Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống logistics và thương mại toàn cầu, vận tải đường biển giữ vai trò huyết mạch khi đảm nhận khoảng 70% tổng khối lượng hàng hóa lưu chuyển quốc tế, đặc biệt hiệu quả với các chủng loại hàng hóa có khối lượng lớn, cự ly dài. Tại Việt Nam, ngành vận tải biển đóng vai trò cầu nối quan trọng trong xuất nhập khẩu và luân chuyển hàng hóa nội địa. Theo thống kê của Diễn đàn Thương mại và Phát triển Liên Hiệp Quốc (UNCTAD) được trích dẫn trong đồ án, tính đến tháng 6/2019, đội tàu biển Việt Nam sở hữu 1.568 tàu với tổng dung tích khoảng 4,8 triệu GT và tổng trọng tải xấp xỉ 7,8 triệu DWT, xếp thứ 4 trong khu vực ASEAN và thứ 30 trên thế giới. Dù tuổi tàu bình quân đạt 15,6 tuổi (trẻ hơn mức trung bình 20,8 tuổi của thế giới) và đội tàu container có sự tăng trưởng từ 19 tàu (năm 2013) lên 39 tàu (năm 2019), quy mô đội tàu thương mại có xu hướng suy giảm về tổng số lượng phương tiện, đòi hỏi các doanh nghiệp vận tải phải nâng cao năng lực tổ chức, tối ưu hóa chi phí khai thác và hạ giá thành dịch vụ.

Đề tài "Thiết kế môn học: Lập kế hoạch và tổ chức khai thác đội tàu" được sinh viên Võ Huỳnh Tuấn Khanh thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đặng Thị Bích Hoài tại Trường Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 12/2021) nhằm giải quyết bài toán khai thác đội tàu container vận chuyển trên tuyến cố định trong Quý I năm 2022.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Đánh giá tổng quan về vai trò của các phương thức giao thông vận tải, cơ sở vật chất kỹ thuật ngành hàng hải và so sánh hai hình thức tổ chức khai thác: tàu chuyến và tàu chợ.
  2. Phân tích số liệu xuất phát về luồng hàng container, điều kiện tự nhiên - kỹ thuật của hai cảng đầu bến (Cảng VICT - TP. Hồ Chí Minh và Cảng Penang - Malaysia) cùng thông số kỹ thuật của hai phương án tàu chở container (Tàu loại 11 và Tàu loại 13).
  3. Lựa chọn phương pháp quy hoạch luồng chạy tàu, xác định phương án tổ chức vận hành tối ưu nhằm đạt hệ số sử dụng trọng tải cao nhất và hạn chế chạy rỗng.
  4. Tính toán các đặc trưng kỹ thuật tuyến của tàu chợ (tần số khởi hành, khoảng khởi hành, số chuyến khai thác, khối lượng luân chuyển từng chiều) và xây dựng kế hoạch điều động, lập lịch vận hành tác nghiệp.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Tuyến vận tải biển kết nối Cảng VICT (Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam) và Cảng Penang (Malaysia) với cự ly tuyến khoảng 1.108 hải lý.
  • Thời gian: Kế hoạch khai thác trong Quý I năm 2022 ($T_{hđ} = 90$ ngày).
  • Đối tượng: Hàng hóa đóng container với khối lượng kế hoạch chiều đi $Q_{AB} = 60.824$ TEUs (tính đổi thực tế 50.220 container / $60.264$ TEUs) và chiều về $Q_{BA} = 40.824$ TEUs (34.020 container); đối tượng phương tiện là 02 loại tàu container chuyên dụng (Tàu 11 đóng năm 2009 tại Trung Quốc và Tàu 13 đóng năm 2013 tại Hàn Quốc).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết về tổ chức và khai thác vận tải biển, lý thuyết quy hoạch luồng hàng và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong khai thác đội tàu:

