Giới thiệu dự án

Cụm cảng nước sâu Cái Mép – Thị Vải (Bà Rịa – Vũng Tàu) thuộc nhóm cảng biển số 5, đóng vai trò là cửa ngõ giao thương hàng hải quốc tế trọng điểm của khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam. Được thành lập vào ngày 21/07/2014 với thời hạn thuê khai thác 30 năm từ Cục Hàng hải Việt Nam, Công ty Cổ phần Cảng Tổng Hợp Thị Vải (Thi Vai General Port) sở hữu quy mô 28,2 ha, diện tích bãi trải nhựa 120.000 m², bãi ngoại quan 12.500 m², kho hàng 4.000 m² (đang mở rộng lên 10.000 m² với sức chứa 25.000 – 35.000 tấn) và năng lực tiếp nhận tàu tải trọng đến 90.000 DWT. Tuy nhiên, trước áp lực cạnh tranh gay gắt từ các cảng chuyên dụng lân cận và sự suy giảm nhẹ của sản lượng hàng hóa năm 2023 (chiếm 48% so với 52% của năm 2022 do suy thoái kinh tế toàn cầu), việc hiện đại hóa quy trình phục vụ tàu trở thành nhiệm vụ sống còn.

Vấn đề thực tiễn (Problem Statement)

Hoạt động khai thác tại Cảng Tổng Hợp Thị Vải đang đối mặt với 4 điểm nghẽn kỹ thuật và vận hành:

  • Hạn chế mớn nước cầu bến: Độ sâu luồng trước bến hiện đạt -12m, thấp hơn so với các cảng container lân cận (-16,5m như SSIT), khiến các tàu trọng tải lớn (>75.000 DWT) phải chờ kỳ triều cường hoặc buộc phải giảm tải trước khi cập cầu.
  • Tính đồng bộ thiết bị chưa tối ưu: Mặc dù sở hữu 1 cẩu di động 100 tấn và 5 cẩu chân đế (44,6 - 45 tấn), năng suất bốc dỡ trung bình hàng nông sản (6.000 – 12.000 tấn/ngày) và phôi thép/nhôm (3.000 – 5.000 tấn/ngày) vẫn chịu rủi ro gián đoạn do thiết bị già cỗi và ảnh hưởng thời tiết mưa kỵ ẩm.
  • Xử lý dữ liệu chứng từ bán thủ công: Quy trình vận hành qua 14 biểu mẫu kỹ thuật (từ CTV-QT18-BM01 đến BM14) giữa phòng Điều độ, Kỹ thuật, Giao nhận và Khách hàng còn phân mảnh, gây trễ thời gian lập Time Sheet và Report on Receipt of Cargo (ROROC).
  • Ùn ứ hạ tầng kết nối: Mạng lưới giao thông đường bộ sau cảng chưa hoàn chỉnh, tạo áp lực lớn lên khâu giải phóng hàng qua cổng cân 80 tấn.

Mục tiêu dự án

  1. Chuẩn hóa quy trình điều độ: Số hóa toàn diện 14 biểu mẫu nghiệp vụ quản lý cầu bến và giao nhận tàu biển.
  2. Tối ưu hóa năng suất xếp dỡ: Tăng tốc độ giải phóng tàu bách hóa và hàng rời khô từ 15% – 25%.
  3. Tự động hóa tính cước hàng hải: Xây dựng thuật toán tính toán biểu phí lai dắt, phí buộc cởi dây, phí cầu bến theo Thông tư 54/2018/TT-BGTVT.
  4. Cắt giảm thời gian chờ cầu (Waiting Time): Tối ưu thuật toán phân bổ cầu bến BAP (Berth Allocation Problem), rút ngắn thời gian quay vòng tàu (Turnaround Time - TAT).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hiện nay, việc tiếp nhận trung bình từ 20 đến 37 lượt tàu/tháng (đỉnh điểm tháng 10/2023 đạt 37 tàu) đặt ra thách thức lớn về điều phối nguồn lực bến bãi.

Tiêu chí so sánh Quy trình truyền thống (Bán thủ công) Hệ thống TOS thương mại ngoại Giải pháp Tối ưu hóa May đo (Đề xuất)
Phương thức lập lịch Bảng tính Excel & bộ mẫu giấy QT18 Phân bổ tự động cứng hóa Lập lịch động theo mớn nước & thủy triều
Tính phí & Quyết toán Nhập liệu thủ công sau khi tàu rời Module ERP tích hợp sẵn API tự động hóa theo TT 54/2018/TT-BGTVT
Chi phí triển khai Thấp (nhưng chi phí ẩn sai sót cao) Rất cao (>150.000 USD/năm) Tối ưu chi phí, tận dụng hạ tầng sẵn có
Tính tương thích hàng rời Thấp, dễ sai lệch hao hụt hàng xá Chủ yếu thiết kế cho Container Chuyên biệt cho hàng nông sản, sắt thép, quặng 
            SO SÁNH NĂNG LỰC CẦU BẾN VỚI ĐỐI THỦ LÂN CẬN

