Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành giao thông vận tải đóng vai trò huyết mạch trong nền kinh tế quốc dân, thực hiện chức năng kết nối giữa sản xuất và tiêu thụ, thúc đẩy tái sản xuất mở rộng và giao lưu thương mại. Trong các phương thức vận chuyển, vận tải biển chiếm vị trí then chốt nhờ khả năng chuyên chở khối lượng lớn, giá thành thấp, suất tiêu hao nhiên liệu tối ưu và tính an toàn cao trên các hành lang kinh tế liên vùng và quốc tế. Tuy nhiên, hiệu quả kinh doanh của các doanh nghiệp vận tải biển phụ thuộc trực tiếp vào năng lực tổ chức và khai thác đội tàu nhằm tối đa hóa lợi nhuận và giảm thiểu chi phí vận hành.

Đề tài tập trung giải quyết bài toán thực tế về lập kế hoạch và tổ chức khai thác đội tàu vận chuyển hàng hóa xuất phát từ các yêu cầu cụ thể sau:

  1. Nhiệm vụ nghiên cứu:

    • Phân tích bối cảnh, đánh giá ưu nhược điểm của các phương thức vận tải và lựa chọn phương thức khai thác tàu phù hợp.
    • Phân tích số liệu xuất phát về luồng hàng container, tuyến luồng hàng hải, năng lực cầu bến tại hai đầu cảng và thông số kỹ thuật của các loại tàu dự kiến khai thác.
    • Quy hoạch tuyến đường chạy tàu, xác định các thông số đặc trưng của hình thức tàu chợ (tần số khởi hành, khoảng khởi hành, số chuyến thực hiện).
    • Lập phương án bố trí tàu, tính toán chi tiết các thành phần thời gian chuyến đi (thời gian chạy biển, thời gian chạy luồng, thời gian xếp dỡ, thời gian đỗ phụ và thời gian điều chỉnh vòng chuyến).
    • Xác định cơ cấu chi phí vận hành (khấu hao, sửa chữa, định biên thuyền viên, nhiên liệu, phí cảng biển) và lập lịch vận hành, biểu đồ tác nghiệp của tàu tại cảng.

  2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

    • Đối tượng nghiên cứu: Kế hoạch tổ chức khai thác đội tàu container (đánh giá giữa hai loại phương tiện: Tàu loại 9 và Tàu loại 12).
    • Phạm vi không gian: Tuyến vận tải nội địa khứ hồi giữa Cảng Tiên Sa (Đà Nẵng) và Cảng Tân Cảng - Cát Lái (TP. Hồ Chí Minh) với cự ly hành trình $L = 518$ hải lý.
    • Phạm vi thời gian: Kế hoạch tác nghiệp và vận chuyển trong kỳ khai thác Quý I năm 2022 (tổng thời gian khai thác $T_{hđ} = 90$ ngày).
    • Khối lượng luồng hàng: Chiều từ Cảng Tiên Sa đi Cảng Cát Lái đạt $Q_{AB} = 33.460$ TEU; chiều ngược lại từ Cảng Cát Lái về Cảng Tiên Sa đạt $Q_{BA} = 35.640$ TEU (hệ số container tính đổi $k_{tđ} = 1,0$).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài áp dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành Kinh tế và Khai thác vận tải biển, kết hợp phương pháp tính toán định lượng kỹ thuật - tổ chức vận tải:

  1. Khung lý thuyết và mô hình vận tải:

    • Lý thuyết hình thức khai thác tàu: So sánh hai phương thức khai thác cơ bản trong vận tải biển là tàu chuyến (Tramp shipping) và tàu chợ (Liner shipping). Đề tài xác định các đặc trưng của tàu chợ bao gồm tuyến đường cố định, lịch trình công bố trước, chuyến đi khứ hồi ổn định và giá cước bao gồm chi phí xếp dỡ.
    • Lý thuyết quy hoạch luồng tàu: Mô hình cân bằng luồng hàng hai chiều, tối ưu hóa hệ số lợi dụng trọng tải ($\alpha$) nhằm hạn chế tối đa tình trạng chạy tàu rỗng.
    • Mô hình toán điều động tàu: Mô hình tối thiểu hóa tổng chi phí vận tải: $$\sum_{i} \sum_{j} X_{ij} \cdot C_{ij} \to \min$$ Với các điều kiện ràng buộc về năng lực chuyên chở $\sum_i X_{ij} \cdot R_{ij} \ge B_j$ và giới hạn số lượng phương tiện $\sum_j X_{ij} \le A_i$.

