(zhì)量，通常人與行李單位質(zhì)量取80 kg[17]。通過(guò)文獻(xiàn)[18]中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到CRH系列動(dòng)車(chē)組在共運(yùn)模式下的平均理論載貨能力為14.12 t。

(2)體積質(zhì)量檢驗(yàn)

共運(yùn)模式下貨物主要存放在大件行李存放處和坐席后方區(qū)域，大件行李存放區(qū)容積計(jì)為5.778 m3，雙座椅寬1 015 mm、三座椅寬1 480 mm、空隙寬度400 mm，座椅高度475 mm，坐席后方容積0.474 05 m3[13]。

考慮到旅客行李存放需求，假設(shè)旅客行李占據(jù)大件行李區(qū)和坐席后方區(qū)50%的容積，則共運(yùn)模式下一節(jié)車(chē)廂的貨物載貨容積為3.125 m3，該模式下8節(jié)編組的裝載容積約為21.876 m3。則共運(yùn)模式下體積質(zhì)量檢查如表8所示。

表8 共運(yùn)模式下體積質(zhì)量檢查

綜上可知，8輛編組的客運(yùn)動(dòng)車(chē)組共運(yùn)模式的載質(zhì)量按2.43 t計(jì)算。

(3)單價(jià)尺寸

共運(yùn)模式適合小批量貨物運(yùn)輸，貨物通常放在動(dòng)車(chē)組大件行李架上或座位空隙間，因此對(duì)貨物尺寸也有很大限制。根據(jù)對(duì)鐵路局和中鐵快運(yùn)調(diào)研了解到，貨物若為箱體，則要求長(zhǎng)寬高之和不超過(guò)120 cm，質(zhì)量小于20 kg；貨物若為袋裝或包裹形狀，則要求尺寸不超過(guò)30 cm×50 cm×70 cm，質(zhì)量不超過(guò)25 kg。

2.4.2 運(yùn)營(yíng)成本

共運(yùn)模式是在完全共享高鐵客運(yùn)資源的條件下運(yùn)行的，該模式下的貨物運(yùn)輸不但具有比較高的靈活性，而且省去了不少貨運(yùn)固定成本和變動(dòng)成本。由于該模式不是整列發(fā)送，則車(chē)站作業(yè)成本和裝卸成本可根據(jù)高鐵貨運(yùn)專(zhuān)列相應(yīng)成本，按照載貨量的比例進(jìn)行估算。根據(jù)表3，可以計(jì)算出共運(yùn)模式下的貨物運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)成本如表9所示。

表9 共運(yùn)模式運(yùn)營(yíng)成本換算

由前文計(jì)算得到共運(yùn)模式載貨量為2.43 t，結(jié)合表9的數(shù)據(jù)和式(1)，則在載貨量為Q、運(yùn)行距離為L(zhǎng)時(shí)，高鐵確認(rèn)車(chē)模式下的運(yùn)營(yíng)成本為

(4)

2.5 客貨共編動(dòng)車(chē)組模式技術(shù)參數(shù)研究

2.5.1 載貨能力

(1)理論載貨量

共編模式的載貨能力按照改造車(chē)廂的方式進(jìn)行計(jì)算，為了盡量使貨運(yùn)作業(yè)流線不與旅客流線交叉，可以考慮將緊接頭車(chē)的車(chē)廂作為貨運(yùn)車(chē)廂，計(jì)算其理論載貨能力。該模式的載貨能力計(jì)算方法為：車(chē)輛座椅質(zhì)量加上其他客運(yùn)設(shè)備質(zhì)量，再加上人員、行李質(zhì)量以及車(chē)廂富余載重。將3人座椅按56 kg，雙人座椅按40 kg，其他客運(yùn)設(shè)備按1.5 t，人員及行李單位質(zhì)量按80 kg計(jì)算[20]。由8節(jié)編組的列車(chē)在共運(yùn)模式下的平均理論載貨能力為14.12 t，可粗略估算出每節(jié)車(chē)廂的富余載重為1.77 t。綜上可計(jì)算出共編模式的平均理論載貨能力為12.66 t。

(2)體積質(zhì)量檢驗(yàn)

共編模式是運(yùn)用改造的車(chē)廂進(jìn)行裝貨，因此車(chē)廂內(nèi)空間均可作為裝載容積，由于CRH系列動(dòng)車(chē)中間車(chē)車(chē)廂平均體積為209.56 m3，則共編模式下體積質(zhì)量檢查如表10所示。

表10 共編模式下體積質(zhì)量檢查

由表10可知，將一輛貨運(yùn)車(chē)輛與客運(yùn)車(chē)輛共編的共編模式的載貨量可裝載12.66 t貨物。

(3)單價(jià)尺寸

與專(zhuān)列模式一樣對(duì)貨物尺寸沒(méi)有特別限制，按照快遞要求執(zhí)行即可。

2.5.2 運(yùn)營(yíng)成本

共編模式是在共享高鐵客運(yùn)部分資源的條件下開(kāi)行的，因此部分客運(yùn)成本不計(jì)入該模式下的貨運(yùn)成本中，但由于共編模式需完全占用一節(jié)車(chē)廂，所以該模式下的成本構(gòu)成與專(zhuān)列模式下的成本構(gòu)成一致，區(qū)別在于作業(yè)單位由“列”變?yōu)椤败?chē)”。根據(jù)表3，可以計(jì)算出共編模式下貨物運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)成本如表11所示。