  • Khái niệm và đặc trưng phương thức khai thác tàu: Phân biệt rõ rệt giữa phương thức khai thác tàu chuyến (Voyage Charter) và phương thức khai thác tàu chợ (Liner Charter). Tàu chợ hoạt động trên tuyến cố định theo lịch trình công bố trước, chuyến đi khép kín (khứ hồi hoặc vòng tròn), cước phí bao gồm chi phí xếp dỡ tại hai đầu bến và tương đối ổn định. Công thức xác định thời gian một vòng chuyến tàu chợ: $$T_{ch} = T_{xdA} + T_{c(A-B)} + T_{xdB} + T_{c(B-A)} + T_f$$ Trong đó: $T_{xdA}, T_{xdB}$ là thời gian xếp dỡ tại các cảng A và B; $T_{c(A-B)}, T_{c(B-A)}$ là thời gian chạy trên biển giữa các cảng; $T_f$ là thời gian dự trữ kỹ thuật/chờ đợi.
  • Phương pháp quy hoạch luồng chạy tàu: Tác giả đối chiếu hai phương pháp:
    • Phương pháp toán học: Xây dựng mô hình bài toán điều xe/tàu rỗng với hàm mục tiêu cực tiểu hóa tấn-hải lý chạy rỗng $\sum (D_t \cdot L_r) \to \min$, áp dụng cho mạng lưới đa giác phức tạp.
    • Phương pháp lập phương án (chuyên gia): Đề xuất các phương án tổ chức luồng hàng và luồng tàu, tính toán hệ số sử dụng trọng tải $\alpha = \frac{\sum Q \cdot L}{\sum D_t \cdot L_{ch}}$ để chọn phương án có $\alpha_{\max}$. Do tuyến VICT – Penang là tuyến hai đầu bến đơn giản, phương pháp lập phương án được lựa chọn sử dụng.
  • Phương pháp tính đổi hàng hóa: Quy đổi lượng hàng hóa theo hệ số $k_{tđ} = \frac{U_h}{w_t}$ (với $U_h$ là dung tích riêng của hàng, $w_t$ là dung tích đơn vị tàu), từ đó xác định $Q_{tđ} = k_{tđ} \cdot Q_{KH}$.
  • Phương pháp xác định đặc trưng tuyến: Tính toán tần số khởi hành lý thuyết $r = \frac{Q_{tđ}^{\max}}{T_{hđ} \cdot D_t}$, sau đó điều chỉnh thành các tần số thành phần $r^$ sao cho khoảng khởi hành $T_u = \frac{1}{r^}$ là các số nguyên dương, thỏa mãn điều kiện sai số nhỏ nhất $|r - \sum r^*| \to \min$.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: thông số kỹ thuật cảng biển VICT và Penang; biểu cước cảng biển và hoa tiêu (áp dụng theo quy định biểu cước tại VICT và biểu cước tương đương của cảng Tiên Sa năm 2022 cho Penang); thông số kỹ thuật, định mức tiêu hao nhiên liệu và định biên thuyền viên của Tàu loại 11 và Tàu loại 13.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này tập trung trình bày tổng quan về hệ thống vận tải và cơ sở vật chất kỹ thuật của ngành hàng hải:

