Những con tàu container kích thước lớn có thể vận chuyển hàng chục nghìn container cùng lúc. Mặc dù thoạt nhìn có vẻ như các container được xếp chồng ngẫu nhiên trên tàu, nhưng thực tế hoàn toàn ngược lại.

Công tác kỹ thuật phía sau việc xếp hàng lên một con tàu có quy mô như vậy phức tạp đến mức chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể dẫn đến hậu quả khó lường. Đã từng có những container bị rơi xuống biển và việc xếp hàng không đúng cách hoàn toàn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của cả con tàu.

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh Beyond Facts, nói về nền tảng của vận tải đường biển bằng container.

Để xem và hiểu đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả vui lòng tham khảo nội dung của bài viết. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] tại góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F.

Container – Nền tảng của thương mại toàn cầu
Dù có thiết kế đơn giản, container vận tải chính là xương sống của hoạt động thương mại quốc tế. Hiện nay, container chủ yếu tồn tại dưới hai kích thước tiêu chuẩn là 20 feet và 40 feet, mỗi container có thể chứa tối đa khoảng 30 tấn hàng hóa.

Tuy nhiên, ý tưởng tiêu chuẩn hóa container thực chất chỉ mới xuất hiện trong lịch sử tương đối gần đây. Container vận tải hiện đại chỉ thực sự được áp dụng rộng rãi từ năm 1968, khi Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế – International Organization for Standardization (ISO) thúc đẩy việc tiêu chuẩn hóa thông qua tiêu chuẩn ISO 668, bộ tiêu chuẩn quy định kích thước và các yêu cầu kỹ thuật đối với container vận tải.

Vận tải hàng hóa trước khi container tiêu chuẩn xuất hiện
Trước khi container tiêu chuẩn xuất hiện, hàng hóa được vận chuyển theo phương thức gọi là Break Bulk Shipping.

Có thể hình dung phương thức này giống như cách một người sắp xếp đồ đạc trong nhà kho của mình. Các thùng hàng, bao tải, kiện gỗ hay vật dụng có hình dạng khác nhau được đặt ở bất kỳ vị trí nào còn trống. Những con tàu chở hàng thời đó cũng được xếp hàng hóa theo cách tương tự.

Người gửi hàng có thể đóng gói hàng hóa bằng bất kỳ loại thùng, bao, kiện hoặc pallet nào mà họ muốn. Điều này tạo ra sự thiếu hiệu quả rất lớn vì từng kiện hàng riêng lẻ đều phải được công nhân cảng bốc dỡ, vận chuyển và sắp xếp thủ công.

Cuộc cách mạng của Malcolm McLean
Mọi thứ thay đổi vào năm 1956 khi Malcolm McLean – chủ sở hữu một trong những công ty vận tải đường bộ lớn nhất nước Mỹ, đưa ra một ý tưởng mang tính cách mạng.

Nhận thấy thời gian bốc dỡ hàng hóa là một trong những nguyên nhân lớn nhất làm tăng chi phí vận tải biển, ông đề xuất một hệ thống trong đó toàn bộ hàng hóa trên xe tải có thể được cẩu trực tiếp lên tàu. Tại cảng đích, quá trình này chỉ đơn giản được thực hiện theo chiều ngược lại.

Ý tưởng của McLean đã thay đổi hoàn toàn ngành vận tải biển. Khi container hóa (containerized) (1) trở nên phổ biến, thời gian cần thiết để dỡ một tàu hàng 10.000 tấn giảm từ khoảng 10 – 15 ngày xuống còn khoảng 2 ngày.
(1) Container hóa là quá trình chuẩn hóa hàng hóa thành các container vận tải tiêu chuẩn để có thể vận chuyển liền mạch giữa nhiều phương thức vận tải khác nhau.

Vì sao việc xếp container lại quan trọng?
Mặc dù container có hình dạng giống nhau, việc xếp chúng lên tàu không đơn giản là chất chồng lên nhau rồi khởi hành. Nguyên lý phía sau quá trình xếp container phức tạp đến mức một sai lầm duy nhất cũng có thể khiến con tàu bị lật. Nguyên nhân nằm ở sự khác biệt về trọng lượng của từng container.

