基于不同运输模式的高铁货运技术参数研究

张 超,李 奇,贺政纲

(1.西南交通大学交通运输与物流学院, 成都 610031； 2.中铁物贸集团有限公司成都分公司, 成都 610031； 3.中铁第四勘察设计院集团有限公司物流规划研究所, 武汉 430063)

1 概述

截止2018年年底，我国高速铁路运营里程已经突破2.9万km，建成了世界上规模最大的高速铁路网。2016年国家发布了《中长期铁路网规划》，到2025年我国高速铁路路网规模将达到3.8万km，并且指出未来我国高铁不仅仅是客运网络，也将成为承担一定货运功能的快捷通道[1]。随着电子商务的迅猛发展，“时效性强、价值高”的快捷货物运输需求日渐增多，在国家供给侧结构性改革、降本增效和铁路货改持续推进的发展环境下，利用高铁开展快捷货物运输成为了当前物流业的研究热点。

国内外学者针对高铁开展货运进行了多方面的研究。吴云云[2]、林仲洪等[3]、张钰梅[4]、董恺凌等[5]研究了国外高铁货运的发展现状，并从环境、技术和经济三个角度对我国开展高铁货运的环境条件及可行性进行分析。文献[6-12]对我国高铁货运的市场需求进行了分析与预测，并设计了高铁货运系列产品。文献[13-16]研究了我国高铁货运的运输组织模式，并从铁路运营管理部门的角度出发，构建了以运营成本最小化的高铁货运运输资源优化配置方案模型。

现有研究多集中在高铁货运市场需求分析、高铁货运产品设计、高铁货运运输组织模式以及高铁货运运力资源优化方面，而没有专门对高铁货运载运能力、运营成本以及开行条件的研究成果。因此，本研究在总结我国高铁货运不同运输组织模式的基础上，对每种模式的载运能力、运营成本构成以及开行条件等技术参数进行研究，并分析了每种运输模式的优劣势及适用性。

2 高铁货物运输模式分析

高铁货物运输模式是指货物通过高速铁路运输所采取的运输组织方式和列车形式[14]。综合我国当前高铁快运运输模式，考虑未来高铁货物运输发展方向和现代物流服务理念，我国高铁货运在发展中可选择的开行模式有以下4种(后文将4种模式依次简称为专列模式、确认车模式、共运模式以及共编模式)，如表1所示。

表1 高铁货物运输模式介绍

对高铁货运4种模式的技术参数进行研究，有助于铁路部门合理安排运力资源、提高经营效益。高铁货运的技术参数主要有载运能力、运营成本和开行条件参数。

2.1 高铁货运运营成本与客运运营成本换算

高铁货物运输运营成本与客运运营成本有一定的关联性，在考虑客货运运营成本之间相似性和独特性的基础上，采用客货运成本换算方法核算高铁货运运营成本。高铁客货运成本换算可分为五类[17]，如表2所示。

表2 高铁客货运成本换算分类

根据武汉铁路局调研数据和文献[17]的高铁客运作业单位成本表，可知高铁客运成本由固定成本和变动成本构成。考虑高铁货运特性，高铁货运成本划分为固定成本、变动成本Ⅰ、变动成本Ⅱ，固定成本表示与载货量和运距无关，变动成本Ⅰ表示与运距无关、与载货量有关，变动成本Ⅱ表示与载货量无关、与运距有关。结合高铁客运成本换算表，高铁货运运营成本构成及转换结果如表3所示。

借鉴高铁客运总成本计算方法，综合上述分析，高铁货运不同运输模式的总成本计算可表示为

(1)

2.2 高铁货运专列模式技术参数研究

2.2.1 载货能力

根据调研，中车唐山机车车辆有限公司正在进行货运动车组研发，新开发的动车组采用8辆编组，全车额定载重120 t，净载货容积850 m3。

2.2.2 运营成本

专列模式下的货物运输完全独立于高铁客运业务，结合两者的相似性与独立性，根据表3，可以计算出专列模式下的货物运输运营成本如表4所示。

表3 高铁货运运营成本构成及转换

表4 专列模式运营成本换算

当专列模式的载货量以120 t计算，结合表4的数据和式(1)，则在载货量为Q、运行距离为L时，专列模式的货物运输运营成本为

(2)

2.2.3 开行条件参数

专列模式运营收入按照铁路部门与快递企业战略合作方式计算，通过对顺丰调研，铁路部门收取的战略合作费用为2.14元/(t·km)。高速列车的平均旅行速度约为250 km/h，则专列模式下基于不同运距的盈亏平衡载货率计算结果如图1所示。

