集装箱海铁联运港口 作业模式比较研究毕业论文
集装箱海 铁联 运港口作 业 模式比 较 研究
第1章 绪论
1.1 研究背景及研究意义 1.1.1 研究背景 多式联运将两种以上的运输方式组合成复合型一体化运输方式，其特点是一次托运、一次合同、一次单证、一次结算费用、一票到底等。多式联运的优势在于减少中间环节，缩短货运时间，降低运输成本。多式联运是实现“门到门”运输的有效途径，能最大限度发挥各种运输方式的长处，合理利用现有运输资源，减少资源浪费。发达国家已蓬勃发展数十年的多式联运，在我国却处于较低水平， 目前为止，中国多式联运的比例仍然低于2%。
在多式联运中铁路承担了主要角色。中国多式联运的问题主要是铁路，公路与水路存在的问题很小。2015年，我国铁路货运收入2312.1亿元，仅占社会运输 总费用5.8万亿的5%；而我国目前正大力投资发展的高铁甚至还没有货运班列。
2016年7月20日，国家发改委向全国印发《中长期铁路网规划》。根据《规划》，到2020年， 一批重大标志性项目建成投产，铁路网规模达到15万公里，其中高速铁路3万公里，覆盖80% 以上的大城市。到2025年，铁路网规模达到17.5万公里左右，其中高速铁路3.8万公里左右， 网络覆盖进一步扩大，路网结构更加优化，骨干作用更加显著。展望到2030年，基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖。《规划》强调要做好与其他交通方式的优化衔接，构建现代综合交通运输体系，打造一体化综合交通枢纽，完善公共信息服务平台，实现客运换乘“零距离”、物流衔接“无缝化”、运输服务“一体化”，全面提升综合交通服务水平和运输效率。
“十三五”规划提出，要完善现代综合交通运输体系，坚持网络化布局、智能化管理、一体化服务、绿色化发展，建设国内国际通道联通、区域城乡覆盖广泛、枢纽节点功能完善、运输服务一体高效的综合交通运输体系。铁路是综合交通运输体系的重要组成部分，也是国民经济发展的大动脉，到目前我国铁路密度还低于发达国家，路网布局还不够完善，尤其是中西部铁路发展不足。
随着“一带一路”倡议的推进，全球多式联运重心正向我国转移。由于中西部地区的土地和劳动力资源比较廉价，中国政府对中西部开发力度的不断加大，吸引着大量的国际资本流
向该地区，我国制造业重心也在西移，向中西部开发进程的不断加快催生了长距离货物运输的需求。但中西部地区距离沿海港口均较远，公路运输大大增加了货主的物流成本。相比之下，铁路运输具有运输能力大、单车装载量大、车速较高和受自然条件和气候的影响较小等优势，迎合了长距离运输货物的需求。此外，海洋运输适合于货物大批量、长距离运输，运费低廉，具有国际性。海洋运输与铁路运输的结合是应对全球多式联运重心转移的必然结果。海铁联运快捷便利、安全可靠、价格经济的巨大优势，能为货主节省大量运输时间和物流成本。随着海铁联运硬件和软件设施的不断完善，中西部地区出口企业对海铁联运的需求将越来越迫切。海铁联运是“一带一路”的必然产物，介于海运和空运之间的高附加值货物非常适合海铁联运方式运输。海铁联运其运输费用约相当于空运的四分之一，运输时间比海运节省20天以上。
2015年全国港口完成集装箱吞吐量预计超过2亿TEU，连续12年位居世界第一，但海铁联运的总比例不超过2%，与国际大港30%至40%的比例相差甚远。就集装箱港口的集疏运系统结构而言，海铁联运集装箱吞吐量占港口总吞吐量不足2%，水水联运约占14%，而水公联运则承担了大部分的集装箱集疏运任务，大约占比84%。集装箱港口完全或过分依赖于某一种运输方式，易造成港区后方综合运输系统的稳定性减弱，导致道路拥挤和交通堵塞，甚至影响整个城市的交通运输系统 1 。
2016年8月，交通运输部印发的《关于推进供给侧结构性改革
促进物流业“降本增效”的若干意见》提出，力争至2020年实现重点港口集装箱铁水联运比例年均增长10%。
由此可见，不论是国家政策的推进，还是社会经济、产业结构发展的需要， 集装箱铁水联运都将迎来快速发展的阶段。所以各港口、航运、物流企业应积极开展集装箱铁水联运，满足长距离货运需求持续上涨的趋势，减少货物周转次数 ，降低物流成本，优化我国集装箱港口集疏运体系。
1.1.2 研究意义
集装箱多式联运过程中要经过承运、装船（车）、运输、卸船（车）、中转、装车
（船）、运输、卸车（船）、交付等诸多环节。集装箱海铁联运港口是集装箱运输链上的重要－环，它承担了集装箱船和列车的集装箱装卸作业及集疏港作业 2 。集装箱港口装卸作业组织是集装箱海铁联运系统的重要组成部分，船舶和列车的换装作业过程是影响集装箱海铁联运效率的重要环节。
伴随着集装箱铁水联运的快速发展，提高集装箱码头装卸效率，优化集装箱
铁水联运作业模式，已经成为亟待解决的问题。补 1.2 国内外研究现状
1.2.1 集装箱海铁联运