Một container có thể chứa 30 tấn đinh kim loại, trong khi container bên cạnh chỉ chứa các bộ trang phục biểu diễn hoặc các sản phẩm tiêu dùng nhẹ hơn. Do đó, vị trí của từng container trên tàu đều có ý nghĩa rất quan trọng.

Để xử lý bài toán này, các thủy thủ đoàn không còn dựa vào phương pháp tính toán thủ công mà sử dụng các phần mềm chuyên dụng. Những hệ thống này giúp xác định vị trí an toàn và hiệu quả nhất cho từng container. Các phần mềm này đóng vai trò tối quan trọng vì việc xếp hàng sai có thể làm mất ổn định con tàu và trong những trường hợp nghiêm trọng nhất, khiến con tàu bị chìm.

Cách một tàu container được chia thành các khu vực xếp hàng
Để hiểu cách hoạt động của quá trình lập kế hoạch xếp hàng, tàu MSC Irena là một ví dụ lý tưởng. Với sức chở gần 25.000 TEU (2), con tàu này có thể vận chuyển lượng hàng hóa đủ để cung cấp cho một quốc gia nhỏ chỉ trong một chuyến đi.
(2) TEU (Twenty-foot Equivalent Unit) là đơn vị tiêu chuẩn dùng để đo sức chứa container trong ngành vận tải biển, cảng biển và logistics. 1 TEU tương đương với 1 container tiêu chuẩn dài 20 feet (6,058m)

Với chiều dài khoảng 1.312 feet (khoảng 400m), tàu MSC Irena được chia thành khoảng 24 khoang chứa hàng gọi là Bay. Trong ngành vận tải container, Bay là một mặt cắt thẳng đứng kéo dài từ đáy tàu lên phía trên boong. Các Bay được đánh số tuần tự từ mũi tàu đến đuôi tàu. Các Bay mang số lẻ được thiết kế cho container 20 feet, trong khi các Bay mang số chẵn được thiết kế cho container 40 feet.

Bên trong mỗi Bay là các hàng container được gọi là Row. Các Row được đánh số dựa trên đường tâm tàu. Hàng nằm đúng trên đường tâm được ký hiệu là Row 00. Các hàng nằm bên mạn trái tàu được đánh số chẵn, trong khi các hàng nằm bên mạn phải tàu được đánh số lẻ.

Tiers – Các tầng container bên trong tàu
Mỗi Row tiếp tục được chia thành các tầng gọi là Tier.

Do tàu MSC Irena có chiều sâu khoảng 98 feet (gần 30m) từ mép boong đến đáy tàu và chiều cao tiêu chuẩn của một container vào khoảng 8,5 feet (khoảng 2,59m), nên tàu có thể bố trí khoảng tám tầng container bên dưới boong. Các tầng này được đánh số từ dưới lên trên, trong đó tầng cao nhất nằm ngay sát mặt boong. Phía trên boong, việc đánh số tiếp tục được mở rộng lên các tầng bên trên.

Một con tàu có kích thước như MSC Irena có thể xếp thêm từ bảy đến mười tầng container phía trên boong mà vẫn đảm bảo an toàn khai thác.

Không chỉ trọng lượng – Điểm đến cũng quyết định vị trí container
Việc bố trí container không chỉ phụ thuộc vào trọng lượng mà còn phụ thuộc vào điểm đến của hàng hóa. Trái với suy nghĩ phổ biến, phần lớn tàu container không chỉ di chuyển từ một cảng đến một cảng khác. Thay vào đó, chúng thường thực hiện các hành trình ghé qua nhiều cảng tại nhiều quốc gia khác nhau.

Ví dụ, một con tàu xuất phát từ Trung Quốc có thể chở hàng tiêu dùng sang Mỹ cùng với các lô hóa chất nông nghiệp dành cho những cảng tiếp theo. Sau đó, tàu ghé Hàn Quốc để nhận thêm hàng điện tử trước khi tiếp tục vận chuyển hàng hóa ở nhiều điểm dừng khác nhau.

Do hành trình có nhiều điểm dừng như vậy, việc sắp xếp container phải tính đến cả điểm đến cuối cùng của từng lô hàng. Hàng hóa dành cho những cảng ghé cuối thường được xếp sâu hơn bên trong tàu, trong khi hàng hóa cần dỡ trước sẽ được đặt tại các vị trí dễ tiếp cận hơn.