从图1可以看出，运距500，1 000，1 500，2 000 km的盈亏平衡载货率分别为75%，67%，65%，63%。为了使专列模式具备一定的盈利能力，不同运距范围高铁货运专列模式开行满足条件如表5所示。

图1 专列模式下不同运距的盈亏平衡载货率

表5 高铁货运专列模式开行条件

2.3 高铁确认车模式技术参数研究

2.3.1 载货能力

(1)理论载货量计算

高铁确认车与平常运营的高铁列车在车型上基本一致，因此高铁确认车的载运能力可按照高铁客运动车组计算。通过文献[18]中的空车编组质量和定员荷载质量进行计算，可以得出确认车模式的平均理论载货量为63.24 t。

(2)体积质量检验

确认车模式下货物主要存放在座椅间区域、大件行李存放处以及行李架等区域，以CRH3C动车组的中间车为例，座椅间区域容积为25.469 m3、大件行李存放区容积为5.778 m3，行李架容积为4.244 m3，车厢可用容积总计35.491 m3[19]。由于确认车模式下货物主要装在中间车，因此可将列车的两节头车按一节中间车计算装货体积，则确认车模式的装载容积为248.437 m3。

根据调研了解到，高铁确认车主要运输电商快递件，电商快递件的电商件重抛比约为9 m3/t。则确认车模式下体积质量检查如表6表示。

表6 确认车模式下体积质量检查

由表6可知，8辆编组的确认车模式的载质量可按27.61 t计算。

(3)单价尺寸

通过对广铁集团调研可知，高铁确认车对单件货物质量要求不超过25 kg，尺寸要求长、宽、高分别不超过57，57，35 cm，三边之和小于150 cm。

2.3.2 运营成本

由于确认车模式下的货物运输是在共享确认车的运输资源下运行的，利用了确认车的闲置资源，因此确认车模式的运营成本与高铁客运运营成本有差异，甚至与专列模式的运营成本存在差异，由于该模式不适合集装箱运输，所以不存在掏箱拼箱作业。根据表3中的高铁货运运营成本构成及转换类别，可以计算出确认车模式下的货物运输运营成本如表7所示。

表7 确认车模式运营成本换算

由前文计算得到确认车模式载货量为27.61 t，结合表7的数据和式(1)，则在载货量为Q、运行距离为L时，确认车模式下的运营成本为

(3)

2.4 客运动车组客货共运模式技术参数研究

2.4.1 载货能力

(1)理论载货量

共运模式不移除客运设备，因此该模式的载货能力计算方法为：定员荷载质量减去空车编组质量，再减去人与行李质量，通常人与行李单位质量取80 kg[17]。通过文献[18]中的数据可以计算得到CRH系列动车组在共运模式下的平均理论载货能力为14.12 t。

(2)体积质量检验

共运模式下货物主要存放在大件行李存放处和坐席后方区域，大件行李存放区容积计为5.778 m3，双座椅宽1 015 mm、三座椅宽1 480 mm、空隙宽度400 mm，座椅高度475 mm，坐席后方容积0.474 05 m3[13]。

考虑到旅客行李存放需求，假设旅客行李占据大件行李区和坐席后方区50%的容积，则共运模式下一节车厢的货物载货容积为3.125 m3，该模式下8节编组的装载容积约为21.876 m3。则共运模式下体积质量检查如表8所示。

表8 共运模式下体积质量检查

综上可知，8辆编组的客运动车组共运模式的载质量按2.43 t计算。

(3)单价尺寸

共运模式适合小批量货物运输，货物通常放在动车组大件行李架上或座位空隙间，因此对货物尺寸也有很大限制。根据对铁路局和中铁快运调研了解到，货物若为箱体，则要求长宽高之和不超过120 cm，质量小于20 kg；货物若为袋装或包裹形状，则要求尺寸不超过30 cm×50 cm×70 cm，质量不超过25 kg。

2.4.2 运营成本

共运模式是在完全共享高铁客运资源的条件下运行的，该模式下的货物运输不但具有比较高的灵活性，而且省去了不少货运固定成本和变动成本。由于该模式不是整列发送，则车站作业成本和装卸成本可根据高铁货运专列相应成本，按照载货量的比例进行估算。根据表3，可以计算出共运模式下的货物运输运营成本如表9所示。

表9 共运模式运营成本换算

由前文计算得到共运模式载货量为2.43 t，结合表9的数据和式(1)，则在载货量为Q、运行距离为L时，高铁确认车模式下的运营成本为

(4)

