Tối ưu hóa công việc xếp container tại bãi ở cảng container

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ ANH KHƠI

Tối ưu hóa cơng việc xếp container tại bãi ở cảng container

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP.
Mã số:60.52.01.17

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng . 07 . năm . 2018 .


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ ANH KHƠI

Tối ưu hóa cơng việc xếp container tại bãi ở cảng container

Chuyên ngành : KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP.
Mã số:1670710

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng . 07 . năm . 2018 .

i


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ..................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn
thạc sĩ)
1. ...........................................................
2. ...........................................................
3. ...........................................................
4. ...........................................................
5. ...........................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA…………

ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ ANH KHÔI ............................................ MSHV: 1670710 ............
Ngày, tháng, năm sinh: 07/03/1990 ......................................... Nơi sinh:TPHCM ..........
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP......................... Mã số : .........................
I. TÊN ĐỀ TÀI: Tối ưu hóa cơng việc xếp container tại bãi ở cảng container ...........
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Giới thiệu cảng container và hiện trạng của các cảng
container ở Việt Nam. Đề xuất phương án để thực hiện việc xếp container ở bãi nhằm
tối ưu hóa hoạt động ở bãi. Thuật tốn reward based được đề xuất nhằm tối ưu hóa việc
xếp container ở cảng. Tác giả thực hiện việc lập trình cho thuật toán bằng phần mềm
Matlab và tiến hành kiểm chứng trên một mơ hình khu vực nhỏ của bãi chứa container
với một số đơn hàng nhằm kiểm tra sự tối ưu của thuật toán. .....................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 26/02/2018 .............
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) .................
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tiến sĩ Phan Thị Mai Hà
........................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)

Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV
iii


Lời cảm ơn
Sau hai năm học cao học chuyên ngành kỹ thuật cơng nghiệp tại khoa cơ khí thuộc
trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, tơi đã tích lũy được những kiến thức
q báu góp phần vào hành trang kiến thức của bản thân. Bằng sự biết ơn và kính trọng,
tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô thuộc bộ môn kỹ thuật công nghiệp đã nhiệt
tình giảng dạy và hỗ trợ tác giả trong quá trình học tập và làm luận văn.
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và lời cảm ơn sâu sắc tới cô Phan Thị Mai Hà
người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin trân trọng cảm ơn./.
TpHCM, ngày……….tháng……..năm…….

Lê Anh Khoi

iv


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay tại Việt nam có khá nhiều cảng container khắp cả nước và tập trung ở thành
phố Hồ Chí Minh (Tp HCM). Những thiết bị nâng chuyển tại các cảng chưa được tự
động hóa nhiều nên chưa thể sử dụng hệ thống Terminal Operating System (TOS) trong
quản lý vận hành một cách tối ưu hóa như các cảng trên thế giới. Việc lên kế hoạch và
triển khai sắp xếp container ở bãi chứa được làm theo kinh nghiệm nên tốn nhiều thời

gian và công sức. Vị trí khi xếp container vào bãi có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hiệu
suất của cảng. Khi xếp container một cách ngẫu nhiên vào bãi dẫn đến việc cần phải đảo
các container nhiều lần khi cần bốc dỡ và làm ảnh hưởng đến hiệu suất của cần cẩu cũng
như làm tăng thời gian chờ của tàu và các xe tải từ đó làm tăng chi phí cho việc vận hành
cảng. Việc áp dụng mơ hình tốn để đưa ra giải pháp sắp xếp container vào bãi một cách
hiệu quả là rất cần thiết. Thuật toán reward based được đề xuất trong nghiên cứu này
nhằm tối ưu hóa vị trí xếp các container từ tàu hoặc từ vùng nội địa vào bãi nhằm làm
tăng hiệu suất của các thiết bị tại bãi chứa và. Thuật tốn đã được lập trình bằng phần
mềm Matlab trên một mơt hình nhỏ của bãi container. Kết quả của thuật toán đã được so
sánh với sắp xếp container một cách ngẫu nhiên như hiện nay. Kết quả cho thấy việc áp
dụng thuật toán reward based đã cho kết quả tốt hơn so với việc sắp xếp container một
cách ngẫu nhiên. Dựa vào kết quả này ta có thể tiến hành những nghiên cứu tiếp theo về
việc sắp xếp container để tăng cường năng lực hiện hành của cảng.

