港口采用智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

錢秋英， 姚建飛

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 a.計(jì)劃財(cái)務(wù)處；b.海運(yùn)學(xué)院，杭州 311112)

0 引 言

自2019年全球新冠疫情暴發(fā)以來，世界各國的經(jīng)濟(jì)增速有所放緩，我國適時(shí)提出了“新基建”戰(zhàn)略調(diào)整決策，既拉動國內(nèi)經(jīng)濟(jì)，又吸收高技術(shù)改造原有的基礎(chǔ)設(shè)施。在建設(shè)層面，港口新基建將成為港口企業(yè)的硬核力量，需根據(jù)運(yùn)輸需求和發(fā)展需求把握投資強(qiáng)度和針對建設(shè)項(xiàng)目的高技術(shù)投入。由此，為促進(jìn)國內(nèi)集裝箱港口運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，推進(jìn)港口與鐵路、公路和水水中轉(zhuǎn)等運(yùn)輸方式的無縫連接，解決集裝箱港口運(yùn)輸方式接駁“碎片化”問題，突破鐵路進(jìn)港“最后一公里”的瓶頸，解決聯(lián)運(yùn)樞紐集疏運(yùn)通道不暢等關(guān)鍵問題，可參照高鐵磁電驅(qū)動、獨(dú)立編組形成的智慧運(yùn)行高技術(shù)，在大中型港口建立基于該技術(shù)的智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)。以寧波舟山港為例進(jìn)行分析，為解決其前方堆場的空間布局普遍缺乏分揀功能，需通過大力發(fā)展后方堆場來彌補(bǔ)，缺乏有效的資源整合和高效的物流聯(lián)運(yùn)作業(yè)方式的問題，在新的規(guī)劃中參考高鐵磁電驅(qū)動、獨(dú)立編組技術(shù)，選用智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)逐步替代現(xiàn)有的橋式集裝箱叉車裝卸方式，建立新的智慧接駁橋式集裝箱裝卸集疏運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無縫對接的集疏運(yùn)多式聯(lián)運(yùn)接駁方式，提高港口的運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)的基本構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)

智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)是一種全新的、革命性的、跨界融合的交通理念，以立體的思維構(gòu)建未來港口物流的集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，參考高鐵磁電驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管控和智慧運(yùn)行。由于該系統(tǒng)是懸掛在空中的，故又稱其為 “懸掛式空軌系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要由軌道、動車與集裝箱掛運(yùn)、運(yùn)控、供電通信、轉(zhuǎn)接、交易、場地分揀和信息調(diào)度等8個(gè)子系統(tǒng)組成，通過5G網(wǎng)絡(luò)、磁電驅(qū)動和信息調(diào)度推行智慧化運(yùn)行，是解決橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)與智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)無縫對接問題，實(shí)現(xiàn)集疏運(yùn)多式聯(lián)運(yùn)接駁的創(chuàng)新方法。

1)軌道子系統(tǒng)：采用先進(jìn)的連續(xù)彈性結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向架能高速通過道岔。軌道子系統(tǒng)采用全鋼輕型結(jié)構(gòu)，主要由墩柱、軌道梁和道岔等組成。軌道梁采用型鋼拼接方案，以降低建設(shè)成本。道岔采用自主設(shè)計(jì)的鋼軌彈性擺動連續(xù)方案，能實(shí)現(xiàn)空鐵多開道岔，道岔換向動作的時(shí)延為10 s，轉(zhuǎn)折更靈活、快速，正線位時(shí)車輛能全速通過，側(cè)線位時(shí)車輛通行速度為30 km/h，動作簡單，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)輕便。圖1為一般智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)的軌道和道岔。

