اندازه‌گیری گلوگاه‌های دریایی: چگونه زمان چرخش کشتی، جابه‌جایی جرثقیل و اشغال اسکله کارایی بندر را تعیین می‌کنند

بر اساس گزارش کنفرانس تجارت و توسعه سازمان ملل متحد، در سال ۲۰۲۳، میانگین زمان توقف کشتی‌های کانتینری در بنادر جهان ۰٫۹۷ روز بوده است. این بازه تقریباً ۲۳ ساعته، حیاتی‌ترین و آسیب‌پذیرترین گره در زنجیره تأمین بین‌المللی است؛ نقطه‌ای دقیق که حمل و نقل دریایی با لجستیک زمینی تلاقی پیدا می‌کند. اینکه آیا یک کشتی طبق برنامه حرکت می‌کند یا باعث ایجاد تأخیرهای آبشاری در سراسر اقیانوس آرام می‌شود، کاملاً به نحوه مدیریت سه متغیر متقاطع توسط ترمینال بستگی دارد: زمان چرخش کشتی، تعداد جابه‌جایی جرثقیل در ساعت، و میزان اشغال اسکله.[1]

زمان چرخش کشتی (VTT) به عنوان معیار کلان نهایی عملکرد بندر عمل می‌کند. این معیار، کل مدت زمانی را که یک کشتی در محدوده قضایی بندر می‌گذراند، اندازه‌گیری می‌کند؛ از لحظه‌ای که راهنمای دریایی در لنگرگاه بیرونی سوار کشتی می‌شود تا زمانی که پس از خروج، پیاده می‌شود. برای شرکت‌های کشتیرانی، VTT تنها معیاری است که مستقیماً بر سودآوری آن‌ها تأثیر می‌گذارد، زیرا کشتی تنها زمانی درآمدزایی می‌کند که در حال جابه‌جایی محموله در اقیانوس باشد، نه زمانی که به یک دیوار بتنی متصل است.[4]

معیار چرخش کشتی به سه مرحله مجزا تقسیم می‌شود: زمان انتظار در لنگرگاه، زمان پهلوگیری (مانور فیزیکی)، و زمان کار در اسکله. دستورالعمل‌های منتشر شده توسط بنیاد والنسیاپورت (Fundación Valenciaport) نشان می‌دهد که زمان کار باید در حالت ایده‌آل حداقل ۸۰ درصد از کل مدت زمان چرخش را تشکیل دهد. هنگامی که تراکم ایجاد می‌شود، با این حال، زمان انتظار به طور نامتناسبی افزایش می‌یابد، این نسبت را از بین می‌برد و شرکت‌های کشتیرانی را مجبور می‌کند تا برای حفظ برنامه‌های هفتگی اعلام شده خود، با سرعت‌های بالاتر به سمت بندر بعدی حرکت کرده و سوخت بیشتری بسوزانند. این اثر آبشاری نشان می‌دهد که چرا تأخیرهای مجزا در یک مرکز اصلی می‌تواند فاصله کشتی‌ها را در کل شبکه اقیانوسی مختل کند.[5]

در طول آن زمان کاری حیاتی، تعداد جابه‌جایی جرثقیل در ساعت (CMPH) به معیار خرد اصلی حاکم بر عملیات تبدیل می‌شود. این معیار، خروجی مکانیکی خام جرثقیل‌های دروازه‌ای کشتی به ساحل (STS) را که کانتینرها را از کشتی بلند کرده و پیاده می‌کنند، اندازه‌گیری می‌کند. یک جرثقیل STS مدرن استاندارد، مهندسی شده است تا در شرایط بهینه به ۲۵ تا ۳۰ جابه‌جایی در ساعت دست یابد. ضرب این نرخ در تعداد جرثقیل‌های مستقر شده روی یک کشتی، بهره‌وری ناخالص اسکله را فراهم می‌کند و دقیقاً مشخص می‌سازد که کشتی باید چند ساعت پهلو گرفته بماند.[2]

رابطه بین این ماشین‌آلات و شبکه گسترده‌تر مطلق است. ارزیابی MDPI از عوامل تعیین‌کننده کارایی بندر دریایی اشاره می‌کند: «بهره‌وری جرثقیل‌های اسکله مستقیماً مدت زمان توقف کشتی در اسکله را دیکته می‌کند.» اگر یک ترمینال به یک شرکت کشتیرانی ۱۰۰ جابه‌جایی در ساعت توسط چهار جرثقیل را وعده دهد، اما به دلیل نقص فنی یا کمبود نیروی کار تنها ۷۵ جابه‌جایی را انجام دهد، یک توقف برنامه‌ریزی شده ۲۰ ساعته تقریباً به ۲۷ ساعت افزایش می‌یابد و بلافاصله زمان حرکت کشتی و رسیدن بعدی آن به مقصد بعدی را به خطر می‌اندازد.[3]