  2. Phương pháp nghiên cứu:

    • Phương pháp lập luận phương án (Heuristic method): Áp dụng để quy hoạch tuyến đường chạy tàu và lựa chọn phương án phân bổ thời gian vòng chuyến cho tuyến vận tải đơn giản hai đầu bến.
    • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Tính toán các chỉ tiêu khai thác bao gồm tần số khởi hành ($r$), tần số điều chỉnh ($r^*$), khoảng khởi hành ($T_u$), thời gian chạy biển thuần túy ($t_b$), thời gian chạy luồng ($t_l$), thời gian đỗ làm hàng ($t_{đ.h}$) và thời gian đỗ phụ ($t_{đ.phụ}$).
    • Phương pháp phân bổ thời gian dư ($\Delta T$): Phân bổ thời gian điều chỉnh vòng chuyến vào thời gian đỗ tại cảng dựa trên thứ tự ưu tiên về năng suất bốc dỡ, mật độ tàu và mức phí cầu bến giữa Cảng Tiên Sa và Cát Lái.
    • Phương pháp định mức và hạch toán kinh tế: Xác định chi phí cố định (khấu hao cơ bản, sửa chữa lớn, sửa chữa thường xuyên, bảo hiểm, tiền lương định biên) và chi phí biến đổi (nhiên liệu FO, dầu DO khi chạy/đỗ, nước ngọt, hoa tiêu, lai dắt, phí cầu bến, bốc dỡ container).

  3. Nguồn dữ liệu:

    • Khoảng cách hàng hải trích xuất từ cơ sở dữ liệu hàng hải quốc tế (seadistances.org).
    • Biểu cước và năng lực kỹ thuật Cảng Tiên Sa lấy từ Cảng Đà Nẵng (danangport.com).
    • Biểu cước và thông số hạ tầng Cảng Cát Lái lấy từ Tổng công ty Tân Cảng Sài Gòn (saigonnewport.com.vn).
    • Hồ sơ kỹ thuật tàu, định mức tiêu hao nhiên liệu và bảng lương thuyền viên của hai loại tàu nghiên cứu.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Nội dung phần 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về ngành vận tải biển và các phương thức tổ chức khai thác phương tiện:

  • Vai trò và đặc điểm các phương thức vận tải: Đánh giá tổng quan 6 phương thức vận tải chính trong nền kinh tế quốc dân:
    • Vận tải đường biển: Ưu điểm khối lượng lớn, giá thành thấp, phạm vi toàn cầu; hạn chế về tốc độ di chuyển và tính phụ thuộc vào kết nối hậu cần sau cảng.
    • Vận tải đường bộ: Ưu điểm linh hoạt, giao hàng tận nơi (Door-to-Door), cự ly ngắn và trung bình hiệu quả; hạn chế về phụ phí, ùn tắc và tải trọng giới hạn.
    • Vận tải đường sắt, đường hàng không, đường ống, đường thủy nội địa: Phân tích thế mạnh và phạm vi ứng dụng riêng biệt theo tính chất hàng hóa.
  • Cơ sở vật chất kỹ thuật ngành vận tải biển: Phân tích 4 xu hướng phát triển cốt lõi của đội tàu buôn hiện đại: xu hướng tăng tốc độ, tăng trọng tải, chuyên môn hóa và hiện đại hóa đội tàu.
  • Lựa chọn phương thức khai thác: So sánh chi tiết hai hình thức khai thác tàu:
    • Tàu chuyến: Linh hoạt theo lô hàng, không cố định tuyến, cước biến động mạnh, không gắn kết vận tải đa phương thức.
    • Tàu chợ: Tuyến đường và cảng ghé cố định, lịch trình công bố trước, cước ổn định, tích hợp tốt với vận tải đa phương thức.
    • Kết luận lựa chọn: Tuyến vận chuyển Tiên Sa – Cát Lái có khối lượng hàng lớn ($Q_{AB} = 33.460$ TEU, $Q_{BA} = 35.640$ TEU), luồng hàng ổn định hai chiều, hàng hóa đóng container chuẩn ISO. Do đó, đồ án lựa chọn phương thức khai thác tàu chợ cho kế hoạch Quý I/2022.

