Việt Nam tiến tới làm chủ công nghệ trong thiết kế, thi công cầu nhịp lớn

Nhiều chia sẻ đáng chú ý về thiết kế, thi công cầu nhịp lớp, đường sắt tốc độ cao đã được các chuyên gia, nhà khoa học trao đổi tại Hội thảo khoa học với chủ đề “Cầu nhịp lớn cho đường sắt tốc độ cao” do Trường Đại học Giao thông Vận tải (GTVT) tổ chức ngày 14/4/2026 tại Hà Nội.

Hội thảo diễn ra trong bối cảnh Việt Nam đang bước vào giai đoạn phát triển mới của hệ thống đường sắt hiện đại, đặc biệt là đường sắt tốc độ cao. Việc từng bước triển khai các dự án đường sắt tốc độ cao đang đặt ra yêu cầu rất lớn về làm chủ tri thức, công nghệ, tiêu chuẩn kỹ thuật.

Cầu nhịp lớn - Bài toán khó khi triển khai đường sắt tốc độ cao

Một trong những đặc điểm nổi bật của đường sắt tốc độ cao là tỷ lệ cầu trên tuyến rất lớn. Trong nhiều trường hợp, đặc biệt với các tuyến yêu cầu cao về hình học tuyến, độ ổn định và khả năng vượt chướng ngại, kết cấu cầu có thể chiếm tới trên 90% chiều dài tuyến.

Vì vậy, các vấn đề liên quan đến cầu nhịp lớn cho đường sắt tốc độ cao trở thành một nội dung có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cả về mặt kỹ thuật, công nghệ và đào tạo nguồn nhân lực.

Đối với loại hình công trình này, những bài toán như phân tích đáp ứng động, kiểm soát dao động, biến dạng, độ võng, độ xoắn, góc xoay đầu dầm, cũng như tương tác giữa đoàn tàu, ray và kết cấu cầu là những vấn đề khó, phức tạp, đang thu hút sự quan tâm rất lớn của các kỹ sư, chuyên gia và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cầu đường sắt hiện đại.

Phát biểu tại Hội thảo, PGS. TS. Lê Hoài Đức, Phó Hiệu trưởng Trường Đại học GTVT nhấn mạnh vai trò của Nhà trường trong đào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ trong lĩnh vực đường sắt.

Với lịch sử hơn 80 năm xây dựng và phát triển, Trường Đại học GTVT là cơ sở giáo dục đại học hàng đầu của Việt Nam trong lĩnh vực GTVT, đồng thời là một trong những đơn vị có truyền thống và năng lực chuyên môn sâu trong đào tạo, nghiên cứu về đường sắt.

Trong nhiều năm qua, Nhà trường đã xây dựng và phát triển hệ thống đào tạo liên quan đến đường sắt trên nhiều phương diện như xây dựng công trình, cầu hầm, điện khí hóa, tín hiệu, phương tiện, vận tải và kinh tế đường sắt. Đồng thời, Nhà trường từng bước thúc đẩy các nội dung đào tạo, nghiên cứu gắn với đường sắt đô thị và đường sắt tốc độ cao.

Nhà trường cũng đã tập hợp được đội ngũ giảng viên, nhà khoa học có trình độ cao trong các lĩnh vực kết cấu, cầu đường sắt, phân tích động lực học công trình, tiêu chuẩn kỹ thuật và công nghệ hạ tầng hiện đại.

Trong hoạt động khoa học và công nghệ, Trường Đại học GTVT đã triển khai nhiều nghiên cứu liên quan đến kết cấu công trình giao thông, vật liệu mới, phân tích ứng xử kết cấu, công nghệ số và tiêu chuẩn kỹ thuật phục vụ phát triển hạ tầng hiện đại.

Đối với lĩnh vực đường sắt, Nhà trường đã và đang tích cực tham gia vào các nghiên cứu, đề xuất liên quan đến kết cấu nền đường, ray, cầu, hầm, công nghệ thi công, kiểm định và đào tạo nhân lực cho các dự án đường sắt hiện đại và đường sắt tốc độ cao trong tương lai.

