铁路快运集装器具发展方向与应用研究

陆 松，丁文赢，张 辉，杨露萍，李思颖

(中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081))

0 引言

近年来快运物流发展迅速，运输货物主要有电子产品、精密仪器和食品等，其对运输的质量和时效要求较高，与铁路传统的煤炭、钢铁等大宗货物运输要求区别较大。我国铁路为适应快运物流发展需求，借鉴欧美发达国家的运输经验，先后开发特快货物班列、快速货物班列、中欧快速集装箱班列、高铁快运等系列快运产品[1]。

特快货物班列主要装载行李、邮件、包裹等货物，采用XL25T行李车，最高运行速度达到 160 km/h，通过点对点直达的运输组织方式，实现固定车次、固定编组，每节车辆可装货23 t，由于车厢内未设有专用装载加固装置，暂不具备集装器具使用条件；快速货物班列主要运输对运到时限要求较高、对运输价格相对不敏感且批量较大的货物，采用P65型或PB型专用棚车，最高运行速度120 km/h，为提高与最高运行速度120 km/h公路货车竞争能力，近年来研发了时速160 km的快运棚车，快运棚车地板可进行叉车作业，适合集装器具应用；集装箱班列最高运行速度为120 km/h，其中中欧班列2020年累计开行1.24万列，运送货物113.5万TEU，单月开行数量稳定在1 000列以上；高铁快运主要运输电商、快递货物，目前采用既有客运动车组运输，已研制时速350 km的货运动车组，8辆编组装载量可达到110 t，与航空、公路快运模式相比，在运量、速度、价格、节能、安全等方面具有显著优势。快运货物快速发展及在公路、铁路、航空等多种运输方式间高质量快速转运要求，对集装器具产生大量运用需求，亟需针对我国铁路快运集装器具应用现状、发展方向、设计原则等展开研究，更好满足运输发展需要[2]。

1 我国铁路快运集装器具应用现状

1.1 铁路常用快运集装器具概况

铁路常用快运集装器具包括托盘、小型集装箱、集装袋、集装笼、集装架以及捆扎类集装化运输器具等，其中托盘和小型集装箱在铁路运输中应用 最广。

（1）托盘。托盘是物流产业中最基本的集装单元和搬运器具，作为商品与运输设备之间的一种主要媒介，其尺寸应与商品包装模数、叉车等装卸机械，以及公路、铁路、水运等运输设备相兼容。在充分考虑我国对欧美贸易、东北亚贸易和东盟贸易发展的实际需要基础上，我国选定1 200 mm×1 000 mm和 1 100 mm×1 100 mm的2种规格作为我国托盘标准，并以1 200 mm×1 000 mm为优先推荐规格。由于社会上流通使用的托盘尺寸与我国铁路棚车、敞车及集装箱尺寸均不配套，且托盘在铁路系统内流通问题一直没有得到有效解决，托盘在我国铁路运输中没能得到充分运用，全路目前托盘总数量只有67.9万只，大部分企业的托盘仅作为一种装卸用具，只能在站内做叉车的配套属具用，未参与到铁路运输过程中。

（2）小型集装箱。1974年，铁路部门设计并运用900 mm×1 300 mm×1 300 mm的1 t铁路集装箱，用于零担货物运输，到1995年，全路拥有1 t集装箱共340 000个。近年来，随着经济的发展，货运量不断增长，集装箱在铁路上的应用越来越广泛。我国铁路在ISO标准集装箱的基础上，一方面沿着集装箱大型化发展思路先后研制2 550 mm宽度的系列内陆集装箱，另一方面则发展以1.5 t小型集装箱为代表的系列小型箱[3]，有力促进我国铁路集装箱运输发展。

（3）其他集装器具。随着我国经济的发展，对食品、化工原料等散装货物的运输时效性提出更高要求，为便于这类货物的快装、快卸和快速转运，集装袋成为常用集装器具，其具有自重小、成本低、回送时不占运输工具的有效容积和载重量等特点，成为高铁快运装载快递邮件的重要包装方式。集装笼、集装捆也是集装化的重要形式之一，可用于装载自重小、对防水要求不高的货物。

1.2 存在问题分析

（1）缺乏适合铁路快运的集装器具标准。集装单元化是物流现代化的主要特征之一，集装器具已成为联结物流各个环节的重要媒介，对提高物流效率、降低物流成本起到关键作用。我国铁路车辆宽度一般在3 m左右，棚车车厢内部宽度大部分不超过 2 900 mm，国家标准《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB1589-2016)[4]规定汽车外廓尺寸最大宽度为2 550 mm，公路车宽最大限值为2 550 mm，我国铁路运输中大量运用的系列2集装箱的宽度同样为2 550 mm，ISO箱的宽度是2 438 mm， 可见铁路车辆宽度与公路车辆、集装箱等主要运输设备的尺寸相差较大，适用的集装器具规格也不相同，符合国家标准尺寸的集装化器具在铁路车辆中应用，空间利用率较低，导致我国铁路目前使用的集装器具种类繁多，尺寸不统一，组织管理困难，难以大规模使用。