v


ABSTRACT
Currently in Vietnam there are many container terminals throughout the country and
are concentrated in Ho Chi Minh city (HCMC). The lifting equipment at the container
terminals have not been automated too much so we cannot use Terminal Operating
System (TOS) in managing the operation of an optimized way as the other terminals in
the world. The planning and implementation of stacking container in the yard is made
according to experience should spend more time and effort. The location when stacking
on the yard had a great influence on the entire performance of the terminal. When
stacking at random on yard lead to the need to reshuffle the container several times
when we want to pick up a container and affect the performance of the crane as well as
increase the latency of the vessel and the truck from which increases cost for port
operation. Applying of mathematical models to provide effective solutions for stacking
container in yards is necessary. The reward based algorithm proposed in this study

aims to optimize the stacking of containers from vessel or inland in order to reduce the
number of inbound containers when we need to retrieve a known container for a port in
HCMC. The algorithm was programed by Matlab. A small area of container yard was
selected to check the effectiveness. After that, we compared the resutl with stacking
randomly method. The results show that the effect performance of yard is better than
we apply the reward based algorithm. Based on this result we can do more research
about arranging container at yard to have a better performance for the yards.

vi


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ “Tối ưu hóa cơng việc xếp container tại bãi ở cảng
container” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi.
Những số liệu được sử dụng trong luận văn là trung thực được chỉ rõ nguồn trích dẫn. Kết quả
nghiên cứu này chưa được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào từ trước đến nay.
TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2018
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Anh Khôi

vii


Mục Lục

Nội dung................................................................................................................ Trang
Trang bìa .............................................................................................................. i
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ...................................................................................... iii
Lời cảm ơn ............................................................................................................ iv

Tóm tắt luận văn .................................................................................................... v
Lời cam đoan ........................................................................................................ vi
Mục lục ................................................................................................................. viii
Danh sách bảng biểu .............................................................................................. x
Danh sách hình vẽ ................................................................................................. xi
Danh sách các từ viết tắt ........................................................................................ xii

Chương 1: Giới thiệu ..................................................................................................1
1.1.Xác định vấn đề ............................................................................................ 1
1.2.Mục tiêu ......................................................................................................... 1
1.3.Phương pháp ................................................................................................... 1
1.4.Giới hạn của luận văn ..................................................................................... 2
1.5.Cấu trức của luận văn ............................................................................ 2

Chương 2: Vấn đề tối ưu hóa ở cảng............................................................................3
2.1.Giới thiệu về cảng container và hoạt động bốc/dỡ ở bãi ..................................3
2.1.1. Cảng container .............................................................................. 3
2.1.1.1.Vai trò................................................................................ 3
2.1.1.2.Chức năng .......................................................................... 6
2.1.1.3.Hoạt động của cảng container ............................................ 7
2.1.2. Hoat động ở bãi ............................................................................. 11
2.1.2.1.Bố trí bãi container............................................................. 12
2.1.2.2.Các thiết bị sử dụng trong bãi container ...................... 12
2.1.2.3.Kế hoạch xếp hàng ............................................................. 13
2.2.Tình trạng ra quyết định tức thời ..................................................................... 14
2.3.Vấn đề xếp dỡ container cho bãi chứa hàng của RMG .................................... 16
2.4.Mô tả vấn đề ................................................................................................... 16

viii

2.5.Các nghiên cứu liên quan ................................................................................ 18
2.5.1. Wiese và cộng sự (2009) ............................................................ 18
2.5.2. Kim, Park & Ryu (2000) ............................................................... 18
2.5.3. Kim, Park & Ryu (2002) ....................................................... 21
2.5.4. Kim và Hong (2004) ...................................................................... 22
2.5.5. Ozcan & Elliyi (2017) ................................................................... 23

Chương 3: Phân tích hiện trạng tại bãi chứa ................................................................ 26
3.1. Phân tích hiện trạng ....................................................................................... 26
3.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 27
3.2.1 Mục tiêu nội dung ............................................................................. 27
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 28
3.2.3 Phân tích và diễn giải số liệu thu được. .............................................. 28

Chương 4: Kết quả thực hiện ........................................................................................29
4.1 Các bước thực hiện ......................................................................................... 29
4.1.1. Tình tự thưc thiện luận văn. .............................................................. 29
4.1.2. trình tự thực hiện thuật toán.
4.2. Giới thiệu thuật toán reward based ................................................................. 29
4.3. Kết quả thực hiện ........................................................................................... 32
4.3.1 Bài tốn ví dụ ..................................................................................... 32
4.3.2 phân tích mơ hình thử nghiệm ............................................................ 32
4.3.1.1 Crane_distance_score (i,j) ............................................................ 34
4.3.1.2 Crane_work load ......................................................................... 34
4.3.1.3 Neighborhood_stack_score .......................................................... 35
4.3.1.4 Stack_heigh_score ....................................................................... 35
4.3.3 Kết quả................................................................................................ 37

Chương 5: Kết luận & hướng nghiên cứu tiếp theo ....................................................44