Trong những năm gần đây, Nhà trường cũng đã tổ chức thành công nhiều hội thảo, tọa đàm và hoạt động học thuật về đường sắt hiện đại, đường sắt đô thị, đường sắt tốc độ cao, tiêu chuẩn kỹ thuật và công nghệ hạ tầng.

Những hoạt động này đã góp phần hình thành diễn đàn trao đổi học thuật có chất lượng, thúc đẩy kết nối giữa Nhà trường với các chuyên gia, doanh nghiệp và cơ quan quản lý, đồng thời tăng cường năng lực chuẩn bị của Nhà trường cho giai đoạn phát triển mới của ngành đường sắt Việt Nam.

Việc làm chủ công nghệ và dữ liệu là yếu tố then chốt

Theo PGS. TS. Hoàng Hà, Phó Chủ tịch Hội Khoa học kỹ thuật Cầu đường Việt Nam, Giảng viên Cao cấp Khoa Công trình, Trường Đại học GTVT, việc thiết kế cầu đường sắt nhịp lớn tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh phát triển đường sắt tốc độ cao, đang bộc lộ nhiều bất cập và thách thức cả về lý thuyết lẫn thực tiễn.

Trước hết, hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế trong nước còn thiếu đồng bộ và chưa theo kịp yêu cầu của các công trình nhịp lớn chịu tải trọng động phức tạp, dẫn đến việc phải tham khảo, áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài nhưng chưa được nội địa hóa đầy đủ.

Bên cạnh đó, đặc trưng kết cấu nhịp lớn với độ mảnh cao khiến cầu rất nhạy cảm với các tác động động lực như tải trọng tàu chạy tốc độ cao, gió và dao động cưỡng bức, trong khi công tác phân tích, mô phỏng tương tác giữa đoàn tàu - cầu - đường ray ở Việt Nam vẫn còn hạn chế về dữ liệu và công cụ chuyên sâu.

Điều kiện tự nhiên như địa chất yếu, sông rộng, khí hậu nhiệt đới với biên độ nhiệt lớn và độ ẩm cao cũng làm gia tăng khó khăn trong lựa chọn kết cấu, vật liệu và giải pháp móng, đồng thời ảnh hưởng đến độ bền lâu dài của công trình.

Từ kinh nghiệm quốc tế, các quốc gia có hệ thống đường sắt phát triển như Nhật Bản, Đức hay Trung Quốc đều đặc biệt coi trọng nghiên cứu ổn định động lực và tiêu chuẩn hóa thiết kế cho cầu nhịp lớn.

Nhật Bản chú trọng kiểm soát dao động và an toàn chạy tàu thông qua các mô hình tính toán hiện đại và hệ thống giám sát liên tục trong khai thác. Đức nổi bật với việc xây dựng hệ tiêu chuẩn chặt chẽ, đồng bộ giữa cầu và kết cấu đường. Trong khi đó, Trung Quốc đẩy mạnh thử nghiệm thực tế kết hợp mô phỏng số quy mô lớn để tối ưu thiết kế cho các tuyến đường sắt tốc độ cao.

PGS. TS. Hoàng Hà chia sẻ: Những kinh nghiệm này cho thấy việc làm chủ công nghệ và dữ liệu là yếu tố then chốt.

Trong bối cảnh đó, vai trò của việc ứng dụng các công nghệ hiện đại trong thiết kế cầu nhịp lớn tại Việt Nam, như mô phỏng số tiên tiến, phân tích tương tác động lực học đoàn tàu - cầu, sử dụng vật liệu cường độ cao và hệ thống quan trắc thông minh trong suốt vòng đời công trình.

Đồng thời, cần từng bước xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL), hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam và tăng cường hợp tác quốc tế để tiếp thu có chọn lọc kinh nghiệm, qua đó nâng cao năng lực thiết kế, đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tư cho các dự án cầu quy mô lớn trong tương lai.

Đồng tình với quan điểm trên, ThS. Dan Yuwei - kỹ sư kết cấu của Tập đoàn Midas IT (Trung Quốc) cho rằng, để phát triển đường sắt tốc độ cao, bên cạnh yếu tố con người, cần ứng dụng công nghệ hiện đại trong thiết kế vầ thi công.

