Developing a sustainable intermodal transportation system to enhance the efficiency of port's activities

Abu Aisha, Tareq (2021). Developing a sustainable intermodal transportation system to enhance the efficiency of port's activities. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Transporting millions of containers through the container terminal at the seaport per year while ensuring minimum handling operations cost and emission is challenging for the container terminals. Today, the intermodal container terminal is considered as a hearth for most intermodal transportation systems. The intermodal container terminal in the seaport is a complex system that requires careful planning in order to perform operations efficiently. Thus, inefficiently operating the terminal can slow down the flow of containers to their destination as well as increase the dwell time of the ship in the port, which leads to an increase in the total cost and affects sustainability. Consequently, there is a need for new methodologies and technologies that guarantee enhancements of terminal performance, increase capacity, and mitigate negative impacts on the environment. In a large number of cases, the seaports are usually surrounded by big cities. Hence, improving new layouts for the container terminal will lead to the faster, cheaper, and more efficient transfer of containers from their origin to the destination in a sustainable way. In this study, the Port of Montreal is used as a case study to validate the proposed layout and experiments.

In my first article, titled "Developing the Seaport Container Terminal Layout to Enhance Efficiency of the Intermodal Transportation System and Port Operations - Case of the Port of Montreal," we developed a new container terminal layout. An efficient layout of the container terminal can be achieved by reducing the distance and disposition between the quay and rail tracks. We propose a novel layout to reduce the cost and accelerate container flow, thus improving the handling system's effectiveness. We develop a MILP model to estimate and analyze the performance considering the arcs congestion for the current layouts and the new proposed layout. We present a study case on The Port of Montreal to validate the suggested solution. We found that the projected layout reduces the total cost and time for transporting containers from the port to their destination.

Despite the advantages of intermodal transportation, it still has undesirable effects connected with congestion and emission. In the second article, titled "Optimization of Container Terminal Layouts in the Seaport - Case of Port of Montreal," the intermodal transportation system and its effect on port efficiency were addressed. The article investigates the role of the proposed layout in minimizing the cost of transport containers from the ship to the final destination and emissions generated from these operations. The proposed layout can improve the sustainability of port activities by decreasing the distance between the berth and interface points as well as avoiding double handling. The model was formulated as multi-objective optimization, and we use the ε-constraint method to solve the problem. The results illustrate that the proposed layout resulted in a considerable reduction in both the total cost of transport containers to their final destination and emission associated with these operations.

Since different modes of transportation and resources interact and function together, the system is becoming quite complex to understand its behaviour and predict the effect of changing in some parameters. In this regard, we developed a simulation model in the third paper titled "A Simulation Approach to Compare Different Container Terminal Layouts." A discrete simulation model is developed using the SIMAN simulation language and then implemented through the Arena software application. This study aims to improve the performance and handling capacity of the terminal by recommending a new layout. Computational experiments were conducted to evaluate and compare both layouts' performance using data collected from the Port of Montreal. The results indicate that terminal layout design has a significant impact on terminal performance under the configuration of different transportation modes.

Titre traduit

Développer un système de transport intermodal durable pour améliorer l’efficacité des activités

Résumé traduit

Transiter chaque année des millions de conteneurs à travers les ports maritimes tout en garantissant des coûts et des émissions de manutention minimaux constitue un défi majeur pour les terminaux à conteneurs. Aujourd'hui, le terminal à conteneurs intermodal est considéré comme le coeur pour la plupart des systèmes de transport intermodal. Le terminal à conteneurs intermodal du port maritime est un système complexe qui nécessite une planification minutieuse afin d'exécuter efficacement les opérations de fonctionnement. En effet, un fonctionnement inefficace du terminal peut ralentir le flux des conteneurs vers leur destination et augmenter le temps de séjour du navire dans le port. Cela entraîne généralement une augmentation du coût total et affecte la durabilité. Par conséquent, il existe un besoin de nouvelles méthodologies et technologies qui garantissent l'amélioration des performances des terminaux, augmentent la capacité et atténuent les impacts négatifs sur l'environnement. Dans un grand nombre de cas, les ports maritimes sont généralement entourés de grandes villes. Par conséquent, l'amélioration de la configuration du terminal à conteneurs conduira à un transfert plus rapide, moins coûteux et plus efficace des conteneurs de leur origine à leur destination de manière durable. Dans ce travail, le port de Montréal est utilisé comme étude de cas pour valider l'aménagement proposé et les expériences.

Dans le premier article, intitulé "développement de l'aménagement du terminal à conteneurs du port maritime pour accroître l'efficacité du système de transport intermodal et des opérations portuaires - cas du port de Montréal", nous avons développé un nouvel aménagement de terminal à conteneurs. Un aménagement efficace du terminal à conteneurs peut être obtenu en réduisant la distance et la disposition entre le quai et les voies ferrées. Nous proposons un nouvel aménagement pour réduire les coûts et accélérer le flux des conteneurs, améliorant ainsi l'efficacité du système de manutention. Nous développons un modèle MILP pour estimer et analyser les performances en tenant compte de la congestion des arcs pour l'aménagement existant et notre proposition. Nous présentons un cas d'étude portant sur le port de Montréal pour valider la solution. Les résultats montrent que l'aménagement proposé réduit le coût total et le temps de transport des conteneurs du port à leur destination.

Malgré ses avantages, le transport intermodal a encore des effets indésirables liés à la congestion et aux émissions. Dans le deuxième article, intitulé "optimisation de l'aménagement des terminaux à conteneurs dans le port maritime - cas du port de Montréal", nous abordons le système de transport intermodal et ses effets sur l'efficacité portuaire. Cet article étudie le rôle de l'aménagement proposé dans la réduction des coûts de transport des conteneurs du navire à la destination finale et des émissions générées par ces opérations. L'aménagement proposé peut améliorer la durabilité des activités portuaires en diminuant la distance entre le poste d'amarrage et les points d'échange tout en évitant la double manutention. Le problème étudié est formulé sous forme d’un modèle d’optimisation multiobjectif et nous utilisons la méthode ε-contrainte pour le résoudre. Les résultats montrent que l'aménagement proposé génère une réduction considérable à la fois du coût et des émissions associés transport des conteneurs jusqu'à leur destination finale.

Étant donné que différents modes et ressources relatives au transport interagissent et fonctionnent de façon conjointe, le système devient assez complexe pour comprendre son comportement et prédire l'effet de la modification de certains paramètres. À cet égard, nous avons développé un modèle de simulation dans le troisième article intitulé "une approche de simulation pour comparer différentes configurations de terminaux à conteneurs". Un modèle de simulation discret est développé en utilisant le langage de simulation SIMAN puis implémenté via le logiciel ARENA. Ce travail vise à améliorer les performances et la capacité de traitement du terminal en recommandant une nouvel aménagement plus efficace. Des expériences de simulation ont été menées pour évaluer et comparer les performances de l'aménagement proposé avec celles de l’existant à l'aide des données recueillies au port de Montréal. Les résultats indiquent que le plan de l'aménagement du terminal a un impact significatif sur la performance du terminal dans la configuration des différents modes de transport.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 121-132).
Mots-clés libres:	terminaux à conteneurs, transport maritime, transport intermodal, durabilité, plan d'aménagement
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Paquet, Marc
Codirecteur:	Codirecteur Ouhimmou, Mustapha
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	19 nov. 2021 18:45
Dernière modification:	19 nov. 2021 18:45
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2776

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