粤西砂石骨料海铁联运陆港运输组织方案探讨

Discussion on the Transport Organization Scheme of Sand and Aggregate Intermodal by Sea and Rail at Dry Port in Western Guangdong

摘要

粤西地区拥有良好的建筑用花岗岩矿产资源禀赋，结合地区交通状况，发挥海铁联运优势，花岗岩砂石骨料通过铁路运至港口装船。采用底开门漏斗车运输砂石骨料，上游矿区建设集装站设环形装车线及散料快速装车系统，开行矿区至港湾站的循环固定车底直达列车，港口建设港湾站设贯通式砂石骨料卸车线，合理匹配底开门漏斗车与卸料槽的适应性。研究集装站装车作业方式和车站布置形式，确定铁路装车作业流程，通过分析港湾站运输组织方案和卸车作业流程，选择一站两场纵列式港湾站布置形式，按照海铁联运产业政策，结合供应链环节中铁路系统、港口系统和海运及装船系统多要素比选得出推荐意见，为采矿业企业的砂石骨料陆港运输提供智能高效、绿色环保的解决方案。

Abstract

Well endowed with granite mineral resources for construction, western Guangdong, combined with the regional traffic conditions, will bring into play the advantages of sea-rail transportation, by transporting granite aggregate to the port by railway for shipment. Sand and gravel aggregates will be transported by hopper cars with bottom door, with a circular loading line and a fast loading system for bulk materials to be set up at the container station in the upstream mining area. A direct train with circulating fixed undercarriage from mining area to harbor station will be in operation, with a through-type aggregate unloading line to be set up at harbor station for port construction to reasonably match the adaptability of bottom open hopper car and unloading chute. The loading operation mode and station layout of container station were studied to set the railway loading operation flow. Through analyzing the transportation organization scheme and unloading operation flow of harbor station, the "one station with two yards" tandem layout of harbor station was selected. Based on the industrial policy of sea-rail intermodal transport, the recommendations were concluded through the comparison among railway system, port system and shipping & loading system in the supply chain, providing intelligent, efficient and environmentally friendly solutions for the mining enterprises' transportation of sand and gravel aggregates.

Graphical abstract

关键词

海铁联运 / 港湾站 / 固定车底 / 直达列车 / 运输组织

Key words

Sea-rail Intermodal Transport / Harbour Station / Fixed Undercarriage / Direct Train / Transport Organization

0　引言

目前国内砂石骨料生产与需求区域空间分布不匹配，随着国家更严格的环保政策实施，经济发达地区需求集聚效应愈发明显，粤港澳大湾区建筑用砂石骨料大部分从外地输入，建筑用砂石骨料相对于煤炭、金属矿石等大宗散堆货物，产品附加值低、可替代产品广泛，市场端对产品价格极端敏感，随着产业政策调整，价格波动较大，鉴于建筑用砂石骨料产业特点，砂石骨料不建议长期堆存仓储，供给侧应确保足够产能冗余度，尤其在矿区产能和铁路运能环节预留一定提升空间，结合市场需求，随时调整产能，保证产品供给的时效性，同时，在产品目标市场端或海铁联运集散地^[1-3]，充分利用低租金荒地、闲置地和远期规划用地建设砂石骨料绿色物流中心。虽然砂石骨料采矿业和铁路运输业均为传统产业，但通过设备及技术创新赋能，可以实现砂石骨料全过程封闭式流通^[4-5]，能够构建环境友好型的铁路物流体系，为传统产业提质增效、绿色低碳^[6]、创新发展提供技术支撑。

粤西阳春轮岗及七星岭矿区和阳江港均位于广东省阳江市境内，既有阳阳铁路(阳春—阳江港)自北向南分别连接矿区与港口。粤西阳春市域范围内拥有良好的建筑用花岗岩矿产资源禀赋，通过阳阳铁路运至阳江港装船，具有典型的海铁联运优势。结合阳江港海陵湾港区铁路前期研究成果，采用底开门漏斗车运输砂石骨料^[7-8]，研究开行循环固定车底直达列车运输组织方案^[9]，能够充分发挥“大运量、高连续性、高可靠性、绿色低碳”的铁路运输优势^[6]。

