港口采用智慧空轨集疏运系统的经济性分析

钱秋英， 姚建飞

(浙江交通职业技术学院 a.计划财务处；b.海运学院，杭州 311112)

0 引 言

自2019年全球新冠疫情暴发以来，世界各国的经济增速有所放缓，我国适时提出了“新基建”战略调整决策，既拉动国内经济，又吸收高技术改造原有的基础设施。在建设层面，港口新基建将成为港口企业的硬核力量，需根据运输需求和发展需求把握投资强度和针对建设项目的高技术投入。由此，为促进国内集装箱港口运输业的快速发展，推进港口与铁路、公路和水水中转等运输方式的无缝连接，解决集装箱港口运输方式接驳“碎片化”问题，突破铁路进港“最后一公里”的瓶颈，解决联运枢纽集疏运通道不畅等关键问题，可参照高铁磁电驱动、独立编组形成的智慧运行高技术，在大中型港口建立基于该技术的智慧空轨集疏运系统。以宁波舟山港为例进行分析，为解决其前方堆场的空间布局普遍缺乏分拣功能，需通过大力发展后方堆场来弥补，缺乏有效的资源整合和高效的物流联运作业方式的问题，在新的规划中参考高铁磁电驱动、独立编组技术，选用智慧空轨集疏运系统逐步替代现有的桥式集装箱叉车装卸方式，建立新的智慧接驳桥式集装箱装卸集疏运系统，实现无缝对接的集疏运多式联运接驳方式，提高港口的运输效率和经济效益。

1 系统的基本构成和优点

智慧空轨集疏运系统是一种全新的、革命性的、跨界融合的交通理念，以立体的思维构建未来港口物流的集疏运网络，参考高铁磁电驱动技术实现计算机管控和智慧运行。由于该系统是悬挂在空中的，故又称其为 “悬挂式空轨系统”。该系统主要由轨道、动车与集装箱挂运、运控、供电通信、转接、交易、场地分拣和信息调度等8个子系统组成，通过5G网络、磁电驱动和信息调度推行智慧化运行，是解决桥式集装箱装卸系统与智慧空轨集疏运系统无缝对接问题，实现集疏运多式联运接驳的创新方法。

1)轨道子系统：采用先进的连续弹性结构，转向架能高速通过道岔。轨道子系统采用全钢轻型结构，主要由墩柱、轨道梁和道岔等组成。轨道梁采用型钢拼接方案，以降低建设成本。道岔采用自主设计的钢轨弹性摆动连续方案，能实现空铁多开道岔，道岔换向动作的时延为10 s，转折更灵活、快速，正线位时车辆能全速通过，侧线位时车辆通行速度为30 km/h，动作简单，运行可靠，结构轻便。图1为一般智慧空轨集疏运系统的轨道和道岔。

图1 一般智慧空轨集疏运系统的轨道和道岔

2)动车与集装箱挂运子系统：动车采用磁电驱动，能实现5G网络覆盖下的智慧无人驾驶技术；车辆在封闭的轨道内运行，不受恶劣天气的影响，能全天候运营。车辆由转向架、集装箱装运装置和电气控制系统等3部分组成。2个全动轴布置的双轴转向架下悬挂1套集装箱装运装置。主传动系统采用直-交传动，异步电机，轴控；系统由布置在轨道梁内的第三轨供电和回流，供电电压为±1 500 V，每架装正、负和回流等3个受流装置。系统运行速度为50 km/h，最高速度为80 km/h。图2为智慧空轨集疏运系统动车部分。

图2 智慧空轨集疏运系统动车部分

3)运控子系统：按单车单箱模块化作业，集装箱运输无需组列开行，能跟随分拣速度快速实现联运，能在运控中心实现全程全网远程运控，能开放客户端应用。

4)供电通信子系统：主要为货运动车及其他配套设备提供牵引力和动力电源，由牵引变电所、供电轨道系统和牵引逆变系统等组成。系统采用正负极接触轨供电，中性轨(接地轨)回流。系统首次采用电压制式DC 3 000 V(±1 500 V)电压，采用高铁无缝接触轨系统，能有效降低靴轨磨耗，实现宽轨窄靴，可靠受流。采用全新的通信信号控制技术，能实现车-轨和车-车通信信号精确模块化控制，可自动调度、自动自主监控和自动巡航。

