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快件空铁联运组织模式及其联运站场布局研究

目前我国高铁快运网络已覆盖全国700多个城市,设有3200多个营业机构,可实现2906个市县的“门到门”配送服务。航空快递业也始终保持着稳健的增长态势,机场货邮吞吐量从2011年1157.8万t增长至2019年1710万t,同比增长47.7%,货运方式则由以散航运输为主向全货机与散航运输相结合转变,货运骨干航线网络结构由直飞模式向枢纽化运作模式转型。在快递业务快速发展以及高铁快运网络和航空快递网络持续完善的背景下,我国正在构建国际快递市场以航空物流为主体,国内快递市场以高铁快运和航空货运相互促进的快运物流发展新格局,快件空铁联运由此正成为一种新兴的多式联运模式,为此研究快件空铁联运的运输组织模式和站场布局,对探索我国航空快件物流发展的新模式具有理论指导意义。

  1快件空铁联运的衔接模式及其运输组织

  随着高铁货运列车的下线,我国快件空铁联运将逐渐推广以航空-货运专列[1-2]的组织模式为主、实行客货共线的高速铁路运行模式。这一联运模式有利于在城市群范围内推动快件运输从卡车运输、中短途航空货运航班向高速列车运输的模式转换,进而打造以空铁联运为主体的中长距离多式联运快件物流体系[3]。从机场地区的空铁联运衔接来看,航空-货运专列组织模式需要针对货运专线段、专用的货运空铁联运站场进行规划建设,其中货运专线段是指从高速铁路客运正线分出专用货运铁路支线引入至机场货运区,通过分时开行的方式,减少客货列车相互之间的影响。高速铁路货运站场应主要考虑机场和铁路的位置关系及接驳中转作业过程中各环节衔接的便利程度,在尽量不增加基建成本的前提下,宜尽量靠近机场货运区,以实现货物的无缝衔接、作业的集中处理。根据铁路站场和机场的相对位置关系及其多式联运全作业流程设计的不同[4],机场地区的空铁联运衔接模式可以分为无缝衔接式、外部转运式及内部接驳式3种类型。

  1.1无缝衔接式空铁联运

  无缝衔接式空铁联运是指高速铁路线路引入机场货运区,并直接在货运区空侧隔离区内完成铁路运输与航空运输之间货物中转接驳作业的联合运输形式,无缝衔接的空铁联运模式图如图1所示。该模式是空、铁两种运输方式全面融合、无缝接驳的理想联运模式,整个联运过程实现“一单到底、一箱到底”,可提供“全封闭、一站式”的快件货物运输服务。考虑到机坪地面作业面积有限、机场隔离区航空安全要求高及其作业流程复杂等因素,铁路货运支线在货运区宜采用地下设站的形式。

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图1无缝衔接的空铁联运模式图

  无缝衔接式空铁联运作为一种作业流程集中在机场空侧运作的理想化模式,需要从高速货运列车、站台装卸系统、货运机坪内部传送系统等诸多方面进行整体设计,该模式适用于新建货运机场或货运区。从快件货物的传送设备及其载体来看,无缝衔接式可分为集装箱运输或散件货物运输两种方式。空铁通用的货物集装箱整件装卸和转运可通过滚轴式水平传动平台及垂直升降平台实现,即高铁货运列车停靠站台的两侧设置有兼具过磅称重功能的水平传动平台,列车每节车厢两侧车门全开启后,车内的集装箱可通过带滚轮的货运地板推至滚轴平台,滚轴装置再带动集装箱前进至指定位置,然后通过垂直升降平台直接传送到货运机坪,实现整箱拆装转运作业,反之亦然。该模式可实现列车双侧同时装车和卸车,显著提升了装卸作业效率。散件货物运输可通过快件自动传送和分拣设备实现高速货运列车与货运机坪之间直接的快速分拣及转运。无缝衔接式空铁联运节省了快件运输的周转环节,作业时间短,运行效率高。但高铁货运线路需要采用地下的形式引入机坪,且高速铁路站台要配套设置专用的快件分拣和传送系统,工程规模和投资成本均较高;另外高速铁路线路下穿机坪存在较大的施工风险和较高的运营成本,工程技术较为复杂,建设施工难度较大[5]。