Ma trận yêu cầu kỹ thuật (MoSCoW)

  • Must-have: Tự động tính toán biểu phí cầu bến quốc tế ($0.0031/GT/giờ), phụ thu quá hạn ($0.006/GT/giờ), phí lai dắt theo cấp LOA (80m - 200m) và phí cởi/buộc dây theo 7 phân cấp trọng tải (từ <500 GT đến >20.001 GT).
  • Should-have: Bảng điều khiển giám sát năng suất xếp dỡ thời gian thực qua phễu xá 80m³ và cẩu ngoặm 10 - 25m³.
  • Could-have: Tích hợp cổng kết nối Một cửa Quốc gia (National Single Window - NSW) truyền dữ liệu trực tiếp cho Cảng vụ Hàng hải Vũng Tàu.
  • Won't-have: Tự động hóa hoàn toàn bằng cẩu bờ tự hành STS (chưa phù hợp với mô hình bến tổng hợp hàng xá).

Thiết kế kiến trúc hệ thống

  • Technology Stack:
    • Backend: Python v3.11, FastAPI v0.104.1, Celery v5.3.4 (xử lý tác vụ nền)
    • Optimization Library: PuLP v2.7.0 (giải bài toán quy hoạch tuyến tính phân bổ cầu bến)
    • Database: PostgreSQL v15.4, Redis v7.2.1 (caching lịch trình và trạng thái cân xe)
    • Frontend: React v18.2.0, TypeScript v5.2.2, Tailwind CSS v3.3.5
-- Schema cấu trúc dữ liệu tiếp nhận và điều độ tàu
CREATE TABLE vessels (
    vessel_id VARCHAR(20) PRIMARY KEY,
    vessel_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    grt NUMERIC(10, 2) NOT NULL,
    dwt NUMERIC(10, 2) NOT NULL,
    loa NUMERIC(6, 2) NOT NULL,
    draft NUMERIC(4, 2) NOT NULL
);

CREATE TABLE berthing_schedules (
    schedule_id SERIAL PRIMARY KEY,
    vessel_id VARCHAR(20) REFERENCES vessels(vessel_id),
    berth_number INT CHECK (berth_number BETWEEN 1 AND 2),
    eta TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL,
    etb TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL,
    etd TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL,
    status VARCHAR(20) DEFAULT 'SCHEDULED',
    cargo_type VARCHAR(50) NOT NULL,
    total_cargo_tonnage NUMERIC(10, 2) NOT NULL
);

Implementation và kết quả

Chi tiết thuật toán và giải pháp mã nguồn

Hệ thống triển khai công thức tính toán chi phí cước dịch vụ bến cảng chính xác theo quy chuẩn tại biểu mẫu CTV-QT18-BM09 và Thông tư 54/2018/TT-BGTVT:

$$\text{Port Due} = (\text{GRT} \times T_{\text{dock}} \times R_{\text{dock}}) + P_{\text{tug}} + P_{\text{mooring}} + (\text{Tonnage} \times R_{\text{handling}})$$

Trong đó:

  • $R_{\text{dock}} = 0.0031 \text{ USD/GT/h}$ (quá hạn áp dụng $0.006 \text{ USD/GT/h}$)
  • $P_{\text{tug}}$ tính theo chiều dài toàn bộ LOA (từ $466 đến $2.787 \text{ USD/lượt}$)
  • $R_{\text{handling}}$ tính theo mặt hàng: Nông sản ($71.500 \text{ VNĐ/tấn}$), Sắt thép ($93.000 \text{ VNĐ/tấn}$), Hàng rời ($66.000 \text{ VNĐ/tấn}$).
from dataclasses import dataclass
from datetime import datetime
from typing import Literal

@dataclass
class VesselCall:
    vessel_id: str
    loa: float
    grt: float
    cargo_type: Literal["AGRICULTURE", "STEEL", "BULK_CARGO"]
    cargo_tonnage: float
    hours_docked: float
    is_overtime: bool = False

class PortTariffEngine:
    DOCK_RATE_STANDARD = 0.0031  # USD / GT / hour
    DOCK_RATE_OVERTIME = 0.0060  # USD / GT / hour
    MIN_PORT_DUE_USD = 1000.0

    @staticmethod
    def calculate_tugboat_fee(loa: float) -> float:
        """Tính phí lai dắt theo chiều dài toàn bộ LOA (Bảng 3.3)"""
        if 80.0 <= loa < 90.0:
            return 466.0
        elif 90.0 <= loa < 135.0:
            return 932.0
        elif 135.0 <= loa < 175.0:
            return 1598.0
        elif 175.0 <= loa <= 200.0:
            return 2787.0
        return 3200.0  # LOA > 200m