5.1. Kết luận ......................................................................................................... 44
5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo ........................................................................... 44
Tài liệu tham khảo............................................................................................................ 45
Phụ lục ............................................................................................................................. 46

ix


Danh sách bảng biểu
Tên bảng................................................................................................................ Trang
Bảng 2.1: Phân tích các loại cẩu bãi....................................................................... 13
Bảng 4.1: Xác định điểm cho thành phần Neighborhood_stack_score (i,j) ............. 31
Bảng 4.2: Điểm số Crane_distance_score ban đầu ................................................. 34
Bảng 4.3: Điểm số Crane_distance_score ban đầu: ................................................ 35
Bảng 4.4: Kết quả về tổng điểm của thuật toán ...................................................... 38
Bảng 4.5 Kết quả về khối lượng làm việc tối đa trên mỗi crane ............................. 39
Bảng 4.6: tỷ lệ % làm việc cao hơn của phương pháp xếp ngẫu nhiên so với việc áp dụng
thuật toán. .............................................................................................................. 39

x


Danh sách hình ảnh
Hình ảnh ................................................................................................................ Trang
Hình 2.1: Thơng lượng các cảng Đông Nam Á và phát triển trong thập kỷ qua. ..... 5
Hình 2.2 Khu vực hoạt động của một cảng container biển và dòng chảy của vận
tải. ......................................................................................................................... 6
Hình 2.3 Chuỗi vận chuyển và xử lý container....................................................... 6
Hình 2.4: Bays, row và tires................................................................................... 7
Hình 2.5: Quy trình vận chuyển và xử lý của một container ................................... 8

Hình 2.6: Thiết bị xử lý container. ......................................................................... 8
Hình 2.7: Các loại thiết bị xử lý khác nhau ............................................................ 9
Hình 2.8: Tàu neo đậu ở cảng. ............................................................................... 10
Hình 2.9: Luồng container trong một cảng container ............................................. 10
Hình 2.10: Sơ đồ cảng container ............................................................................ 12
Hình 2.11 Minh họa của một trạng thái đại diện .................................................... 20
Hình 2.12 Mơ hình tối ưu hóa đa giai đoạn trong điều kiện khơng chắc chắn......... 20
Hình 2.13 . Chia nhánh sử dụng thuộc tính H1 ...................................................... 21
Hình 3.1. Thông lượng các cảng biển ở Việt Nam trong giai đoạn 2001-2015 ....... 27
Hình 4.1: Sơ đồ bãi container ban đầu ................................................................... 33
Hình 4.2 Kết quả thu được sau khi tính tốn đơn hàng với 5 container .................. 36
Hình 4.3: Tổng điểm (trung bình 10 lần) của các đơn hàng với số container đến
khác nhau .............................................................................................................. 36
Hình 4.4 Bảng so sánh khối lượng work load tối đa của các container ................... 41
Hình 4.5 Bảng so sánh về điểm số neighbour row-bay của các block ..................... 41
Hình 4.6: Điểm số so sánh về chiều cao của các stack ........................................... 42
Hình 4.7: Thời gian tính tốn trung bình cho thuật tốn ......................................... 43
xi


Danh sách các từ viết tắt
Từ viết tắt
QC
YC
OR
PRD
MILP
GA
WS
LS

RTG
SC
RMG
A-RMG
TEU
MTS
AGV
PM
AS/RS

Tên tiếng Anh
Quay crane
Yard crane
Operation reasearch
Pearl river delta
Mixed linear programming
Genetic algorithm
Water side
Land side
Rubber-tired Gantry
Straddle carrier
Rail-mounted gantry
Automated rail-mounted gantry
Twenty-foot equivalent unit
Multi-trailer systems
Automatic guided vehicle
Prime mover
Automated Storage và Retrieval Systems

xii

Tên tiếng Việt
Cần cẩu bờ
Cần cẩu bãi
Nghiên cứu hoạt động
Đồng bằng châu giang
Lập trình tuyến tính hỗn hợp
Thuật tốn di truyền
Phía biển
Phía bờ

Xe có hướng dẫn tự động
Đầu máy kéo


Chương 1: Giới thiệu
1.1.

Xác định vấn đề.

Hiện nay tại Việt nam có khá nhiều cảng container khắp cả nước và tập trung ở thành
phố Hồ Chí Minh (Tp HCM). Những thiết bị nâng chuyển tại các cảng chưa được tự
động hóa nhiều nên chưa thể sử dụng hệ thống Terminal Operating System (TOS) trong
quản lý vận hành một cách tối ưu hóa như các cảng trên thế giới. Chính vì vậy, việc
nghiên cứu để đưa ra một thuật toán nhằm tối ưu hóa cơng việc xếp dỡ tại cảng container
là một vấn đề cấp bách và cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày
càng cao của Việt Nam. Luận văn này được thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu đó.
Hiện nay các tài liệu về cảng container và việc vận hành cảng container ở Việt Nam
vẫn cịn chưa nhiều tài liệu bằng tiếng Việt. Chính vì vậy, trong nội dung luận văn này
tác giả cũng trình bày thêm về lý thuyết của cảng container, quy trình hoạt động, chức

