Tổng quan nghiên cứu

Vận tải đường biển hiện nay đảm nhận gần 80% tổng khối lượng hàng hóa trong thương mại quốc tế, giữ vai trò xương sống cho chuỗi cung ứng toàn cầu và tăng trưởng kinh tế biển. Đối với các mặt hàng công nghiệp nặng như thép cây bó dài có chiều dài từ 6m đến 11,7m và tỷ trọng lớn 7,28 tấn/m³, việc tổ chức xếp dỡ tại cảng thường gặp nhiều khó khăn do tính chất cồng kềnh, dễ biến dạng và nguy cơ gây mất an toàn cao. Vấn đề cốt lõi đặt ra là làm thế nào để giải phóng tàu nhanh chóng, giảm thiểu thời gian tàu nằm bến và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Mục tiêu cụ thể của công trình nghiên cứu là thiết kế sơ đồ công nghệ xếp dỡ cơ giới hóa đồng bộ, tính toán chi tiết năng lực thông qua của tuyến tiền phương và hậu phương, quy hoạch bãi chứa và xây dựng định mức nhân lực cho cảng chuyên dùng tiếp nhận luồng hàng thép cây với khối lượng thông qua đạt 2.650.000 tấn/năm. Phạm vi nghiên cứu được thiết lập dựa trên điều kiện khai thác 365 ngày/năm tại khu vực cảng biển TP. Hồ Chí Minh, phục vụ tàu hàng rời điển hình VTC DRAGON có trọng tải toàn phần 22.661,8 DWT và chiều dài 153,2m.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc lượng hóa chính xác các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: nâng khả năng thông qua toàn cảng lên mức 12.285 tấn/ngày, rút ngắn thời gian giải phóng tàu, kiểm soát tổng vốn đầu tư thiết bị và công cụ ở mức 192,08 tỷ đồng, đồng thời tối ưu hóa diện tích kho bãi xây dựng ở quy mô 28.708,33 m² nhằm mang lại hiệu quả khai thác cảng biển vượt trội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết khai thác và quản lý kỹ thuật cảng biển kết hợp với lý thuyết cơ giới hóa xếp dỡ hàng siêu trường siêu trọng. Mô hình nghiên cứu tập trung vào bài toán cân bằng dây chuyền công nghệ giữa tuyến mép bến (tiền phương) và tuyến kho bãi (hậu phương). Các khái niệm then chốt bao gồm:

  • Mã hàng tiêu chuẩn: Trọng lượng một lần nâng danh định đạt 5,0 tấn (tương đương 10 bó thép, mỗi bó nặng 0,5 tấn và dài 6m).
  • Chu kỳ tác nghiệp của thiết bị: Thời gian hoàn thành một vòng bốc rót của cần trục chân đế là 240 giây, trong khi chu kỳ di chuyển và nâng hạ của xe nâng dao động từ 360 đến 450 giây tùy theo phương án chuyển tải.
  • Hệ số bất bình hành hàng hóa: Chỉ số kbh bằng 1,3 nhằm dự phòng các biến động lưu lượng hàng hóa cao điểm trong năm.
  • Mật độ lưu kho cho phép: Giới hạn chất xếp p đạt 4 tấn/m² dựa trên tải trọng nền bãi và chiều cao chất xếp an toàn tối đa 4m.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu kỹ thuật từ hồ sơ tàu mẫu VTC DRAGON (IMO 9335460, gồm 5 hầm hàng với tổng dung tích trên 29.250 m³), kết hợp thông số vận hành của cần trục chân đế KIROV sức nâng 10 tấn, tầm với 8-30m và xe nâng hàng diesel tải trọng 7 tấn, công suất 82,5 kW. Phương pháp phân tích định lượng kỹ thuật kết hợp tối ưu hóa kinh tế được lựa chọn vì tính chính xác cao trong việc xác định các điểm nghẽn dây chuyền bốc xếp.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 3 kịch bản bố trí số lượng cần trục tiền phương trên một cầu tàu (2 cần trục, 3 cần trục và 4 cần trục). Phương pháp chọn mẫu bao phủ toàn bộ các cấu hình công nghệ khả thi đối với tàu 5 hầm hàng nhằm tìm ra điểm cân bằng tối ưu giữa chi phí đầu tư và thời gian giải phóng tàu. Toàn bộ quá trình tính toán, lập bảng định mức và kiểm tra thời gian làm việc thực tế được hoàn thiện theo chu kỳ dữ liệu năm 2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã làm sáng tỏ 4 kết quả định lượng then chốt phục vụ công tác tổ chức khai thác cảng:

Thứ nhất, năng suất bốc dỡ của thiết bị tiền phương đạt 75 tấn/máy-giờ, tương đương 487,5 tấn/máy-ca và 1.462,5 tấn/máy-ngày cho cả hai phương án chuyển thẳng từ tàu sang ô tô và đưa hàng từ tàu về bãi tạm.

