穆鑫 楊春雷 李貌

（1西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院 博士研究生,四川 成都 610031；2南車眉山車輛有限公司，高級工程師 四川 眉山620032）

1 概述

自1825年英國建成世界上第一條運(yùn)營鐵路開始，鐵路運(yùn)輸至今已有188年的歷史。目前，世界上有鐵路運(yùn)營的國家和地區(qū)約140多個(gè)，鐵路運(yùn)營里程約130萬km。在較長的歷史時(shí)期內(nèi)，鐵路一直是各國交通運(yùn)輸?shù)墓歉?，極大地推動(dòng)了社會歷史進(jìn)步和各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。20世紀(jì)中葉，隨著公路和航空運(yùn)輸?shù)尼绕?，特別是高速公路的飛速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸發(fā)展?jié)u顯落后，一度陷入“夕陽產(chǎn)業(yè)”的困境。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，對原材料和礦產(chǎn)資源等大宗貨物的需求增加，加之能源問題日益緊迫，給鐵路運(yùn)輸帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，以“客運(yùn)高速”和“貨運(yùn)重載”為特征的世界鐵路開始復(fù)興。特別是鐵路重載以其運(yùn)量大、運(yùn)距長、全天候、能耗低、污染少等綜合優(yōu)勢，能帶來巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益，為鐵路運(yùn)輸帶來勃勃生機(jī)，在一些幅員遼闊、資源豐富、煤炭和礦石等大宗貨物運(yùn)量占比較大的國家，如美國、加拿大、澳大利亞等，發(fā)展尤為迅速。現(xiàn)在鐵路重載運(yùn)輸已被國際公認(rèn)為是鐵路貨運(yùn)發(fā)展的方向。

2 世界典型鐵路重載運(yùn)輸

世界鐵路重載運(yùn)輸主要有兩種模式，一種是以北美為代表的開行重載單元式列車，另一種是以前蘇聯(lián)為代表的開行長大編組的組合式重載列車。重載單元式列車使用兩臺或多臺大功率機(jī)車與一定數(shù)量的同型大軸重專用貨車固定編組，組成一個(gè)大而重的運(yùn)輸單元，實(shí)行大軸重貨車專列運(yùn)輸，其主要特點(diǎn)就是貨車軸重大，單車載重量高。組合式重載列車是將普通或重載列車首尾相連合并為一列超重、超長列車，其特點(diǎn)是列車編組長，車型較雜。由于增加列車長度，會受到線路條件、站線有效長度和制動(dòng)技術(shù)的制約，多數(shù)國家傾向于通過提高貨車軸重來提高鐵路運(yùn)輸能力。世界主要鐵路重載運(yùn)輸基本情況見表1。

表1 主要鐵路重載運(yùn)輸基本情況

2.1 美國

美國鐵路貨運(yùn)在綜合交通體系中發(fā)揮著骨干作用，近年來其市場份額保持在40%左右，并在大宗貨物長途運(yùn)輸方面一直占有巨大優(yōu)勢。美國鐵路線路以約23萬km的線路里程遙居世界各國鐵路路網(wǎng)規(guī)模首位，其中7家I級鐵路公司的總里程為120 817英里（約19.4萬km）。線路鋼軌以64.5~69 kg/m鋼軌為主，占總里程的60.3%，而大于69 kg/m的鋼軌線路約占9.5%，小于64.5 kg/m鋼軌的線路約占30.2%[1]。

截至2011年1月，美國總共擁有貨車130.902 9萬輛，其中I級鐵路公司擁有397 730輛，占總保有量的30%[1]。車型以有蓋漏斗車居多，占總量的30.9%，主要用來運(yùn)輸糧食、水泥等散裝貨物；其次為罐車和敞車，分別為21.2%和15.6%。 25 t軸重的貨車多數(shù)已經(jīng)淘汰，29.8 t軸重貨車占美國重載貨車保有量的65%，新造貨車軸重已達(dá)32.43 t，還有少量貨車軸重達(dá)35.7 t以上。隨貨車軸重的增加，美國重載鐵路車輛平均載重從1960年的55.4 t，增加到2010年的101.7 t，運(yùn)煤專列編組重量達(dá)到17 500～20 000 t。