5)转接子系统：采用与传统集装箱装卸方式一致的顶部提升转运方式，通过在轨道梁上方架设移动式起重设备与车辆联动控制，可实现“集装箱卡车与货运空铁”“AGV集装箱运输车与货运空铁”和“铁路车板或敞车与货运空铁”之间的快速转运与无缝衔接。图3为智慧空轨集疏运转接子系统。

图3 智慧空轨集疏运转接子系统

6)交易子系统：由于集装箱船卸运的重箱和空箱需适应客户的中转需要，在卸运、分拣和陆港中转联运过程中需迅速完成交收和易主方面的信息对接，从而避免重复多次装卸集装箱；采用开放客户端应用基础上的交易子系统，能高效实现空轨集疏运的中转联运效能。

7)场地分拣子系统：对现有的码头门吊和临时堆场进行升级改造，将原有点对点式地服务于船与堆场的作业转变为单艘船与多个堆场间的分拣作业，使多艘船、多个门吊的并行作业与快速高效的智慧空轨集疏运串行作业衔接起来。

8)信息调度子系统：在智慧空轨集疏运网络中，通过信息调度将间歇作业的船运装卸占用动车高效地调度运转到其他动车线路上，从而使动车高效运行，避免动车停运带来冗余投资，实现动车投放的规模效益。

由于智慧空轨集疏运系统吸收了高铁的技术和经验，形成了新一代智慧港口物流环节的新特点，具体如下：

1)占地少，有专属路权，运输快捷；

2)有超大运能，能全天候、全时段、复线运输，适应性强；

3)环境兼容，针对复杂的地形地貌，选线自由；

4)建设速度快，可预制装配，便于机械化安装；

5)运行噪声低，维护成本低；

6)单箱作业，能高速分流；

7)采用车轨、车车交互智能通信信号控制系统；

8)能自动化“装、卸、转运”, 真正实现高效、节能、无缝衔接的多式联运。

2 系统的技术经济性分析

以中国中车股份有限公司为例，智慧空轨集疏运系统的主要技术参数见表1，其中ft为英尺，1 ft≈0.304 8 m。

表1 智慧空轨集疏运系统的主要技术参数

目前我国的集装箱码头疏港主要依托集装箱卡车开展点到点、堆场到堆场的集装箱中转。在计算集装箱运价时以箱为单位，按不同规格箱型的重箱和空箱计费。对于集装箱汽车运价的计算，交通运输部在2009年制定的规则中规定以重箱为计价基础，并分别规定了“单程重(空)箱价”“双程重箱价”“一程重(空)箱，一程空(重)箱价”和“双程空箱价”，其中：20 ft标准集装箱每箱公里运价调整为6.00元；40 ft标准集装箱每箱公里运价调整为9.00元；短途运价的箱次费标准为20 ft标准集装箱每箱次30.00元，40 ft标准集装箱每箱次46.00元。随着油价的上升，根据调研结果，目前公路集装箱运价已上调为9.50元/(TEU·km)，10～20 km范围内的堆场站之间的中转运费为110.00元/TEU。由于公路运输和铁路专线相对于悬挂空轨而言至少要多装卸1次，故仅单个20 ft标准集装箱就可节约200.00元左右装卸费用。

表2为3种集装箱运输方式的经济指标对比。从表2中可看出，智慧空轨集疏运系统无论是运价成本还是建设成本，都相对较低。关键是该系统的运控部分采用的是高铁磁电驱动技术，大大降低了人力管理成本，减少了人员疲劳可能引发的差错和无缝接驳过程中的人工操作，从而将原港口作业中的叉车堆场作业转型为传送分拣作业，大大提高了堆场人工拣选作业效率，加快了港口与铁路、堆场和物流基地之间的流转传送速度。