Thứ hai, đối với tuyến hậu phương, xe nâng 7 tấn đạt năng suất 40 tấn/giờ ở phương án đảo chuyển nội bộ bãi và 50 tấn/giờ ở phương án xuất kho lên xe ô tô. Năng lực thông qua trung bình của một thiết bị hậu phương đạt 433,33 tấn/máy-ngày, đòi hỏi phải bố trí từ 19 đến 23 xe nâng để đảm bảo công suất giải tỏa toàn bãi đạt 8.233,27 đến 9.966,59 tấn/ngày.

Thứ ba, với hệ số lưu kho 0,6 và thời gian bảo quản bình quân 13 ngày, lượng hàng tồn kho trung bình cần quản lý là 65.619,05 tấn. Diện tích kho bãi hữu ích được xác định là 16.404,76 m², dẫn đến tổng diện tích bãi xây dựng thực tế là 28.708,33 m² sau khi tính toán hệ số đường giao thông nội bộ (0,4) và hệ số dự trữ hàng tồn cực đại (0,25).

Thứ tư, khi so sánh hiệu quả giữa các kịch bản, phương án bố trí 3 cần trục trên một cầu tàu (tổng 12 cần trục tiền phương trên 4 cầu tàu) giúp khả năng thông qua tuyến tiền phương đạt 12.285 tấn/ngày, tăng 20% so với phương án bố trí 2 cần trục (10.237,5 tấn/ngày với 5 cầu tàu), đồng thời tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng một cầu bến đắt đỏ.

Thảo luận kết quả

Khi xem xét tổng thể, sơ đồ công nghệ cơ giới hóa kết hợp giữa cần trục chân đế KIROV và xe nâng hàng vạn năng thể hiện ưu thế vượt trội so với sơ đồ hai cần trục giao nhau hay sơ đồ dùng cần cẩu tàu. Việc sử dụng cẩu chân đế giúp kiểm soát tốc độ nâng hạ 1,17 m/s và góc quay ổn định, giảm tối đa rung lắc đối với mã hàng thép 5 tấn.

Các kết quả tính toán có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ cân đối năng lực tiền phương - hậu phương và bảng phân tích thời gian làm việc thực tế của máy móc. Cụ thể, số giờ làm việc thực tế trong năm của một cần trục chân đế ở phương án tối ưu đạt 4.416,67 giờ/năm (tương đương 2,2 ca/ngày), hoàn toàn nằm trong giới hạn an toàn dưới mức trần 6.532,5 giờ/năm và đảm bảo trọn vẹn 30 ngày bảo dưỡng định kỳ trong năm. Mức sản lượng tổng hợp bình quân đạt 22,21 tấn/người-ca, chứng minh cơ cấu tổ chức 11 người/máng xếp dỡ đã phát huy tối đa công suất mà không gây ra hiện tượng ứ đọng cục bộ tại mép bến hay kho bãi.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hiện thực hóa các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn khai thác cảng, bốn giải pháp trọng tâm cần được triển khai đồng bộ:

  • Chuẩn hóa quy trình lập mã hàng nặng 5 tấn dưới hầm tàu và trên bãi bằng cách trang bị ngáng trên tải trọng 20 tấn, dây cáp chuyên dụng 15 tấn cùng hệ thống gỗ kê lót 3 điểm cách đều; do Đội Công nhân Xếp dỡ thực hiện hàng ngày nhằm duy trì chu kỳ nâng hạ ổn định ở mức 240 giây.
  • Đầu tư đồng bộ đội thiết bị gồm 12 cần trục chân đế KIROV 10 tấn và 23 xe nâng diesel 7 tấn trong lộ trình 12 tháng tới; do Ban Quản lý Dự án và Phòng Thiết bị Cảng chủ trì thực hiện nhằm đạt mục tiêu khả năng thông qua 12.285 tấn/ngày.
  • Nâng cấp và kiên cố hóa kết cấu nền bãi đạt tải trọng nén 4 tấn/m² và sức chịu tải cục bộ 10 tấn/m² trên tổng diện tích 28.708,33 m²; hoàn thành bởi Phòng Kỹ thuật Hạ tầng trong vòng 6 tháng để đảm bảo an toàn tuyệt đối khi chất xếp thép cây cao 4 tầng.
  • Tái cấu trúc mô hình phân bổ lao động theo định mức 11 người cho mỗi máng xếp dỡ (gồm 9 công nhân thủ công và 2 công nhân cơ giới); giao Phòng Tổ chức Lao động Tiền lương áp dụng định kỳ nhằm duy trì năng suất lao động chung ở mức trên 22,21 tấn/người-ca.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của công trình mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Ban Lãnh đạo và Nhà Quản lý Khai thác Cảng biển: Sử dụng các mô hình tính toán chi phí và phân bổ thiết bị để tối ưu hóa tổng mức đầu tư 192,08 tỷ đồng, nâng cao tỷ suất sinh lời và giải quyết triệt để tình trạng nghẽn cảng.
  • Kỹ sư Điều độ và Giám sát Khai thác: Vận dụng các định mức năng suất ca (487,5 tấn/ca), chu kỳ xe nâng và quy trình tác nghiệp 4 phương án bốc xếp để lập kế hoạch giải phóng tàu VTC DRAGON hoặc các tàu hàng rời tương đương trong thời gian ngắn nhất.
  • Chuyên viên Quy hoạch và Thiết kế Công trình Thủy công: Ứng dụng các công thức tính diện tích hữu ích 16.404,76 m², hệ số lưu kho 0,6 và áp lực nền bãi 4 tấn/m² vào công tác lập báo cáo nghiên cứu khả thi mở rộng kho bãi cảng biển.
  • Giảng viên và Học viên Cao học ngành Logistics và Vận tải: Khai thác toàn bộ số liệu tính toán đồng bộ tuyến tiền phương - hậu phương làm học liệu giảng dạy và tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu về khai thác hàng rời, hàng bách hóa nặng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao sơ đồ kết hợp cần trục chân đế và xe nâng vạn năng lại là lựa chọn tối ưu cho thép cây bó dài? Sơ đồ này đảm bảo năng lực thông qua lớn đạt 12.285 tấn/ngày, có tính linh hoạt cao khi làm việc hai chiều nhập xuất và tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư ban đầu (tổng chi phí thiết bị khoảng 192,08 tỷ đồng), thấp hơn nhiều so với sơ đồ hai cần trục giao nhau đắt đỏ.