美國鐵路重載運(yùn)輸約95%是利用單元列車完成的，煤炭是美國鐵路運(yùn)輸最主要的貨物品類，其次是化學(xué)產(chǎn)品和農(nóng)產(chǎn)品。煤炭單元列車總重可達(dá)2萬t，2010年煤炭運(yùn)輸占其鐵路總運(yùn)量的44%，煤炭運(yùn)輸收入占總運(yùn)營收入的24.2%。另外，美國鐵路雙層集裝箱運(yùn)輸也進(jìn)入重載運(yùn)輸?shù)念I(lǐng)域。目前，其鐵路雙層集裝箱運(yùn)量占美國集裝箱總運(yùn)量的70%以上，已成為聯(lián)合運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)產(chǎn)品，成本比用一般鐵路平車裝運(yùn)公路半掛拖車節(jié)約40%以上。

2.2 加拿大

20世紀(jì)60年代，加拿大重載運(yùn)輸已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。1967年，加拿大國營鐵路在采用固定車底循環(huán)往返的專用直達(dá)列車運(yùn)輸谷物之后，又?jǐn)U大到煤炭、礦石等物資，之后就一直不斷發(fā)展。此外，加拿大還積極組織開行和發(fā)展雙層集裝箱重載列車。與普通列車相比，雙層集裝箱列車的運(yùn)輸成本降低約30%。鐵路集裝箱重載運(yùn)輸是鐵路/海運(yùn)聯(lián)合運(yùn)輸橫貫美洲大陸東西的重要一環(huán)，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。加拿大的列車編組長度一般是80~130輛，載重量均達(dá) 10 000～15 000 t。

加拿大鐵路系統(tǒng)主要由加拿大國鐵(CN)和加拿大太平洋鐵路(CP)兩大公司構(gòu)成，鐵路總里程5.8萬km。加拿大I級鐵路的標(biāo)準(zhǔn)軸重已于1995年確定為32.43 t，2002年最大軸重35.7 t，年運(yùn)量達(dá)2億t。采用重載運(yùn)輸后鐵路占貨運(yùn)市場份額的30%，占全部出口運(yùn)量的40%。

2.3 澳大利亞

澳大利亞的礦產(chǎn)資源非常豐富，煤炭和鐵礦石以及鋁土、黃金的儲量都位居世界前列，還是世界上主要的糧食（小麥）輸出國之一，這樣的資源特點(diǎn)推動(dòng)了澳大利亞鐵路重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。重載運(yùn)輸產(chǎn)值占全澳GDP的1.7%，年產(chǎn)值約70億美元，年貨運(yùn)量總量達(dá)5.45億t，貨物構(gòu)成中煤炭運(yùn)量占37%，礦石運(yùn)量占39%。重載運(yùn)輸貨運(yùn)量占全澳貨運(yùn)市場的40%，未來計(jì)劃發(fā)展到50%。

澳大利亞鐵路是以各州為基礎(chǔ)發(fā)展的，早期缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致線路軌距多樣化。其中寬軌線營業(yè)里程4 017 km，準(zhǔn)軌線營業(yè)里程16 343 km，窄軌線營業(yè)里程18 958 km，還有610 mm的軌距營業(yè)里程4 150 km。這些鐵路線主要由 QR、ARTC、Australian Railway Corp、BHP等7家聯(lián)邦、州政府及私營公司擁有。線路標(biāo)準(zhǔn)也不全統(tǒng)一，其中鋼軌質(zhì)量主要有46 kg/m和60 kg/m兩種，發(fā)展趨勢是用60 kg/m的鋼軌逐步替換46 kg/m的鋼軌。現(xiàn)有線路的軌枕大部分是木枕，也存在一些木枕和混凝土枕的混合線，今后的發(fā)展趨勢是用混凝土枕逐步替換木枕。