1　粤西砂石骨料运输场站设备概述

1.1　轮岗和七星岭矿区概况

轮岗矿区位于广东省阳春市城区正南方向，矿区面积3.26 km²，开采矿种为建筑用花岗岩矿，可采砂石骨料6.68 亿t，生产规模为1 200 m³/a (3 240 万t/a)，政府正在积极推进与央企合作建设工作。七星岭矿区毗邻轮岗矿区北缘，矿区面积3.46 km²，政府拟作为第二期矿地统筹“净矿”出让。轮岗矿区西侧近邻阳阳铁路，企业拟在罗阳高速公路西侧设轮岗专用铁路集装站^[10-11]，且接入阳阳铁路岗美站，集中装运轮岗矿区砂石骨料经阳阳铁路运至阳江港^[11]。

1.2　阳阳铁路概况

阳阳铁路2004年6月开通运营，线路北起广茂铁路(广州—茂名)的阳春站，向南经岗美镇、双捷镇、白沙圩至阳江港站，全长64.30 km。阳阳铁路是阳江市交通投资集团有限公司负责运营的单线内燃货运铁路，既有阳阳铁路设车站5个(含接轨站)，其中阳春站为接轨站，双捷站为会让站，岗美站、阳江站为办理货运作业的中间站。研究年度内随着粤西阳春建筑用花岗岩矿开采工程实施，阳阳铁路正在开展扩能改造可行性研究工作。

1.3　阳江港概况

阳江港位于广东省阳江市，毗邻粤港澳大湾区，目前，已投入使用的吉树作业区主要承担煤炭、矿石等大宗散杂货物运输，兼顾集装箱运输。阳江港通过阳阳铁路接轨于国铁系统，具备完善的“海铁联运^[1]”功能优势。

2020年阳江港完成货物吞吐量3 350 万t，近10年阳江港货物吞吐量年均增长15.4%，阳江港主要办理的货物品类为金属矿石、煤炭及制品等散杂货以及钢铁类货物。阳江港货物吞吐量趋势图及货物品类结构图如图1所示。

阳江港新建港湾站上行方向以进口金属矿石、煤炭为主，下行方向以花岗岩、钢铁为主。研究在吉树作业区新建港湾站，承担轮岗矿区砂石骨料铁路卸车作业，砂石骨料装船运往大湾区，同时兼顾进口金属矿石和煤炭等其他货物装车作业。铁路港湾站装卸货物品名及流向表如表1所示。

根据表1，研究年度内确保完成砂石骨料3 000万t/a运量，港湾站卸车数1 409辆/d，企业自备底开门漏斗车^[7]在轮岗专用集装站装车后，组织直达港湾站的循环固定车底直达列车，直达列车牵引质量为4 500 t (其他货物列车牵引质量为3 500 t)。

1.4　铁路底开门漏斗车应用及卸料槽布置概况

近年我国地方准轨铁路已开始运行KM70型底开门漏斗车^[7-8]，该型号车辆主要运用于固定编组、定点装卸、循环使用的煤炭、矿石等散装货物的工业企业专用线或支线铁路。卸料槽位于铁路卸车线正下方，底开门漏斗车通过卸料槽时，碰撞式快速卸货底门开闭机构自动工作^[12]，货物自溜至卸料槽完成卸车，卸料槽底部安装输送皮带，将货物转运至堆场。

结合项目实际情况，根据港湾站卸车量，将KM70型车卸料时间设定为40 s，走行速度3 km/h，卸料槽长度60 m，皮带机宽度2.0 m，皮带机速度4.5 m/s，铁路卸车能力理论计算值6 300 t/h，皮带机输送能力理论计算值6 400 t/h，实现铁路卸车能力与皮带机输送能力相匹配。