2.5 客货共编动车组模式技术参数研究

2.5.1 载货能力

(1)理论载货量

共编模式的载货能力按照改造车厢的方式进行计算，为了尽量使货运作业流线不与旅客流线交叉，可以考虑将紧接头车的车厢作为货运车厢，计算其理论载货能力。该模式的载货能力计算方法为：车辆座椅质量加上其他客运设备质量，再加上人员、行李质量以及车厢富余载重。将3人座椅按56 kg，双人座椅按40 kg，其他客运设备按1.5 t，人员及行李单位质量按80 kg计算[20]。由8节编组的列车在共运模式下的平均理论载货能力为14.12 t，可粗略估算出每节车厢的富余载重为1.77 t。综上可计算出共编模式的平均理论载货能力为12.66 t。

(2)体积质量检验

共编模式是运用改造的车厢进行装货，因此车厢内空间均可作为装载容积，由于CRH系列动车中间车车厢平均体积为209.56 m3，则共编模式下体积质量检查如表10所示。

表10 共编模式下体积质量检查

由表10可知，将一辆货运车辆与客运车辆共编的共编模式的载货量可装载12.66 t货物。

(3)单价尺寸

与专列模式一样对货物尺寸没有特别限制，按照快递要求执行即可。

2.5.2 运营成本

共编模式是在共享高铁客运部分资源的条件下开行的，因此部分客运成本不计入该模式下的货运成本中，但由于共编模式需完全占用一节车厢，所以该模式下的成本构成与专列模式下的成本构成一致，区别在于作业单位由“列”变为“车”。根据表3，可以计算出共编模式下货物运输运营成本如表11所示。

表11 共编模式运营成本换算

结合表11的数据和式(1)，则当载货量为Q、运行距离为L时，共编模式下的运营成本为

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2.5.3 开行条件参数

参考专列模式的计算方法，结合共编模式的运营收入和运营成本，共编模式下不同运距的盈亏平衡载货率如图2所示。

图2 共编模式下不同运距的盈亏平衡载货率

从图2可以看出，运距500，1 000，1 500，2 000 km的盈亏平衡载货率分别为90%，80%，76%，74%。为了使共编模式具备一定的盈利能力，不同运距范围共编模式开行满足条件如表12所示。

表12 共编模式开行条件

3 不同运输模式特性研究

对不同运输模式进行特性研究的目的在于了解不同运输模式的优劣势，并通过比较不同模式的适应性，为高铁货运利益相关者在实际运营中选择合适的运输模式提供依据。

3.1 不同运输模式优劣势分析

在选择运输模式时，会综合考虑货运量、运输距离等条件，同时还会考虑运输模式本身的优劣势。结合不同运输模式下的技术参数和高铁货运实际开展情况，不同运输模式的优劣势如表13所示。

表13 不同运输模式下货运优劣势

3.2 不同运输模式适应性比较

结合不同运输模式下的技术参数和高铁货运实际开展情况，从运作条件、组织条件等方面对不同运输模式的适应性进行比较分析，具体分析如表14所示。

表14 不同运输模式的适应性比较分析

4 结论与建议

在对我国当前高铁货物运输的模式进行总结的基础上，提出了高铁货物运输模式可选择的类型有专列模式、确认车模式、共运模式、共编模式4种，并对每种运输模式的载货能力、运营成本构成以及开行条件进行研究。最后，在运输模式技术参数的基础上，对不同运输模式的优劣势和适应性进行比较分析，为运输模式的选择提供依据。通过研究得出以下结论。

(1)8辆编组的货运动车组列车理论载质量为120 t，载货容积为850 m3；考虑质量—容积双因素约束后1辆高铁确认车载货量约为27.6 t,8辆编组的共运模式的载质量约为2.43 t,一辆货运车辆与客运车辆共编模式的载货量约12.66 t。

(3)专列模式和共编模式需要在满足运输经济学效益理论条件下才能开行。以速度250 km/h的高铁列车为例，在运距为500，1 000，1 500，2 000 km时，专列模式的盈亏平衡载货率分别为75%，67%，65%，63%，共编模式的盈亏平衡载货率分别为90%，80%，76%，74%。

(4)4种高铁货运运输模式各有优劣势，并且适用条件不同，主要有以下两点：一是组织条件，高铁货运专列需要编制高铁货运专列开行方案，而其他3种模式是基于既有旅客列车运行图编制货物装卸车作业计划；二是适合运量，专列模式适合于运量比较大的条件下使用，高铁确认车和共编模式适合在运量适中条件下使用，而共运模式适合运量小的情况。