Cách sắp xếp này giúp giảm thiểu việc phải bốc dỡ rồi xếp lại các container không liên quan, từ đó tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí vận hành.

Sự ổn định của con tàu phụ thuộc vào từng container
Các yếu tố an toàn cũng quan trọng không kém. Với những chồng container có thể cao gần 100 feet (30,48m) phía trên boong, việc phân bổ trọng lượng chính xác là điều bắt buộc. Mỗi con tàu đều có các tính toán ổn định riêng dựa trên kích thước, vị trí máy móc, cách bố trí két nhiên liệu và cấu trúc tổng thể.

Theo nguyên tắc chung, hàng hóa nặng phải được đặt ở vị trí thấp hơn trong thân tàu nhằm tránh làm tăng trọng tâm của tàu. Ví dụ, các loại phân bón hóa học nặng nên được xếp ở phía dưới, trong khi những mặt hàng nhẹ hơn có thể được đặt ở các tầng cao hơn.

Việc không tuân thủ những nguyên tắc này đã góp phần gây ra nhiều tai nạn hàng hải nghiêm trọng. Trong đó có các vụ việc liên quan đến tàu MV Golden Ray năm 2019 và MV Hoegh Osaka năm 2015, nơi việc phân bổ hàng hóa không hợp lý đóng vai trò quan trọng dẫn đến mất kiểm soát con tàu.

Hàng hóa nguy hiểm và những quy tắc bắt buộc phải tuân thủ
Bên cạnh việc phân bổ trọng lượng, thủy thủ đoàn còn phải đặc biệt chú ý đến bản chất của từng loại hàng hóa bên trong container.

Các tàu container hiện đại có thể vận chuyển gần như mọi loại sản phẩm và không hiếm trường hợp một chuyến hải trình đồng thời chở nhiều nhóm hàng nguy hiểm khác nhau. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) phân loại các vật liệu nguy hiểm thành nhiều nhóm như chất nổ, chất oxy hóa, khí nén, chất lỏng dễ cháy, chất ăn mòn và nhiều loại hàng hóa nguy hiểm khác.

Do một số loại vật liệu nguy hiểm có thể phản ứng mạnh khi đặt gần nhau, các quy định quốc tế yêu cầu chúng phải được dán nhãn rõ ràng và bố trí tách biệt một cách phù hợp. 

Ví dụ, container chứa chất lỏng dễ cháy phải được đặt cách xa các container chứa chất oxy hóa hoặc chất nổ. Tương tự, các chất ăn mòn có khả năng làm hư hại vỏ container phải được tách khỏi các loại hàng hóa có thể bắt lửa hoặc làm đám cháy trở nên nghiêm trọng hơn.

Để hỗ trợ thủy thủ đoàn, ISO đã ban hành các hướng dẫn xếp dỡ chi tiết và các dữ liệu này được tích hợp trực tiếp vào phần mềm lập kế hoạch xếp hàng. Hệ thống sẽ tự động cảnh báo khi một container được bố trí vào vị trí vi phạm các yêu cầu an toàn.

Số lượng biến số mà đội ngũ vận hành phải tính toán là vô cùng lớn và việc bỏ sót bất kỳ yếu tố nào cũng có thể dẫn đến những tai nạn nghiêm trọng trên biển.

Vì sao những chồng container khổng lồ không bị đổ?
Khi quan sát những chồng container cao hàng chục mét trên boong tàu, nhiều người thường thắc mắc tại sao chúng không bị đổ trong điều kiện sóng gió khắc nghiệt. Câu trả lời nằm ở một hệ thống cố định nhiều lớp được thiết kế đơn giản nhưng cực kỳ hiệu quả.

Tại bốn góc của mỗi container đều có các khối đúc thép đặc biệt gọi là khối đúc góc (corner casting) (3). Những vị trí này cho phép lắp đặt các thiết bị liên kết giữa các container với nhau.
(3) Khối đúc góc là các khối thép đúc tiêu chuẩn được đặt tại 8 góc của container vận tải (4 góc trên và 4 góc dưới). Chúng là một trong những bộ phận quan trọng nhất của container vì gần như toàn bộ lực nâng, lực chằng buộc và lực xếp chồng đều truyền qua các chi tiết này.