năng và vận hành của cảng từ các nguồn tài liệu nước ngoài nhằm cung cấp thêm nhiều
kiến thức về lĩnh vực cảng container nhằm làm đa dạng hóa nguồn tài liệu bằng tiếng
Việt cho người đọc.
1.2. Mục tiêu
Luận văn này sẽ bao gồm hai phần chính:
- Phần thứ nhất là trình bày các lý thuyết về cảng container: các đặc điểm của cảng
container, quy trình hoạt động của các cảng container, các nhóm container ở cảng
- Phần thứ hai sẽ đề xuất mơ hình nhằm tối ưu hóa hoạt động ở bãi container bằng
thuật tốn reward based và sẽ lập trình thuật tốn bằng phần mềm Matlab nhằm kiểm
tra tính hiệu quả của thuật tốn.
1.3. Phương pháp
Sẽ tiến hành nghiên cứu các tài liệu liên quan về cảng container, các lý thuyết về
cảng container: vai trò, chức năng hoạt động ở cảng. Sau đó, sẽ tiếp tục tìm hiểu về các
nghiên cứu về lĩnh vực hoạt động của cảng container nhằm tìm kiếm được mơ hình tối
ưu có thể áp dụng vào hoạt động thực tế của các cảng container ở Việt Nam.

1


1.4. Giới hạn của luận văn.
Nội dung của luận văn sẽ tập trung vào việc nghiên cứu nhằm tìm ra thuật toán cho
việc xếp container vào bãi một cách tối ưu nhất, có thể tối tận dụng được tối đa hiệu suất
của các cần cẩu bãi.
Sau khi đưa ra được mơ hình tốn sẽ tiến hành lập tình cho thuật toán bằng phần
mềm Matlab, tiến hành khảo sát trên một mơ hình nhỏ của bãi chứa container. Các
container đến bãi chứa sẽ được phát một cách nhẫu nhiên nhằm tính toán các kết quả đạt
được. Kết quả này sẽ được so sánh với khi thực hiện việc xếp các container ngẫu nhiên
và đồng thời cũng nhằm kiểm chứng thời gian tính tốn của thuật tốn.
1.5. Cấu trúc của luận văn:
Luận văn sẽ bao gồm 5 chương với cấu trúc của từng chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu về nội dung chính của luận văn: xác định vấn đề, nội dung
thực hiện, mục tiêu của luận văn, phương pháp thực hiện.
Chương 2: Chương 2 sẽ tập trung giới thiệu cơ sở lý thuyết của cảng container, đặc
điểm của các cảng container và hoạt động ở bãi container. Vấn đề tối ưu hóa đối với bãi
container và các nghiên cứu trên thế giới đã được thực hiện cũng sẽ được thảo luận đến.
Chương 3: Tập trung vào việc phân tích hiện trạng của bãi chứa và cũng đồng thời
nêu ra phương pháp thực hiện cho luận văn.
Chương 4: Trình bày chi tiết hơn về thuật toán được lựa chọn để áp dụng trong luận
văn, diễn giải thuật tốn thực hiện và trình bày kết quả đat được.
Chương 5: Chương 5 sẽ tổng hợp lại các nội dung đã đạt được và trình bày các
phương hướng nghiên cưu tiếp theo trong tương lai.

2


Chương 2: Vấn đề tối ưu hóa ở cảng
2.1.
2.1.1.

Giới thiệu về cảng container và hoạt động bốc/dỡ ở bãi
Cảng container

2.1.1.1. Vai trị:
Trong một thế giới tồn cầu hóa, các cảng tạo thành một phần không thể tách rời và
quan trọng của mạng lưới thương mại quốc tế, vì chúng mang lại một sự dịch chuyển
hàng hoá rất hiệu quả về chi phí giữa các thị trường, là những cơ sở hậu cần quốc tế quan
trọng, những nút này cung cấp một liên kết quan trọng với các điểm sản xuất trong đất
liền của một quốc gia hoặc địa lý không có lối vào và là những cửa ngõ vào các thị
trường tiêu thụ ở nơi khác. Như vậy, tất cả sự chú ý của ngành công nghiệp vận tải và
các ngành cơng nghiệp liên quan của nó đã được tập trung vào thông qua cảng và phát