  • Vai trò của giao thông vận tải: Phân tích tác động của giao thông vận tải trên ba phương diện: phục vụ sản xuất vật chất (định vị công nghiệp, giảm chi phí lưu thông, bảo đảm tính nhịp nhàng cho doanh nghiệp), phục vụ đời sống xã hội và thúc đẩy hoạt động ngoại thương xuất nhập khẩu.
  • Đặc tính kỹ thuật - kinh tế của 5 phương thức vận tải: So sánh ưu - nhược điểm giữa vận tải đường bộ, đường sắt, đường hàng không, đường ống và đường thủy (đường sông và đường biển).
  • Thực trạng hạ tầng và đội tàu biển Việt Nam: Nêu các thông số thống kê về số lượng tàu, cơ cấu trọng tải, tuổi tàu bình quân (15,6 tuổi) và chỉ ra thực trạng sụt giảm số lượng phương tiện giai đoạn 2018–2019, từ đó nêu các phương hướng trẻ hóa, chuyên dụng hóa và hiện đại hóa đội tàu.
  • So sánh hai phương thức khai thác tàu biển: Phân tích chi tiết quy trình, đặc điểm hợp đồng, cước phí, tính linh hoạt giữa khai thác tàu chuyến và khai thác tàu chợ.
  • Lựa chọn hình thức khai thác cho bài toán: Dựa trên tập số liệu hàng container hai chiều giữa Cảng VICT và Cảng Penang trong Quý I/2022 có tính chất luân chuyển đều đặn, tác giả xác định phương thức khai thác tàu chợ là phương án thích hợp.
Đặc trưng so sánh Phương thức tàu chuyến (Voyage Charter) Phương thức tàu chợ (Liner Charter)
Tuyến đường & bến cảng Không cố định, theo yêu cầu chủ hàng Cố định theo tuyến ấn định trước
Lịch trình Không công bố trước, biến động Công bố công khai, cố định ngày giờ
Hợp đồng & chứng từ Ký kết hợp đồng thuê tàu chuyến (C/P) Sử dụng Giấy lưu cước (Booking Note) & Vận đơn (B/L)
Cơ cấu giá cước Thỏa thuận, biến động mạnh, tách phí xếp dỡ Ổn định dài hạn, bao gồm chi phí xếp dỡ hai đầu
Loại tàu sử dụng Tàu bách hóa tổng hợp, kỹ thuật trung bình Tàu chuyên dụng tốc độ cao, kỹ thuật hiện đại

Chương 2: Lập kế hoạch tổ chức vận chuyển

Chương 2 là phần trọng tâm của đồ án, thực hiện tính toán chi tiết qua các bước kỹ thuật:

1. Phân tích số liệu xuất phát

  • Hàng hóa: Hàng container đóng gói 4 nhóm mặt hàng; hệ số TEU là 1,2. Đưa ra các quy chuẩn kỹ thuật về phân bổ tải trọng sàn container, tỷ lệ xếp đầy tối thiểu 80% thể tích, quy định chèn lót, gia cố chống dịch chuyển và thông gió hút ẩm. Đối với container hàng nguy hiểm, thời gian lưu tại bãi cảng không quá 8 giờ (đối với hàng nguy hiểm cao), các loại khác không quá 24 giờ và thời gian xếp xuống tàu tối đa không quá 48 giờ.
  • Tuyến đường: Cự ly hành trình VICT – Penang gần 1.108 hải lý qua Biển Đông và Eo biển Malacca. Đặc điểm thủy văn khu vực chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc (tháng 11 đến tháng 1 năm sau) và Tây Nam (tháng 3 đến tháng 5); chế độ nhật triều tại vùng nước VICT dao động 2–5m.
  • Cảng biển tiếp nhận:
    • Cảng VICT (TP.HCM): Năng lực thông qua 800.000 TEU/năm; tổng chiều dài bến 678m với 3 cầu bến chính (VICT B2: 152,5m - tiếp nhận tàu 25.000 DWT; VICT V1: 181m - tiếp nhận tàu 20.000 DWT; VICT V2: 192m - tiếp nhận tàu 25.000 DWT); độ sâu trước bến -11,2m; mớn nước tối đa -10m; luồng vào dài 46 hải lý; năng lực xếp dỡ đạt 26 moves/cẩu/giờ (mức bình quân 672 container/máng-ngày).
    • Cảng Penang (Malaysia): 6 cầu bến (N1 đến N6) tổng chiều dài 1,5 km, trang bị 13 cẩu giàn; luồng vào cảng dài 20 hải lý; mức xếp dỡ bình quân 720 container/máng-ngày.
  • Phương tiện vận tải: Xem xét hai loại tàu container với các thông số khai thác kỹ thuật:
Thông số kỹ thuật Tàu loại 11 Tàu loại 13
Năm đóng / Nơi đóng 2009 (Trung Quốc) 2013 (Hàn Quốc)
Tổng dung tích (GRT) 12.480 13.440
Trọng tải toàn phần (DWT) 780 TEUs 840 TEUs
Trọng tải thực chở ($D_t = 90% DWT$) 670,8 TEUs 756,0 TEUs
Tốc độ chạy có hàng / không hàng 18 / 22 hải lý/giờ 20 / 24 hải lý/giờ
Hệ số sử dụng trọng tải trung bình 0,86 0,90
Tiêu hao FO máy chính (chạy) 11,3 tấn/ngày 11,6 tấn/ngày
Tiêu hao DO máy phụ (chạy / làm hàng / đỗ) 1,9 / 2,0 / 0,25 tấn/ngày 2,0 / 2,3 / 0,29 tấn/ngày
Giá trị tàu / Số tiền bảo hiểm 16,5 triệu USD / 10,0 triệu USD 19,0 triệu USD / 12,0 triệu USD
Định biên thuyền viên 20 người 20 người
Số máng xếp dỡ yêu cầu 2 máng 2 máng

