城市轨道交通线路提供货运服务的理论研究与实践案例

冯 佳 ，刘剑锋，金 奕，豆 飞，毛保华

（1. 北京交通大学城市轨道交通研究中心，北京 100044；2. 北京城建设计发展集团股份有限公司交通研究中心， 北京 100037；3. 北京市轨道交通设计研究院有限公司，北京 100068；4. 北京市地铁运营有限公司，北京 100044）

1 发展概况

目前大城市综合交通系统中存在两个主要矛盾：一是客运需求的时空不均衡性与大规模轨道交通网络可供给运能间的矛盾，二是日益增长的多样化货运需求与既有的单一城市货运系统运输产品的矛盾。一方面，早晚高峰时段客运需求强劲，部分区段满载率超过120%；另一方面，在部分郊区线路或非高峰时段等客运需求不强烈的时空节点，线路、车辆和基础设施未得到充分利用。与此同时，城市货运需求随着电子商务和物流系统的发展而快速增长，北京市快递业务量自2010 年的1.8 亿件增至2019 年的22.87 亿件，年均增速超过37%。快递类货物占总货运量的比例在15%～20%。而城市内货运服务全链条依赖于道路运输，这进一步加剧了城市拥堵与交通碳排放。有研究表明，客货运输各占交通温室气体排放量的一半左右。在严峻的碳减排形势下，有学者提出，未来城市物流的最大机遇在于公共交通和城市货运的综合服务网络设计。与此同时，日本、荷兰和美国的许多城市也推出了在非高峰时段运送货物的共享地铁倡议。

目前，利用轨道交通客运线路提供货运服务的前期研究相对较少，笔者按理论研究和实践探索两类进行综述，以期为后续研究提供参考。

2 理论研究

客货运输协同系统的系统布局及运输组织流程，可借鉴城市轨道交通及高速铁路的相关研究经验。

2.1 高速铁路

在货物运输组织方法研究中，Troche 对高铁货物运输进行了定义，确定服务高铁货运的列车开行速度应高于200 km/h，并研究了高铁货运装载、中转及车辆技术，认为高铁货运应服务于邮件和快捷货物。针对高铁网络，Cacchiani 等基于客运列车时刻表，根据货运需求增开货物列车的时刻表和运行径路进行优化。Kordnejad 建立了一个以区域铁路为基础的多式联运系统模型，通过实例研究发现，该系统可行最关键的影响因素是列车装载空间利用率和终端装卸成本。Talebian 等以单线铁路乘客旅行时间损失最小和货运需求损失最小为目标，构建客货列车时刻表的双层优化模型。Liu 等设计了先优化客运列车、再优化货运列车的分解算法，以提升模型在规模问题下的求解效率。Yu 等先提出基于列车备选集的高铁货运列车开行方案的两阶段编制模型，后提出了基于开行方案和考虑货流分担的运行图优化模型。

既有高铁客货共运模型多针对增开货物专列问题来优化列车运行路径和时刻表，这可为城市轨道交通客货共运方案提供方法借鉴。但铁路列车停站时分较长、车站仓储能力充足，制定方案时主要考虑货物运输过程，对货物装卸和车站仓储等问题考虑较少。而城市轨道交通停站时分较短，且车站用地紧张，不能直接照搬铁路客货共运技术。

2.2 低速轨道交通

由于城市地面交通拥堵加剧、尾气排放、货车驾驶劳动力短缺等多种因素，部分学者在利用城市轨道交通网络实现货物运输方面进行了探讨。Rijssenbrij等首次提出利用地铁系统的多余运能开展客货混运的观点。Kikuta 等将札幌市轨道交通系统与传统货车运输系统整合，提出了一个新的城市物流配送系统，实现了郊区到市中心货物的有效运输。Masson 等针对轨道交通开展配送的路线集货与送货问题，提出用分支价格算法解决的方案。Masson 等在分析地铁运输能力的基础上，提出利用城市地铁系统进行货运，在白天非客运高峰实施客货混运、夜间开通货运专列的想法。Ozturk 等基于既有客运列车时刻表，在两客运列车间插入一列货运列车，利用既有客运站台装卸货物，以最小化货物送达延迟时间为目标，构建混合整数优化模型。Behiri 等以巴黎铁路网为例，考虑利用既有客运车辆开展货运服务，货物采用标准化箱体为单位进行运输；以货物在起点站等待装车时间最小为时刻表优化目标，提出启发式算法来求解大规模问题。