triển. Thật vậy, đã có nhiều sự chú trọng vào phát triển cảng vì các chính phủ nhận thấy
rằng thương mại thơng qua các cảng đóng góp một phần đáng kể GDP. Số lượng
container vận chuyển đóng vai trị như một thành phần chủ đạo của đất nước sức khoẻ
kinh tế và kết nối chuỗi cung ứng của khu vực.
Một cảng container bao gồm một cảng container và bãi container. Từ quan điểm mạng,
cảng container tạo thành nút của mạng và bãi là điểm lưu trữ. Theo Wikipedia
(Wiki_Container terminal), một cảng container là cơ sở hậu cần quan trọng nơi vận
chuyển hàng hoá hoặc chuyển tải giữa các phương tiện vận tải khác nhau, cho việc vận
chuyển trở lại hoặc đến vùng nội địa của mình hoặc cho một cuộc hành trình biển. Việc
chuyển tải này có thể là giữa các tàu container và các phương tiện giao thơng đường bộ,
ví dụ như tàu hỏa hoặc xe tải, trong trường hợp đó cảng được mơ tả như là một bến
container hàng hải. Ngồi ra, việc chuyển tải có thể là giữa các phương tiện giao thông
đường bộ, thường là giữa tàu hỏa và xe tải, trong trường hợp đó cảng được mơ tả như là
một cảng container nội địa.
Từ những khởi đầu khiêm tốn của nó vào những năm 1950, khu cảng container hàng
hải đã đi một chặng đường dài. Các cảng container hàng hải bây giờ là một đặc trưng
phổ biến ở nhiều quốc gia có bờ biển. Các chức năng vẫn như nhau, và trong các cảng
container thường cung cấp các phương tiện lưu trữ cho cả container chứa đầy và rỗng.
Container được lưu trữ trong thời gian tương đối ngắn hơn, để khơng phải trả chi phí lưu

3


bãi cao hơn mức độ cần thiết và các chi phí khác. Trong khi chờ đợi vận chuyển tiếp
theo, ở một số cảng container, các container chứa đầy có thể phải được lưu trữ trong thời
gian dài hơn để chờ lần sử dụng tiếp theo. Lý do hoạt động của việc này là như sau: tàu
tiếp theo không sẵn sàng, container không được dọn sạch cho chuyến hàng tiếp theo hoặc
người gửi hàng muốn tối ưu hóa thời gian tạm dừng tự do bởi người vận hành cảng.
Trong các trường hợp như vậy, các container này thường được xếp chồng lên nhau để
lưu trữ, trong một hình khối chữ nhật ba tầng, và các kết quả lưu trữ sau đó thường được

biết đến như là container stack. Chỉ ở châu Á chúng ta thấy sự phổ biến của việc xếp
chồng container ngày càng cao vượt quá giới hạn ba tầng. Lưu trữ container cao hơn sử
dụng tốt hơn đáng kể đất tại bờ biển nhưng cũng phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày
càng tăng từ các nhà phát triển bất động sản đánh giá cao sự phát triển của biển. Do đó,
cần phải liên tục tìm kiếm các giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả của việc lưu trữ và
sự di chuyển của các container.
Trong những năm gần đây, các tiến bộ về phương pháp luận về hoạt động của cảng
container đã được cải thiện đáng kể, đặc biệt là trong các lĩnh vực hoạt động của tàu
container đặc biệt là trong các lĩnh vực như bến, xếp chồng, thu hồi container và xác
định vị trí cho container. Những cải tiến trong năng suất đã được thực hiện bằng cách sử
dụng phương pháp vận trù học (operation research - OR), công nghệ sử dụng nền tảng
không dây, và thiết bị xử lý hiện đại. Các cảng châu Á xếp hạng cao trong số 20 cảng
container hàng đầu thế giới. Khối lượng container đến và rời khỏi mỗi cảng này thường
tăng lên trong thập kỷ qua. Với lưu lượng container ngày càng tăng do tồn cầu hóa
nhanh hơn và nhu cầu về tốc độ nhanh hơn cho thị trường để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng
ngày càng tăng ở châu Á, sẽ tiếp tục có nhu cầu nghiêm ngặt đối với việc nâng cao năng
suất theo định hướng OR trong các ứng dụng có liên quan đến cảng. Các nhà khai thác
cảng chỉ biết rằng họ phải có hiệu quả hơn trong hoạt động của mình để khuyến khích
nhiều hãng tàu ghé cảng của họ và để giảm bớt thời gian dừng khơng cần thiết tại cảng
vì lý do an ninh và hoạt động. Với địa lý độc đáo của châu Á và sự cạnh tranh khốc liệt
của các cảng container (có thể đơi khi nằm gần nhau như Singapore và Tanjung Pelepas
Malaysia), thách thức là làm thế nào để tối đa hóa thơng lượng của các container đầy tải
và không tải trọng đặc biệt là ở các thành phố khan hiếm đất đai như Singapore và Hong

4


Kong. Ở hai thành phố này, các container được xếp chồng lên nhau theo thứ tự thường
là 3 hoặc 5 tầng. Tại Singapore, các container đầy có thể được xếp chồng lên nhau lên
đến 9 tầng và do đó rõ ràng có nhu cầu về các kỹ thuật vận trù học sẽ được sử dụng trong

việc nhập xuất container để xếp hoặc xếp lại container nhanh bên trong bãi. Các kỹ thuật
này liên quan đến chính sách lưu trữ của container, thiết bị vận chuyển được sử dụng.
Một tình huống tương tự tồn tại ở Đông Nam Á như thể hiện trong hình 2.1.
Đối với các hoạt động vận trù học được tham khảo để sử dụng, có rất nhiều. Trong
tài liệu, các kỹ thuật vận trù học khác nhau đã được áp dụng cho một khía cạnh của các
vấn đề vận hành container. Các kỹ thuật phổ biến hơn bao gồm Lập trình tuyến tính hỗn
hợp (MILP), tạo cột, Thuật tốn di truyền (GA), tìm kiếm Tabu, mơ phỏng, v.v ....