با این حال، یک ترمینال نمی‌تواند به سادگی با متراکم کردن جرثقیل‌های بیشتر روی یک بدنه کشتی، تأخیرهای چرخش را حل کند. افزایش استقرار جرثقیل با محدودیت‌های فیزیکی سخت و بازده نزولی مواجه است. تداخل بین تیم‌های زمینی که زیر جرثقیل‌ها کار می‌کنند، همراه با فاصله ساختاری محفظه‌های بار کشتی، حداکثر استقرار مؤثر را برای یک کشتی استاندارد نیو پاناماکس (New Panamax) به حدود چهار یا پنج جرثقیل محدود می‌کند. فراتر رفتن از این تراکم اغلب کارایی فردی هر جرثقیل را کاهش می‌دهد و هیچ افزایش خالصی در سرعت کلی کشتی به دست نمی‌آورد.[3]

در حالی که شرکت‌های کشتیرانی به طور وسواس‌گونه‌ای بر زمان چرخش و سرعت جرثقیل تمرکز دارند، اپراتورهای ترمینال سرمایه خود را از طریق نرخ اشغال اسکله (BOR) مدیریت می‌کنند. این معیار بهره‌برداری با تقسیم کل زمانی که اسکله‌های یک بندر توسط کشتی‌ها اشغال شده‌اند بر کل زمان در دسترس بودن آن اسکله‌ها در یک دوره معین محاسبه می‌شود. از آنجایی که ساخت یک اسکله آب عمیق جدید نیازمند صدها میلیون دلار هزینه سرمایه‌ای و سال‌ها مجوز زیست‌محیطی است، مقامات بندری به شدت انگیزه دارند تا حداکثر استفاده را از زیرساخت‌های بتنی موجود خود ببرند.[5]

این وضعیت یک تنش ساختاری بین بندر و کشتی ایجاد می‌کند که تحت تأثیر واقعیت‌های ریاضی نظریه صف قرار دارد. در حالی که نرخ اشغال ۱۰۰ درصدی ممکن است برای یک حسابرس مالی به معنای بهره‌برداری کامل از دارایی باشد، در لجستیک دریایی، تأخیرهای فاجعه‌بار را تضمین می‌کند. شاخص‌های عملکرد والنسیاپورت حداکثر نرخ اشغال بهینه ۶۵ تا ۷۰ درصد را برای یک ترمینال کانتینری استاندارد چندکاربره پیشنهاد می‌کنند. خالی گذاشتن ۳۰ درصد از اسکله هدر دادن فضا نیست؛ بلکه ضربه‌گیر ضروری است که کشتی‌هایی را که به دلیل شرایط آب و هوایی خارج از برنامه می‌رسند، در خود جای می‌دهد.[5]

هنگامی که اشغال از آستانه ۷۰ درصد فراتر می‌رود، کشتی‌ها می‌رسند و اسکله خالی پیدا نمی‌کنند، که بلافاصله مؤلفه زمان انتظار در معیار چرخش آن‌ها را به شدت افزایش می‌دهد. تحلیل سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD) از کارایی بنادر جهان نشان می‌دهد که تأسیساتی که به طور مداوم بالاتر از این آستانه بهره‌برداری عمل می‌کنند، افزایش تصاعدی، و نه خطی، در زمان‌های انتظار لنگرگاه را تجربه می‌کنند. سیستم از حالت روان به حالت متراکم تغییر می‌کند، جایی که هر تأخیر جزئی در اسکله، صف کشتی‌های منتظر در بندر را تشدید می‌کند. این پویایی توضیح می‌دهد که چرا اختلالات به ظاهر جزئی می‌توانند باعث ایجاد ترافیک‌های دریایی عظیم در خارج از بندر شوند.[1]

شوک‌های ژئوپلیتیکی به طور معمول محدودیت‌های این سه معیار را مورد آزمایش قرار می‌دهند. یک مقاله کاری RSIS International که تأثیر جنگ تجاری ایالات متحده و چین بر زنجیره تأمین را تحلیل می‌کرد، نشان داد که چگونه تغییرات ناگهانی حجم به بنادر آسیای جنوب شرقی، نرخ اشغال اسکله را در مراکز نوظهوری مانند ویتنام از ۸۵ درصد فراتر برد. از آنجایی که زیرساخت‌ها نتوانستند به سرعت کافی برای پاسخگویی به جریان‌های تجاری هدایت شده گسترش یابند، نرخ‌های بالای اشغال، کارایی جرثقیل را کاهش داد، زیرا محوطه‌های ترمینال پر از کانتینرهای منتظر صادرات شدند. تراکم ناشی از آن ثابت کرد که تقاضای بالا بدون ظرفیت بافر کافی، فعالانه سرعت عملیاتی را کاهش می‌دهد.[6]