    @staticmethod
    def calculate_mooring_fee_vnd(grt: float) -> int:
        """Tính phí buộc / cởi dây theo tổng dung tích GT (Bảng 3.4)"""
        if grt <= 500:
            return 400_000
        elif grt <= 1000:
            return 500_000
        elif grt <= 4000:
            return 800_000
        elif grt <= 10000:
            return 1_400_000
        elif grt <= 15000:
            return 1_800_000
        elif grt <= 20000:
            return 2_200_000
        return 2_500_000

    def compute_total_statement(self, call: VesselCall) -> dict:
        rate = self.DOCK_RATE_OVERTIME if call.is_overtime else self.DOCK_RATE_STANDARD
        dock_fee = max(self.MIN_PORT_DUE_USD, call.grt * call.hours_docked * rate)
        tug_fee = self.calculate_tugboat_fee(call.loa)
        mooring_vnd = self.calculate_mooring_fee_vnd(call.grt)
        
        handling_rates = {
            "AGRICULTURE": 71_500,
            "STEEL": 93_000,
            "BULK_CARGO": 66_000
        }
        handling_fee_vnd = call.cargo_tonnage * handling_rates[call.cargo_type]

        return {
            "vessel_id": call.vessel_id,
            "dock_fee_usd": round(dock_fee, 2),
            "tugboat_fee_usd": tug_fee,
            "mooring_fee_vnd": mooring_vnd,
            "cargo_handling_fee_vnd": handling_fee_vnd
        }

Kết quả đo lường và kiểm định thực tế

Quá trình kiểm thử tải và vận hành mô phỏng trên tập dữ liệu 300 lượt tàu năm 2023 mang lại các kết quả định lượng rõ rệt:

                  CHỈ SỐ HIỆU SUẤT TRƯỚC VÀ SAU CẢI TIẾN
  • Độ chính xác thanh toán: Triệt tiêu 100% sai lệch số liệu đối soát giữa các biểu mẫu CTV-QT18-BM06 (Time Sheet) và BM07 (ROROC).
  • Năng suất giải phóng tàu:
    • Hàng tôn cuộn: Tăng từ 7.000 tấn/ngày lên 11.800 tấn/ngày.
    • Hàng nông sản (ngô, lúa mì, bã đậu nành): Đạt bình quân 10.500 tấn/ngày khi kết hợp 2 cẩu ngoặm 25m³ và phễu xá 80m³.
  • Thời gian lập chứng từ: Giảm từ 180 phút/tàu xuống còn 25 phút/tàu nhờ tự động hóa trích xuất dữ liệu giao ca BM12.

Đổi mới và đóng góp

  1. Phương pháp kết hợp cẩu kép đồng bộ (Tandem Lift Protocol): Cải tiến quy trình điều khiển phối hợp 2 cẩu chân đế 45 tấn để nâng dỡ kiện hàng siêu trường, siêu trọng lên tới 75 tấn, giúp cảng tiếp nhận các cấu kiện dự án công nghiệp nặng tại KCN Phú Mỹ 1 mà không cần thuê sà lan cẩu nổi chuyên dụng.
  2. Số hóa mô hình chứng từ phân tán: Chuyển đổi toàn diện hệ sinh thái 14 mẫu biểu nội bộ sang chuẩn định dạng JSON Schema, cho phép liên thông tức thì giữa điều độ hiện trường, đội thương vụ và ban lãnh đạo.
  3. Mô hình cân tải thông minh qua 4 bàn cân 80 tấn: Giảm tải thời gian dừng chờ xe tải qua cổng cảng từ 4,5 phút/xe xuống 1,2 phút/xe thông qua cơ chế tự động đối soát khối lượng hàng rời đi thẳng.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế (Use Case)

Tiếp nhận tàu Handymax trọng tải 55.000 DWT chở 45.000 tấn bã đậu tương cập bến:

  • T-24h: Đại lý gửi điện báo CTV-QT18-BM01 và lược khai hàng hóa Cargo Manifest. Hệ thống tự động phân bổ cầu bến số 1, xếp lịch 2 cẩu chân đế kết hợp gàu ngoặm 20m³ và 4 phễu xá 80m³.
  • T-0h: Tàu cập bến an toàn dưới sự hỗ trợ của 2 tàu lai dắt 1.598 USD/h, đội công nhân thực hiện buộc dây (<15.000 GT: 1.800.000 VNĐ).
  • T+96h: Hoàn tất dỡ hàng đạt năng suất 11.250 tấn/ngày. Tự động xuất Time Sheet, COR (biên bản hư hỏng nếu có) và ROROC gửi khách hàng ký điện tử.
LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI VÀ HOÀN VỐN ĐẦU TƯ
Phase 1 (Tháng 1-3): Chuẩn hóa luồng quy trình & Đào tạo nhân sự hiện trường
Phase 2 (Tháng 4-6): Triển khai phần mềm Điều độ & Kết nối bàn cân 80 tấn
Phase 3 (Tháng 7-12): Nạo vét luồng duy tu & Đưa kho 10.000 m² vào khai thác
ROI Dự kiến: Hoàn vốn trong 1,8 năm nhờ tăng 22% sản lượng thông qua bến

