摘 要 本文通过叙述国内集装箱铁路运输的发展前景和存在的具体问题，并结合国内外集装箱装载加固研究现状，从如何提高箱内货物加固质量以及集装箱容积利用率两方面提出了铁路集装箱运输箱内货物装载加固的发展研究建议。
关键词 集装箱；运输；加固；装载；研究
中图分类号U169 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）116-0072-03
0 引言
集装箱运输具有降低货物运输成本，便于快速机械化作业，方便组织多式联运，提高运输效率，绿色环保和安全性相对较高等特点，已经逐渐发展为现代国际多式联运的主要运输方式，对促进全球贸易繁荣和经济的发展起到了“革命”性作用。进入20世纪90年代，中国铁路集装箱在箱型和运输车辆技术革新、运输网络、场站布局优化、运输组织变革等方面开展了卓有成效的研究和大量的实践工作，取得了快速发展。近年来，随着铁路运能的进一步释放，集装箱班列客车化开行，铁路集装箱运输将迎来新的春天。
1 问题的提出
集装箱装载和加固的基本要求是安全和满载。首先，从交通安全角度来看，在铁路运输中曾发生过集装箱空箱倾翻的行车事故，在航运和汽车运输中也同样发生过类似的事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。事实上，此类事故往往都是由于集装箱装载加固不合理而引起的。其次，从箱内货物安全上来看，我国铁路集装箱发展近年取得了很大的进步，但与其他运输方式和国外铁路集装箱运输相比，还存在明显差距，近10年来，我国铁路集装箱运输的市场占有率从7%跌至5%，一些高附加值、高精密产品逐渐放弃了铁路集装箱运输，究其原因，主要是货主对铁路运输存在不安全感，担心货物受损。这一方面有铁路装卸设备落后，在集装箱装卸时没有做到轻拿轻放，造成箱损和货损等现象；也有货物包装不良、装载加固不合理，不符合铁路运输要求，在集装箱装卸和运输途中造成货物受损。从UK P&I Club①的一份数据统计中可以看出，因物理损坏造成的货损占25%，其中主要是由于货物包装不良以及装箱时加固方式不当等原因造成；与温度有关的货损占14%，主要是箱型选择及装载方式不当等因素造成。
从满载率来说，合理的装载一方面可以保障货物在运输途中的安全，降低货物破损率；另一方面也可以提高集装箱容积的使用率，降低客户运输成本。对于铁路集装箱运输来说，随着我国经济的快速发展和铁路运能的不断释放，有限的铁路集装箱资源和快速增长的货物运量的矛盾日益突出，合理的箱内装载方案也可以提高集装箱和运输车辆的周转率和使用率，提高运输效率。
2 现状分析
铁路行车安全是铁路运输工作的重中之重，铁路集装箱运输是铁路运输工作的重要组成部分，而集装箱装载和加固是集装箱运输的关键环节。目前我国《铁路货物装载加固规则》中定型方案有一千多个，对铁路货物装载加固有着严格的作业标准和详细的管理制度，然而，在关于集装箱箱内货物装载加固的相关技术方面却一直是块空白，始终没有形成明确的标准和管理制度。各集装箱承运站点在指导或检查客户货物装箱时，基本都是货运装载加固负责人凭借个人经验进行人工判断，经常造成集装箱装载不合理，导致货损、超重、偏载等现象，为铁路运输工作带来重大安全隐患，使客户货物造成重大损失。
近年来，中国铁路集装箱运输一直保持快速发展，然而对于其中的关键环节（箱内货物装载加固技术）却始终没有太大的进展，长此以往，必定会阻碍我国铁路集装箱运输事业的健康发展。从当前存在的问题来看，主要是由于货物装箱后，在相应的装载加固力值分析计算方面没有形成可靠的理论依据，由此也无法形成统一的、指导性的以及实用的标准和原则。因此，为了保证集装箱运输过程中的列车运行安全和货物本身安全，提升铁路集装箱运输的竞争力，有必要对我国现有的货物装载加固的技术方法、相关管理制度以及作业标准作进一步的调查和研究，充分吸收、利用国外先进经验和技术方法，为我国铁路集装箱箱内货物装载加固技术的发展提供可靠的理论依据。
3 国内外研究现状
3.1 如何提高集装箱货物运输安全
安全工作是一个永恒的主题，没有了安全就没有效益。只有确保了集装箱运输安全，使货物不受损失，才能充分显现集装箱运输快捷、高效的特点，充分体现该运输方式的先进性。
3.1.1 国内铁路集装箱装载和加固研究现状
目前，在我国铁路集装箱运输工作中具有指导性的规章主要有两部，分别是《铁路货物装载加固规则》和《铁路集装箱运输管理规则》。《铁路货物装载加固规则》主要对货物在铁路运输车辆上的装载加固要求进行了比较详细的规定，其中对整车货物装载加固定型方案有一千多个，然而，在关于集装箱内部货物装载加固的相关技术方案上却一直是块空白，始终没有形成明确的技术标准和相关管理制度。在《铁路集装箱运输管理规则》中，关于集装箱装载加固方面，也仅规定了集装箱在装车时不能与整车货物同时装运，对于具体的箱内货物装载加固要求没有形成明确的标准。尽管各铁路局针对部分铁路运输车辆的集装箱装载制定了规定，同时也制定了部分规则货物箱内装载加固方法，但是都没有形成统一、正式的规章，主要原因在于缺乏理论依据，没有形成规范和标准。由此各集装箱承运站在受理集装箱运输、涉及装箱方案时，容易产生诸多问题，经常造成集装箱运输发生货损、超偏载现象，使铁路集装箱运输在客户心目中的形象大大受损，更为铁路运输安全工作带来重大安全隐患。