在集装箱海铁联运系统方面，Fan L，Wilson WW等人 3 以线性规划理论为研究方法，以海铁联运总成本最小为目标函数，对美国进口集装箱海铁联运网络进行了优化；Zhang Q、Yang H等人 4 以基于DEA的改进的“雷立公式”为研究方法， 对铁路物流中心的集装箱发展水平进行了评估及研究；Brown和Hatch 5 对美国铁路多式联运服务之于美国经济的价值进行了研究，他们主张，相对于依赖公路运输的运输系统而言，铁路多式联运是一种有效的可以缓解日益增长的运输需求的替代方案；吴铁锋、朱晓宁 [1] 对我国集装箱海铁联运发展的不足、海铁联运的三种作业模式及其利弊进行了论述，阐述其制约因素并给出解决方案；岳文婷 6 对国内外集装箱铁路运输做出综述，指出我国集装箱铁水联运发展滞后的原因，并给出解决方案；武慧荣、朱晓宁等人 7 分析了集装箱海铁联运系统的构成及其子系统之间的关系，以动力系统学为研究方法，对集装箱海铁联运与腹地经济、环境、其他集疏运方式等因素见的因果反馈关系做出分析；杨岩 8 运用协同学及协同管
理理论，对集装箱海铁联运系统协同的概念进行了归纳总结，并对实现集装箱海铁联运协同发展提出建议；张雯 9 采用理论与实际相结合、定性与定量相结合的研究方法对大连港集装箱海铁联运效率做出了系统全面的评价，并提出了相关建议；徐鹏 10 、王玮 11 分别以天津港和上海港为例，对其集装箱海铁联运发展状况进行分析，提出应加快海铁联运及港口集疏运的建设；陈永政 12 对基于“门到门”的集装箱海陆联运模式的低碳性和经济性进行讨论，对不同模式下集装箱海陆联运的碳排放量和运输成本进行测算，采用多目标最优决策的研究方法，对不同情况下的集装箱海陆联运的模式进行选择；陈经海 13 ，黄霏茜 14 分别对青岛港和大连港的集装箱海铁联运运量进行预测，并从经济效益和环保效益两方面对青岛港和大连港的集装箱海铁联运系统进行研究。
1.2.2 集装箱港口装卸工艺
在集装箱海铁联运港口装卸工艺方面，Daganzo 15 对装卸桥的调度问题进行了研究，采用混合整数规划模型，求解得出分配给若干贝位的装卸桥数量；Peterk ofsky 16 在Daganzo研究的基础上，采用分支定界法，以船舶离港时间最小为目标函数，对模型进行求解；Kasilingam和Gobal 17 基于集装箱码头装卸设备的等待时间和AGV的空闲时间，建立AGV数量估算仿真模型，以满足装卸水平为求解目标，得出最小AGV数量；Gambardella 18 采用网络流的研究思想，将参与作业的吊桥和集装箱看作网络中的结点，运用混合整数规划模型对吊桥和集卡等装卸资源进行优化配置；姚瑶 19 在总结现有港口装卸系统的基础上，对铁水联运装卸系统的若干关键问题进行了深入分析，并且以最小作业成本最大程度完成装卸任务为目标，分别建立了基于“铁-水”车船支取模式和“铁-堆场- 水”模式的设备配置模型；武慧荣 20 应用系统动力学方法，建立集装箱海铁联运港
口的系统动力学模型，对集装箱海铁联运港口系统进行分析，此外，对“船舶- 堆场-列车”的作业资源进行界定，建立考虑“船舶-堆场- 列车”作业的混堆堆场空间资源配置两阶段优化模型，并对此种模式下的龙门吊和集卡做调度优化；张雯 21 运用PERT和CPM的研究方法，对集装箱海铁联运港口枢纽站的作业流程协调问题进行研究，给出整个作业流程协调的关键线路，此外 ，建立集装箱班列编组优化的集装箱运输组织多目标规划模型，使得集装箱在港停留时间最短；张坤 22 在原有集装箱装卸工艺系统的基础上，提出新型的集装箱装卸工艺系统，并应用物流仿真软件Flexsim对集装箱港口各装卸工艺系统进行比较研究，最终优化得出合理的作业方案；张旻媛 23 对国内外自动化集装箱码头及其自动化集装箱码头装卸系统进行分析，并提出了一种新型装卸工艺，同时， 对常用岸边集装箱起重机和新型岸边集装箱起重机进行计算分析；赵程鹏 24 对国内外集装箱装卸工艺系统及其常用装卸设备进行介绍，提出一种新的集装箱装卸工艺系统，即辊柱输送装卸工艺系统，对新型辊柱输送装卸工艺系统及其主要装备的构成进行了详细分析，将之与传统集装箱装卸工艺系统进行比较。
1.2.3 铁路轮渡
在铁路轮渡研究方面，文献 25 一文，将当时的火车轮渡划分为三种类型，分别是低干舷蒸汽轮船、高干舷蒸汽轮船和用拖轮拖带的驳船；文献 262728 中，欧美专家提出了将铁路轮渡作为现代国际运输系统中一种运用于海陆连接的重要连接方式的理念，在20世纪70年代中期到90年代初，铁路轮渡的设计和建造取得了许多成果，导致运力大幅增加，国际铁路货运进入快速发展时期；文献 2930 从设计和运营两方面，对从事远距离运输的铁路轮渡进行了相关研究，并就载货甲板设计成几层最为经济做出了相关探讨，作者认为具有多层载货甲板的铁路轮渡投
入运营，可以显著提高运力，增加收益；王俊峰，魏庆朝等人 31 对目前世界铁路轮渡的发展状况及其在我国的发展情况进行介绍，对我国目前正在运营的江阴铁路轮渡、粤海铁路轮渡和烟大铁路轮渡的主要技术特征进行概述，并对铁路轮渡系统的主要技术性和经济性进行了分析；谢新连，阚颖等人 32 回顾了铁路轮渡这种运输模式的发展历程，对其相关的关键技术进行介绍，分析了现有需求和现有技术之间的差距，并提出了需要进一步研究的技术问题，以及铁路轮渡未来的发展前景；韩富强 33 ，王俊峰 34 分别对烟大铁路轮渡的渡船电力推进系统和系统集成技术进行了研究；姚丽萍 35 和田德仓 36 分别对烟大铁路轮渡栈桥上的轨道连接岔道和烟大铁路轮渡的轨道栈桥结构设计进行了研究；商大勇 37 结合项目投资的具体情况，对烟大铁路轮渡项目的投资构成及投资结构进行了对比分析，根据烟大铁路轮渡项目的设计年运量及运量预期进行了财务经济评价，对内部收益率等经济指标进行计算；此外，我国不少学者都对我国现有的江阴、粤海和烟大三条铁路轮渡进行过相关研究。