圖1 一般智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)的軌道和道岔

2)動車與集裝箱掛運(yùn)子系統(tǒng)：動車采用磁電驅(qū)動，能實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的智慧無人駕駛技術(shù)；車輛在封閉的軌道內(nèi)運(yùn)行，不受惡劣天氣的影響，能全天候運(yùn)營。車輛由轉(zhuǎn)向架、集裝箱裝運(yùn)裝置和電氣控制系統(tǒng)等3部分組成。2個(gè)全動軸布置的雙軸轉(zhuǎn)向架下懸掛1套集裝箱裝運(yùn)裝置。主傳動系統(tǒng)采用直-交傳動，異步電機(jī)，軸控；系統(tǒng)由布置在軌道梁內(nèi)的第三軌供電和回流，供電電壓為±1 500 V，每架裝正、負(fù)和回流等3個(gè)受流裝置。系統(tǒng)運(yùn)行速度為50 km/h，最高速度為80 km/h。圖2為智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)動車部分。

圖2 智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)動車部分

3)運(yùn)控子系統(tǒng)：按單車單箱模塊化作業(yè)，集裝箱運(yùn)輸無需組列開行，能跟隨分揀速度快速實(shí)現(xiàn)聯(lián)運(yùn)，能在運(yùn)控中心實(shí)現(xiàn)全程全網(wǎng)遠(yuǎn)程運(yùn)控，能開放客戶端應(yīng)用。

4)供電通信子系統(tǒng)：主要為貨運(yùn)動車及其他配套設(shè)備提供牽引力和動力電源，由牽引變電所、供電軌道系統(tǒng)和牽引逆變系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)采用正負(fù)極接觸軌供電，中性軌(接地軌)回流。系統(tǒng)首次采用電壓制式DC 3 000 V(±1 500 V)電壓，采用高鐵無縫接觸軌系統(tǒng)，能有效降低靴軌磨耗，實(shí)現(xiàn)寬軌窄靴，可靠受流。采用全新的通信信號控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)車-軌和車-車通信信號精確模塊化控制，可自動調(diào)度、自動自主監(jiān)控和自動巡航。

5)轉(zhuǎn)接子系統(tǒng)：采用與傳統(tǒng)集裝箱裝卸方式一致的頂部提升轉(zhuǎn)運(yùn)方式，通過在軌道梁上方架設(shè)移動式起重設(shè)備與車輛聯(lián)動控制，可實(shí)現(xiàn)“集裝箱卡車與貨運(yùn)空鐵”“AGV集裝箱運(yùn)輸車與貨運(yùn)空鐵”和“鐵路車板或敞車與貨運(yùn)空鐵”之間的快速轉(zhuǎn)運(yùn)與無縫銜接。圖3為智慧空軌集疏運(yùn)轉(zhuǎn)接子系統(tǒng)。

圖3 智慧空軌集疏運(yùn)轉(zhuǎn)接子系統(tǒng)

6)交易子系統(tǒng)：由于集裝箱船卸運(yùn)的重箱和空箱需適應(yīng)客戶的中轉(zhuǎn)需要，在卸運(yùn)、分揀和陸港中轉(zhuǎn)聯(lián)運(yùn)過程中需迅速完成交收和易主方面的信息對接，從而避免重復(fù)多次裝卸集裝箱；采用開放客戶端應(yīng)用基礎(chǔ)上的交易子系統(tǒng)，能高效實(shí)現(xiàn)空軌集疏運(yùn)的中轉(zhuǎn)聯(lián)運(yùn)效能。

7)場地分揀子系統(tǒng)：對現(xiàn)有的碼頭門吊和臨時(shí)堆場進(jìn)行升級改造，將原有點(diǎn)對點(diǎn)式地服務(wù)于船與堆場的作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)閱嗡掖c多個(gè)堆場間的分揀作業(yè)，使多艘船、多個(gè)門吊的并行作業(yè)與快速高效的智慧空軌集疏運(yùn)串行作業(yè)銜接起來。

8)信息調(diào)度子系統(tǒng)：在智慧空軌集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中，通過信息調(diào)度將間歇作業(yè)的船運(yùn)裝卸占用動車高效地調(diào)度運(yùn)轉(zhuǎn)到其他動車線路上，從而使動車高效運(yùn)行，避免動車停運(yùn)帶來冗余投資，實(shí)現(xiàn)動車投放的規(guī)模效益。

由于智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)吸收了高鐵的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，形成了新一代智慧港口物流環(huán)節(jié)的新特點(diǎn)，具體如下：