Phần 2: Lập kế hoạch tổ chức vận chuyển

Phần 2 là trọng tâm tính toán kỹ thuật và lập phương án tổ chức khai thác cho đội tàu:

1. Phân tích số liệu xuất phát

  • Hàng hóa: Hàng container bách hóa tiêu chuẩn ISO (20ft, 40ft), trọng lượng toàn bộ 24T – 35T. Yêu cầu xếp dỡ và chằng buộc khóa góc chuyên dụng (Twistlock) trên hầm tàu, bãi xếp tối đa 4–5 tầng.
  • Tuyến đường và bến cảng:
    • Tuyến Tiên Sa – Cát Lái: Tổng cự ly 518 hải lý; luồng vào Cảng Tiên Sa dài 3,4 hải lý (độ sâu -11m); luồng vào Cảng Cát Lái dài 43 hải lý (độ sâu -12m); cự ly chạy biển thuần túy $L_{AB} = 471,6$ hải lý.
    • Cảng Tiên Sa: Năng suất bốc dỡ 19 container/máng-giờ (tương đương 456 container/máng-ngày với 2 máng làm việc).
    • Cảng Cát Lái: Trang thiết bị cẩu giàn hiện đại, năng suất xếp dỡ 60 container/tàu-giờ (tương đương 1.440 container/tàu-ngày).
  • Thông số kỹ thuật phương tiện vận tải:
Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Tàu loại 9 Tàu loại 12
Năm đóng / Nơi đóng - 2007 / Nhật Bản 2009 / Hàn Quốc
Dung tích đăng ký (GRT) Tấn 12.800 9.920
Trọng tải toàn phần (DWT) TEU 800 620
Hệ số sử dụng trọng tải trung bình ($\alpha_{TB}$) - 0,91 0,90
Trọng tải thực chở ($D_t$) TEU 728 558
Tốc độ chạy có hàng / không hàng Hải lý/giờ 18 / 22 22 / 24
Số máng làm hàng Máng 2 2
Định mức tiêu thụ nhiên liệu máy chính (FO) Tấn/ngày 11,4 10,8
Định mức DO (chạy / đỗ làm hàng / đỗ chờ) Tấn/ngày 1,8 / 2,0 / 0,25 1,6 / 1,9 / 0,20
Nguyên giá tàu / Số tiền bảo hiểm Triệu USD 16 / 10 16 / 10
Định biên thuyền viên Người 20 20

2. Quy hoạch tuyến đường và xác định đặc trưng tàu chợ

  • Quy hoạch tuyến: Áp dụng phương pháp lập luận phương án. Xác định luồng hàng khứ hồi trên tuyến $A \leftrightarrow B$. Hệ số lợi dụng trọng tải đạt $\alpha = 0,969$, đảm bảo tàu khai thác đầy tải theo hai chiều, hạn chế tối đa chạy rỗng.
  • Xác định các đặc trưng khai thác tàu chợ ($T_{hđ} = 90$ ngày):
Chỉ tiêu khai thác Đơn vị Phương án Tàu 9 Phương án Tàu 12
Khối lượng căng thẳng nhất ($Q_{\max}$) TEU 35.640 35.640
Trọng tải thực chở ($D_t$) TEU 728 558
Tần số khởi hành tính toán ($r$) Tàu/ngày 0,544 0,710
Tần số khởi hành điều chỉnh ($r^*$) Tàu/ngày 0,542 (sai số 0,368%) 0,710 (sai số 0%)
Khoảng khởi hành ($T_u$) Ngày/tàu $T_{u1}=5; T_{u2}=5; T_{u3}=7$ $T_u=7$ (5 tàu chạy)
Tổng số chuyến thực hiện ($n_{ch}$) Chuyến 48,78 63,90
Khối lượng bình quân trên chuyến ($Q_{ch}$) TEU 1.417 1.081

3. Tính toán thời gian chuyến đi và bố trí tàu

  • Các thành phần thời gian cơ sở:
    • Thời gian chạy biển và chạy luồng ($t_{chạy}$): Tàu 9 mất 2,490 ngày; Tàu 12 mất 2,037 ngày (với tốc độ luồng bằng 70% tốc độ biển).
    • Thời gian đỗ phụ ($t_{đ.phụ}$): Cập/rời cầu, đóng mở hầm, thủ tục kết toán là 0,25 ngày (6 giờ/chuyến).
    • Thời gian xếp dỡ ($t_{xd}$): Tàu 9 mất 2,114 ngày ($t_{xdA} = 1,42$ ngày; $t_{xdB} = 0,945$ ngày); Tàu 12 mất 1,614 ngày ($t_{xdA} = 1,113$ ngày; $t_{xdB} = 0,751$ ngày).
    • Thời gian vòng chuyến tính toán ($T_{ch}$): Tàu 9 đạt 4,854 ngày; Tàu 12 đạt 3,901 ngày.
  • Điều chỉnh vòng chuyến và phân bổ thời gian dư ($\Delta T$):
    • Tàu loại 9: Điều chỉnh vòng chuyến $T^*_{ch} = 5$ ngày (với $T_u = 5$) hoặc $7$ ngày (với $T_u = 7$). Thời gian dư $\Delta T$ tương ứng là 0,146 ngày và 2,146 ngày.
    • Tàu loại 12: Điều chỉnh vòng chuyến $T^*_{ch} = 7$ ngày (với $T_u = 7$). Thời gian dư $\Delta T = 3,099$ ngày.
    • Nguyên tắc phân bổ: Ưu tiên bổ sung thời gian chờ vào Cảng Tiên Sa do năng suất xếp dỡ tại Tiên Sa thấp hơn Cát Lái và đơn giá phí cầu bến tại Tiên Sa (35 đồng/GT-giờ) tiết kiệm hơn so với chi phí chờ đợi tại Cát Lái.

