Tìm kiếm giải pháp công nghệ cho phát triển các công trình đường sắt

Hội thảo đã quy tụ đông đảo sự quan tâm của các nhà khoa học, chuyên gia, kỹ sư và doanh nghiệp trong lĩnh vực xây dựng, giao thông và công nghệ trong và ngoài nước nhằm chia sẻ những kết quả nghiên cứu mới, kinh nghiệm quốc tế cũng như các giải pháp công nghệ tiên tiến phục vụ thiết kế, thi công, đánh giá chất lượng và bảo đảm an toàn công trình đường sắt.

Từ nhu cầu của sự phát triển kinh tế - xã hội

PGS. TS. Nguyễn Viết Thanh, Phó Trưởng khoa Công trình, Trường Đại học Giao thông Vận tải cho biết, trong xu thế phát triển giao thông bền vững, đường sắt đô thị và đường sắt tốc độ cao đang được nhiều quốc gia xác định là phương thức vận tải chiến lược nhờ khả năng chuyên chở khối lượng lớn, tốc độ cao, an toàn và thân thiện với môi trường.

Không chỉ góp phần giảm ùn tắc giao thông và phát thải khí nhà kính, hệ thống đường sắt hiện đại còn đóng vai trò thúc đẩy liên kết vùng, mở rộng không gian phát triển đô thị và nâng cao năng lực cạnh tranh của nền kinh tế.

Chính vì vậy, nhiều quốc gia đã ưu tiên đầu tư mạnh mẽ cho hạ tầng đường sắt, đồng thời đẩy nhanh nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì nhằm bảo đảm hiệu quả khai thác lâu dài.

Đối với Việt Nam, phát triển đường sắt đô thị và đường sắt tốc độ cao không chỉ là yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng gia tăng mà còn là một trong những định hướng quan trọng để hiện đại hóa hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông quốc gia. Những năm gần đây, các tuyến đường sắt đô thị tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh từng bước được đưa vào khai thác, mở ra phương thức vận tải công cộng hiện đại, góp phần thay đổi diện mạo giao thông đô thị.

Song song với đó, dự án đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc - Nam đã được Quốc hội thông qua chủ trương đầu tư xây dựng, nhằm tạo động lực phát triển kinh tế - xã hội, tăng cường kết nối vùng và nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia.

Đến ứng dụng công nghệ hiện đại đảm bảo an toàn công trình đường sắt

PGS. TS. Nguyễn Viết Thanh cho biết, trong bối cảnh Việt Nam đang đẩy mạnh đầu tư phát triển hệ thống đường sắt đô thị tại các thành phố lớn và triển khai các dự án đường sắt tốc độ cao trong tương lai, yêu cầu về chất lượng thiết kế, thi công, kiểm định, bảo trì và quản lý hạ tầng đường sắt ngày càng trở nên cấp thiết. Cùng với đó, sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ số như mô phỏng số, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn, cảm biến thông minh, công nghệ đo đạc hiện đại và các giải pháp thí nghiệm tiên tiến đang mở ra nhiều cơ hội để nâng cao chất lượng, hiệu quả và độ an toàn của các công trình giao thông.

Tuy nhiên, việc triển khai các dự án đường sắt thế hệ mới cũng đặt ra những thách thức mới. Khác với đường sắt truyền thống, các tuyến đường sắt đô thị và đường sắt tốc độ cao đòi hỏi tiêu chuẩn rất cao về thiết kế, thi công, kiểm định và vận hành. Mọi thành phần của hệ thống, từ kết cấu cầu, hầm, nền đường, ray đến phương tiện, hệ thống tín hiệu và điều khiển, đều phải được giám sát chặt chẽ nhằm bảo đảm an toàn trong suốt vòng đời khai thác. Điều đó đòi hỏi sự tham gia của các công nghệ hiện đại như mô phỏng số, trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn, bản sao số, cảm biến thông minh và các thiết bị thí nghiệm, kiểm định tiên tiến.

Đây không chỉ là xu hướng phát triển của ngành đường sắt thế giới mà còn là nền tảng để Việt Nam từng bước làm chủ công nghệ, phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao và xây dựng ngành công nghiệp đường sắt hiện đại trong tương lai.

Chia sẻ việc ứng dụng công nghệ vào việc cảnh báo ngưỡng dựa trên trên AI và dữ liệu quan trắc trong giám sát sức khỏe công trình cầu đường sắt tốc độ cao, PGS. TS. Trần Ngọc Hòa, Khoa Công trình, Trường Đại học Giao thông Vận tải cho rằng, đây là hướng nghiên cứu nhận được nhiều sự quan tâm khi các quốc gia ngày càng ưu tiên ứng dụng công nghệ số nhằm bảo đảm an toàn cho các công trình hạ tầng có quy mô lớn và yêu cầu kỹ thuật cao.