  1.2外部转运式空铁联运

  外部转运式空铁联运是指先期各自独立完成货物的高速铁路运输和航空运输作业,再在机场陆侧组织联合运输的运作模式,其中航空货物的作业流程在机场货运区完成,高铁货物的作业流程在铁路货运站内完成,再使用货运卡车对联运货物进行接驳和快速集散,外部转运的空铁联运模式图如图2所示。

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图2外部转运的空铁联运模式图

  外部转运式通过机场陆侧的公路运输解决了“最后一公里”的问题,但需要在航空-公路-铁路三种交通方式之间进行两次货物中转,与其他两种模式相比增加了周转环节。该模式下的铁路站场和机场货运站相对独立作业,两者均可各自完成货物拆解、拼箱打板、仓储配载等系列作业。高铁货运站设置灵活,除了新建之外,还可利用现有的高速铁路车站和动车所进行改造,用地受限相对较少,基建成本低且易于实现。该模式不仅仅服务于空铁联运产品,也可以实现公铁、空公等其他多式联运模式,可满足于特快运输服务、快运服务和普通货运等多种货运产品设计的需求。例如由成都铁路局联合四川航空、中铁快运、顺丰速运和四川机场集团等多家企业推出的货运“空铁联运”产品即采用了该种运输组织模式。联运货物从双流机场高速铁路站卸下后完成相应的铁路物流作业,再通过货运卡车运输至机场货运站进行集货作业处理,最后货物转运至货运机坪再装机运往上海浦东国际机场[6]。外部转运模式总体上因接驳次数多、联运时间长未能充分有效地发挥空铁联运的优势。

  1.3内部接驳式空铁联运

  内部接驳接式是指将高速铁路货运支线引入机场货运区,并在机场陆空侧交接处配套建设空铁联运货站的联合运输形式,内部接驳的空铁联运模式图如图3所示,即联运的货物分别从机场货运站或高速铁路站台卸下后转运至空铁联运货站,在该货站内完成分拣、装卸、仓储、安检等一系列周转作业,最后转运至高速铁路车站或机坪再次发运。该模式下的空铁联运货站、高速铁路站台均设置在机场货运区,联运流程需要根据联运作业和运输流线统筹设计组织。

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图3内部接驳的空铁联运模式图

  空铁联运货站是内部接驳联运模式下的重要衔接节点和工作场所,其铁路和航空货物的中转作业均集中在空铁联运货站中完成,机场陆侧和空侧的隔离区分界线也设置在其内。铁路站场、机场货运区和空铁联运货站之间的转运需要拖车和升降平台进行短距离接驳,并规划专用道路进行衔接,以合理安排货运车辆进出港的运输流线,减少流程交织。以湖北鄂州花湖机场为例,规划自鄂州东站引出高铁货运铁路支线接入机场南侧的货运区,并在南货运区的陆侧公共区设置地面货运站,货运车或行李拖车通过空侧专用道路往返于铁路站场到机场转运中心或机坪之间进行接驳,以此解决“最后一公里”问题。

  1.43种模式优劣势对比分析

  机场地区的3种空铁联运衔接模式分别采用了不同的高速铁路设站形式,并各自适用于不同的货运区类型。从表1中的3种空铁联运衔接模式的优劣势对比可以看出,理想化的无缝衔接模式实施难度大,而外部转运模式的运作效率较低,相较之下内部接驳模式实用性强,联运效率相对较高。因此未来快件空铁联运应优先选择内部接驳模式为主的联合运输组织模式,并建设由高速铁路车站、机场货运区和空铁联运货站所共同构成的综合物流运输枢纽。

  表1机场地区的空铁联运衔接模式及优劣势分析

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欧阳杰供图

  2空铁联运站场的空间布局模式研究

  在内部接驳式空铁联运中,空铁联运站场的空间布局对提高联合运输周转效率、清晰划分作业流线起着至关重要的作用。根据高速铁路车站、机场和空铁联运货站的位置关系和联运作业流线的不同,空铁联运站场可以分为I型、L型和U型3种空间布局模式,分别适用于不同的空铁联运应用场景。