2　海铁联运陆港运输方案

随着轮岗矿区砂石骨料经阳江港海运通道打通，阳江港将会成为粤西地区砂石骨料集散地，目前多家物流企业正在开展海铁联运前期工作，阳江市交通投资集团有限公司正在加紧建设吉树作业区13#—15#码头，配套建设海陵湾港区铁路专用线已开展前期工作，新建吉树站承担大宗杂散货物的集疏运任务^[13]。轮岗矿区砂石骨料到达吉树站装船，铁路开行的直达列车一个完整作业循环包括集装站装车作业、重列列检作业、下行重列在途运行、到达港湾站卸车作业、空列列检作业、上行空列在途运行、到达集装站待装。直达列车铁路运输距离49.5 km，阳阳铁路扩能改造后，通过铺画运行图，开行循环固定车底直达列车运行时间为85.5 min，该项时间为列车在途单程运行时间，其他作业时分均为列车在站作业时间，列车在站作业包括5项固定作业(接车、调车、装车或卸车、技术列检、发车)，通常列车接发车和技术列检时间相对确定，列车在站内调车和装(卸)车作业与运输组织息息相关。结合项目的运输特点，按照矿区总图规划和阳江港港区总图规划实际情况，研究集装站至港湾站间开行直达列车运输组织方案，来减少站内调车作业，压缩装(卸)车作业时间，提高海铁联运陆港运输效率。

新建吉树站为服务散杂码头(13#、14#、15#)作业区的港湾站，砂石骨料卸车量占港湾站作业量75%，港湾站铁路年卸车能力与年作业天数、日有效工作时间、卸车效率、卸车系统正常工况系数、辅助作业时间影响系数和铁路到站不均衡系数因素有关，卸车系统年作业天数(考虑台风、内涝及海潮因素)取值300 d，日有效工作时间取值21 h，底开门漏斗车卸车效率取值6 300 t/h，卸车系统正常工况系数取值0.9，辅助作业时间影响系数取值0.6，铁路车辆到站不均衡系数取值1.2，通常一条卸车线配底开门卸料槽卸车能力为1 786万t/a，两条卸车线配底开门卸料槽卸车能力为3 572万t/a。经检算，吉树站砂石骨料卸车线设计2套一线一槽配一条皮带机输送系统，铁路卸车能力与皮带机输送能力为3 572万t/a，大于砂石骨料3 000万t/a运量，满足港湾站运输需求。进一步分析海铁联运陆港运输环节的铁路系统、港口系统、海运及装船系统相互协作及适应性，优化港湾站运输组织方案，选择合理站型布置型式，促进铁路与海运企业的同频协作，降低砂石骨料供应链物流成本，提升经营企业竞争力。

2.1　轮岗集装站装车作业概况

轮岗集装站为砂石骨料装车站，发送货物品类单一，列车在站固定作业简单，通过运用先进的散料快速装车筒仓系统^[14]，提高装车效率，压缩装车时间，在保证乘务人员不操劳的情况下，优化车站作业细则，合理调度，本务机车担当站内装车调车作业。

根据装车站作业需求，结合轮岗矿区砂石骨料加工、堆储场地选址，确定集装站采用2套散装砂石骨料快速装车筒仓系统^[14]。新建铁路专用线从岗美站对左侧引出，向北1.8 km设轮岗集装站，集装站设2条装车环线^[14]。

轮岗集装站循环固定车底整列装车站型布置示意图如图2所示，集装站设到发线5条，下行重车到发线有效长850 m，集装站正线从站对左侧引入岗美站，铁路专用线上行线与阳阳二线贯通，改建车站两端咽喉，站房对侧增建3条到发线。