1.2.4 柔性连接技术
为了提高提高整个轮渡系统的效率，提高连接引桥对铁路轮渡的适应性，解决铁路轮渡与连接引桥的兼容性和通用性，促进铁路轮渡的进一步发展，谢新连教授等人提出了一种船岸间的柔性连接技术，这一技术主要包括柔性连接轨道和柔性连接桥两部分。在柔性连接技术方面，文献 38 为了提高铁路轮渡的装载量和铁路轮渡系统的效率，提出了一种设有多层甲板和多层轨道的新型渡轮，以及一种柔性连接栈桥和一种由弹性短轨构成、并在短轨之间预留一定收缩间隙的柔性连接轨道的全新的设计方案，并对其进行研究；文献 39 提出了一种新型柔性轨道设计方案，钢轨和轨枕连接成一体，通过轨枕互相铰接是形成，依靠轨枕端
部的传动轴传递扭矩，从而能实现整体弯曲，对这种新型柔性轨道的基本构造和工作机理进行介绍；文献 4041 提出一种新的海铁联运系统，并对海铁联运系统进行了全面的分析，指出制约系统效率提高的关键是货物海陆间的换装作业；文献 42 提出了一种折线型活动栈桥的概念设计从几何构造的角度，对活动栈桥的基本构 造和工作机理进行介绍，对桥跨数目对其他参数的影响进行探讨，推导出桥体长度、桥面宽度和柔性可动段的横梁间隙等相关参数表达式；文献 434445 对文献[39] 所提出的柔性连接轨道在实现船岸对接时弯曲变形的几何进行数值分析研究， 验证了新概念设计的可行性；文献 46 对文献[39] 所提出的柔性连接轨道在车辆装船过程中的受力关系进行数值分析和实验研究 ，从力学的角度验证了新概念设计的可行性；文献 47 以Matlab为软件平台，开发了铁路轮渡基于新型柔性连接技术的装卸过程模拟程序，动态地模拟了铁路轮渡的装卸过程；文献 48 以3Dmax为软件平台，用仿真动画的形式将铁路轮渡装卸过程中柔性连接桥和柔性连接轨道的弯曲形变过程直观的展现出来，并采用有无对比法，对新型集装箱海铁联运系统和传统集装箱海铁联运系统从费用和效益两方面进行了对比分析；文献 49 以AutoACD为软件平台，绘制新型柔性轨道的整体构造和各部件的设计方案，对各部件的加工方式进行初步探讨，并对新型柔性连接轨道整体建造成本进行估算；文献 50 以ANSYS为软件平台建立新型柔性轨道有限元模型，对其变形规律及形变参数进行研究，并对柔性轨道的维护管理工作进行阐述分析。
1.3 主要研究内容 补
第2章 集装箱海铁联运系统分析
集装箱多式联运过程中要经过承运、装船（车）、运输、卸船（车）、中转、装车
（船）、运输、卸车（船）、交付等诸多环节。集装箱海铁联运港口是集装箱海铁联运系统的重要环节，承担了集装箱船舶的装卸作业、集装箱列车的装卸作业、集装箱的水平运输作业以及港口的集疏运任务。
2.1 集装箱海铁联运港口
集装箱海铁联运是指以集装箱为货物运输单元，将货物经由铁路运输到沿海港口直接由船舶运出，或是货物由船舶运输到达沿海港口之后由铁路运出，将铁路和水路这两种不同的运输方式有机的结合在一起，由各运输区段承运人共同完成货物运输，只需“一次申报、一次査验、一次放行”一种运输方式。集装箱海铁联运将铁路运输和水路运输有机地结合在一起，完美的融合了铁路运输和水路运输的双重优势。集装箱海铁联运运能大、成本低、环境污染小，且适合长距离货运，是集装箱多式联运的重要组成模式。发展集装箱多式联运，对于降低物流成本，促进交通运输的节能减排，实现交通运输的可持续发展具有重要意义。
集装箱海铁联运港口的主要功能是将铁路系统、水路系统及公路系统密切联系起来，最大限度地实现港口作业顺畅。集装箱海铁联运港口除了码头前沿、堆场外，一般在集装箱港口内后方堆场铺设有铁轨，列车进入港口铁路装卸线后 ，由港□作业设施设备进行集装箱装卸及中转作业 2 。
集装箱海铁联运港口是指拥有列车装卸区域，能够进行船舶、列车集装箱到发、装卸、交接、集疏等作业，实现集装箱海铁中转换装的港口。集装箱海铁联运港口包括了传统港口和铁路集装箱场站两部分，完成集装箱货源组织、装卸、中转及铁路、公路等集疏运作业，是提髙集装箱海铁联运效率的核心环节 2 。
集装箱海铁联运港口换装，是为了实现集装箱运输班列与集装箱班轮的顺利对接，集装箱由集装箱班列经过铁路运输运至码头前沿或码头堆场进行短暂堆存，待集装箱船舶到达后，组织集装箱装船，进行海上运输，或者这个过程刚好相反，集装船舶到达港口后，组织集装箱卸船，集装箱直接装上铁路班列或运至堆场短暂堆存，待集装箱班列到达后，组织集装箱装车，进行铁路运输 51 。在集装箱海铁联运过程中，港口是水路运输和铁路运输的连接点，是集装箱海铁联运
系统的瓶颈，集装箱海铁联运港口的换装效率，直接影响着集装箱海铁联运的发展，因此，有必要优化集装箱海铁联运港口的装卸工艺，合理配备装卸设备，选择合适的集装箱海铁联运港口作业模式，不断提高集装箱海铁联运港口装卸效率，促进集装箱海铁联运的发展。
集装箱码头的装卸方式包括：吊上—吊下（LO-LO）和滚上—滚下（RO-
RO）两种，其作业分别在吊装式集装箱码头和滚装（汽车）码头进行。对于集装箱滚装船运输，其码头设施主要是供集装箱滚动方式作业的倾斜跳板，以及适应带轮滚装的广阔陆域面积和堆场面积。