  2.2 I型布局模式

  I型布局模式是指空铁联运货站布置在高速铁路站台的一侧,并与高速铁路线路走向平行、与站台作业区联合布置的布局形式,I型空铁联运站场布局及作业流程示意图如图4所示。该种布局模式适用于运量较少的区域性货运枢纽机场,高速铁路在机场货运区内设站,车站形式为尽端站或通过站[7],其中通过式线路可同时兼顾航空货运和油料运输多种功能。站台宜采用“三台夹两线”的基本形式[8-9],站台长度不受限制,站台数量在未来用地充足时可向一侧平行扩展。其优势在于从高速列车卸下的货物可以直接进入货站内完成相应的物流作业,且货站内设有仓储区,可以同时处理直通和非直通货物。劣势在于其受制于机场和铁路线路的用地限制,站场规模较小,不利于远期扩建,仅可与一侧的站台作业区形成良好的道路交通联系,为此仅能处理空铁联运的货物。

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图4  I型空铁联运站场布局及作业流程示意图

  以采用I型布局模式的德国莱比锡哈雷机场为例,德国莱比锡哈雷机场的空铁联运站场分析图如图5所示,S-Bah郊区铁路线引出支线衔接机场南侧货运区,并延伸至东侧的油库区[10]。在货运区设置的铁路车站仅有站台作业区,货物卸下列车后需要使用拖车运至北侧的DHL航空货运中心内进行物流仓储作业。如果未来车站北侧的空铁联运货站建成,铁路站场卸下的货物进入货站内完成作业后便可以直接运上机坪,从而大幅度提高空铁联运的周转效率。

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图5 德国莱比锡哈雷机场的空铁联运站场分析图

  2.2  L型布局模式

  L型布局模式是指空铁联运货站设置在高速铁路站台的单侧和端部,其中端部货站内完成空铁物流作业,主要用于直通空铁联运货物的快速集散,侧边货站为站台作业区的扩展区域,该区域与仓储区域合并布置,用于非直通货物的装卸和暂存,L型空铁联运站场布局及作业流程示意图如图6所示。该种布局模式适用于新建或既有的专业性货运枢纽机场,在机场内部设置的高速铁路车站形式为尽端站,且“三台夹两线”站场可以根据实际情况向双侧扩展,以增加站台和线路的数量。但站台端部为主要的作业场地,不利于未来站台长度的扩展。其优势在于用地集约且留有未来发展的余地,站场位于货运区内,货物中转接驳的距离较短。劣势在于其站台作业区与空铁联运货站分开布置,装卸车辆要走行至站台端部才能进入到空铁联运货站内进行周转作业。端部主要作业区负荷较大,且因货站的面阔偏窄而导致货站内进出港作业流线有可能存在交织问题,需要合理划分货站内部的功能分区,优化运输流线。

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图6  L型空铁联运站场布局及作业流程示意图

  湖北鄂州花湖机场作为新建的专业性货运枢纽型机场,在规划设计时即采用了L型布局模式,湖北鄂州花湖机场空铁联运站场分析图如图7所示。其中站台作业扩展区作为整箱联运货物暂存转运的场所,从铁路车站卸下的货物经过安检互认工作直接运上货运机坪进行装机;端部的货站主要完成顺丰货物的装卸和理货工作,需要分拣的顺丰货物通过空侧的专用道路由集装箱专用车或专用拖车运至顺丰转运中心进一步作业后再装机离开;其它的公共货物或公铁联运货物从铁路站台卸下后直接通过陆侧道路转运至公共货站再进行物流作业。该机场的联运站场布局用地紧凑,能兼顾多种类型货物的需求,空陆侧界限明晰,但缺点在于端部用地有限,货物装卸负荷较大,空铁联运货物不能就地进行复杂的物流作业,还需要辗转到转运中心再次进行货物处理,增加了货物的短距离接驳环节。