澳大利亞開展重載運(yùn)輸?shù)墓局饕煞譃榈V石運(yùn)輸和煤炭運(yùn)輸。以煤炭運(yùn)輸為主的是昆士蘭鐵路公司（QR），以礦石運(yùn)輸為主的有必和必拓（BHP Billiton）公司、力拓公司下屬的皮爾巴拉鐵礦公司（Pilbara Iron）和 FMG 公司。

昆士蘭的電氣化運(yùn)煤鐵路軌距1 067 mm，鋼軌重量60 kg/m，軸重22.5 t，最長列車編掛148輛貨車，編組總重 10 500 t。必和必拓（BHP Billiton）公司紐曼山鐵路年運(yùn)量為1.09億t，其重載列車通常采用長大編組，6臺6 000馬力（4 410 kW）的機(jī)車牽引，大多數(shù)編掛208輛礦石貨車，貨車軸重達(dá)37.5 t、裝載約125 t鐵礦石，平均牽引重量4.5萬t，最大試驗(yàn)編組總重達(dá)9.97萬t，乃世界之最。BHP公司貨車周轉(zhuǎn)時(shí)間為28 h，勞動(dòng)生產(chǎn)率6 000萬t·km/人，也居世界鐵路之首位。BHP公司從1980年開行重載列車，到2000年，油耗下降43%，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高5倍，機(jī)車?yán)寐侍岣?6%，車輪、鋼軌壽命提高3~5倍，利潤500億澳元，每年出口鐵礦石8 000萬~1億t。哈默斯利鐵礦鐵路屬力拓礦業(yè)集團(tuán)下屬的皮爾巴拉鐵礦公司 （Pilbara Iron），鐵路網(wǎng)1 200 km，列車編組通常在230輛以上，每輛車載重100 t以上，列車總重2.95萬t，長2 400 m。FMG是澳大利亞最近成立的第三大鐵礦石生產(chǎn)商，發(fā)展速度驚人，其重載線路采用40 t軸重的礦石敞車，每列編組240輛礦石敞車，接近2.7 km長度，鐵礦石靜載重32 950 t。

2.4 南非

南非礦產(chǎn)資源極其豐富，地理?xiàng)l件極其優(yōu)越，擁有世界上最繁忙的海上通道。在將北部礦區(qū)的煤炭和鐵礦石運(yùn)往大西洋、印度洋沿岸主要港口轉(zhuǎn)運(yùn)出口的過程中，南非鐵路發(fā)揮著極其重要的作用。南非積極借鑒美國鐵路的經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)了重載單元列車技術(shù)，獨(dú)創(chuàng)性地在米軌線路上開行了重載運(yùn)輸。

南非從20世紀(jì)70年代開始修建重載鐵路，其后又對線路進(jìn)行過數(shù)次升級和改造。目前有兩條重載鐵路：一條是從錫申（Sishen）到薩爾達(dá)尼亞（Saldanha）的礦石運(yùn)輸專線（Orex）；另一條是從北部的煤炭基地姆普馬蘭加 （Mpumalanga）到理查茲灣（Richards bay）的運(yùn)煤專線（COALlink）。

Orex線全長861 km，現(xiàn)已發(fā)展成為重載運(yùn)輸線路，車輛軸重達(dá)到了30 t，開行編組為200輛甚至達(dá)342輛的重載列車，牽引總重最高達(dá)35 000 t，編組長度長達(dá)4 000 m，周轉(zhuǎn)時(shí)間85 h。2011年全年該線路的運(yùn)輸能力達(dá)到5 200萬t，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到6 100萬t[2]。COALlink運(yùn)煤專線全長580 km,1976年建成之日起即成為南非煤炭出口的大通道，此后按重載運(yùn)輸要求多次進(jìn)行升級和改造，到1989年已開行了編組200輛的列車，軸重達(dá)到26 t，牽引總重達(dá)22 000 t，編組長度2 200 m，周轉(zhuǎn)時(shí)間68.9 h；2011年，COALlink線路完成的煤炭運(yùn)量 7 000萬t，是運(yùn)量僅次于大秦線的世界第二大運(yùn)煤線路，預(yù)計(jì)2015年煤運(yùn)量將達(dá)到8 100萬t。