表2 3种集装箱运输方式的经济指标对比

然而，考虑到智慧空轨集疏运系统投资是一项系统工程，有最小规模的制约，对于单一的点对点运输方式而言，采用该系统显然并不经济。因此，在综合评估空间布局和动车利用效能的基础上，总体上更要注重对投资绩效的评估。该系统较为适合年集装箱运力大于200万TEU的港口群应用。

3 案例分析

以宁波舟山港为例，对其选用智慧空轨集疏运系统进行预可分析。宁波舟山港2021年的货物吞吐量达到了12亿t，集装箱吞吐量在2 900万TEU以上，其中，水水中转占35%，海铁联运占4%，与腹地相连接的“无水港”(直接可水运报关的物流园区)有30个。随着物流业的不断发展，港口、堆场和铁路之间的货物转拨出现了拥堵现象，既影响集疏运效率，又影响港口码头的作业效率。根据规划，宁波港集装箱年吞吐量在“十四五”时期还将新增5%。因此，宁波舟山港计划进一步优化功能布局，考虑在港口、铁路、公路和水水中转等方式上推进无缝链接，解决集装箱码头的运输方式接驳“碎片化”问题，突破与铁路联运的“最后一公里”瓶颈，解决联运枢纽集疏运通道不畅等关键问题。

宁波舟山港提出采用智慧空轨集疏运系统，希望在现有的空间平面布局下改变大部分原有的作业流程，用智慧空轨集疏运系统逐步替代原系统，建立新的集疏运多式联运接驳方式，形成立体高效的集疏运多式联运接驳系统。由于智慧空轨集疏运系统采用的是悬挂空轨，既能横向并列拓展双轨和四轨，又能纵向拓展，建立双层。此外，采用该系统不仅能大大减少对土地面积的占用，而且能更高效地从空中实现港口与铁路、堆场和物流基地之间的接驳。图4为现宁波舟山港作业流程；图5为改造后的宁波舟山港悬挂空轨作业流程。

图4 现宁波舟山港作业流程

图5 改造后的宁波舟山港悬挂空轨作业流程

以宁波舟山港所属的宁波港群为首期建设目标，其共有5个集装箱港区，生产性泊位190余个，前方堆场的空间布局普遍缺乏分拣功能，通过大力发展后方堆场来弥补，严重缺乏有效的资源整合和高效的物流联运作业方式。随着信息化的普及和5G网络的覆盖，引进先进的集疏运系统成为了宁波舟山港建设智慧港口的重要举措。

从财务和经济效益的角度测算，首期工程覆盖区域轨道长约70 km(不含无水港)，空轨调用集装箱每年约为1 500万TEU，工程静态投资约需80亿元，其中动车组500辆(原集装箱卡车约4 500辆)；运营收入按静态计算约为600元/箱，成本约为300元/箱；项目全部投资的经济内部收益率(Economic Internal Rate of Retum, EIRR)为56.3%，投资回收期预估为3 a，不足10 a。敏感性分析结果表明，该项目的抗风险能力较强，适宜联合投资和社会资本投资。

4 结 语

智慧空轨技术与港口业务有机融合，为在“新基建”背景下实现集装箱港口运输智慧化运营，使不同运输方式有机联系起来开辟了新的空间，打通了集装箱运输港、船、站、场间的“最后一公里”，构建了立体的智慧绿色港口集疏运模式，推动了港区立体互联交通突破升级，同时使不同的运输方式发挥其作用，进一步提高了港口物流运输效率和企业的经济效益。

为发挥多式联运的优势，推动物流智慧空轨集疏运系统不断创新，不断发展，需要系统地规划原有堆场的智慧化分拣模式，并衔接高效的智慧空轨集疏运系统，从而有效实现对海运港口的智慧化升级改造，赋予港口群“新基建”的核心内核，实现新一代智慧港口群的多式联运创新发展。