HÌnh 2.1 Thơng lượng các cảng Đơng Nam Á và phát triển trong thập kỷ qua.
Nguồn Maritime Insight (2014)

5


2.1.1.2. Chức năng
Mặc dù các cảng container có sự khác nhau về kích thước, chức năng và cách bố trí
hình học, chúng chủ yếu bao gồm các hệ thống con (xem Hình 2.2). Khu vực hoạt động
hoặc bến tàu được trang bị cần cẩu cho việc xếp/dỡ của tàu. Container nhập khẩu cũng
như xuất khẩu được chứa trong một bãi được chia thành nhiều blocks. Khu vực xếp đặc
biệt được dành riêng cho container lạnh bởi vì cần nguồn điện cho việc làm lạnh, hoặc
để chứa hàng hóa độc hại. Khu vực riêng biệt được sử dụng cho các container rỗng. Một
số cảng sử dụng nhà kho để chứa và dỡ container hoặc để bổ sung dịch vụ hậu cần. Khu
vực vận hành xe tải và tàu hỏa liên kết cảng với các hệ thống giao thơng bên ngồi.
Chuỗi hoạt động cho các container xuất khẩu có thể được mơ tả như sau (xem Hình 2.3).

Hình 2.2 Khu vực hoạt động của một cảng container biển và dòng chảy của vận tải.
Nguồn Steenken et al. (2004), p. 6

Hình 2.3 Chuỗi vận chuyển và xử lý container.
Nguồn Steenken Steenken et al. (2004), p. 13

6


Sau khi đến cảng bằng xe tải hoặc tàu hỏa, container được xác định và đăng ký với
dữ liệu chính (ví dụ: nội dung, điểm đến, tàu ra nước ngồi, tuyến vận chuyển), được
nâng lên bằng thiết bị vận chuyển nội bộ và phân phối cho một trong các block lưu trữ
trong bãi. Vị trí lưu trữ tương ứng được cho bởi row, bay, and tier trong block (hình 2.4)
và được chỉ định trong thời gian thực khi đến của container trong cảng. Để chứa một
container tại bãi, cần cẩu cụ thể hoặc xe nâng được sử dụng. Cuối cùng, sau khi đến tàu
được chỉ định, container được dỡ xuống từ bãi và vận chuyển đến bến nơi cần cẩu bờ
chất container lên tàu ở một vị trí xếp chồng được xác định trước. Các hoạt động cần
thiết để xử lý một container nhập khẩu được thực hiện theo thứ tự ngược lại.

Hình 2.4: Bays, row và tires
Nguồn Zhen et al., 2013, p 290

2.1.1.3. Hoạt động của cảng container:
Ngày nay, kích thước container tiêu chuẩn thay đổi từ 20 ft (6.1 m) đến 53 ft (16.2
m). Để thể hiện dung lượng container, thuật ngữ 'đơn vị tương đương 20 foot' (TEU)
được sử dụng. Điều này có nghĩa là ví dụ một container 40 ft với chiều dài 40 feet giống
như hai TEU.
Các containers được vận chuyển bằng các phương thức khác nhau như tàu, xe lửa và
xe tải. Cảng container là mối liên kết giữa các phương thức khác nhau. Hình 2.5 cho thấy
một cảng container đại diện. Container đến bằng tàu biển sâu, được dỡ xuống bằng cần
cẩu bờ và được vận chuyển đến bãi chứa. Khi container sau đó được yêu cầu vận chuyển
thêm vào nội địa, nó sẽ được vận chuyển từ kho lưu trữ tới cổng tàu hoả hoặc xe tải.
Cũng có thể là các container không tải được vận chuyển trực tiếp đến một con tàu khác,
bỏ qua bãi lưu trữ.

7


Hình 2.5: Quy trình vận chuyển và xử lý của một container.
Nguồn Wiest et al., 2011, p 220

Bãi lưu trữ là vùng đệm giữa phía mặt nước (WS) và phí đất liền (LS). Bãi bao gồm
các stacks, được chia thành các bay, rows and tiers (hình 2.4). Số lượng của bays, rows
and tiers trong một stack phụ thuộc vào thiết bị xử lý được sử dụng. Thiết bị xử lý bãi
phổ biến nhất là Rubber-tired Gantry (RTG) crane (Figure 2.6a). Wiese và cộng sự
(2009) đã nghiên cứu 114 cảng container và kết luận rằng 63% các cảng sử dụng cần cẩu
RTG. Straddle Carrier (SC), thể hiện trong hình 2.6b, được sử dụng trong 20 phần trăm
của các cảng.