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图7 湖北鄂州花湖机场空铁联运站场分析图

  2.3U型式布局模式

  U型式布局模式是指由空铁联运货运区、公铁联运货站及综合办公区三面围合高速铁路站台的布置形式,U型式空铁联运站场布局及作业流程示意图如图8所示。该种布局模式适用于综合性货运枢纽机场,高速铁路车站在机场外部或航空物流园区内设置,车站形式为尽端站,货站与机场机坪区之间存在一定的距离,需要规划建设空侧隔离区专用的货运通道进行衔接。由于站场为一次性建成,且规模较大,功能较为齐全,在前期规划设计时需要合理预测近远期空铁联运货量,确定站台的数量和装卸线长度,满足站场未来的发展需求。其优势在于用地受限相对较小,货站具备综合物流的特征,内部流线清晰,包含装卸、仓储和办公等多种功能,可以完成货物发送或运抵处理的全过程。同时该种模式还可以根据周边用地和交通条件,与机场对外路网进行有效衔接,根据不同的货运产品设计出相应的货物办理流线,以满足空铁、公铁等多种联运模式的需求。其劣势在于货站与机场机坪区之间存在一定的距离,铁路线路可能会分割机场周边地块,其线路走向和站场布局必须遵循临空经济区规划和机场总体规划。

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图8  U型式空铁联运站场布局及作业流程示意图

  U型布局模式应用的典型实例是法国巴黎戴高乐机场,服务于欧洲北部和东部的北欧高速铁路线引出支线接入戴高乐机场西北部的古森威尔地区,在物流园区内设置空铁联运站场,法国巴黎戴高乐机场空铁联运站场分析图如图9所示。该站场以铁路站台为中心,两侧对称布置8个货运仓库,其中东侧的4个货运仓库主要用于空铁联运货物的中转,仓库内分设空侧分拣仓储区域(隔离区)和陆侧分拣仓储区域(公共区),其空侧分拣仓储区域与机场FedEx货运区之间规划设置货运专用通道。另外西侧的4个货运仓库主要用于铁路站场与公路货运的中转,其场区道路与外部的主要公路RD47a、RD317进行衔接。铁路站台端部设置综合办公场所,负责国内外货物的收发货手续办理工作。整个站场功能分区明确,且机场空侧、陆侧划分清晰,铁路、航空与公路三种运输方式之间具有较好的交通联系。

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图9 法国巴黎戴高乐机场空铁联运站场分析图

  3快件空铁联运站场规划建设及其运输组织的实施举措

  3.1加快空铁联运配套基础设施的规划建设

  快件空铁联运站场是联运货物的基础作业场所和转运接驳节点,其规划建设直接影响着空铁联运的整体作业流程和运输组织。在布局联运站场时,应统筹所在区域的高速铁路线网规划和建设规划、机场总体规划及临空经济区规划等相关规划,深入研究站场和机场及周边地区之间的关系,充分论证高铁货运线路与机场的衔接方式,最终确定联运站场的具体位置。对于新建或改扩建的综合性货运枢纽机场或专业性货运枢纽机场,应优先论证高铁货运线路引入枢纽机场货运区的可行性,以实现机场与高速铁路线路直接的互联互通,再结合机场周边实际用地条件和所在地区航空货运业及快件业的发展需求,从I型、L型和U型3种站场空间布局模式遴选出合理的基本模式,最终确定联运场站的具体布局方案。综合考虑空铁联运站场和航空物流园区的一体化建设,可以在机场地区打造集物流、商贸和综合服务于一体的多式联运平台。此外,在规划建设空铁联运站场的同时,还应配套建设专用的联运物流转运和装卸设施,以便快速高效地处理航空和高速铁路的联运货物[11]。

  3.2加强空铁联运站场的规划设计标准制定及流程优化

  空铁联运站场的规划设计涉及到机场和铁路两大板块,为保证站场规划设计的技术规范性和建设可行性,应联合铁路和民航的相关部门联合出台空铁联运站场设计导则及国家设计标准。可结合《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)、《民用机场飞行区技术标准》(MH5001-2013)等相关规范要求,针对新建和已建机场的建设条件,对空铁联运站场内铁路线路的选型、建筑物高度等具体基础设施的规划建设予以规范。还可根据综合性、专业性和区域性3种类型的货运机场的运营特点,明确I型、L型和U型3种基本站场空间布局模式的适用范围和实用条件。