（2）配套设施设备不足。集装器具装卸需要配备叉车等专门装卸设备，目前全路货场和专用线设施设备陈旧的问题突出，配置的装卸设备型号、起重能力与集装化器具规格不配套，装卸设备数量不能满足集装化作业需求，部分站台不适应集装化作业，配套设施设备不足，严重影响全路货运集装化运输 水平。

（3）集装器具多式联运技术发展滞后。多式联运已是欧美等发达国家货物运输的主要形式，我国多式联运体系发展较晚，铁路运输作为多式联运的重要一环，还需要在多式联运领域集装器具相关管理规定、技术标准、车辆载具、装卸技术等方面做出更多研究。

2 我国铁路快运集装器具发展方向分析

铁路快运集装器具主要用于装载价值高、运输时效性高的货物[5]，为确保货物运输安全，提高铁路运输效率，铁路快运集装器具尺寸应与装卸设备、公铁载运车辆相匹配，应具备一定的结构强度、刚度，适应铁路运输环境，并满足铁路装卸作业、货物承载、多层堆放等要求。同时集装器具的设计、制造、试验，还应参照集装箱的设计规范、标准，满足铁路相关标准、规范要求。因此，我国铁路快运集装器具发展方向需考虑以下几个方面。

（1）适应铁路运输条件。为确保货物运输安全，快运集装器具应具备一定的结构强度、刚度，小型集装箱类集装器具应有良好的密封性，防止因雨水浸入等产生的货损。我国地域辽阔，铁路网已覆盖全国大部分地区，各地铁路运输环境温差较大，铁路棚车内最高温度可达66℃，冬季测得最低温度-21℃[6]，运输货物的装载器具应满足在-40℃至80℃环境温度范围使用要求；快运货物具备批次多、批量少的特点[5]，单件货物总重不会太大，快运集装器具不需要设计的太大、太重，应适应现有站场常规配置的叉车等装卸设备作业能力和场站地面承载能力，总重不超过3 t，可采用新材料、新工艺以降低集装器具自重；考虑铁路棚车、公路汽车内部尺寸限制及在货场的堆码需求，小型集装箱类快运集装器具在棚车等铁路车辆以及公路汽车内可堆码2层，在货场可堆码3层，故快运集装器具的结构应满足最多3层堆码的要求；为便于回收运输，集装器具可采用便于套装叠放的结构设计，增加回空装 载率。

（2）适应铁路车辆装载及加固。目前铁路装载快运货物的车辆(载具)主要包括XL25T行李车、PB型快运棚车、P65型快运棚车、高铁确认车、集装箱以及正在研发的货运动车组、160 km/h快运棚车等。集装器具主要尺寸参数应综合考虑载运车辆尺寸结构规范、装卸设备要求及快运货物包装技术规范，有效利用既有铁路、公路等载运工具限界，同时满足多式联运要求；结构设计应确保满足在铁路现有主流货车及未来研发的车辆内部装载条件，方便在铁路车内装载及加固；设计时遵守铁路货物装载加固相关规定、公路汽车的外廓尺寸及载重国家标准要求，同时满足系列1集装箱和系列2集装箱的外部尺寸、质量要求、货物运输包装尺寸等标准、规范要求。

（3）采用标准化尺寸设计。集装器具尺寸的标准化对实现货物的快速装卸，以及整个运输系统的高效运转具有重要意义。随着物流搬运机械化和自动化程度的不断提升，物料的搬运装卸大多由机械来完成，包装的尺寸与运载工具之间的协调变得尤为重要，设计与包装尺寸相匹配的集装器具尺寸可更好利用集装器具的装载空间，使得装载更加合理，有效提高运输效率。确定包装尺寸的基础是包装模数尺寸，我国包装模数尺寸为600 mm×400 mm，集装尺寸可以从包装模数尺寸的倍数系列推导出来，托盘、集装箱等集装器具尺寸应以此模数尺寸进行标准化设计，例如国家标准托盘尺寸就是基于包装模数尺寸设计的，标准托盘尺寸与包装模数尺寸关系如图1所示。

图1 标准托盘尺寸与包装模数尺寸关系Fig.1 Relationship between standard pallet size and packaging modular size

（4）满足多式联运需求。为满足公路、海运、铁路等不同运输环节中运输载具和装卸设备转运装载要求，参与多式联运的快运集装器具结构、尺寸应在适应包装模数尺寸基础上，进行不同运输方式的兼容性设计[7]。

（5）有利于提高装载效率。为了防止转载、运输过程中颠簸、撞击造成货物损毁，货物在集装器具上应进行有效加固，集装器具的设计尺寸应与装载、运输设备地板面积合理兼容，设置合理的加固装置，可与车辆加固为一体，确保良好的装载效率，减少集装单元货物之间的缝隙及集装器具与运输设备之间的缝隙，降低加固成本。