4. Cơ cấu chi phí và giá thành vận chuyển

Đồ án thiết lập công thức và bảng tính cho 5 nhóm chi phí khai thác đưa về chi phí 1 chuyến:

  1. Chi phí theo nguyên giá tàu: Khấu hao cơ bản ($T_{KT} = 365$ ngày, nguyên giá 16 triệu USD), chi phí trích trước sửa chữa lớn ($3%$), sửa chữa thường xuyên.
  2. Chi phí lao động: Tiền lương định biên 20 thuyền viên và các khoản phụ cấp theo lương (Thuyền trưởng 3.290 USD/tháng với tàu 9 và 2.750 USD/tháng với tàu 12).
  3. Chi phí nhiên liệu và nước ngọt: Tiêu hao dầu FO máy chính và DO máy phụ theo định mức chạy biển, làm hàng và đỗ chờ.
  4. Phí và lệ phí cảng biển: Hoa tiêu, lai dắt, buộc mở dây, cập cầu, vệ sinh hầm hàng, bốc dỡ container tại Cảng Tiên Sa và Cảng Cát Lái.
  5. Tổng hợp giá thành: Xác định giá thành vận chuyển cho 1 chuyến ($S_{ch}$), 1 TEU ($S_{TEU}$) và 1 tấn hàng ($S_T$).

Phần 3: Kết luận

Tổng kết tính khả thi của phương án tổ chức khai thác đội tàu chợ nội địa:

  • Xác lập được quy trình lập kế hoạch vận tải khoa học từ khâu xử lý số liệu đầu vào đến xây dựng lịch vận hành thực tế.
  • Khẳng định tính hiệu quả của phương pháp phân bổ thời gian dư vào cảng có chi phí thấp hơn (Tiên Sa), giúp tối ưu hóa biểu đồ tác nghiệp và giảm thiểu chi phí phát sinh trong quá trình khai thác.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả tính toán kỹ thuật chính

  • Đã xác định toàn bộ hệ thống chỉ tiêu khai thác cho hai phương án tàu trên tuyến vận tải container Tiên Sa - Cát Lái trong Quý I/2022:
Chỉ tiêu tổng hợp Đơn vị Phương án Tàu loại 9 Phương án Tàu loại 12
Khối lượng vận chuyển chiều A $\to$ B TEU 33.460 33.460
Khối lượng vận chuyển chiều B $\to$ A TEU 35.640 35.640
Trọng tải toàn phần (DWT) TEU 800 620
Trọng tải thực tế ($D_t$) TEU 728 558
Thời gian chuyến đi tính toán ($T_{ch}$) Ngày 4,854 3,901
Thời gian chuyến đi điều chỉnh ($T^*_{ch}$) Ngày 5,000 / 7,000 7,000
Thời gian chạy biển + luồng ($t_{chạy}$) Ngày 2,490 2,037
Thời gian đỗ tại cảng ($T_đ$) Ngày 2,364 1,864
Thời gian đỗ sau điều chỉnh ($T^*_đ$) Ngày 2,500 / 4,500 5,000
Số chuyến thực hiện trong quý Chuyến 48,78 63,90
Lượng hàng bình quân 1 chuyến TEU 1.417 1.081