این اختلال در منطقه میانی بین کشتی و دروازه رخ می‌دهد. محققان RSIS مشاهده کردند: «هنگامی که استفاده از محوطه از ۸۰ درصد فراتر می‌رود، ترمینال فضای بافر مورد نیاز برای آماده‌سازی کانتینرهای صادراتی را از دست می‌دهد و سرعت جرثقیل‌های اسکله را کاهش می‌دهد.» اگر اپراتور جرثقیل مجبور باشد منتظر بماند تا یک تراکتور محوطه از میان توده متراکم کانتینرها عبور کند، تعداد جابه‌جایی در ساعت به شدت کاهش می‌یابد. جرثقیل اسکله، با وجود توانایی مکانیکی برای ۳۰ جابه‌جایی در ساعت، به ۱۵ جابه‌جایی کاهش می‌یابد و زمان چرخش کشتی را دو برابر می‌کند، حتی با وجود اینکه ترمینال کاملاً دارای پرسنل است.[6]

برای شکستن این وابستگی، صنعت به طور فزاینده‌ای به سمت اتوماسیون روی آورده است. جرثقیل‌های انباشت خودکار (ASCs) و وسایل نقلیه هدایت شونده خودکار (AGVs) تلاش می‌کنند تا تراکم محوطه را از بهره‌وری جرثقیل اسکله جدا کنند. با استفاده از نرم‌افزار برای بهینه‌سازی مکان‌یابی دقیق و بازیابی هر کانتینر در محوطه، ترمینال‌های خودکار می‌توانند تعداد بالای جابه‌جایی جرثقیل در ساعت را حفظ کنند، حتی زمانی که اشغال اسکله و تراکم محوطه به حداکثر نظری خود نزدیک می‌شوند، و در عمل منحنی‌های سنتی نظریه صف را که از لحاظ تاریخی بر طراحی بندر حاکم بوده‌اند، بازنویسی می‌کنند. این رویکرد سرمایه‌بر، هدف دارد تا هم استفاده بالای دارایی را برای اپراتور و هم سرعت قابل اعتماد را برای شرکت کشتیرانی فراهم کند.[2]

یک متغیر ثانویه که این معیارها را مختل می‌کند، افزایش بی‌امان اندازه کشتی‌ها است. با استقرار کشتی‌های غول‌پیکر توسط شرکت‌های کشتیرانی که قادر به حمل ۲۴,۰۰۰ واحد TEU هستند، رابطه ریاضی بین زمان چرخش، جابه‌جایی جرثقیل و اشغال اسکله دچار شکست می‌شود. یک کشتی بزرگ به جابه‌جایی‌های کلی جرثقیل بسیار بیشتری برای تخلیه و بارگیری محموله خود نیاز دارد، که زمان مطلق پهلوگیری مورد نیاز برای یک توقف واحد را افزایش می‌دهد. این امر به طور مصنوعی نرخ اشغال اسکله ترمینال را بالا می‌برد، که به نوبه خود باعث تأخیر در کشتی‌های کوچک‌تر تغذیه‌کننده می‌شود که باید مدت بیشتری منتظر بمانند تا کشتی عظیم اسکله را ترک کند.[4]

از آنجایی که یک کشتی ۲۴,۰۰۰ واحد TEU عریض‌تر و عمیق‌تر است، استفاده از اسکله‌ها و جرثقیل‌های خاصی را نیز محدود می‌کند. تنها بزرگترین جرثقیل‌های سوپر پست-پاناماکس می‌توانند به عرض ۲۴ ردیف کانتینر دسترسی پیدا کنند. اگر یک بندر تنها سه عدد از این جرثقیل‌های عظیم را داشته باشد، حداکثر جابه‌جایی ناخالص در ساعت محدود می‌شود، به این معنی که کشتی غول‌پیکر ممکن است چهار روز در کنار اسکله بماند. این زمان چرخش طولانی، شرکت کشتیرانی را مجبور می‌کند تا کشتی‌های بیشتری را در شبکه مستقر کند تا برنامه هفتگی حرکت را حفظ کند، و برخی از صرفه‌جویی‌های ناشی از مقیاس که قرار بود کشتی بزرگتر فراهم کند، از بین می‌رود.[1]

نقطه عطف قابل تأیید بعدی برای کارایی بندر، پذیرش گسترده سیستم‌های ورود پیش‌بینی‌کننده و حرکت به موقع (just-in-time steaming) خواهد بود. با به اشتراک گذاشتن داده‌های ترمینال به صورت لحظه‌ای با کشتی‌های در حال نزدیک شدن، شرکت‌های کشتیرانی می‌توانند سرعت حرکت خود را در میانه اقیانوس تنظیم کنند تا با در دسترس بودن دقیق اسکله مطابقت داشته باشد. اگر یک کشتی بداند که اسکله تا صبح پنجشنبه باز نخواهد شد، سرعت خود را کاهش می‌دهد تا در مصرف سوخت صرفه‌جویی کرده و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کم کند، به جای اینکه با عجله به سمت بندر حرکت کند و لنگر بیندازد و زمان انتظار خود را افزایش دهد. این یکپارچه‌سازی دیجیتال با هدف کاهش مؤلفه انتظار در زمان چرخش به صفر، اساساً نحوه محاسبه کارایی دریایی جهانی را تغییر خواهد داد.[3]