重載運(yùn)輸?shù)拈_行對南非鐵路的運(yùn)輸效益影響較大，兩條線路總里程不到1 500 km，約占南非鐵路里程的7%，卻完成了全國鐵路約45%的運(yùn)量，使南非鐵路的純利潤率高達(dá)4.6%（南非鐵路貨運(yùn)收入約占總收入的81.2%）。煤炭運(yùn)輸公司和礦石運(yùn)輸公司分別將南非大煤田、鐵礦生產(chǎn)基地與港口連接起來，形成便捷的運(yùn)輸通道，實(shí)現(xiàn)了大運(yùn)量、低成本的運(yùn)營模式，在煤炭和礦石運(yùn)輸市場中極具競爭力。

2.5 巴西

巴西的礦產(chǎn)資源在世界上占重要地位，其鐵礦總儲量達(dá)800多億t，居世界前列。巴西的淡水河谷礦業(yè)公司（CVRD）是世界最大的礦業(yè)巨頭之一，它屬下的維多利亞·米納斯鐵路和卡拉亞斯鐵路也是世界著名的重載鐵路，主要用于鐵礦石運(yùn)輸。

卡拉亞斯鐵路位于巴西北部，建造于1982—1985年，線路長892 km，軌距為1 600 mm，是一條單線寬軌鐵路，設(shè)有49處會車側(cè)線，最大軸重31.5 t。重車方向最大坡度3‰。線路中73%是直線，27%是曲線，共有347段曲線區(qū)段。該鐵路是世界上生產(chǎn)效率最高的鐵路之一。線路的最高允許速度空車為80 km/h，重車75 km/h。整條鐵路由一個(gè)最近經(jīng)過現(xiàn)代化改造的中央調(diào)度臺（CCP）進(jìn)行控制。機(jī)車上裝備有車載計(jì)算機(jī)，地面與列車之間建立數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。此外，還裝備了GPS列車跟蹤系統(tǒng)和遙控遙測裝置，能監(jiān)視鐵路線上行駛的所有機(jī)車的位置。

卡拉亞斯鐵路于1985年開通時(shí)開行160輛編組的列車，當(dāng)年運(yùn)量為3 500萬t。隨著運(yùn)量需求的增加，列車編組也不斷增加。到1994年，標(biāo)準(zhǔn)列車編組提高到202輛。2006年，列車編組達(dá)到208輛，列車總重超過了2萬t，貨車軸重達(dá)30.5t，運(yùn)量增加到8 940萬t；2007年運(yùn)量到達(dá)了1.08億t，成為世界上最繁忙的單線鐵路；2008年開始開行編組為312輛的重載列車。

3 國外鐵路重載運(yùn)輸主要特點(diǎn)

由于鐵路重載運(yùn)輸能大大提高運(yùn)輸能力和效率，創(chuàng)造出巨大的運(yùn)輸效益，世界各國都大力發(fā)展鐵路重載運(yùn)輸。隨著各種新技術(shù)的不斷投入應(yīng)用，國外鐵路重載運(yùn)輸發(fā)展呈現(xiàn)如下主要特點(diǎn)。

3.1 車輛軸重不斷提高

提高軸重是發(fā)展重載運(yùn)輸?shù)闹饕胧?，世界各國都?jīng)歷了軸重從低到高的發(fā)展過程。美國從1960年開始發(fā)展29.8 t軸重貨車，1990開始生產(chǎn)32.43 t軸重貨車，2004年在運(yùn)煤敞車上部分裝用35.7 t軸重轉(zhuǎn)向架，目前39 t軸重貨車正在進(jìn)行研制試驗(yàn)。澳大利亞BHP公司從1969年開始運(yùn)營軸重為28.5 t的貨車，1994年貨車軸重為32.43 t，21世紀(jì)初貨車軸重提高到37.5 t，目前40 t軸重貨車已批量投入使用。南非煤炭和礦石運(yùn)輸始于上世紀(jì)60年代，貨車軸重為18.8 t，采用重載運(yùn)輸后，運(yùn)煤貨車從1978年開始軸重提高到20.3 t，1985年提高到26 t，目前礦石運(yùn)輸軸重為30 t。俄羅斯從1982年開始生產(chǎn)23.5 t軸重貨車，2000年部分貨車軸重提高到了25 t，目前正在研制27 t和30 t軸重貨車。世界重載運(yùn)輸國家主要貨車軸重變化如表2所示。