轮岗集装站循环固定车底整列装车作业流程如图3所示，本务机车牵引循环车底卸空车，经岗美站正线不停站，接入集装站空车线(Ⅰ，Ⅱ道)及装车线1，2快速装车点前(调车信号机)。机车牵引底开门漏斗车KM70 (48辆/列)按1~1.5 km/h匀速前行，配合快装系统装车，空车走行速度与快装系统相匹配，通常装车时间40 min/列。装完重列接入集装站发车线(3，4，5道)，进行技术作业20~25 min，技检结束开放发车进路，下行重列发车。前序空列开始装车作业后，后续空列即办理接车作业进路，在集装站空车线(Ⅰ，Ⅱ道)及装车线1，2调车信号机前等待。下行重列经岗美站正线不停站，至阳江港吉树站(卸车站)。结合阳阳铁路沿线机务车辆设备设施生产力布点，阳江港站办理上行空车技检和扣修车作业，同时办理本务机车日常整备作业。

2.2　铁路港湾站运输组织方案研究

港湾站到发列车尽量减少在站调车作业，通过压缩卸车和技术列检作业时间，来提高港湾站运输效率，采用车辆与卸料槽匹配性分析结果，按照“大运量、高连续性^[15]、高可靠性、绿色低碳”原则，在海铁联运港湾站初期选址阶段，先期分析港湾站运输组织方案和站型布置形式。

2.2.1　港湾站运输组织概况

为实现海铁联运砂石骨料3 000万t/a运量装船海运需求，开行装车地直达港湾站卸车(下行)的循环固定车底列车，同时，上岸金属矿石及煤炭采用路用C₆₄或C₇₀敞车45~50辆/列编组，开行港湾站至企业厂站卸车(上行)的区段和摘挂列车。重点研究砂石骨料开行循环固定车底直达列车在港湾站卸车作业流程，其他货物区段列车和摘挂列车作业不做深入研究。结合循环固定车底直达列车整列卸车作业流程，港湾站按一站两场纵列式站型布置形式进行规划。

2.2.2　循环固定车底整列卸车运输组织方案

港湾站循环固定车底整列卸车作业流程如图4所示。

结合KM70车型在海铁联运砂石骨料中的应用，缩短列车在站停留时间，满足铁路KM70车型卸车系统与皮带输送系统适配性的前提下，减少车站固定作业(接车作业、卸车作业、技术作业、发车作业)时间，提高港湾站作业效率。海铁联运卸车站无需进行解体、编组、车辆集结和卸车点取送调车作业，相对于通用翻车机卸车，港湾站铁路作业效率可提高1倍及以上，大大压缩车辆在站停留时间，同时，砂石骨料卸车利用自重卸入料槽，相对于通用翻车机^[15]卸车系统，可降低运营能耗，经测算，港湾站完成卸车3 000万t/a运量，每年可节约1 000余万元电费。开行循环固定车底直达列车，能够实现散杂货物全封闭运输，具有环境友好、节能环保、使用成本较低、卸车效率高的显著特点。

结合循环固定车底整列卸车运输组织方案，港湾站布置按照形式简洁、作业顺畅、分工明确的设计原则，可大幅减少调车作业环节，压缩卸车和技术列检作业时间，达到“大运量、高连续性^[15]”的效果，吉树站按一站两场纵列式布置形式设计，I场及II场间设贯通式底开门漏斗车卸车系统和定量快速装车系统，港湾站与金港大道间预留花岗岩砂石散货堆料场，站房同侧预留煤炭和金属矿石堆料场。循环固定车底整列卸车运输组织方案及站型布置示意图如图5所示。

2.2.2　港湾站运输组织方案

海铁联运是运用跨行业专业知识和现代化信息技术，根据目标市场需求，为客户提供专业物流链服务，将多式联运相关环节衔接起来，具有提高企业效益、保障运输安全的优势，可以为客户制定个性化解决方案，最终实现砂石骨料产业运营商共赢。海铁联运目标在于通过设备技术创新赋能，构建环境友好型物流体系，为传统产业提质增效、绿色低碳、创新发展，提供高效、环保解决方案。

根据铁路、港口和海运行业特点，结合海铁联运产业相关政策，匹配港湾站规划布置形式，按照供应链环节项目分类，综合分析海铁联运港湾站循环固定车底整列卸车运输组织方案，提出以下建议。