（6）便于装卸作业。集装器具结构设计应综合考虑装卸设备载重能力、作业方式、尺寸及车门尺寸等参数，便于装卸作业。

3 我国铁路快运货物集装器具应用设计

3.1 用于快运棚车的集装器具设计

目前铁路快运棚车中，PB型快运棚车、P65型快运棚车的内部尺寸(长×宽)分别为16 770 mm× 2 854 mm，15 462 mm×2 790 mm；时速160 km快运棚车可分为塞拉门式、全侧开式2种结构，其内部尺寸分别为23 946 mm×2 850 mm，23 126 mm× 3 040 mm。内部宽度最小的P65型快运棚车的尺寸为2 790 mm，公路汽车及系列2集装箱的内部宽度尺寸均为2 400 mm左右，而ISO标准箱的内部宽度只有2 300 mm。可见，铁路现有快运棚车的内部尺寸与集装箱、公路车辆内宽尺寸相差较大，铁路货车、公路汽车、集装箱等内部尺寸如表1所示，如采用统一尺寸的集装器具，对铁路车辆装载能力浪费较大，集装器具之间较大的空隙还会产生额外的加固成本。

建议铁路快运集装器具尺寸采用2个系列并行，对只在铁路运输的集装器具，其尺寸尽量满足目前铁路车辆装载能力，按P65型快运棚车内部宽度为 2 790 mm的装载能力，考虑叉车等设备装载集装器具在车厢内作业，建议集装器具宽度不超过1 360 mm，使得宽度最小的P65型快运棚车也可以并排装载2个集装器具。

以尺寸1 360 mm×1 050 mm集装器具为例，P65棚车装载1 360 mm×1 050 mm集装器具示意图如图2所示，速度160 km/h棚车装载1 360 mm×1 050 mm 集装器具示意图如图3所示，不同棚车装载不同尺寸集装器具的装载效率如表2所示。P65型棚车每车可装载30只1 360 mm×1 050 mm集装器具，PB型棚车每车可装载32只；PB，P65型快运棚车装载 1 360 mm×1 050 mm集装器具效率，比1 200 mm× 1 000 mm集装器具效率提高约10%。时速160 km塞拉门型棚车、全侧开型棚车内每车可装载44只 1 360 mm×1 050 mm集装器具，其装载效率比 1 200 mm×1 000 mm尺寸集装器具效率提高约11%。

3.2 用于多式联运的集装器具设计

铁路运输作为多式联运的一个重要环节，为减少货物在不同运输方式之间转载时反复加固货物产生的费用，提高运输效率，建议参与公铁多式联运的集装器具宽度尺寸应适应2 550 mm宽度的汽车及《系列2集装箱分类、尺寸和额定质量》(GB/T 35201-2017)[8]规定的系列2集装箱装载要求，参照货物包装标准及国家标准托盘尺寸，采用1 200 mm× 1 000 mm尺寸，可确保铁路货车、汽车以及系列2集装箱内均可以并排装载2个1 200 mm宽度的集装器具，实现物流各个环节的有效衔接。对参与空铁联运的集装器具，由于航空运输特殊性，集装器具尺寸、外形、结构应根据航空设备的要求进行特殊设计。

表1 铁路货车、公路汽车、集装箱等内部尺寸 mmTab.1 Internal dimensions of railway wagons, trucks, and containers

图2 P65棚车装载1 360 mm×1 050 mm集装器具示意图 Fig.2 Diagram of 1 360 mm × 1 050 mm container equipment loaded on P65 boxcars

图3 速度160 km/h棚车装载1 360 mm×1 050 mm集装器具示意图 Fig.3 Diagram of 1 360 mm × 1 050 mm container equipment loaded on 160 km/h boxcars

表2 不同棚车装载集装器具的装载效率Tab.2 Loading efficiency of container equipment loaded on different boxcars

3.3 其他集装器具设计

特快货物班列采用的XL25T行李车设计时车底板不满足叉车作业要求，装卸作业以人工搬运为主，如需进行集装化作业，可设计带轮集装器，并对车厢两侧及地板进行改造，增加加固装置。

既有客运动车组可用于装载快运货物空间，包括走道、车厢连接处、大件行李存放处、行李架、座席等处，由于装载位置尺寸和高铁车站作业能力有限，无法进行机械化作业，集装器具搬运作业主要靠人工完成，总重不应超过人力作业能力，其材质及结构设计应确保不会对动车组车厢、设备造成损坏、划伤。

新研制的货运动车组需参考其车厢内部结构尺寸及装载门的设计尺寸，采用专用集装器具设计方案。

4 结束语

铁路快运货物的迅速发展，对铁路装卸作业效率、货物安全及公路、铁路、航空等不同运输方式之间的联运技术提出更高要求，集装器具作为不同运输方式之间的一种重要媒介载具，其尺寸、结构等设计，会对快运货物的运输效率带来显著影响。从适合铁路运输和多式联运等角度设计相应集装器具，以解决铁路、公路集装器具不兼容问题，充分利用铁路车辆的装载能力，也为铁路快运集装器具开发、研制、标准规范建设提供技术支撑，实现铁路快运装载效率提升，以及物流各个环节有效衔接。