2. Giải pháp tác nghiệp đề xuất

  • Phân bổ thời gian đỗ chờ biểu đồ: Toàn bộ thời gian chênh lệch giữa vòng chuyến kỹ thuật và vòng chuyến điều chỉnh ($\Delta T$) được phân bổ vào Cảng Tiên Sa ($t^_{đA} = 1,5$ đến $3,0$ ngày; $t^_{đB} = 1,0$ đến $2,0$ ngày), phù hợp với điều kiện năng suất cầu bến và giảm áp lực chi phí cầu bến cho hãng tàu.
  • Thiết lập lịch vận hành chuẩn: Xây dựng biểu đồ tác nghiệp chi tiết cho từng tàu, đồng bộ hóa thời gian cập/rời cầu với năng lực tiếp nhận của hai cảng, đảm bảo không xảy ra xung đột cầu bến.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đề tài nghiên cứu mô hình tuyến vận tải cố định 2 đầu bến (Point-to-Point) trong điều kiện giả định các yếu tố thời tiết và luồng tàu ổn định, chưa xét đến các tình huống gián đoạn chuỗi cung ứng do thiên tai, bão gió hoặc biến động đột biến của giá nhiên liệu thị trường.
  • Hướng mở rộng: Mở rộng bài toán tối ưu hóa mạng lưới gom hàng container đa cảng (Hub-and-Spoke), kết hợp mô hình tiếp vận đa phương thức (đường biển - sà lan - đường bộ) và tính toán chi phí phát thải khí nhà kính của đội tàu.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Kinh tế Vận tải biển, Khai thác Tàu biển, Quản trị Logistics và Chuỗi cung ứng.
  • Nội dung giá trị: Cung cấp phương pháp mẫu hoàn chỉnh về tính toán chu kỳ vòng chuyến kỹ thuật, kỹ thuật điều chỉnh tần số khởi hành tàu chợ, quy trình phân bổ thời gian tác nghiệp tại cảng và hạch toán toàn diện các khoản mục chi phí khai thác tàu theo biểu cước cảng biển Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn phương thức khai thác tàu chợ thay vì tàu chuyến?
Do khối lượng hàng hóa vận chuyển trên tuyến Tiên Sa – Cát Lái có quy mô lớn và ổn định hai chiều ($Q_{AB} = 33.460$ TEU, $Q_{BA} = 35.640$ TEU), hành trình cố định khứ hồi, hàng hóa là container tiêu chuẩn ISO cần lịch trình cố định để tích hợp vào mạng lưới logistics.

2. Khoảng cách địa lý và thời gian chạy biển giữa Cảng Tiên Sa và Cát Lái được xác định như thế nào?
Tổng khoảng cách là 518 hải lý, bao gồm: 3,4 hải lý luồng Tiên Sa, 43 hải lý luồng Cát Lái và 471,6 hải lý chạy biển thuần túy. Tốc độ trên luồng được tính bằng 70% tốc độ biển; thời gian chạy thực tế của Tàu 9 là 2,490 ngày và Tàu 12 là 2,037 ngày.

3. Tại sao thời gian dư $\Delta T$ lại được ưu tiên phân bổ vào thời gian đỗ tại Cảng Tiên Sa?
Năng suất xếp dỡ tại Cảng Tiên Sa thấp hơn Cát Lái (19 container/máng-giờ so với 60 container/tàu-giờ), đồng thời đơn giá cước cầu bến tại Tiên Sa thấp hơn Cát Lái. Việc bố trí chờ tại Tiên Sa giúp cảng kịp thời giải phóng hàng mà vẫn tiết kiệm tổng chi phí neo đậu cho hãng tàu.

4. Sự khác biệt chính về năng lực vận chuyển giữa Tàu loại 9 và Tàu loại 12 là gì?
Tàu loại 9 có sức chở lớn hơn (DWT 800 TEU, $D_t = 728$ TEU), tốc độ khai thác 18 hải lý/giờ, thực hiện 48,78 chuyến/quý với sản lượng 1.417 TEU/chuyến. Tàu loại 12 có sức chở nhỏ hơn (DWT 620 TEU, $D_t = 558$ TEU), tốc độ cao hơn (22 hải lý/giờ), thực hiện 63,90 chuyến/quý với sản lượng 1.081 TEU/chuyến.

Kết luận

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán lập kế hoạch và tổ chức khai thác đội tàu container tuyến nội địa Tiên Sa - Cát Lái trong Quý I năm 2022. Thông qua phương pháp lập luận phương án và kỹ thuật tính toán đặc trưng tàu chợ, tác giả đã lượng hóa chính xác các thông số vòng chuyến, phân bổ thời gian tác nghiệp hợp lý và thiết lập cơ cấu chi phí vận hành chi tiết. Kết quả tính toán cung cấp phương án điều động phương tiện có cơ sở khoa học, đáp ứng yêu cầu vận chuyển luồng hàng và nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp vận tải biển.