Quy cách mã hàng thép cây được xác định như thế nào để đảm bảo an toàn nâng chuyển? Mỗi mã hàng tiêu chuẩn được đóng thành 10 bó thép (mỗi bó nặng 0,5 tấn) với tổng trọng lượng đúng 5,0 tấn. Quá trình nâng hạ sử dụng ngáng trên sức nâng 20 tấn, dây cáp 15 tấn và móc cáp qua các điểm kê lót chắc chắn, tuyệt đối không móc trực tiếp vào đai bó thép.

Diện tích kho bãi 28.708,33 m² được tính toán dựa trên những yếu tố nào? Quy mô bãi được xác định từ khối lượng hàng qua kho 1.590.000 tấn/năm, lượng tồn kho bình quân 65.619,05 tấn trong 13 ngày lưu kho, mật độ chất xếp 4 tấn/m² (chiều cao 4m), kết hợp hệ số đường giao thông nội bộ 0,4 và hệ số dự trữ cực đại 0,25.

Tại sao phương án bố trí 3 cần trục trên 1 cầu tàu lại vượt trội hơn phương án 2 hoặc 4 cần trục? Cấu hình 3 cần trục trên 1 cầu tàu giúp rút giảm số cầu bến cần xây dựng xuống còn 4 cầu tàu mà vẫn đạt công suất đỉnh 12.285 tấn/ngày. Đồng thời, số giờ vận hành thực tế của mỗi cẩu đạt 4.416,67 giờ/năm, tối ưu hóa hệ số sử dụng máy mà không gây quá tải.

Định mức bố trí nhân lực cho một máng xếp dỡ thép cây được phân bổ ra sao? Một máng xếp dỡ tiêu chuẩn bố trí 11 công nhân, gồm 9 lao động thủ công (4 người dưới hầm tàu, 4 người trên phương tiện tiếp nhận, 1 người làm tín hiệu) và 2 công nhân cơ giới điều khiển thiết bị, giúp đạt mức năng suất lao động chung là 22,21 tấn/người-ca.

Kết luận

  • Hoàn thiện toàn diện quy trình công nghệ bốc dỡ thép cây bó dài cho cảng biển với công suất thiết kế 2.650.000 tấn/năm.
  • Xác định cấu hình khai thác tối ưu gồm 4 cầu tàu trang bị 12 cần trục chân đế KIROV 10 tấn và 23 xe nâng diesel 7 tấn.
  • Quy hoạch chính xác diện tích kho bãi chứa hàng 28.708,33 m² với mật độ lưu kho an toàn 4 tấn/m² trong thời gian bảo quản bình quân 13 ngày.
  • Thiết lập định biên nhân lực 11 người/máng, đạt năng suất lao động ổn định 22,21 tấn/người-ca và khả năng thông qua 12.285 tấn/ngày.
  • Tối ưu hóa hiệu quả kinh tế với tổng vốn đầu tư thiết bị và công cụ bốc dỡ được kiểm soát ở mức 192,08 tỷ đồng.

Đóng góp lớn nhất của nghiên cứu là cung cấp phương pháp luận tính toán đồng bộ, liên hoàn giữa năng lực cầu tàu và bãi chứa hàng nặng, giải quyết triệt để bài toán ùn tắc và chi phí khai thác cảng. Theo lộ trình, các đơn vị có thể áp dụng ngay quy trình lập mã hàng trong 3 tháng tới và hoàn thành đầu tư cơ sở hạ tầng bãi chứa trong 12 tháng. Doanh nghiệp và các nhà quản lý cảng hãy triển khai ngay mô hình công nghệ này để tối đa hóa hiệu quả khai thác và giải phóng tàu nhanh chóng.