集装箱海铁联运港口包括了传统港口和铁路集装箱场站两部分作业内容， 根据集装箱装卸作业及其业务管理的需要，集装箱海铁联运港口包含的主要设施包括：泊位、靠船设施、码头前沿、集装箱堆场、列车装卸区、集装箱货运站、维 修车间、控制塔、大门、集装箱码头办公楼等，下面就主要设施进行介绍。
（1）泊位 泊位是港区内码头岸线供船舶安全靠离、进行装卸作业或停泊所需的水域或空间。泊位是紧靠集装箱码头岸壁的区域，连接引航调头区和航道，供集装箱船作业停泊使用。
（2）码头前沿
码头前沿是指码头岸壁到集装箱编排场之间的码头面积。码头前沿设有岸边集装箱起重机及其运行轨道，码头前沿的宽度根据岸边集装箱起重机的跨距和使用的其他装卸机械种类而定。
码头前沿一般不设铁路线，因为各种车辆和集装箱的衔接都是在前沿进行的，非常繁忙，如果为了部分集装箱的车船直取而铺设铁路线，将会严重影响更
多集装箱的装卸作业。所以很多专家和学者都不主张在码头前沿铺设铁路线，只有在个别情况下（如直取比重很大的码头）码头前沿才设有铁路线。也有使用桩基结构的栈桥作为前沿的，使用通道与堆场相连。
（3）集装箱堆场
集装箱堆场是进行集装箱堆存、交接、保管重箱和安全检查箱的场所。由于进出码头的集装箱基本上都需要在堆场堆放，因此，堆场面积的大小必须适应集装箱吞吐量的要求应根据设计船型的装载能力以及船舶到港密度、装卸工艺系统、集装箱在堆场的排列方式等确定。集装箱堆场集装箱海铁联运港口的主要占地区域，堆场作业效率直接影响整个港口的经营和服务水平。
（4）列车装卸区
列车装卸区是港口中铁路装卸线区域，铁路装卸线用于供集装箱班列停靠， 并完成装卸作业，装卸线的数量与总运量的大小，平面布置方式以及装卸机械设备有关，装卸线的有效长度根据到发线的有效长度设置。每个装卸作业区一般设置两条装卸作业线，列车对数较多时可设置三条及以上装卸线。
52 列车装卸区使用堆场装卸机械进行装卸作业，经常使用的是轨道式龙门起重机和正面吊。
2.2 集装箱海铁联运作业模式
目前，我国集装箱港口海铁联运作业模式主要有以下几种 1 ，如图2.1所示。
铁路编组站 铁路编组站 社会道路集 卡
内 陆 物
流中心
货主单位 货主单
位
铁路集装箱场站
海 运
社会道路集 卡
铁路 铁路正线长途运输
物流中心机械 图2.1 集装箱港口海铁联运作业模式
2.2.1 “水—公—铁”A模式
铁路集装箱场站距离港口码头相对较远，通常几十公里甚至上百公里，中间需要经过社会道路集卡的道路运输，才能与码头后方堆场或码头外堆场实现对接，这种模式增加了外部集卡的运输环节，导致运输时间和运输成本有所增加。如上海洋山港区与芦潮港铁路集装箱中心站之间的海铁联运。
2.2.2 “水—公—铁”B模式
铁路集装箱场站距离港口码头相对较近，甚至只被一条社会道路分隔，但铁
路集装箱场站和港口码头内部的装卸设备只在各自区域内进行作业，并且各自
业务相对独立，中间还需社会道路集卡进行有效衔接。该模式下集装箱的换装流程、运作模式与“水—公— 铁”A模式完全相同，相关费用成本较高。如深圳港盐田港区与平盐铁路盐田站之
间的海铁联运。
2.2.3 “车船直取”模式 转 运 设备
集
装箱码头前
沿
铁 路港口站
港内机械
码头 后
方堆 场
码头 作 业 机 车
港口 铁 路装
港内机械
社会道路集卡
社会道路集卡
社会道路 集卡
港内机械
社会道路集卡
堆场 码头 后方堆 场
码头外 铁路集装箱场站 码头 后方堆 场
“水—铁”模式又可细分为“车船直取”模式和“水—堆场—铁”模式。
“车船直取”模式下，铁路装卸线在港口内的布置方式通常有两种：一种是铁路装卸线延伸到码头前沿，水路运输和铁路运输之间直接进行换装，不需要经过其它转运设备的换装作业；另一种是铁路装卸线延伸之码头前沿，但距离码头任由一定的距离，需要由转运设备配合岸桥完成水路运输和铁路运输之间的换装， 这种转运设备是指既能完成垂直装卸又能完成水平运输的运输设备。“车船直取” 模式要求船舶与列车的到达时间与装卸计划尽量一致，由于车、船到达时间，装卸作业计划不一致，整体装卸系统效率并不高，因此该模式没有得到很好的发展 ，对于冰冻产品等特殊货物来说，该模式是可取的。
19
“车船直取”作业模式，在整个作业流程中，集装箱不经过堆场堆存，减少了堆场作业环节、装卸机械设备种类，同时节省了堆场资源。但由于我国港口装卸作业组织等技术条件有限，以及集装箱货物的不均衡性，是集装箱班轮和集装箱班列到达时间和装卸计划往往不一致，容易出现易出现诸如船舶等待列车或列车等待船舶的现象，反而延长了船舶、列车的在港逗留时间，导致整体装卸效率不髙，违背了铁水联运集装箱装卸作业商效化原则。因此，现阶段“船舶－列车” 作业模式在我国未普遍使用 2 。
2.2.4 “水—堆场—铁”模式
“水—堆场—铁”模式是“水—铁”模式的另一种模式。“水— 铁”模式下，铁路装卸线建在码头后方堆场，码头堆场机械设备进行集装箱装卸
作业，堆场在整个作业流程中起着缓存的作用。集装箱班列车在铁路部门设定的港口站进行交接，码头内部的铁路作业机车在港口站进行车皮接送。如大连港、
天津港和连云港集装箱码头的海铁联运。这种模式是目前集装箱海铁联运最常采用的模式，下面介绍在这种模式下集装箱进港和出港流程。