Theo ThS. Dan Yuwei, phần mềm Midas Civil được xem là một trong những hướng tiếp cận công nghệ quan trọng, góp phần nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của thiết kế, đặc biệt đối với các công trình nhịp lớn và đường sắt tốc độ cao ở Trung Quốc.

Trên thực tế, với đặc trưng kết cấu phức tạp và chịu tải trọng động lớn, các cầu đường sắt hiện đại đòi hỏi phải được phân tích bằng các công cụ số mạnh dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), trong đó Midas Civil là một nền tảng được sử dụng phổ biến nhờ khả năng mô hình hóa linh hoạt và tích hợp nhiều dạng phân tích chuyên sâu.

Phần mềm này cho phép xây dựng mô hình kết cấu chi tiết với hình học phức tạp, đồng thời thực hiện đầy đủ các bài toán như phân tích tải trọng di động, phân tích giai đoạn thi công, dao động riêng, ổn định, cũng như các bài toán phi tuyến và tương tác giữa cầu - đường ray - đoàn tàu.

Trong thực tiễn tại Trung Quốc, nơi mạng lưới đường sắt tốc độ cao phát triển nhanh và quy mô lớn, việc ứng dụng Midas Civil được triển khai rộng rãi trong cả giai đoạn thiết kế lẫn kiểm chứng phương án. Các kỹ sư sử dụng phần mềm để mô phỏng chi tiết quá trình thi công cầu (như đúc hẫng cân bằng, lắp hẫng hoặc kéo trượt), qua đó đánh giá chính xác nội lực và biến dạng ở từng giai đoạn, giúp kiểm soát rủi ro trong thi công.

Đồng thời, với các cầu nhịp lớn như cầu dây văng hoặc cầu treo, Midas Civil hỗ trợ phân tích dao động, hiệu chỉnh lực căng dây, kiểm tra ổn định tổng thể và dự báo ứng xử kết cấu dưới tác động của đoàn tàu tốc độ cao. Đặc biệt, khả năng phân tích tương tác động lực giữa tàu - cầu - đường ray cho phép đánh giá toàn diện ảnh hưởng đến an toàn chạy tàu và độ bền công trình, điều vốn rất khó thực hiện bằng các phương pháp tính toán truyền thống.

Bên cạnh đó, kinh nghiệm từ Trung Quốc cho thấy việc kết hợp Midas Civil với các hệ thống dữ liệu lớn và quan trắc thực tế đã giúp nâng cao độ chính xác của mô hình tính toán.

Kết quả phân tích từ phần mềm không chỉ phục vụ thiết kế mà còn được dùng để hiệu chỉnh trong quá trình khai thác, hình thành vòng lặp “thiết kế - kiểm chứng - tối ưu” liên tục. Nhờ vậy, các công trình cầu đường sắt nhịp lớn có thể đạt được yêu cầu cao về ổn định động lực, độ bền lâu và an toàn vận hành.

Từ góc độ kinh nghiệm, việc ứng dụng Midas Civil tại Trung Quốc cho thấy, vai trò then chốt của công nghệ mô phỏng số trong thiết kế cầu đường sắt hiện đại. Đây cũng là gợi ý quan trọng đối với Việt Nam trong việc nâng cao năng lực thiết kế, từng bước làm chủ các công cụ phân tích tiên tiến, đồng thời kết hợp với xây dựng CSDL và tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện trong nước.

Tại Hội thảo, nhiều báo cáo chuyên môn được trình bày bởi các chuyên gia trong nước và quốc tế đã mang lại nhiều thông tin có giá trị, góp phần làm rõ các thách thức kỹ thuật then chốt đối với thiết kế cầu nhịp lớn và cầu đường sắt tốc độ cao tại Việt Nam.

Đặc biệt, những chia sẻ tại Hội thảo là cơ sở khoa học quan trọng giúp chuẩn bị nền tảng tri thức, công nghệ và nhân lực cho quá trình phát triển hệ thống đường sắt tốc độ cao ở Việt Nam trong thời gian tới./.