表2 世界重載運(yùn)輸主要貨車軸重匯總表

3.2 車輛自重不斷降低

采用鋁合金、不銹鋼等高耐腐蝕性材料實(shí)現(xiàn)車體輕量化。以美國、加拿大為代表的國家主要發(fā)展鋁合金貨車，以澳大利亞、南非為代表的國家主要發(fā)展不銹鋼貨車，普遍采用非金屬耐磨輕型材料，減輕車輛自重、增大載重，提高運(yùn)輸效益。國外主要重載貨車自重、載重如表3所示。

表3 國外主要重載貨車自重系數(shù)

3.3 重載技術(shù)不斷發(fā)展

牽引機(jī)車采用大功率交流傳動(dòng)技術(shù)，最大軸功率可達(dá)1 600 kW；貨車采用車體輕量化設(shè)計(jì)，通過采用高強(qiáng)度鋼、耐腐蝕性鋼以及非金屬耐磨材料和等強(qiáng)度設(shè)計(jì)理念，不斷降低車輛自重；采用機(jī)車和貨車徑向轉(zhuǎn)向架，減小輪軌沖角，降低輪軌橫向力和輪軌磨耗，延長車輪和鋼軌使用壽命；制動(dòng)方面使用ECP電控制動(dòng)系統(tǒng)和LOCOTROL無線遙控控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛同步操作，減小車輛縱向沖動(dòng)，降低輪軌擦傷和車鉤損壞[3]；另外采用大型工程養(yǎng)路機(jī)械對鋼軌進(jìn)行打磨和曲線軌道軌頂潤滑技術(shù)，可有效降低輪軌橫向力和輪軌磨耗約40%~60%，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

3.4 重載運(yùn)輸效益不斷提高

以北美鐵路為例，自北美鐵路發(fā)展重載運(yùn)輸以來，其在整個(gè)運(yùn)輸市場中的巨大競爭力日益體現(xiàn)。AAR統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：1998—2007年的10年間，鐵路運(yùn)輸?shù)氖袌稣加新驶旧显谥鹉暝黾樱?007年鐵路運(yùn)輸占整個(gè)運(yùn)輸市場的42.7%。2008年，北美鐵路貨車維護(hù)費(fèi)用率下降到0.19%；鐵路運(yùn)輸年收入達(dá)634.14億美元，重載運(yùn)輸總收入612.43億美元，占總收入的96.58%，投資回報(bào)率約50%，較1999年的42%增長了8%；鐵路貨車每噸英里運(yùn)量的收益為3.343美分，較1999年2.280美分增長了約46.7%；鐵路運(yùn)輸年利潤為122.3億美元，是1999年近2.6倍。

4 對我國鐵路貨運(yùn)發(fā)展的啟示

盡管各國鐵路面臨的運(yùn)輸市場規(guī)模、貨物種類、管理模式和技術(shù)水平不盡相同，但參照國外鐵路重載運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國鐵路貨運(yùn)現(xiàn)狀，對盡快提高我國鐵路貨運(yùn)能力，解決阻礙國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展交通運(yùn)輸瓶頸啟示如下。

4.1 擴(kuò)大重載列車開行范圍，完善區(qū)際干線路網(wǎng)

“十一五”期間我國鐵路網(wǎng)南北通道、西南通道、進(jìn)出關(guān)通道、煤運(yùn)通道等大能力貨運(yùn)通道快速擴(kuò)充。今后將積極采用先進(jìn)成熟的重載技術(shù)，在主要煤運(yùn)通道不僅開行5 000 t重載列車，更根據(jù)需要開行1萬t、2萬 t及以上的系列重載列車。其他干線也要結(jié)合實(shí)際實(shí)施擴(kuò)能改造，統(tǒng)一相鄰線路的牽引定數(shù)，走低成本投入的擴(kuò)大再生產(chǎn)道路，實(shí)現(xiàn)既有線運(yùn)輸能力的快速擴(kuò)充，努力提供盡可能多的運(yùn)力[4]。因此，要對我國鐵路既有線車站線路長度、限界標(biāo)準(zhǔn)、軌道結(jié)構(gòu)和橋涵能否適應(yīng)開行重載列車的需要進(jìn)行論證。

