Ngành cầu Việt Nam: Từ làm chủ công nghệ đến nâng cao giá trị vòng đời công trình

Trong tham luận gửi tới Hội thảo “Công nghệ xây dựng cầu Việt Nam – Hành trình làm chủ và phát triển” ThS. Đinh Thị Thu Hoài - Khoa Kỹ thuật hạ tầng và Môi trường đô thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, đã có phân tích về sự trưởng thành của năng lực làm chủ công nghệ trong ngành cầu Việt Nam.

Theo tác giả, khi nhìn lại quá trình phát triển, nhiều công trình như Thăng Long, Mỹ Thuận, Cần Thơ, Nhật Tân, Bạch Đằng và Mỹ Thuận 2 cho thấy những bước tiến rõ nét về công nghệ, tổ chức thi công, quản lý dự án và năng lực của đội ngũ trong nước.

Cùng với sự trưởng thành về năng lực xây dựng, ngành cầu đang đứng trước một yêu cầu mới: chuyển từ tư duy quản lý một công trình sang quản lý một tài sản hạ tầng trong suốt vòng đời.

Từ xây dựng công trình đến quản lý tài sản

Cầu Thăng Long được xem là một trong những công trình giao thông quan trọng, đồng thời là biểu tượng của hợp tác Việt - Xô trong giai đoạn Việt Nam tiếp cận công nghệ xây dựng cầu quy mô lớn.

Sau đó, các công trình như Mỹ Thuận, Cần Thơ, Nhật Tân, Bạch Đằng và Mỹ Thuận 2 tiếp tục đánh dấu những bước phát triển mới về thiết kế, kết cấu, thi công và quản lý dự án.

Trong đó, Mỹ Thuận 2 thường được nhắc đến như một dự án thể hiện rõ hơn năng lực của đội ngũ kỹ sư, công nhân và các đơn vị trong nước trong nhiều hạng mục quan trọng.

Những công trình này không chỉ tạo ra hệ thống hạ tầng giao thông mà còn góp phần tích lũy kinh nghiệm, hình thành đội ngũ và nâng cao năng lực tổ chức các dự án cầu có quy mô, yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao.

Tuy nhiên, một cây cầu không kết thúc vòng đời ở thời điểm hoàn thành và đưa vào khai thác. Trong nhiều thập kỷ tiếp theo, công trình phải chịu tác động liên tục của tải trọng giao thông, môi trường, thiên tai và sự thay đổi nhu cầu vận tải.

Do đó, bên cạnh năng lực xây dựng, các hoạt động vận hành, kiểm định, quan trắc, sửa chữa, gia cường, nâng cấp và bảo đảm mức phục vụ ngày càng trở thành những nội dung quan trọng trong quản lý cầu.

Đây cũng là cách tiếp cận đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Tiêu chuẩn ISO 55000 về quản lý tài sản nhấn mạnh việc tạo lập và duy trì giá trị từ tài sản gắn với mục tiêu của tổ chức và nhu cầu của các bên liên quan.

Tại Mỹ, Hiệp hội Đường bộ và Giao thông Hoa Kỳ (AASHTO) và Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA) tiếp cận quản lý tài sản, trong đó có quản lý cầu, dựa trên các yếu tố như rủi ro, mức phục vụ, chi phí vòng đời, bảo trì, bảo toàn, thay thế và cải thiện công trình.

Cách tiếp cận này đặt cây cầu trong một quá trình vận hành dài hạn. Giá trị của công trình không chỉ được xác định bằng chi phí xây dựng mà còn bằng khả năng duy trì an toàn, độ tin cậy và hiệu quả khai thác trong suốt vòng đời.

Tại Việt Nam, các quy định về quản lý, vận hành, khai thác và bảo trì kết cấu hạ tầng đường bộ, cùng yêu cầu xây dựng cơ sở dữ liệu kết cấu hạ tầng, đang từng bước hình thành những thành phần quan trọng của quản lý tài sản hạ tầng.

Công nghệ số mở rộng phạm vi quản lý cầu

Cùng với yêu cầu quản lý vòng đời, công nghệ số đang làm thay đổi cách ngành cầu tiếp cận công trình.

Mô hình thông tin công trình (BIM), hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống quan trắc sức khỏe công trình (SHM), trí tuệ nhân tạo (AI) và mô hình số song sinh (Digital Twin) ngày càng được nghiên cứu, ứng dụng trong thiết kế, xây dựng và quản lý cầu.

Nếu trước đây công nghệ chủ yếu phục vụ thiết kế và thi công, thì hiện nay dữ liệu có thể được sử dụng để theo dõi tình trạng công trình, phát hiện bất thường, đánh giá rủi ro, dự báo xu hướng xuống cấp và hỗ trợ lựa chọn phương án bảo trì.

Các dòng nghiên cứu này đang phát triển khá mạnh, nhưng thường được tiếp cận riêng biệt. Lịch sử xây dựng công trình, quản lý tài sản, quản lý khai thác, BIM/GIS, SHM/AI hay Digital Twin được nghiên cứu theo những hướng khác nhau.

Từ đó đặt ra vấn đề: khi đối tượng quản lý của ngành cầu không còn chỉ là công trình đã xây dựng mà mở rộng sang tài sản đang vận hành, dữ liệu được tổ chức và các quyết định được hỗ trợ bằng công nghệ, khái niệm “làm chủ công nghệ” cần được nhìn nhận như thế nào?