Theo xu hướng quốc tế, giám sát sức khỏe công trình không còn đơn thuần là việc kiểm tra tình trạng kết cấu theo chu kỳ mà đã phát triển thành một hệ thống theo dõi liên tục dựa trên mạng lưới cảm biến được bố trí tại nhiều vị trí khác nhau của công trình.

Các cảm biến có khả năng ghi nhận đồng thời nhiều thông số như dao động, chuyển vị, ứng suất, gia tốc, nhiệt độ, độ nghiêng hay sự thay đổi của môi trường làm việc. Lượng dữ liệu thu thập được truyền về trung tâm điều khiển theo thời gian thực, tạo nên “dòng dữ liệu sống” phản ánh trạng thái của công trình trong suốt quá trình khai thác.

Đồng tình với quan điểm trên, ông Marco Fruttero, chuyên gia của hãng DMA (Italia) cho rằng, sự phát triển của công nghệ số đã làm thay đổi căn bản cách thức thu thập và quản lý dữ liệu hạ tầng. Thay vì ghi nhận bằng phương pháp thủ công, các thiết bị khảo sát hiện đại tích hợp camera độ phân giải cao, máy quét laser ba chiều (LiDAR), hệ thống định vị vệ tinh và cảm biến quán tính có thể thu thập đồng thời hàng triệu điểm dữ liệu trong quá trình di chuyển trên tuyến.

Một điểm đáng chú ý trong xu hướng quản lý hạ tầng hiện đại là sự kết hợp giữa dữ liệu số hóa với mô hình thông tin công trình (BIM) và bản sao số. Khi đó, mỗi cây cầu, đoạn tuyến hay nhà ga đều có một "phiên bản số" được cập nhật liên tục bằng dữ liệu quan trắc ngoài hiện trường. Các nhà quản lý không chỉ quan sát được hiện trạng mà còn có thể mô phỏng các kịch bản khai thác, đánh giá tác động của tải trọng, dự báo tốc độ xuống cấp và xây dựng kế hoạch bảo trì tối ưu.

Chia sẻ về công nghệ giám sát, ông Yury Platunov, chuyên gia của Distect Corporation (Nhật Bản) cho rằng, trong các thí nghiệm truyền thống, nhiều hiện tượng quan trọng diễn ra chỉ trong vài phần nghìn hoặc vài phần triệu giây. Sự hình thành của một vết nứt, quá trình lan truyền phá hủy của vật liệu, dao động của dầm cầu khi chịu tải hay chuyển vị rất nhỏ tại các mối liên kết đều diễn ra nhanh đến mức mắt người hoặc các thiết bị ghi hình thông thường không thể nhận biết đầy đủ. Điều đó khiến việc phân tích nguyên nhân hư hỏng và kiểm chứng các mô hình tính toán gặp không ít khó khăn.

Camera tốc độ cao đã mở ra khả năng quan sát hoàn toàn mới. Với tốc độ ghi hình từ hàng nghìn đến hàng triệu khung hình mỗi giây, thiết bị có thể ghi lại chi tiết toàn bộ quá trình biến dạng của vật liệu và kết cấu.

Trong lĩnh vực đường sắt tốc độ cao, công nghệ này đặc biệt hữu ích khi nghiên cứu tương tác giữa đoàn tàu và kết cấu cầu, đánh giá dao động của đường ray, kiểm tra khả năng làm việc của gối cầu, khe co giãn hoặc xác định ứng xử động của các cấu kiện chịu tải trọng lớn. Những dữ liệu thu được không chỉ phục vụ nghiên cứu khoa học mà còn là cơ sở quan trọng để hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng số, từ đó nâng cao độ chính xác trong thiết kế và dự báo tuổi thọ công trình.

Đối với Việt Nam, khi các dự án đường sắt đô thị tiếp tục được đầu tư xây dựng và tuyến đường sắt tốc độ cao đang bước vào giai đoạn chuẩn bị đầu tư, việc tiếp cận và làm chủ các công nghệ tiên tiến không chỉ giúp nâng cao chất lượng thiết kế, thi công và vận hành mà còn góp phần hình thành năng lực khoa học công nghệ trong nước. Đây cũng là cơ sở để các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp tăng cường hợp tác nghiên cứu, đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao và từng bước làm chủ những công nghệ cốt lõi trong lĩnh vực đường sắt hiện đại, đáp ứng yêu cầu phát triển hệ thống giao thông bền vững của Việt Nam trong tương lai./.