2. Quy hoạch tuyến đường tàu chạy

Khối lượng hàng kế hoạch tính đổi: Chiều đi $Q_{tđ}^{AB} = 60.220$ container ($60.264$ TEUs); Chiều về $Q_{tđ}^{BA} = 40.020$ container ($40.824$ TEUs). Tác giả so sánh các phương án tổ chức luồng chạy:

  • Phương án 1 (Giữ nguyên luồng hàng đi thẳng khứ hồi): 1 sơ đồ luồng tàu, 1 sơ đồ vận hành, hệ số sử dụng trọng tải đạt $\alpha_1 = 0,88$.
  • Phương án 2: Đạt hệ số $\alpha_2 = 0,88$ nhưng cần 2 sơ đồ luồng tàu và 2 sơ đồ vận hành. $\rightarrow$ Lựa chọn Phương án 1 làm phương án tối ưu do có cấu trúc vận hành đơn giản nhất.

3. Xác định đặc trưng tuyến của tàu chợ

Với thời gian khai thác trong kỳ $T_{hđ} = 90$ ngày, kết quả tính toán các chỉ tiêu đặc trưng tuyến được tổng hợp:

STT Chỉ tiêu đặc trưng Đơn vị tính Tàu loại 11 Tàu loại 13
1 Hệ số sử dụng trọng tải cực đại ($\alpha_{\max}$) - 0,88 0,88
2 Khối lượng hàng tính đổi lớn nhất ($Q_{tđ}^{\max}$) TEU 60.264 60.264
3 Trọng tải thực chở ($D_t$) TEU 670,8 756,0
4 Tần số khởi hành lý thuyết ($r$) Tàu/ngày 0,99 0,89
5 Tần số điều chỉnh thành phần ($r^_1; r^_2; r^*_3$) Tàu/ngày 0,500; 0,333; 0,142 0,500; 0,250; 0,125
6 Tổng tần số điều chỉnh ($\sum r^*$) Tàu/ngày 0,975 (sai số 1,5%) 0,875 (sai số 1,7%)
7 Khoảng khởi hành tương ứng ($T_{u1}; T_{u2}; T_{u3}$) Ngày/tàu 2; 3; 7 2; 4; 8
8 Tổng số chuyến thực hiện trong quý ($n_{ch}$) Chuyến 87,86 78,75
9 Lượng hàng chiều đi $A \to B$ trên mỗi chuyến ($Q_{ch}^{AB}$) Cont (TEU) 571,59 (685,91) 637,70 (765,26)
10 Lượng hàng chiều về $B \to A$ trên mỗi chuyến ($Q_{ch}^{BA}$) Cont (TEU) 387,20 (464,65) 432,00 (518,40)

4. Kế hoạch bố trí tàu và kế hoạch tác nghiệp

Trình bày cơ sở lý luận về so sánh các chỉ tiêu chi phí khai thác (nhiên liệu FO/DO, lương thuyền viên, bảo hiểm thân tàu, cảng phí, hoa tiêu, lai dắt, đóng mở nắp hầm hàng, xếp dỡ), giá thành vận chuyển đơn vị và xây dựng biểu đồ tác nghiệp kỹ thuật tại cảng cùng lịch trình điều động tàu chi tiết.