Một trong những thiết bị quan trọng nhất là khóa xoay (twist lock). Khóa xoay là một cơ cấu khóa cơ khí có phần chốt hình nón được đặt trong một vỏ kim loại. Sau khi được đưa vào khối đúc góc, người vận hành sẽ xoay cơ cấu khóa 90 độ bằng cần gạt. Khi đó, container sẽ được khóa chặt với container bên trên hoặc bên dưới và không thể dịch chuyển cho đến khi khóa được mở ra.

Hệ thống chằng buộc – Giữ cho các chồng container đứng vững
Một thành phần quan trọng khác trong hệ thống cố định container là các thanh giằng được gọi là chằng buộc (lashing).
Nếu đi trên boong của một tàu container lớn trước khi tàu rời cảng, có thể dễ dàng nhìn thấy các thanh kim loại được lắp theo phương chéo dọc theo những tầng container thấp nhất.

Các thanh giằng này kết nối các góc trên của container với các điểm neo cố định trên boong tàu. Thông thường chỉ tầng container đầu tiên phía trên boong được lắp chằng buộc, tuy nhiên trên các tàu lớn hơn, hai hoặc ba tầng đầu tiên cũng có thể được gia cố theo cách này.

Vai trò của chằng buộc xuất phát từ các nguyên lý vật lý cơ bản. Trong khi khóa xoay giúp liên kết các container theo phương thẳng đứng và biến chúng thành một khối thống nhất, chằng buộc có nhiệm vụ ngăn chặn sự dịch chuyển theo phương ngang.

Trong suốt hành trình trên biển, các chồng container liên tục chịu tác động của gió mạnh, sóng biển, chuyển động lắc ngang, lắc dọc của tàu và lực quán tính phát sinh khi con tàu đổi hướng. Nếu không được cố định đúng cách, các lực này có thể khiến toàn bộ chồng container nghiêng, trượt hoặc sụp đổ.

Tăng đơ – Mắt xích cuối cùng của hệ thống an toàn
Thành phần cuối cùng trong hệ thống cố định là tăng đơ (turnbuckle). Thiết bị này được lắp ở cuối mỗi thanh chằng buộc và có hình dạng giống một cơ cấu tăng đơ với hai đầu ren điều chỉnh.

Một đầu của tăng đơ được kết nối với thanh chằng buộc, đầu còn lại liên kết với điểm neo trên boong tàu. Bằng cách siết chặt tăng đơ, thủy thủ đoàn có thể duy trì lực căng phù hợp trong suốt chuyến hải trình. Nhờ đó, các thanh chằng buộc luôn giữ được hiệu quả làm việc ngay cả khi điều kiện biển thay đổi liên tục.

Sự kết hợp giữa khóa xoay, chằng buộc và tăng đơ tạo thành một hệ thống an toàn ba lớp giúp vận tải container trở nên an toàn, nhanh chóng và đáng tin cậy hơn bao giờ hết.

Cuộc đua chế tạo tàu container ngày càng lớn
Thành công của phương pháp container hóa đã làm thay đổi hoàn toàn ngành vận tải biển. Khi vận tải container ngày càng hiệu quả, các hãng tàu bắt đầu đầu tư vào những con tàu có kích thước lớn hơn để tận dụng lợi thế kinh tế theo quy mô.

Trong giai đoạn đầu của vận tải container hiện đại, những con tàu lớn nhất chỉ có khả năng chở khoảng 2.500 TEU. Đến thập niên 1980, ngành đóng tàu giới thiệu lớp tàu Panamax – những con tàu được thiết kế để tận dụng tối đa kích thước cho phép của kênh đào Panama. Các tàu Panamax có thể vận chuyển khoảng 4.500 TEU.

Xu hướng gia tăng kích thước tiếp tục kéo dài trong nhiều thập niên sau đó. Đến năm 2013, một thế hệ tàu mới mang tên Ultra Large Container Ship xuất hiện với sức chở khoảng 21.000 TEU. Sau đó, những con tàu này tiếp tục bị vượt qua bởi thế hệ Mega Container Ship ngày nay với khả năng vận chuyển gần 25.000 TEU.