Hình 2.6: thiết bị xử lý container. Nguồn TBA

8


Các stack của một bãi chứa với SCs có mật độ thấp hơn stack với RMTs, bởi vì xếp
chồng lên nhau khơng thể cao hơn ba container. Ngồi ra cịn cần thêm không gian trong
bãi bên cạnh mỗi container cho bánh xe của SCs.
Lập kế hoạch cho một số lượng lớn các hoạt động đồng thời với tất cả các loại thiết
bị vận chuyển khác nhau là một nhiệm vụ vô cùng phức tạp. Theo quan điểm các điều
kiện cảng luôn thay đổi và khả năng dự báo hạn chế của sự kiện trong tương lai và thời
gian của họ, nhiệm vụ kiểm soát này phải được giải quyết trong thời gian thực
Cảng container cảng biển rất khác nhau theo loại phương tiện vận chuyển và xử lý
được sử dụng. Đối với cần cẩu bờ, single hoặc dual-trolley cranes có thể được tìm thấy.
Loại thứ hai sử dụng một nền tảng trung gian để đệm lưu trữ các tcontainer được bốc
hoặc dỡ. Các loại thông dụng nhất của cần cẩu bãi là rail-mounted gantry (RMG) cranes,

rubber-tired gantry (RTG) cranes, straddle carriers, reach stackers, and chassis-based
transporters. Trong số những loại cần cẫu này RMG cranes phù hợp cho xử lý container
hoàn tồn tự động. Hình 2.7 thể hiện ngun tắc làm việc của các loại thiết bị xử lý khác
nhau và số liệu hiệu suất so sánh của họ đối với số TEU, có thể được lưu trữ trên một
héc-ta.

Hình 2.7: Các loại thiết bị xử lý khác nhau. Nguồn www.kalmarind.com

Các loại xe khác nhau có thể được sử dụng cho vận chuyển từ tàu đến bãi và sự giao
tiếp giữa bãi và nội địa. Loại phổ biến nhất là multi-trailer systems (MTS) với xe tải có
9


người lái, xe có hướng dẫn tự động (AGVs), và xe nâng tự động (ALVs). Những loại
sau này, trái ngược với AGVs, có khả năng tự nâng một container từ mặt đất (cf. Vis and
Harika, 2004; Yang et al., 2004). Tuy nhiên, mặc dù chúng có khả năng xử lý vượt trội
nhưng ALV vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong các bến container.
Tàu neo đậu tại bến đợi cần cẩu bờ để chất/dỡ containers của họ. Các đầu máy kéo
(Prime mover - PMs) đưa đón giữa cẩu bờ (Quay crane – QCs) và cần cẩu bãi (yard
cranes - YCs) để di chuyển các container từ bến đến khu vực bãi container, và ngược lại.
Khi đến các khối, hàng đợi PMs ở phía trước YCs cho đến khi chúng được phục vụ.
Khu vực bãi chứa container đóng vai trị như các bộ đệm nơi chứa tạm thời được lưu
trữ. PMs cũng đưa đón giữa YCs và cổng để di chuyển các container từ/đến YC từ/đến
nội địa qua cửa. Hình 2.8 cho thấy tàu chở hàng container tại 1 cảng container. Ba loại
container, xuất khẩu, nhập khẩu, và trung chuyển có thể cùng tồn tại trong một cảng
container. Các dòng chảy của ba loại container được thể hiện trong Hình 2.9. Container
xuất khẩu được vận chuyển từ nội địa bằng xe tải hoặc xe lửa đến cổng cảng. Các
container này sau đó được kiểm tra và các tài liệu giao thơng được xử lý tại cửa trước
khi chuyển đến bãi stack bằng PMs. Các Ycs dỡ bỏ các container từ PMs và đưa chúng
vào kho tạm thời ở bãi chứa. Khi tàu vào đó chúng được nạp đến tại cảng, các container

xuất khẩu được lấy ra từ bãi chứa bãi bởi YCs và được mang bởi PMs đến bến. Các PMs
gửi container đến nơi thích hợp QCs mà nâng container và tải chúng lên tàu mẹ. Những
container xuất khẩu này sau đó được chuyển đến các cảng đích của họ bằng các tàu.