Chương 3: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết tính khả thi của phương án tổ chức vận chuyển hàng container trên tuyến VICT – Penang bằng phương thức tàu chợ. Đồng thời, tác giả đưa ra các nhóm giải pháp khuyến nghị kỹ thuật:

  • Kiến nghị với chủ tàu: Tăng cường quản lý định mức tiêu hao nhiên liệu máy chính và máy phụ; thực hiện nghiêm ngặt kế hoạch bảo dưỡng định kỳ vỏ tàu và hệ động lực; nâng cao nghiệp vụ bốc xếp, giằng buộc (lashing) container nhằm rút ngắn thời gian đỗ bến và bảo đảm an toàn trên biển.
  • Kiến nghị với doanh nghiệp cảng biển: Nâng cao năng suất xếp dỡ bình quân của cẩu bờ (trên mức 26 moves/h); hiện đại hóa phần mềm điều hành bãi container (TOS); đảm bảo độ sâu luồng hàng hải và cầu bến để tiếp nhận tàu an toàn mà không phải phụ thuộc vào mực nước nhật triều.
  • Kiến nghị với chủ hàng: Thực hiện đóng gói và chèn lót hàng đúng quy chuẩn kỹ thuật; tuân thủ nghiêm ngặt thời hạn giao nhận đối với container hàng nguy hiểm (không quá thời gian quy định từ 8 đến 48 giờ); phối hợp chặt chẽ trong khâu đặt chỗ (booking) và khai báo hải quan điện tử để giảm thiểu thời gian tàu chờ đợi tại cảng.

Kết quả và đóng góp của đồ án

  • Kết quả tính toán định lượng: Đã xác lập được phương án quy hoạch luồng chạy tàu tối ưu trên tuyến VICT – Penang với hệ số sử dụng trọng tải đạt $\alpha = 0,88$. Xác định cụ thể 2 bộ thông số khai thác: với Tàu 11 thực hiện 87,86 chuyến (khoảng khởi hành 2, 3, 7 ngày), chở bình quân 571,59 cont chiều đi và 387,20 cont chiều về; với Tàu 13 thực hiện 78,75 chuyến (khoảng khởi hành 2, 4, 8 ngày), chở bình quân 637,70 cont chiều đi và 432,00 cont chiều về trong 90 ngày của Quý I/2022.
  • Đóng góp về phương pháp thực hành: Chuẩn hóa quy trình tính toán thiết kế môn học ngành Khai thác Vận tải biển: từ khâu phân tích hạ tầng luồng lạch, trang thiết bị cảng biển, biểu cước thực tế đến các bước làm tròn tần số khởi hành nguyên số và phân bổ tải trọng tàu container.

Hạn chế và hướng phát triển nghiên cứu

  • Hạn chế: Bài toán giả định luồng hàng container vận chuyển đồng đều trong suốt 90 ngày của Quý I/2022 và chỉ so sánh giữa hai loại tàu có sẵn mà chưa xét đến các biến động đột biến về giá cước, giá nhiên liệu FO/DO hoặc ảnh hưởng kéo dài của thời tiết cực đoan vùng Biển Đông làm gián đoạn lịch trình tàu chợ.
  • Hướng phát triển: Mở rộng nghiên cứu bài toán quy hoạch đội tàu đa tuyến (kết nối mạng lưới trung chuyển feeder qua nhiều cảng trong khu vực Đông Nam Á) và áp dụng các thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu (cân bằng giữa chi phí vận hành, giá thành và lượng phát thải khí nhà kính của đội tàu).