4.2 提高貨車軸重和列車牽引重量，進(jìn)一步提升既有線貨運(yùn)能力

提高貨車軸重是國外發(fā)展鐵路重載運(yùn)輸?shù)闹饕胧┲?。重載發(fā)達(dá)國家的軸重基本上已達(dá)到30 t及以上，最大軸重達(dá)到了40 t。近年來借助于高新技術(shù)，重載列車牽引重量也不斷增加。目前，我國鐵路貨車軸重普遍為21 t、23 t，新型通用貨車為25 t，與國外重載技術(shù)先進(jìn)國家的貨車30 t以上、高的達(dá)到40 t的軸重有較大差距。因此，有必要開展27 t級通用貨車和更大軸重專用貨車的投入產(chǎn)出關(guān)系研究，實(shí)施技術(shù)革新，提高貨車裝載能力。如將我國目前貨車軸重提高到27 t，單車載重達(dá)到80 t，在既有線到發(fā)線長度不用改變的情況下，按現(xiàn)有850 m和1 050 m長到發(fā)線計(jì)算，27 t軸重貨車的最大牽引重量可提升至5 600 t和7 000 t，能夠有效提高貨運(yùn)能力。若將我國大秦煤運(yùn)專線上的25 t軸重運(yùn)煤敞車更換為30 t軸重的運(yùn)煤專用敞車，則單車載重達(dá)到100 t，比現(xiàn)有C80B提高20 t，可大幅提高大秦運(yùn)煤專線的煤炭運(yùn)輸能力。

4.3 加快鐵路貨運(yùn)通道建設(shè)，進(jìn)一步提升鐵路大宗貨物運(yùn)輸能力

根據(jù)我國能源發(fā)展預(yù)測，煤炭在未來一段時(shí)間仍是我國主要能源消耗材料，鐵路仍將主要承擔(dān)煤炭、礦石、建材等大宗物資運(yùn)輸[5]。所以按鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃，盡快建成晉中南煤運(yùn)通道和蒙西至華中地區(qū)的煤運(yùn)通道，構(gòu)建東西和南北貨運(yùn)通道，不僅可以大大緩解目前煤炭運(yùn)能緊張的問題，而且可以充分發(fā)揮鐵路貨運(yùn)的優(yōu)勢。通過提高鐵路煤運(yùn)能力，將目前由公路承擔(dān)的煤炭運(yùn)輸由鐵路來承運(yùn)，發(fā)揮鐵路運(yùn)量大、節(jié)能環(huán)保的綜合優(yōu)勢，杜絕用“高質(zhì)”能源運(yùn)輸“低值”能源的怪現(xiàn)象，從而減少公路汽車碳排放，緩解公路壓力，減少公路交通擁堵和環(huán)境污染。

鐵路除要積極發(fā)展重載運(yùn)輸外，還應(yīng)開展直達(dá)運(yùn)輸、快捷運(yùn)輸、多式聯(lián)運(yùn)、集裝箱運(yùn)輸?shù)榷嗍铰?lián)運(yùn)，形成“點(diǎn)對點(diǎn)，門到門”運(yùn)輸，加大遠(yuǎn)距離貨物運(yùn)輸?shù)氖袌稣加蟹蓊~，拓展鐵路貨運(yùn)市場。要依托全國已建成的和將建成的鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮鐵路運(yùn)輸固有優(yōu)勢，挖掘潛在優(yōu)勢，鞏固和擴(kuò)大貨源，深化鐵路運(yùn)輸與物流服務(wù)融合，增強(qiáng)鐵路物流運(yùn)輸?shù)姆?wù)功能。

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