目前部分研究分别针对货运专列和客货共载形式下的列车时刻表优化方法进行了探讨，但未进一步讨论编组、停站方案等开行方案的内容，更未涉及系统建设层面；同时，优化思路中对经济、社会效益缺乏必要考量。

2.3 研究现状

1) 从研究方法来看，既有研究中，针对轨道交通系统在给定客运需求条件下能提供给货运服务的能力未有明晰的定义，有待进一步深入研究。

2) 从理论深度来看，轨道交通客货协同运输系统的时空资源在多个维度、多个层面上受多种因素的影响，如何选取合适的研究方法刻画该系统供给层面的关键参数，是急需突破的核心问题。

3) 从优化目标来看，尽管近年来对客运轨道交通系统进行货物运输逐渐受到重视，相关研究也初见端倪，但主要集中在运营企业自身的效益层面，未能充分考虑社会效益。

4) 从决策层次来看，研究多集中在单一线路时刻表的优化层面，未进一步讨论停站方案、货场选址等线网和开行方案层级的内容，没有充分释放客运轨道交通系统的富余能力，在一定程度上限制了优化效果。

3 实证案例

从国内外研究综述及新闻报道中总结既有的轨道交通进行货运的案例，详见表1。

运输企业承担货运服务的一般合作模式及运输流程分别如图1、2 所示。

从图1 可见，各货主将货物委托给货运公司，运输公司整合各货运公司的运量后，提供货运服务。

在以轨道交通方式作为运输流程主体的情况下，可以提供两类运输服务：客货混运和客货混跑。客货混运是指利用既有客运列车的车厢空间实现货物运输，客货混跑则为在既有客运时刻表中插入货运专列。两种方式均应包括货物到达、处理，进入轨道交通系统，装车、运输、卸车，离开轨道交通系统，货物处理、配送等环节，而客货混跑由于货运量较大，开行专列前往往需要货物集结。

表1 轨道交通客运线路用于货运的案例 Table 1 Cases of the rail transit passenger line used for freight transportation

图1 运输企业提供货运服务的合作模式 Figure 1 The cooperative mode of transport enterprise for providing freight service

图2 运输流程 Figure 2 Transport process

3.1 客货混运

客货混运方式的运输组织，重点在于客货流线分离的可靠性、车厢空间利用方法的安全性，以及装卸对客运的影响程度。下面介绍日本北越快线、高铁极速达以及桃园机场捷运的运输案例。

3.1.1 北越快线

北越快线客货混载是在夜间运行的2 节车厢普通列车上进行的。由越后汤泽19:53 发至直江津21:12，直江津20:44 发至六日町21:48，共2 列，均在途中六日町—光草间搬运快递行李，停车时分确保为3 min。采用的列车、装卸过程及货物在车厢内的固定情况分别如图3(a)～(d)所示。

图3 北越快线客货混运方式[21] Figure 3 Mixed passenger and freight transport mode of North Vietnam Express

北越快线货运提前将货物集装，在列车车厢靠近车门处预留货物固定空间，在既有停站时分内实现装车、固定、货运工作人员下车的过程。

根据日本国土交通省资料显示，以往卡车运输距离为133 km。采用北越快线运送货物，可将卡车行驶距离控制在20 km 以内，减少88%的CO排放量和60%的卡车驾驶时间。

3.1.2 高铁极速达

高铁极速达服务，利用京沪高铁“复兴号”动车组车厢进行货物运输。“复兴号”动车组共有2 节可运送“极速达”产品的车厢，每节车厢内设有行包专用箱，用来盛放蓝色的快运柜，每个快运柜限重25 kg，如图4 所示。