（1）出港作业流程 19
出港作业流程是指集装箱货物列车进入港口装卸作业区，卸车集货，然后装船离开的作业过程。装卸作业中用到的主要机械设备有轨道吊、龙门吊、集卡、叉车、岸桥、正面吊、跨运车等装卸化械，在整个过程中又分为卸车作业工序、堆场作业工序、装船作业工序、水平搬运作业工序。
1）卸车作业工序
集装箱班列到达港口后，集装箱按其流向分为５类：
①集装箱卸到堆场区的到达场堆存，等待货主的外集卡直接拉走； ②集装箱卸到堆场区的中转场，等待集装箱列车发送中转； ③集装箱卸到货主直取的外集卡上，直接送出港外； ④集装箱卸到集卡上，由集卡运送至堆场区堆存，等待装船； ⑤集装箱卸到集卡上，由集卡直接运送至泊位装船。
卸车作业包括卸车前准备工作、实际卸车过程和卸车后的收尾作业。卸车前准备工作指仓库负责人按照卸车计划安排、堆场区运用计划和列车货物信息，做好堆场区准备工作，并安排列车装卸作业线准备卸车：实际卸车过程为轨道吊或正面吊将集装箱从列车上卸到堆场区或集卡上；卸车后的收尾作业是清并理核对集装箱信息，并填报相关信息。
2）堆场作业工序
由于船舶与列车的到达频率和装载量不同，在提高装卸效率的前提下组织直接换装比较困难。因此，从列车装卸线卸下的大部分集装箱均由集卡运送到堆场区作为缓冲，在这里完成集装箱的堆垛；装船集装箱由集卡运送至码头前沿准
备装船，此作业过程称为拆垛。除了堆垛和拆垛作业外，堆场区的作业还包括驳
箱、移箱及核箱等作业。
3）装船作业工序
装船作业工序包括装船前的准备工作、实际装船过程及装船后的收尾作业。装船前准备工作主要是编制船舶预配图，在预配图的基础上，根据实际情况编制集装箱实配图，理货员在船舶装货前24h内，根据船舶代理人提交的载货清单、装货清单等清单和船方确定的船舶配置图进行整理并登记；实际装船过程由岸桥将待装船的集装箱按照装船计划装到船舶上。装船后的收尾作业包括编制船舶最终积载图，最终积载图是反应集装箱船舶实际装卸情况的最终结果，理货员在装船结束后两小时类需要完成一般事务、编制单证和船方签证三项任务。
4）水平搬运作业工序
水平运输作业工序是完成集装箱的水平位移，出港装卸作业流程的水平运输作业指列车装卸区到到堆场区的运输作业、堆场区到码头前沿装卸区的运输作业、列车装卸区到码头前沿装卸区的运输作业、列车装卸线到站外的运输作业四部分。一般由集卡、叉车、跨运车等完成。
（2）进港作业流程 19
进港作业流程是指集装箱货物船舶进入港口码头泊位区，卸船集货，然后装车离开的作业过程。其中用到的装卸机械设备与出港作业流程使用的机械设备一样，该作业流程又分为卸船作业工序、堆场作业工序、装车作业工序、水平搬运作业工序。
1）卸船作业工序
集装箱班轮到达港口后，集装箱按其流向可分为5类：
①集装箱由集卡运送至堆场区，等待集装箱列车疏运；
②集装箱由集卡运送至堆场区，等待货主提走；
③集装箱卸在外卡上，货主直接运出港口；
④集装箱卸在另一个短途运送的船舶上，即驳船疏港；
⑤集装箱由集卡直接运送至列车装卸线装车或在辅助堆场堆存。
卸船作业工序包括卸船前准备工作、实际卸船过程和卸船后的收尾作业。卸船前准备工作指仓库负责人按照卸船计划、堆场区运用计划和船舶货物情况，做好堆场区准备工作，并安排泊位准备卸船：实际卸船过程是按照卸船计划由岸桥将船舶上的集装箱卸到集卡上；卸船作业结束后，卸船后的收尾作业是清理并核对集装箱信息，并填报相关信息。
2）堆场作业工序
同出场装卸作业流程的堆场作业工序相同，这里不再赘述。
3）装车作业工序
装车作业工序包括装车前的准备工作、实际装车过程及装车后的收尾作业， 装车前的准备工作主要是核对装车计划报表和清点待装集装箱货物，并安排装车作业线；实际装车过程由轨道吊或正面吊将待装的集装箱按照装车计划配载到出发列车上；装车作业结束后，装车后的收尾作业是填写装车票据，交给车号员， 并填报相关信息。
4）水平运输作业工序
同出港装卸作业流程的水平运输作业工序相同，这里不再赘述。
2.3 集装箱海铁联运港口装卸工艺
2.3.1 集装箱海铁联运港口装卸设备
集装箱海铁联运港口作业流程由4部分组成，装（卸）船作业工序，堆场作业工序，装（卸）车作业工序和水平搬运装卸工序，下面就不同作业工序所涉及的装 卸设备逐一进行介绍。
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（1）装卸船机械 在现代化集装箱码头上，目前从事码头前沿集装箱起落舱作业的设备普遍采用的是岸边集装箱起重机来装卸集装箱船舶。岸边集装箱起重机，又称集装箱装卸桥，简称岸桥。岸桥是一种体积庞大，自重非常重，价格昂贵的集装箱码头专用设备。岸桥主要由带行走机构的门架、承担臂架重量的拉杆和臂架等几个部分组成。臂架可分为海测臂架、路测臂架和门中臂架3个部分。臂架的主要作用是用来承受带升降机构的小车重量，而升降机构是用来承受集装箱吊具和集装箱重量的。一般情况下，一个集装箱泊位平均可配备装卸桥1~3台。在现代化的集装箱码头上，如果是吊上— 吊下的装卸方式，装卸船机械大都是岸桥，完成集装箱的起落舱作业。
伴随着集装箱运输的快速发展，以及集装箱船舶的大型化的必然趋势，对岸边集装箱起重机提出了更新更高的要求，提高集装箱码头的装卸效率已经成为亟待解决的问题。目前，虽然还没有可以取代集装箱装卸桥的更有效的岸边装卸设备，但是对集装箱装卸桥本身却有着各种改进方案。