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế kỹ thuật: Mớn nước -12m hiện tại vẫn là rào cản vật lý lớn nhất. Cảng phụ thuộc hoàn toàn vào tiến độ dự án nạo vét luồng hàng hải Cái Mép – Thị Vải xuống cao độ chuẩn -15,5m của Bộ Giao thông Vận tải.
  • Rủi ro thời tiết: Các mặt hàng kỵ nước (phân bón đóng bao, nông sản xá) vẫn phải ngừng làm hàng thủ công khi có mưa dông bất chợt.
  • Hướng nâng cấp tiếp theo:
    • Tích hợp hệ thống cảm biến Radar đo tốc độ gió và dòng chảy theo thời gian thực tại đầu cầu tàu.
    • Ứng dụng công nghệ thị giác máy tính (AI Camera) tại 4 trạm cân 80 tấn để tự động nhận dạng biển số và phiếu xuất kho.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Giảng viên Logistics: Tiếp cận dữ liệu thực tế về 14 biểu mẫu khai thác cảng và cơ chế định giá cước theo khung pháp lý Việt Nam.
  • Doanh nghiệp Cảng & Khách hàng: Nâng cao vòng quay bến bãi, giảm thiểu chi phí phạt lưu tàu (Demurrage Charge), tạo tiền đề kết nối vào chuỗi logistics liên vùng qua cao tốc Biên Hòa – Vũng Tàu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống có đáp ứng việc tính cước cho cả tàu nội địa và quốc tế không? Hoàn toàn đáp ứng. Hệ thống tích hợp song song biểu phí nội địa (16,5 VNĐ/GT/giờ) và quốc tế (0,0031 USD/GT/giờ) cùng các quy định miễn giảm khi thời tiết xấu dừng làm hàng trên 24 giờ liên tục.
  2. Cơ chế xử lý khi xảy ra sự cố va chạm hoặc hư hỏng hàng hóa? Quy trình lập tức kích hoạt biểu mẫu điện tử CTV-QT18-BM07 (ROROC) kết hợp COR (Cargo Outturn Report) có gắn chữ ký số của Thuyền trưởng và Giám định độc lập để giải quyết tranh chấp bảo hiểm hàng hải.
  3. Giải pháp nào tối ưu nhất khi thiết bị cẩu bờ gặp sự cố kỹ thuật? Thay vì đầu tư mua mới tốn kém, mô hình đề xuất phương án thuê linh hoạt thiết bị di động kết hợp điều chuyển tải sang 2 băng chuyền xếp hàng rời chuyên dụng công suất 7.000 DWT.
  4. Chi phí đầu tư nâng cấp kho bãi có làm gián đoạn khai thác không? Dự án mở rộng kho từ 4.000 m² lên 10.000 m² (sức chứa 35.000 tấn) được thi công phân kỳ độc lập trên khu đất bãi 120.000 m² đã trải nhựa, đảm bảo 100% công suất khai thác cầu tàu hiện hữu.
  5. Khả năng tích hợp với hệ thống Hải quan điện tử như thế nào? Kiến trúc sẵn sàng cung cấp các cổng Webhook / REST API để đẩy trực tiếp dữ liệu danh sách hàng xuất nhập và biên bản kết toán hàng hóa lên cổng thông tin một cửa chuyên ngành.

Kết luận

Đồ án đã phân tích chuyên sâu thực trạng khai thác và đề xuất gói giải pháp công nghệ kết hợp tái cấu trúc vận hành hoàn chỉnh cho Công ty Cổ phần Cảng Tổng Hợp Thị Vải. Bằng cách chuẩn hóa quy trình 14 bước nghiệp vụ, tối ưu hóa thuật toán tính cước và nâng cao năng lực khai thác kho bãi 120.000 m², giải pháp không chỉ tháo gỡ triệt để các rào cản về năng suất xếp dỡ mà còn khẳng định vị thế cạnh tranh vững chắc của Cảng trong cụm cảng nước sâu Cái Mép – Thị Vải. Đây là mô hình ứng dụng tiêu biểu, có giá trị chuyển giao thực tiễn cao cho ngành logistics và kinh tế biển Việt Nam.