1)占地少，有專屬路權(quán)，運(yùn)輸快捷；

2)有超大運(yùn)能，能全天候、全時(shí)段、復(fù)線運(yùn)輸，適應(yīng)性強(qiáng)；

3)環(huán)境兼容，針對復(fù)雜的地形地貌，選線自由；

4)建設(shè)速度快，可預(yù)制裝配，便于機(jī)械化安裝；

5)運(yùn)行噪聲低，維護(hù)成本低；

6)單箱作業(yè)，能高速分流；

7)采用車軌、車車交互智能通信信號控制系統(tǒng)；

8)能自動化“裝、卸、轉(zhuǎn)運(yùn)”, 真正實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、無縫銜接的多式聯(lián)運(yùn)。

2 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

以中國中車股份有限公司為例，智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)見表1，其中ft為英尺，1 ft≈0.304 8 m。

表1 智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

目前我國的集裝箱碼頭疏港主要依托集裝箱卡車開展點(diǎn)到點(diǎn)、堆場到堆場的集裝箱中轉(zhuǎn)。在計(jì)算集裝箱運(yùn)價(jià)時(shí)以箱為單位，按不同規(guī)格箱型的重箱和空箱計(jì)費(fèi)。對于集裝箱汽車運(yùn)價(jià)的計(jì)算，交通運(yùn)輸部在2009年制定的規(guī)則中規(guī)定以重箱為計(jì)價(jià)基礎(chǔ)，并分別規(guī)定了“單程重(空)箱價(jià)”“雙程重箱價(jià)”“一程重(空)箱，一程空(重)箱價(jià)”和“雙程空箱價(jià)”，其中：20 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱每箱公里運(yùn)價(jià)調(diào)整為6.00元；40 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱每箱公里運(yùn)價(jià)調(diào)整為9.00元；短途運(yùn)價(jià)的箱次費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為20 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱每箱次30.00元，40 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱每箱次46.00元。隨著油價(jià)的上升，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，目前公路集裝箱運(yùn)價(jià)已上調(diào)為9.50元/(TEU·km)，10～20 km范圍內(nèi)的堆場站之間的中轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)為110.00元/TEU。由于公路運(yùn)輸和鐵路專線相對于懸掛空軌而言至少要多裝卸1次，故僅單個(gè)20 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱就可節(jié)約200.00元左右裝卸費(fèi)用。

表2為3種集裝箱運(yùn)輸方式的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比。從表2中可看出，智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)無論是運(yùn)價(jià)成本還是建設(shè)成本，都相對較低。關(guān)鍵是該系統(tǒng)的運(yùn)控部分采用的是高鐵磁電驅(qū)動技術(shù)，大大降低了人力管理成本，減少了人員疲勞可能引發(fā)的差錯(cuò)和無縫接駁過程中的人工操作，從而將原港口作業(yè)中的叉車堆場作業(yè)轉(zhuǎn)型為傳送分揀作業(yè)，大大提高了堆場人工揀選作業(yè)效率，加快了港口與鐵路、堆場和物流基地之間的流轉(zhuǎn)傳送速度。

表2 3種集裝箱運(yùn)輸方式的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

然而，考慮到智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)投資是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，有最小規(guī)模的制約，對于單一的點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)輸方式而言，采用該系統(tǒng)顯然并不經(jīng)濟(jì)。因此，在綜合評估空間布局和動車?yán)眯艿幕A(chǔ)上，總體上更要注重對投資績效的評估。該系統(tǒng)較為適合年集裝箱運(yùn)力大于200萬TEU的港口群應(yīng)用。

3 案例分析

以寧波舟山港為例，對其選用智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)可分析。寧波舟山港2021年的貨物吞吐量達(dá)到了12億t，集裝箱吞吐量在2 900萬TEU以上，其中，水水中轉(zhuǎn)占35%，海鐵聯(lián)運(yùn)占4%，與腹地相連接的“無水港”(直接可水運(yùn)報(bào)關(guān)的物流園區(qū))有30個(gè)。隨著物流業(yè)的不斷發(fā)展，港口、堆場和鐵路之間的貨物轉(zhuǎn)撥出現(xiàn)了擁堵現(xiàn)象，既影響集疏運(yùn)效率，又影響港口碼頭的作業(yè)效率。根據(jù)規(guī)劃，寧波港集裝箱年吞吐量在“十四五”時(shí)期還將新增5%。因此，寧波舟山港計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化功能布局，考慮在港口、鐵路、公路和水水中轉(zhuǎn)等方式上推進(jìn)無縫鏈接，解決集裝箱碼頭的運(yùn)輸方式接駁“碎片化”問題，突破與鐵路聯(lián)運(yùn)的“最后一公里”瓶頸，解決聯(lián)運(yùn)樞紐集疏運(yùn)通道不暢等關(guān)鍵問題。