  空铁联运流程设计合理、简洁顺畅是保障联运作业高效顺利开展的必要条件,其中安检作为保证货运安全、提高货物流转效率的关键环节,是流程优化的重点。当下民航和铁路在货物的安检标准、安检目录和禁限物品等方面要求和规定还不一致,需要民航和铁路部门联合推进货物联运安检互认工作,共同研究制定联运安检互认的技术标准规范,清晰界定安全责任主体及其边界。结合民航和铁路现有的安检技术标准,依据安检标准“就高不就低”原则,首先推动由执行高安检标准的载运工具转运执行低安检标准的载运工具的单向快件安检互认工作,即航空货物从飞机卸下进港后可直接运送至高速铁路列车发送,全过程无需再安检;而高铁货物从列车卸下进港时需要进行航空安检后方可装机出港。

  3.3协调与优化空铁联运的运输组织

  “全货机+货运专列”的联运模式是未来空铁联运发展的主要方向,需要对两者之间的运输组织进行协调和优化。从运力适配来看,我国目前研制的高速铁路专列载重不少于110t,载货容积不少于800m3,而常见的全货机可划分为运量在100t以上的大型货机、30t左右的中型货机、15t左右的小型货机3种类型。根据高铁货运整车编组和3种类型全货机的运量,可建立起“一对一”“一对四”和“一对多”的运力适配关系。其中小型货机通常需要根据同一时间段的全货机载货量和客机腹舱载货量的配载情况,通过航班波组织多架客货机到港货物集中装卸后,再组织打板拼箱运至货运专列进行发送。

  从运行时刻安排来看,空铁联运协调时刻分为集中协调时刻和零散协调时刻2大类,且以集中协调为主。集中协调主要针对货运专列和全货机运输,根据两者的运行组织特性,协调时刻安排原则上为“白天集货,夜间运输”,以满足快递运输“次日达”“次晨达”的要求。借鉴国外的高铁货运列车开行经验,货运列车的运输时间基本为夕发朝至,集中在21:00-次日7:00,其中在00:00-4:00为维修天窗时间,在该时段内列车不能运行。我国全货机飞机的航班时刻主要集中在23:00-次日6:00,其中货机进港窗口时间为23:00-2:00,该时间段内连续安排货机进港;货机出港窗口时间为3:00-6:00,该时间段内连续安排货机出港,集中协调下的空铁联运时间组织如图10所示。货运列车和全货机的运行时刻既有交错又有重叠,需要进行航空货运航班波与铁路运行时刻协同设计,从航空至高速铁路的联运时间组织以航班时刻为主,从高速铁路至航空的联运时间组织以列车时刻为主。零散协调时刻主要是针对除夜间以外其余时刻的零星货运航班、腹舱载货运输和需要日间运输的国际货物,需要在客运铁路时刻中穿插安排货运专列,并与机场日间进出港客运航班波统筹设计,实现科学合理的时刻资源分配。

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图10  集中协调下的空铁联运时间组织图

  4结语

  对于单一的航空运输业、高速铁路运输业及快递业来说,当前我国快件空铁联运业的发展尚属于新模式、新产品和新业态,它对我国全面提升航空货运业的国际竞争力和重点拓展高铁货运业的国内通达范围和腹地深度都具有显著的推动作用。快件空铁联运业在空铁衔接方式、线路走向和空间布局等诸多方面既需要创新性的理论指导,也需要结合具体的枢纽机场及其周边的高速铁路网络积极进行实践探索,同时还要进一步加强空铁联运信息化平台的建设,最终打造体现“双高”优势、拥有中国交通品牌效应和国际联运领域引领示范作用的快件空铁联运物流体系。

  原文刊于2021年第9期《铁道运输与经济》(北大版中文核心期刊)

供稿:中国民航大学机场学院,来源:民航资源网  作者:欧阳杰,尚芮,梁旭

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