中国铁道科学研究院对集装箱装载加固安全问题进行了诸多的理论研究和探索，同时也开展了一些相关试验，在整车货物装载加固和集装箱受冲击时的结构力学分析等方面取得了较为丰硕的成果，但是关于提高集装箱箱内货物受力分析等方面的研究、试验相对较少。
3.1.2 国外铁路集装箱装载和加固研究现状
由于国外铁路集装箱运输起步较早，因此在集装箱装载和加固上的研究较为深入，相关规定也比较详细，目前我国很多集装箱装载和加固技术主要学习于一些集装箱运输比较发达的国家。
美国的《封闭挂车与集装箱铁路运输货物装载加固规则》，铁路联合会对封闭式集装箱（挂车）提供一个安全的货物装载方法。
美国军队货物运输手册《集装箱货物装载》（第12章），明确界定了集装箱货物装载要达到两个主要目的：充分利用集装箱的容积尽量地多装货物；货物要装载牢固，使之在运输过程中不受到损坏。同时比较详细的规定了装载基本准则。
《美国UP铁路公司多式联运装载规则》对集装箱装载和加固要求、加固材料、最大载重和重量分布等进行了较为详细的描述。
德国《集装箱运输手册》也对集装箱货物装载加固材料进行了系统详细的研究，从各种材料的许用应力、使用方法、注意事项等方面进行了规定和说明，为现场工人的操作提供了很好的依据。
另外，国外在集装箱货物装载加固装置方面有很多专利，使装载加固工作更加便利、经济和高效。
3.2 如何合理确定货物在集装箱内的装载方式。
在考虑了集装箱结构承受能力的基本前提下，如何提高集装箱满载率是关系每个货主的切身利益，同时也有利于提高集装箱运输方式的市场竞争力。
我国铁路集装箱运输以ISO中20英尺通用干货集装箱箱为主，在集装箱箱内货物装载优化方面，国内外的许多专家和学者对该问题进行了大量的理论研究，产生了许多装箱优化模型，但涉及集装箱货物装载实际作业方面的研究却很少，对于现场作业缺乏实际指导意义。铁路货物装箱优化问题即基于铁路货物装运条件，将货物装入集装箱三维空间的优化问题。针对铁路货物装箱优化问题，按研究货物装箱种类的数量不同，可将该问题的现有研究归纳为以下几类：
1） 同类货物的装箱优化问题
同类货物主要指货物的外形和重量以及长、宽、高都相同的货物，它的装箱优化问题比较简单，其优化目标一般从集装箱容积或载重利用率最大这一方面进行考虑。
2）不同尺寸的同类货物的装箱优化问题
不同尺寸的同类货物装箱优化是一个较为复杂的问题，其目标一般是集装箱容积利用率最大，也有少量以集装箱载重量利用率最大为优化目标。
3）不同货物的装箱优化问题
不同货物是指在货物的外形和重量以及长、宽、高并不完全相同，此类货物装箱的第一优化目标是容积利用率最大，第二优化目标是载重量利用率最大，目前对于不同货物的装箱优化问题几乎没有。
在如何提高集装箱容积利用率的研究方面，国内外学者主要采用了启发式算法、遗传算法和递接优化算法等。
3.2.1 国内研究现状
姜义东等提出基于空间分割并采用三叉树的数据结构来处理容器内空间的启发式算法。彭煌等提出了采用复合块的启发式分层搜索算法；黄文奇等提出了一种基于最大限度策略的启发式算法。翟珏等基于货物可任意旋转，运用树搜索策略，提出结合“平面”和“块”概念的混合遗传算法。宫佩珊提出了采用递阶优化算法求解同类货物装箱优化问题，算法在取得较高货物装箱数的同时，能较好满足货物装箱时的装箱约束条件。
3.2.2 国外研究现状
针对货物装箱优化问题， George Jaf首次运用了包含“层”策略的启发式算法来求解。BiSehoff EE和 NowSlandw.B也运用了“层”策略，不过是基于集装箱宽度方向上的分层，采用同类货物按层进行装箱，有效的降低了问题的求解难度，提高了空间利用率。PiSinger以货物的体积等价于其价值为前提，构造了将三维装箱优化问题转化为背包问题求解的启发式算法。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.铁路货物装载加固规则.北京：中国铁道出版社，2005，7.
[2]卜雷，袁新江，等.基于遗传算法的集装箱单箱三维装载优化问题[J].中国铁道科学，2004（8）.
[3]车德慧.风载荷对货物装载加固强度的影响[J].铁道货运.2007（12）：24-28.
[4]卜雷，袁新江，等.基于遗传算法的集装箱单箱三维装载优化问题[J].中国铁道科学，2004（8）.
[5]吴强，郭玉华，李笑红.铁路集装箱运输[M].中国铁道出版社，2011.
[6]梁博.铁路集装箱货物装载加固研究[D].中南大学，2010.
[7]George JA.A method for solving container packing of a single size of box Journa of Operational Research Society，1992，43（4）.
[8]Bischoff EE，Marriott MD.A comparative evaluation of heristics for container loading.European Journal of Operational Research，1990.
注释
①UK P&I Club 是英国轮船保险联合有限公司，是世界上最大的联合海运保护和赔偿机构.
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