寧波舟山港提出采用智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)，希望在現(xiàn)有的空間平面布局下改變大部分原有的作業(yè)流程，用智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)逐步替代原系統(tǒng)，建立新的集疏運(yùn)多式聯(lián)運(yùn)接駁方式，形成立體高效的集疏運(yùn)多式聯(lián)運(yùn)接駁系統(tǒng)。由于智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)采用的是懸掛空軌，既能橫向并列拓展雙軌和四軌，又能縱向拓展，建立雙層。此外，采用該系統(tǒng)不僅能大大減少對土地面積的占用，而且能更高效地從空中實(shí)現(xiàn)港口與鐵路、堆場和物流基地之間的接駁。圖4為現(xiàn)寧波舟山港作業(yè)流程；圖5為改造后的寧波舟山港懸掛空軌作業(yè)流程。

圖4 現(xiàn)寧波舟山港作業(yè)流程

圖5 改造后的寧波舟山港懸掛空軌作業(yè)流程

以寧波舟山港所屬的寧波港群為首期建設(shè)目標(biāo)，其共有5個(gè)集裝箱港區(qū)，生產(chǎn)性泊位190余個(gè)，前方堆場的空間布局普遍缺乏分揀功能，通過大力發(fā)展后方堆場來彌補(bǔ)，嚴(yán)重缺乏有效的資源整合和高效的物流聯(lián)運(yùn)作業(yè)方式。隨著信息化的普及和5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，引進(jìn)先進(jìn)的集疏運(yùn)系統(tǒng)成為了寧波舟山港建設(shè)智慧港口的重要舉措。

從財(cái)務(wù)和經(jīng)濟(jì)效益的角度測算，首期工程覆蓋區(qū)域軌道長約70 km(不含無水港)，空軌調(diào)用集裝箱每年約為1 500萬TEU，工程靜態(tài)投資約需80億元，其中動車組500輛(原集裝箱卡車約4 500輛)；運(yùn)營收入按靜態(tài)計(jì)算約為600元/箱，成本約為300元/箱；項(xiàng)目全部投資的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率(Economic Internal Rate of Retum, EIRR)為56.3%，投資回收期預(yù)估為3 a，不足10 a。敏感性分析結(jié)果表明，該項(xiàng)目的抗風(fēng)險(xiǎn)能力較強(qiáng)，適宜聯(lián)合投資和社會資本投資。

4 結(jié) 語

智慧空軌技術(shù)與港口業(yè)務(wù)有機(jī)融合，為在“新基建”背景下實(shí)現(xiàn)集裝箱港口運(yùn)輸智慧化運(yùn)營，使不同運(yùn)輸方式有機(jī)聯(lián)系起來開辟了新的空間，打通了集裝箱運(yùn)輸港、船、站、場間的“最后一公里”，構(gòu)建了立體的智慧綠色港口集疏運(yùn)模式，推動了港區(qū)立體互聯(lián)交通突破升級，同時(shí)使不同的運(yùn)輸方式發(fā)揮其作用，進(jìn)一步提高了港口物流運(yùn)輸效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

為發(fā)揮多式聯(lián)運(yùn)的優(yōu)勢，推動物流智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，需要系統(tǒng)地規(guī)劃原有堆場的智慧化分揀模式，并銜接高效的智慧空軌集疏運(yùn)系統(tǒng)，從而有效實(shí)現(xiàn)對海運(yùn)港口的智慧化升級改造，賦予港口群“新基建”的核心內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)新一代智慧港口群的多式聯(lián)運(yùn)創(chuàng)新發(fā)展。