1）双 40 英尺岸桥 双 40 英尺岸桥能够同时起吊两个40英尺集装箱。其机房内配备有两套独立的起吊系
统，分别控制两套可伸缩吊具，从而实现双40英尺箱作业。双 40
英尺岸桥可以大大提高集装箱装卸效率，至少达50%以上 54 。
2）双小车岸桥
双小车岸桥的最大特点是有2辆自行式起重小车，两小车在岸桥海侧下横梁靠陆侧一边设置的集装箱中转平台上实现“接力”式转运。卸船作业时，前小车从船舶上吊起集装箱并卸在中转平台上，后小车从中转平台上将集装箱起吊转运至水平运输机械上，从而提高岸桥效率 55 。为了保证双小车岸桥的高效率，双小车岸桥多用于自动化码头，水平运输多采用自动化导引小车。因为集装箱通过前后两小车接力完成装卸，每个小车平均作业一个集装箱时起升高度和水平移动距离相应减少，因而集装箱装卸效率大大提高。
3）双40英尺箱双小车岸桥 双40英尺箱双小车岸桥同样配备有2辆自行式起重小车，其前小车负责集装箱在船舶和中转平台之间的装卸，起升高度达40米以上，可以一次性将两个40英尺集装箱吊至中转平台上，而后小车负责集装箱在水平运输机械和中转平台之间的装卸，其起升高度不高于15米，且一次性只可以起吊一个40英尺集装箱。设计过程中，前小车的作业效率大于后小车，因此，整个岸桥的效率取决于前小车的效率。理论上，双40英尺箱双小车岸桥作业效率可达90~100TEU/h。
（2）水平搬运机械 水平搬运机械负责完成集装箱码头前沿到堆场、堆场之间、堆场到集疏运工具之间的搬运。常用的水平搬运机械有集卡和跨运车等。在自动化或半自动化码头中，通常采用AGV（自动引导小车）负责水平搬运。此外，正面吊、底盘车在对 应的工艺系统中也可以用来水平搬运。
1）集卡 集卡，又称集装箱拖车，是集装箱码头运输集装箱的主要设备，由牵引车和挂车两部分组成。通常集装箱码头将拖车资源分为内拖车和外拖车，内拖车主要负责堆场和码头前沿的集装箱水平运输，外拖车要将集装箱经过闸口运出或运
进集装箱码头。目前，比较先进的拖车装卸工艺方案主要包括：双集装箱拖车方案，针对双40ft岸桥的多箱作业；双层集装箱拖车方案，拖车上可堆放2层集装箱， 可同时拖运2只40ft集装箱或4只20ft集装箱；双40ft集装箱拖车方案，采用与双40ft 吊具相匹配的专用双排集装箱拖车。
2）跨运车
跨运车是一种集水平搬运、场地堆码与集拖装卸多种功能于一身的机种。跨 运车机动灵活，作业环节少，效率高，但堆场利用率低，机械维修保养难度大，费用高。
3）AGV 在水平运输过程中，计算机管理系统根据相关算法计算出最优路径，并由控制系统朝 AGV 发出指令信息，AGV接收信息并对其进行实时处理，通过导向探测器沿最优路径
行驶，完成水平搬运任务56。因此，AGV具有自动导航、无人驾驶、定位准确、路
径优化及安全防碰撞等优点。此外，现在的AGV采用电能驱动，节能性、环保性良好。
（3）堆场作业机械
堆场作业机械完成集装箱在堆场的堆码、倒箱作业。常用的堆场作业机械有
场桥、正面吊、跨运车、叉车、底盘车、空箱堆高机等。
场桥是集装箱码头用于堆场作业的桥式桁架结构的起重机，分为轮胎式场桥（RTG）和轨道式场桥（RMG）两种；RTG自带内燃机发电，RMG需拖带电缆外接电。在建设绿色港口的过程中，针对RTG施行“油改电”技术改造，改造后的RT G为ERTG。
1）轮胎式龙门起重机
轮胎式起重机简称轮胎吊，由主梁、门腿、升降结构、运行机构（包括小车运行结构和大车运行结构）、小车转动结构、驾驶室、控制系统和内燃系统等组成。轮胎式龙门起重机可堆4到5层集装箱，一般跨6列箱和1列车道，轮胎式龙门起重机可从一个堆区转移到另一个堆区。
2）轨道式龙门起重机
轨道式龙门起重机简称轨道吊，由主梁、门腿、升降结构、运行机构（包括小车运行结构和大车运行结构）、小车转动结构、驾驶室及控制机构等组成。轨道式龙门起重机可堆5到6层集装箱，跨距叫轮胎式龙门起重机更大，可跨14列或更多列集装箱。机械为电力驱动，节省能源，轨道式龙门起重机只能沿轨道运行，机动性差，作业范围受限制。
3）集装箱叉车 集装箱叉车适用于吞吐量较小的综合性港口，是集装卸、水平搬运、堆码于一体的多功能机械。集装箱叉车具有适用性广、性能可靠、机动灵活、成本低廉等优点，但也有堆场面积利用率低、作业时回转半径大、满载时前轴负荷大等缺
点。
4）正面吊 正面吊运机简称正面吊，可完成搬运、堆码、装卸车作业，减少码头配备的
机种，便于机械的维修保养；正面吊运机可跨箱作业，但一般只能跨1箱或2箱作业，一般吊装4层箱高，有的可大5层箱高，相对叉车系统场地利用率较高，相对场桥系统场地利用率较低。
（4）装卸车机械
装卸车机械是指在集装箱海铁联运港口列车装卸区负责完成将集装箱装上或卸下列车的起重设备。通常以龙门吊作为装卸线上的基本装卸机械，以集装箱
正面吊和集装箱叉车为辅助机型 57 。有关龙门吊、正面吊和叉车的介绍，在此不再赘述。
2.3.2 集装箱海铁联运港口装卸工艺系统