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo trực quan cho sinh viên chuyên ngành Kinh tế Vận tải biển, Quản trị Logistics và Khai thác Cảng biển khi thực hiện đồ án môn học, khóa luận tốt nghiệp về:

  1. Quy trình tính toán các chỉ tiêu khai thác kỹ thuật tuyến tàu chợ (Liner Service Planning).
  2. Phương pháp tra cứu và tính toán các loại chi phí cảng biển, hoa tiêu, lai dắt theo biểu cước cảng thực tế tại Việt Nam.
  3. Kỹ thuật điều chỉnh tần số khởi hành lý thuyết $r$ về các khoảng khởi hành thực tế $T_u$ là số nguyên ngày.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn phương thức khai thác tàu chợ thay vì tàu chuyến cho tuyến VICT – Penang?
Bởi vì tuyến vận chuyển giữa Cảng VICT và Cảng Penang có nguồn hàng container hai chiều ổn định trong suốt Quý I/2022 ($Q_{AB} = 60.824$ TEUs, $Q_{BA} = 40.824$ TEUs), hoạt động trên tuyến cố định khứ hồi theo chu kỳ đều đặn, đáp ứng đúng các tiêu chí của hình thức tàu chợ.

2. Tiêu chí nào được sử dụng để lựa chọn phương án quy hoạch luồng chạy tàu tối ưu?
Tác giả dựa trên tiêu chí cực đại hóa hệ số sử dụng trọng tải tàu ($\alpha_{\max}$) hoặc cực tiểu hóa số tấn tàu chạy rỗng ($\sum D_t \cdot L_r \to \min$). Cả phương án 1 và 2 đều đạt $\alpha = 0,88$, nhưng phương án 1 được chọn vì có số lượng sơ đồ luồng tàu và sơ đồ vận hành ít nhất (1 sơ đồ so với 2 sơ đồ), giúp đơn giản hóa công tác điều hành.

3. Khác biệt cơ bản về thông số kỹ thuật giữa Tàu loại 11 và Tàu loại 13 là gì?
Tàu loại 11 đóng năm 2009 tại Trung Quốc, GRT 12.480, DWT 780 TEUs ($D_t = 670,8$ TEUs), tốc độ chạy có hàng 18 hải lý/giờ, định mức tiêu hao FO là 11,3 tấn/ngày. Tàu loại 13 đóng năm 2013 tại Hàn Quốc, có quy mô lớn hơn với GRT 13.440, DWT 840 TEUs ($D_t = 756,0$ TEUs), tốc độ chạy có hàng 20 hải lý/giờ, định mức tiêu hao FO là 11,6 tấn/ngày.

4. Quy định an toàn nào được nêu trong đồ án đối với việc vận chuyển container hàng nguy hiểm?
Container chứa hàng nguy hiểm cao không được lưu tại bãi cảng quá 8 giờ; các nhóm hàng nguy hiểm khác không quá 24 giờ; tổng thời gian tối đa để xếp xuống tàu không quá 48 giờ. Quá trình xếp dỡ phải thực hiện tại khu vực cách ly khu dân cư, có sự giám sát của cảng vụ/công an và phải bố trí tại vị trí râm mát, dễ tiếp cận trên tàu cùng thiết bị phòng cháy chuyên dụng.

Kết luận

Đồ án "Lập kế hoạch và tổ chức khai thác đội tàu" của sinh viên Võ Huỳnh Tuấn Khanh đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật khai thác vận tải container tuyến VICT – Penang trong Quý I năm 2022. Nghiên cứu đã hệ thống hóa cơ sở lý luận về khai thác tàu chợ, phân tích chi tiết điều kiện khai thác cảng biển - phương tiện và xác lập phương án chạy tàu tối ưu với hệ số sử dụng trọng tải đạt 0,88. Kết quả tính toán cung cấp đầy đủ các thông số về tần số khởi hành, số chuyến vận hành và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật phục vụ trực tiếp cho công tác điều động đội tàu.