表11 共編模式運(yùn)營(yíng)成本換算

結(jié)合表11的數(shù)據(jù)和式(1)，則當(dāng)載貨量為Q、運(yùn)行距離為L(zhǎng)時(shí)，共編模式下的運(yùn)營(yíng)成本為

(5)

2.5.3 開(kāi)行條件參數(shù)

參考專(zhuān)列模式的計(jì)算方法，結(jié)合共編模式的運(yùn)營(yíng)收入和運(yùn)營(yíng)成本，共編模式下不同運(yùn)距的盈虧平衡載貨率如圖2所示。

圖2 共編模式下不同運(yùn)距的盈虧平衡載貨率

從圖2可以看出，運(yùn)距500，1 000，1 500，2 000 km的盈虧平衡載貨率分別為90%，80%，76%，74%。為了使共編模式具備一定的盈利能力，不同運(yùn)距范圍共編模式開(kāi)行滿足條件如表12所示。

表12 共編模式開(kāi)行條件

3 不同運(yùn)輸模式特性研究

對(duì)不同運(yùn)輸模式進(jìn)行特性研究的目的在于了解不同運(yùn)輸模式的優(yōu)劣勢(shì)，并通過(guò)比較不同模式的適應(yīng)性，為高鐵貨運(yùn)利益相關(guān)者在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中選擇合適的運(yùn)輸模式提供依據(jù)。

3.1 不同運(yùn)輸模式優(yōu)劣勢(shì)分析

在選擇運(yùn)輸模式時(shí)，會(huì)綜合考慮貨運(yùn)量、運(yùn)輸距離等條件，同時(shí)還會(huì)考慮運(yùn)輸模式本身的優(yōu)劣勢(shì)。結(jié)合不同運(yùn)輸模式下的技術(shù)參數(shù)和高鐵貨運(yùn)實(shí)際開(kāi)展情況，不同運(yùn)輸模式的優(yōu)劣勢(shì)如表13所示。

表13 不同運(yùn)輸模式下貨運(yùn)優(yōu)劣勢(shì)

3.2 不同運(yùn)輸模式適應(yīng)性比較

結(jié)合不同運(yùn)輸模式下的技術(shù)參數(shù)和高鐵貨運(yùn)實(shí)際開(kāi)展情況，從運(yùn)作條件、組織條件等方面對(duì)不同運(yùn)輸模式的適應(yīng)性進(jìn)行比較分析，具體分析如表14所示。

表14 不同運(yùn)輸模式的適應(yīng)性比較分析

4 結(jié)論與建議

在對(duì)我國(guó)當(dāng)前高鐵貨物運(yùn)輸?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了高鐵貨物運(yùn)輸模式可選擇的類(lèi)型有專(zhuān)列模式、確認(rèn)車(chē)模式、共運(yùn)模式、共編模式4種，并對(duì)每種運(yùn)輸模式的載貨能力、運(yùn)營(yíng)成本構(gòu)成以及開(kāi)行條件進(jìn)行研究。最后，在運(yùn)輸模式技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同運(yùn)輸模式的優(yōu)劣勢(shì)和適應(yīng)性進(jìn)行比較分析，為運(yùn)輸模式的選擇提供依據(jù)。通過(guò)研究得出以下結(jié)論。

(1)8輛編組的貨運(yùn)動(dòng)車(chē)組列車(chē)?yán)碚撦d質(zhì)量為120 t，載貨容積為850 m3；考慮質(zhì)量—容積雙因素約束后1輛高鐵確認(rèn)車(chē)載貨量約為27.6 t,8輛編組的共運(yùn)模式的載質(zhì)量約為2.43 t,一輛貨運(yùn)車(chē)輛與客運(yùn)車(chē)輛共編模式的載貨量約12.66 t。

(3)專(zhuān)列模式和共編模式需要在滿足運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)學(xué)效益理論條件下才能開(kāi)行。以速度250 km/h的高鐵列車(chē)為例，在運(yùn)距為500，1 000，1 500，2 000 km時(shí)，專(zhuān)列模式的盈虧平衡載貨率分別為75%，67%，65%，63%，共編模式的盈虧平衡載貨率分別為90%，80%，76%，74%。

(4)4種高鐵貨運(yùn)運(yùn)輸模式各有優(yōu)劣勢(shì)，并且適用條件不同，主要有以下兩點(diǎn)：一是組織條件，高鐵貨運(yùn)專(zhuān)列需要編制高鐵貨運(yùn)專(zhuān)列開(kāi)行方案，而其他3種模式是基于既有旅客列車(chē)運(yùn)行圖編制貨物裝卸車(chē)作業(yè)計(jì)劃；二是適合運(yùn)量，專(zhuān)列模式適合于運(yùn)量比較大的條件下使用，高鐵確認(rèn)車(chē)和共編模式適合在運(yùn)量適中條件下使用，而共運(yùn)模式適合運(yùn)量小的情況。