装卸工艺系统是指港口货物从一种运载工具（或堆场）转移到另一种运输工具或堆场）的空间位移的方法和程序 58 。集装箱码头装卸工艺系统的选择主要取决于以下因素：预定集装箱箱量及大小、所需土地面积的可能性、集装箱船的装载量和到港频率、投资的可能性、场地上作业效率的高低、集装箱内陆集疏运的方式、集装箱损坏率的高低、装卸机械维修费用、码头作业灵活性、实现自动化作业的要求 53 。
装卸工艺流程是指按照一定的港口装卸工艺方案所进行的装卸过程，在装卸作业流程的基础上，选择合适的装卸设备有机组合进行装卸作业，其对应的方案称为装卸工艺方案 19 。合适的装卸工艺方案是使装卸集装箱的时间最短，成本最低，效率最高，通过能力最大，装卸成本最低，经济效益最好。制定科学合理的装卸工艺方案，一般要符合以下要求：减少作业环节，缩短运送距离；使用适合的装卸机械和先进的工属具；扩大机械化的作业比重；各装卸环节需要协调配合；节约装卸成本等。下面按照不同的作业区间就装卸工艺方案逐一介绍。
（1）船舶—堆场区
1）轮胎式龙门起重机系统
轮胎式龙门起重机系统的流程为码头前沿采用岸边集装箱起重机进行船舶装卸集装箱作业，轮胎式龙门起重机承担货场装卸和堆码作业，从码头前沿到货场的集装箱说运输由集卡承担。其工艺流程如图2.2所示。
装/卸船
2）轨道式龙门起重机系统 轨道式龙门起重机系统的流程为码头前沿采用岸边集装箱起重机进行船舶装卸集装箱作业，轨道式龙门起重机承担货场装卸和堆码作业，从码头前沿到货场的集装箱说运输由集卡承担。其工艺流程如图2.3所示。
3）跨运车系统 跨运车系统的流程为码头前沿采用岸边集装箱起重机进行船舶装卸集装箱作业，跨运车承担码头前沿与堆场之间的水平运输，以及堆场的堆码和进出场车辆的装卸作业。其工艺流程如图2.4所示。
4）底盘车系统 底盘车系统的特点是进出口集装箱在码头货场整个停留期间均置于底盘车上。其工艺流程如图2.5所示。
5）正面吊机系统 堆场 水平搬运
船舶
船舶 装/卸船
船舶 装/卸船
船舶 装/卸船 收/发箱 堆场 水平搬运 收/发箱 堆场 水平搬运 堆场 水平搬运
正面吊机系统的流程为码头前沿采用岸边集装箱起重机进行船舶装卸集装箱作业，正面吊承担码头前沿与堆场之间的水平运输，以及堆场的堆码和进出场 车辆的装卸作业。其工艺流程如图2.6所示。
（2）堆场区-列车 装卸车机械是指在集装箱海铁联运港口列车装卸区负责完成将集装箱装上或卸下列车的起重设备。通常以轨道龙门吊作为装卸线上的基本装卸机械，以集装箱正面吊和集装箱叉车为辅助机型，气作业流程如图2.7所示。
（3）船舶-堆场
在车船直取模式下，船舶和列车之间的换装不经过堆场堆存，其工艺流程如
图2.8和图2.9所示。
（4）集装箱滚装装卸工艺
滚装工艺方式即“滚上—滚下（RO-
RO）”装卸方式，又称水平作业方式，利用牵引车、集装箱拖挂车或集装箱叉车等水平搬运机械，经倾斜跳板，直接驶入船舱进行集装箱装卸作业。采用集装箱滚
船舶 装/卸船
堆场 集卡
船舶
船舶 装/卸船 堆场 水平搬运 正面吊
列车 轨道吊/ 列车 装/卸船 列车 跨运车
装装卸工艺，码头设施设备比较简单，装卸效率高，但由于集装箱堆码层数较低
，集装箱堆场利用率较低，一般适用于吞吐量较小的综合性码头。
滚装方式是将集装箱放置在底盘车(挂车)上，由牵引车拖带挂车通过与船艏门、艉门或舷门铰接的跳板，进入船舱，牵引车与挂车脱钩卸货实现装船，通常是货场局码头前沿较远时使用。或者将集装箱直接码放在船舱内，船舶到港后， 采用叉车和牵引列车驶入船舱，用叉车把集装箱放在挂车上，牵引列车拖带到码头货场，或者仅用叉车通过跳板装卸集装箱，通常货场距码头前沿较近时使用。其工艺流程如图2.10和图2.11所示。
集装箱滚装工艺通常的一个趋势是适用于海陆联运，集装箱通过公路集装
箱拖挂车装载，集拖车上船，经过海运运输，到达码头后，集拖车直接下船驶上公路。
滚装船
牵引车+底盘车 堆场 滚装船
牵引车+底盘车 列车
第3章 新型集装箱海铁联运系统现状
3.1 铁路轮渡
铁路轮渡是用甲板上设有轨道的渡轮载运铁路车列渡过江河湖泊或海峡等水道，使两岸铁路线路相互衔接的运输方式。铁路轮渡是铁路运输在水上运输方式的延伸， 铁是陆地铁路运输与水上船舶运输相结合的产物。
3.1.1 铁路轮渡系统的发展现状
世界各国的铁路轮渡系统，主要集中在欧洲波罗的海、北海、黑海、里海以及地中海地区，北美的太平洋、大西洋沿岸及大湖地区。按各大洲分布，比例大约是欧洲占45%，北美占30%，亚洲及南太平洋地区占25% 59 。
我国具有较多的河流，较长的海岸线，较大的海峡。为了解决铁路轮渡跨江
、过海的问题，铁路轮渡在中国应用而生。我国铁路轮渡系统有70多年的历史， 在长江先后建成4条铁路轮渡，在琼州海峡和渤海湾修建了两条跨海铁路轮渡。迄今为止，中国是世界上少数几个同时拥有内河和跨海铁路轮渡的国家之一。
我国目前共有三条铁路轮渡航线正在运行，2002年11月21日，江阴铁路轮渡通过国家验收。2003年1月7日，中国第一条跨海铁路轮渡—— 粤海铁路轮渡正式通航。我国规模最大、距离最长、技术最先进的烟大铁路轮渡已于2006年底投入运营。国际铁路轮渡—— 中韩跨海铁路轮渡展开前期研究工作，两国政府部门也已达成合作意向，日前， 已经确定将中韩铁路登陆点设在烟台。
3.1.2 铁路轮渡系统的构成
铁路轮渡系统又称火车轮渡系统，简单来说，就是将整列火车在陆地铁路端点进行分组拆解，通过火车机车分组牵引运上渡船，进行绑扎固定，然后通过渡