Hình 2.8: tàu neo đậu ở cảng. Nguồn PSA Hình 2.9: Luồng container trong một cảng
Singapore

container

10


Container nhập khẩu đến bằng tàu và rời khỏi cảng qua xe tải hoặc xe lửa đến vùng
nội địa. Một container nhập khẩu là lần đầu tiên được dỡ từ tàu bởi một QC trong đó đặt
nó vào một PM. PM sau đó di chuyển container đến bãi chứa nơi YC bốc lấy nó từ PM
và đặt nó vào bãi chứa để lưu trữ tạm thời. Sau đó, các container nhập khẩu được lấy ra
từ bãi chứa bởi YCs và thực hiện bởi PMs thơng qua cổng đến đích nội địa của nó.
Một container trung chuyển từ một tàu (ban đầu) đến một tàu khác (đích) với sự giúp
đỡ của một cảng container. Khi tàu ban đầu đến, một container trung chuyển được bốc
dỡ bởi một QC, di chuyển từ bến đến bãi bởi PMs, và sau đó tạm thời được lưu trữ trong
một bãi chứa bởi một YC. Sau đó khi tàu đích đến cảng, container được lấy ra bằng một
YC, di chuyển từ bãi đến bến tàu và sau đó được tải lên bởi QC tới tàu đích. Các tàu đích
sau đó unmoors từ bến và đầu cho cổng tiếp theo của nó. Một khu cảng container do đó
đóng vai trị như một vùng đệm (trong khơng gian và thời gian) giữa hai tàu container.
Một khu cảng container thường bao gồm nhiều khu vực: Khu vực cầu cảng, khu vực
giao thông vận tải, khu vực bãi, và vùng nội địa như thể hiện trong hình 1.5. Vùng nội
địa đề cập đến nguồn gốc của các container xuất khẩu và điểm đến của các container
nhập khẩu. Xe tải bên ngoài (tàu chở hàng) hoặc tàu hỏa đưa container từ/đến nguồn gốc
nội địa / điểm đến. Hình 2.10 là một sơ đồ của một khu cảng container. Tàu, QC, và YC
được gắn nhãn với số để nhận dạng dễ dàng. Các hình chữ nhật màu đen nhỏ đại diện

cho PMs.

Hình 2.10: Sơ đồ cảng container

2.1.2 Hoat động ở bãi

11


2.1.2.1 Bố trí bãi container.
Trong phần này vấn đề bố trí bãi được thảo luận. Bố trí bãi lưu trữ được xác định
bằng cách tổ chức các làn đường lái xe, theo số làn xe, bởi sự định hướng của các khối
lưu trữ, cấu trúc khối, và thiết kế các khối lưu trữ. Định hướng của các khối lưu trữ có
thể được hoặc vng góc hoặc song song với bờ. Theo cấu trúc khối và hướng của các
khối lưu trữ, các loại bố trí cảu cảng container có thể được định nghĩa. Bố trí đầu tiên
hiển thị một bố cục với các khối chạy song song với cầu cảng và một làn đường truyền
ở mỗi khối. Đây là bố cục rất phổ biến khi RTG được sử dụng cho các hoạt động xếp
chồng. Bố cục thứ hai là bố cục vng góc của khối, nơi mà các điểm chuyển tiếp ở cả
hai đầu của khối được sử dụng. Thường thì cách bố trí này được sử dụng kết hợp với
RMGs hoặc A-RMGs cho các hoạt động xếp chồng. Ngoài ra, đối với các làn đường
truyền hoặc cho các điểm chuyển tiếp, có thể lựa chọn song song hoặc vng góc đều
được. Khi sử dụng các cơng nghệ vận chuyển tích cực để xếp chồng lên nhau không cần
điểm chuyển hoặc làn đường là cần thiết. Tuy nhiên, các hàng chứa container được bố
trí song song hoặc vng góc với bến tàu. Ở một số cảng, như cảng container
Burchardkai ở Hamburg, một hỗn hợp khối song song và vng góc với khơng có điểm
chuyển tiếp cùng tồn tại. Nghiên cứu của Wiese và cộng sự (2009a) cho thấy trong
khoảng 90% các trường hợp RTG được sử dụng để xếp chồng lên song song với các làn
đường chuyển tiếp được sử dụng. Hơn nữa, nghiên cứu cho thấy trong 6 trong số 7 trường
hợp, một bố trí vng góc được sử dụng cho các hệ thống A-RMG.
2.1.2.2.

Các thiết bị sử dụng trong bãi container

Trong các kho bãi container được xếp chồng lên nhau để lưu trữ tạm thời. Trong một
vài cảng, một kho chứa container có bánh xe được thực hiện, nơi container được lưu trữ
trên khung gầm trong bãi và không có xếp chồng lên nhau xảy ra. Lắp xếp container có
thể được thực hiện bằng cách sử dụng các cơng nghệ thiết bị khác nhau: Một loại thiết
bị có thể là các công nghệ vận chuyển chủ động (chủ yêu là SC systems). Bên cạnh đó,
một số loại cần cẩu giàn là thiết bị phổ biến của bãi. Đó là Rubber-Tyred Gantry cranes
(RTG), Rail-Mounted Gantry cranes (RMG) và OverHead Bridge Cranes (OHBC)
(Brinkmann (2005)). Thêm vào đó, Automated Rail-Mounted Gantry cranes (A-RMG)
mới được sử dụng trong khu cảng container. một khảo sát của 114 cảng khắp thế giới

12