（1）铁路系统。铁路接发列车作业径路和卸车系统连续性是影响车站作业效率的重要因素，列车作业径路宜顺直，减少列车“之”字走行，同时，列车弹性开行方案和站区运营管理是控制运营费用重要指标，宜选择高效灵活方案。港湾站濒临海域，运营期内会遇到台风、内涝及海潮等不可抗拒因素，不可避免影响铁路日常设备设施作业，设计中应预留一定的冗余度。在港区道路规划中，考虑码头作业区与港湾站短倒运输便捷，应充分利用稀缺的陆域面积。港湾站调车作业量和货运定员人数是衡量铁路运输系统效率的重要指标，优选调车作业强度低和定员人数少的方案。结合海控线和港区规划，在满足日常运营的前提下，建设港湾站尽量降低工程初期投资。列车固定作业时间包括4项作业(接车、卸车、技术列检、发车)时间，一般取值65 min，按照列车流水线作业特点，有效降低调车作业量^[3]，提高港湾站运输效率。

（2）港口系统。港口陆域面积具有相对稀缺性，办理散杂货物的港口码头作业区需应对不可抗拒的自然因素，应充分预留堆场面积，且要集约化利用。海铁联运信息化系统和港口堆存系统是保障港口企业经营效益的重要因素，运用信息化手段提前预判到港船型吨位，充分挖掘铁路卸车能力冗余度，最优匹配铁路运输组织，实现铁路港口连续作业，尽量减少货物落地比例。整列卸车具有连续性，可有效提升砂石骨料品种分类装船效率，灵活使用泊位资源，能够实现货物不落地堆存，提升直接装船效率，有效降低港口堆存及输送系统工程投资。

（3）海运及装船系统。海铁联运砂石骨料，可有效降低运输成本，提升产品市场竞争力，采用大吨位船舶运输，可进一步降低海运成本。开行循环固定车底直达列车，实现“大运量、高连续性^[15]”整列卸车，提升到港大吨位船舶适配性，降低船舶排压仓水及辅助作业时间，提高装船机移仓补仓效率，有效减少船舶平均待港时间。

铁路循环固定车底运输组织方案推荐意见表如表2所示。

综上分析，粤西轮岗矿区至阳江港间开行循环固定车底直达列车，海铁联运砂石骨料，港湾站采用一站两场纵列式整列卸车方案，优势明显，推荐适用于建设项目。目前，阳江港吉树作业区铁路项目正在稳步推进，建设单位牵头多家相关企业，开展砂石骨料市场调研评估、铁路底开门车辆试制定型、港区装船系统匹配工作，打造一条便捷通畅的粤西海铁联运通道，为砂石外运提供可靠的运力保障。建设项目能够优化地方经济环境，促进区域社会发展，降低供应链运输成本^[16]，增强产品市场竞争能力，提高企业经济效益，目前项目可行性研究报告已通过行业审查。

3　结束语

我国工业化和城镇化仍是今后十年发展趋势，砂石骨料生产与需求依然强劲，充分发挥海铁联运优势，可大幅降低矿产资源开发企业供应链物流成本。结合项目区域交通状况，综合考虑企业供应链上游装车站、下游卸车站和港湾站站型布置，在研究开行固定车底直达列车海铁联运砂石骨料项目中至关重要。目前我国铁路车辆制造行业技术优势明显，结合具体项目设计制造专用车辆，赋能传统产业创新发展，提供先进的货车车辆，尤其是底开门漏斗车运输砂石骨料，具有卸车效率高、运营费用低和维护成本低的优势，受到地方自营铁路运输企业的青睐。探讨粤西砂石骨料海铁联运陆港运输组织方案，分析上游装车方式、集装站布置形式、装车作业流程，研究下游港湾站运输组织方案、卸车作业流程、选择港湾站布置形式，提升铁路系统、港口系统和海运及装船系统的匹配性，为建设大湾区砂石骨料绿色物流中心积累技术储备。

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基金资助

中铁第一勘察设计院集团有限公司科研项目(院科KY23-B004)