轮将火车摆渡过一定的水域（江河、湖泊、海域等），抵达铁路另一端点，在使用火车机车牵引下船，经过连接，重新成为整列火车运行于陆地路网。铁路轮渡系统根据运输环境的不同可以分为江河轮渡系统和海上轮渡系统两种。而海上轮 渡系统，由于具有运量大、运距长、缩短长距离海上运输里程等优点，成为世界各地普遍采用的一种方式。
铁路轮渡系统，分为铁路子系统，栈桥子系统，港口子系统和渡船子系统，
铁路轮渡系统架构图如图3.1所示。
（1）铁路子系统 铁路子系统是以列车上下船作业为主的专为铁路轮渡服务的铁路设施，一般由铁路引线工程、轮渡站、机车车辆、轨道结构、通信号、电力工程几大部分组
成。
铁路子系统的主要作业流程为：到达列车接入到发线，进行必要的技术作业
，列车解体分组，车组上下船作业；下船车组串编出发。
（2）栈桥子系统
栈桥子系统是铁路轮渡系统中最为复杂的系统之一。栈桥子系统一般由桥墩、桥台、跳板梁、升降控制系统和栈桥信号控制系统组成。栈桥系统是陆地铁路与渡船、待渡场线路与渡船、固定设备（岸上）与相对移动设备（渡船）的唯一接口，也是列车上下船的唯一途径。
栈桥子系统的主要作业流程为开启相关工作单元，完成栈桥由非工作位置到工作位置的调整，实现船岸顺利对接。
渡船子系 港口子系 栈桥子系 铁路子系
（3）港口子系统
港口子系统包括水域和陆域两部分。港口子系统的水域部分是指渡船进出港、停靠及港口作业相关的水上区域，其主要设施一般包括航道、港池、锚地、防护建筑及导航设施等。港口子系统的陆域部分是指从事与港口功能相关服务的陆上区域，其主要设施包括码头、库场、铁路、公路、港区道路、装卸和运输机械等生产设施；给排水紫铜、照明系统、通信系统等生产辅助设施及信息控制系统。港口子系统是铁路轮渡系统的重要组成部分，承担了渡船靠泊、与栈桥衔接进行货物装卸的重要功能， （4）渡船子系统
列车渡船是一种高技术、高功能、高附加值的渡船，集客船、列车和汽车滚装船的要求于一体。渡船不仅是铁路轮渡航行中的重要载体，还是装卸作业的关键部件。作为联系各个系统的纽带，渡船是整个轮渡工程建设的核心与关键。
3.1.3 铁路轮渡系统的运作流程
铁路轮渡系统的整个运行流程大致是，首先在一个港口进行列车装卸作业， 作业完成之后，栈桥升起，渡船离港，航行结束之后，到达另一个港口，渡船进港 ，栈桥放下，然后完成该港口的列车装卸作业。
以烟大铁路轮渡为例，铁路轮渡系统的整个运作流程主要分为4步 59 ：
（1）上船的列车由技术作业站运行至到发场，然后按渡船上每股道的容车数进行分组，并送到待渡场待渡，同时渡船进港。进港前，相关作业人员通过渡船子系统与港口子系统的信息共享机制，完成相关信息的采集和分析，为渡船靠岸做好准备工作。此时，在渡船子系统内部，开始安排解除车辆绑扎措施，绑扎工
具定置存放等工作事项，并提前打开列车尾舱门。待渡船完成带缆作业，艏倒缆带处于受力状态后，将开始渡船子系统与栈桥子系统的对接工作。
（2）渡船靠岸后，与栈桥进行机械连接。当滑动道岔转换到位并锁闭后，通过栈桥信号控制系统发送连接成功信息，此时渡船上进行解绑扎作业，具备装卸作业条件后，渡船开出允许上船信号。
（3）机车作业。待渡场信号楼接收到栈桥发出的允许上船信号后，向栈桥排列进路并开放信号机。上栈桥信号开放后，单机上栈桥进渡船牵引列车下渡轮， 待渡场开放防护信号后回到待渡场。第2次作业时，栈桥上的进路保持不变，机车沿同一条路推送一车列上栈桥，在轮渡上摘挂后，单机退出渡船。此时，栈桥值班员重新动作岔道、开放新进路后，单机重上轮渡，牵引另一车列下轮渡，待开放信号后回待渡场。中间作业情况与第2次相同，循环往复，直到将渡船上5股道的下船车列全部牵引出，并将需上船的车列全部推送上船。最后一次作业时，栈桥上的进路保持不变，机车推送一车列上栈桥，在轮渡上摘挂后，单机退出轮渡 。待渡场开放防护信号后，单机返回待渡场。
（4）上下船作业完毕后，将待渡场的车组转送到到发场集结串编，再由到发场发送到邻近的技术作业站。同时，待列车完成渡船内的编组，并绑扎固定完毕后，渡船子系统向栈桥子系统发送脱离信号，栈桥升起、列车尾舱门关闭，栈桥、船的脱离作业完成，渡船驶出港口。
3.2 新型海铁联运系统
本文所提出的新型海铁联运系统是指基于柔性连接技术的铁路轮渡系统。目前，铁路轮渡技术和系统主要存在以下问题：火车轮渡只设一层装在加班 ，船舶载重量利用率低，若扩大装载甲板面积，船舶主尺度增加，会使船舶造价
大幅上升；若增加装载甲板层数，需要在船舶上设置重型起重装备，不仅是船舶造价上升，同时增加了作业的复杂性，延长作业时间；目前，栈桥的轨道为固定轨道，且要求轨道的数量与位置同装载甲板接桥端的轨道的数量与位置严格一致， 导致直接导致渡轮与栈桥的兼容性、通用性降低；采用多股固定轨道，或道岔转换器时，要求栈桥有较大的宽度，导致栈桥自重增加，所需升降功率增加，增加技术难度与建造成本。
为弥补传统海铁联运系统的缺陷，提升铁路轮渡栈桥对渡轮的适应性与通用型，提升铁路轮渡的使用效率，谢新连教授提出了一种新型柔性连接技术，该柔性连接技术由柔性连接桥和柔性连接轨道两部分组成，下面分别就柔性连接桥和柔性连接轨道作介绍。
3.2.1 柔性连接桥
（1）柔性连接桥的基本构成
柔性连...