图4 高铁极速达[20] Figure 4 High-speed railway express

货物到集散中心后，要经过安检、装包操作、配载信息处理、上站装运等环节。车站内快运队通过专设通道，利用小推车将蓝色快运柜运至站台，期间需做2 次安检，需20～30 min；货物候车，等列车到达站台后，工作人员将24 个蓝色货运柜搬至车厢货柜中，将其按照货柜位置进行摆放，整个装车过程约需十几分钟。货物到达目的车站后，需站台卸装、配载信息核对、拆包操作、分拣装卡车，再送至城市内各个配送中心。

3.1.3 桃园机场捷运

桃园机场捷运系统开行直达车和普通车两种，其中，直达车共5 节，第4 节为旅客车厢、第1 节为行李车厢。台北车站的自动托运行李系统自动化水平较高，主要过程如图5 所示。

图5 桃园机场捷运 Figure 5 MRT of Taoyuan International Airport

利用捷运系统运输行李是一种较特殊的货物运输形式，为客货混编作业，且对装卸效率要求较高。

3.1.4 混运案例特点

为了满足零散化的货运需求，3 个货运实例均采用客货混运的方式，即利用列车的某一节或几节车厢进行货物运输作业。

1) 可利用车辆基地等作为货物集散中心，既可避免对客运作业的干扰，也为货物的集结、存储以及装卸作业、解编作业，提供更充分的作业时间和空间。

2) 若无车辆段等可作为货物集散中心，就利用站台进行货物装卸作业。为了提升装卸效率，减少对客运作业的干扰，货物可采取“运装分离”方案，即利用固定型号的集装器装载货物，并用人工小推车送至站台，待列车停站后，以集装器为单位进行货物装卸。

3.2 客货混跑

客货混跑方式的运输组织重点在于货运列车货物集结与时效性、货运列车的运行速度选择、货运列车开行方案对客运列车的影响程度。下面主要介绍德国包裹城际项目(Parcel InterCity，PIC)案例。

PIC 项目南北线由DB 货运和物流服务提供商DHL 合作实现，于2000 年投入运营。货运列车运行时速140 km/h，全长700 m。

列车基于汉诺威—维尔茨堡高速铁路，分别从科恩韦斯特海姆(出发时间21:09)和慕尼黑—里姆(出发时间20:15)发至汉堡—比尔韦德(到达时间4:10)。反方向列车从汉堡—比尔韦德(出发时间20:28)开往维尔茨堡，并在那里分开。列车前部开往慕尼黑—里姆(到达时间4:25)，后部开往科恩韦斯特海姆(到达时间为3:17)。

客户对包裹城际的要求侧重于速度和高准时性。因此，选择较高速度列车可在8 h 左右完成运行，以保证对公路货运的竞争力。在前13 个月内，包裹城际准时率达96%，每年可节省约1 300 t 的CO。

列车运行时间为夜间至次日凌晨，DHL 可以最大限度地利用白天时间进行快件的收集、包装及安检；次日列车到达目的地后，经过卸载、分拣等操作，即可等待配装送货。这样的安排符合快递业“前半夜分拣，后半夜运输，次日早晨派件”的优化运作方式，如图6 所示。

图6 PIC 项目[19] Figure 6 Parcel InterCity Program

4 结语

综上所述，利用轨道交通客运线路富余能力提供货运服务的理论与实践研究方兴未艾，目前理论研究

多聚焦在客货混跑方案的优化上，实践则以服务于小批量货物的客货混运案例居多。在实证案例中，考虑到降低小批量货物运输对客运的影响，均采用提前集装、运装分离形式，并对客货流线进行分离，将对客运服务的影响降到最低。在利用车厢空间时有必要的固定设施，从而保障安全性。在有稳定、大量货物运输需求时，采用客货混跑形式；在目前客货混跑案例中，采用与客运列车速度接近的较高速度的货运专列在夜间运输，从而保障时效性。

用轨道交通客运线路进行货物运输服务，与公路货运相比，可有效降低交通碳排放，改善道路交通现状，并提高货运准时率，但货运中托运人往往具有保持原有决策不变的特性。如何宣传轨道交通货运服务产品，以降低托运人的选择惯性，值得进一步深入研究。