Động lực chính của quá trình này là lợi thế kinh tế theo quy mô. Một con tàu càng chở được nhiều hàng hóa trong một chuyến đi thì chi phí vận chuyển tính trên mỗi container càng thấp.

Sự tập trung quyền lực trong ngành vận tải biển
Kết quả của xu hướng này là ngành vận tải container ngày càng tập trung vào một số ít doanh nghiệp lớn. Hiện nay, năm hãng tàu lớn nhất thế giới, bao gồm Maersk và MSC, đang kiểm soát khoảng hai phần ba khối lượng vận tải container toàn cầu.

Việc khai thác một số lượng tương đối nhỏ các tàu siêu lớn cho phép những doanh nghiệp này vận chuyển khối lượng hàng hóa khổng lồ với chi phí thấp và hiệu quả cao hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, sự tập trung này cũng kéo theo nhiều rủi ro đáng kể.

Bài học từ sự cố của tàu Ever Given
Một trong những rủi ro rõ ràng nhất là sự phụ thuộc vào các điểm nghẽn hàng hải chiến lược. Thế giới đã chứng kiến điều này vào năm 2021 khi tàu container Ever Given bị gió mạnh đẩy lệch hướng và mắc cạn tại kênh đào Suez.

Trong suốt sáu ngày, con tàu đã chặn hoàn toàn một trong những tuyến hàng hải quan trọng nhất thế giới, làm gián đoạn chuỗi cung ứng toàn cầu và gây trì hoãn thương mại trên nhiều châu lục.

Sự kiện này cho thấy thương mại toàn cầu đang phụ thuộc rất lớn vào một số lượng hạn chế các tàu container khổng lồ hoạt động thông qua một vài điểm trung chuyển chiến lược.

Vì sao tàu container siêu lớn không thể cập bến bất kỳ cảng nào?
Trái với suy nghĩ của nhiều người, các tàu container siêu lớn không thể đơn giản ghé vào bất kỳ cảng biển nào. Các cảng phải có luồng tàu đủ sâu để tiếp nhận những con tàu này, cầu cảng đủ dài để neo đậu và hệ thống cẩu bờ có đủ năng lực xử lý khối lượng container khổng lồ.

Ngoài ra còn cần có mạng lưới đường bộ và đường sắt hiệu quả để vận chuyển hàng hóa ra khỏi cảng, cùng với lực lượng lao động có chuyên môn như công nhân bốc xếp, nhân viên vận hành cẩu và nhiều vị trí kỹ thuật khác.

Chính vì những yêu cầu đó, trong khoảng 500 cảng biển trên toàn thế giới hiện nay chỉ có khoảng 50 cảng đủ khả năng tiếp nhận các tàu container siêu lớn.

Một hệ thống hiệu quả nhưng mong manh
Trong trường hợp xảy ra xung đột thương mại quy mô lớn, các nhà nhập khẩu và hãng tàu có thể tìm cách chuyển hướng hàng hóa sang các cảng khác. Tuy nhiên, phần lớn những cảng thay thế này sẽ nhanh chóng rơi vào tình trạng quá tải.

Việc mở rộng hạ tầng cảng biển để phục vụ các tàu có kích thước lớn hơn thường cần nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm để hoàn thành. Điều đó có thể tạo ra những điểm nghẽn mới trong chuỗi cung ứng toàn cầu. Trong thời gian đó, hàng hóa có thể bị tồn đọng trong các kho bãi, còn người tiêu dùng phải đối mặt với giá cả tăng cao và tình trạng thiếu hụt sản phẩm.

Vì vậy, mặc dù container hóa đã giúp ngành vận tải biển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn rất nhiều, nó cũng đồng thời tạo ra một hệ thống có mức độ liên kết cực kỳ cao và phụ thuộc vào một số lượng hạn chế các tàu, cảng biển và tuyến hàng hải chiến lược.

Trong những điều kiện bất lợi, hệ thống này có thể trở nên mong manh đáng kinh ngạc – một thành tựu logistics của thế giới hiện đại nhưng cũng là một cấu trúc mà chỉ cần một mắt xích quan trọng gặp sự cố, toàn bộ chuỗi cung ứng toàn cầu đều có thể bị ảnh hưởng.

Để xem các tin bài khác về “Vận chuyển hàng hải”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Beyond Facts