Từ phân tích các nhóm tài liệu về công trình cầu Việt Nam, quản lý tài sản, quản lý cầu, văn bản quản lý trong nước và công nghệ số, có thể hình thành một cách tiếp cận gồm 3 lớp: làm chủ công trình; làm chủ giá trị vòng đời; và làm chủ dữ liệu - thông tin - quyết định.

Đây không phải ba giai đoạn tách biệt mà là quá trình phát triển nối tiếp, trong đó năng lực ở lớp trước trở thành nền tảng cho lớp sau.

Ba lớp năng lực làm chủ công nghệ

Ở lớp thứ nhất, làm chủ công trình thể hiện qua khả năng thiết kế, thi công và hoàn thành những cây cầu bảo đảm yêu cầu về chất lượng, an toàn, tiến độ và hiệu quả kinh tế.

Đây là năng lực được hình thành qua quá trình ngành cầu Việt Nam tiếp nhận công nghệ, tổ chức nguồn lực và từng bước nâng cao khả năng đảm nhiệm các dự án phức tạp.

Cầu Thăng Long gắn với giai đoạn hợp tác quốc tế và tiếp cận công nghệ cầu quy mô lớn. Các công trình Mỹ Thuận, Cần Thơ, Nhật Tân, Bạch Đằng và Mỹ Thuận 2 tiếp tục phản ánh những bước phát triển về quy mô, kết cấu, công nghệ thi công và quản lý dự án.

Đến các dự án thế hệ mới như Mỹ Thuận 2, vai trò của đội ngũ trong nước được thể hiện rõ hơn ở nhiều hạng mục quan trọng. Đây là cơ sở để đánh giá sự phát triển của năng lực nội sinh trong ngành cầu.

Tuy nhiên, xây dựng được một cây cầu mới chỉ là bước đầu.

Lớp thứ hai là làm chủ giá trị vòng đời. Khi công trình được đưa vào khai thác, giá trị của cây cầu không còn nằm chủ yếu ở chi phí đầu tư hay thời điểm khánh thành mà được thể hiện qua khả năng kết nối, an toàn, độ tin cậy, mức phục vụ và chi phí duy trì trong nhiều năm.

Theo cách tiếp cận quản lý tài sản, câu hỏi không chỉ là “cầu có an toàn hay không?” mà còn là cầu nào cần được kiểm định trước, thời điểm nào cần sửa chữa hoặc gia cường, nguồn lực bảo trì nên phân bổ ra sao và phương án đầu tư nào đem lại hiệu quả tốt hơn trong toàn bộ vòng đời.

Điều này phù hợp với quan điểm của ISO 55000 khi xem tài sản từ khả năng tạo ra giá trị cho tổ chức và các bên liên quan.

Ở Việt Nam, những yêu cầu về quản lý, vận hành, khai thác, bảo trì kết cấu hạ tầng đường bộ và xây dựng cơ sở dữ liệu hạ tầng đang tạo nền tảng cho cách tiếp cận này.

Lớp thứ ba, và cũng là bước phát triển mới, là làm chủ dữ liệu - thông tin - quyết định.

Khi số lượng công trình tăng lên và thời gian khai thác kéo dài, lượng dữ liệu về kết cấu, tải trọng, biến dạng, nhiệt độ, môi trường, lịch sử sửa chữa và tình trạng khai thác cũng ngày càng lớn.

Nếu dữ liệu được thu thập nhưng không được chuẩn hóa, liên kết và phân tích, giá trị của dữ liệu sẽ chưa được phát huy đầy đủ.

Đây là nơi BIM, GIS, SHM, AI và Digital Twin có thể tạo ra sự thay đổi. BIM giúp tổ chức thông tin công trình; GIS liên kết dữ liệu với không gian; SHM cung cấp dữ liệu về tình trạng kết cấu; AI hỗ trợ nhận diện bất thường và dự báo; trong khi Digital Twin hướng tới xây dựng một môi trường số phản ánh trạng thái và diễn biến của tài sản thực.

Khi các công nghệ này được kết nối, dữ liệu không chỉ phục vụ lưu trữ mà có thể trở thành cơ sở cho các quyết định quản lý: khi nào cần kiểm định, vị trí nào cần theo dõi, công trình nào cần ưu tiên nguồn lực, thời điểm nào nên sửa chữa hoặc gia cường và phương án nào phù hợp với điều kiện khai thác.

Như vậy, quá trình phát triển năng lực của ngành cầu có thể được nhìn từ một chuỗi liên tục: tạo lập công trình → duy trì giá trị vòng đời → khai thác dữ liệu để hỗ trợ quyết định.

Cách tiếp cận này không phủ nhận vai trò của công nghệ xây dựng truyền thống mà mở rộng khái niệm “làm chủ công nghệ” sang toàn bộ vòng đời tài sản.
Trong bối cảnh chuyển đổi số, năng lực của ngành cầu không chỉ được đo bằng việc có thể xây dựng những cây cầu ngày càng lớn và phức tạp, mà còn bằng khả năng hiểu rõ tình trạng tài sản, dự báo rủi ro, tối ưu nguồn lực và duy trì hiệu quả khai thác trong nhiều thập kỷ.

Đây cũng là cơ sở để kết nối các hướng nghiên cứu về công trình, quản lý tài sản, BIM/GIS, SHM, AI và Digital Twin thành một tiến trình phát triển thống nhất, phục vụ nghiên cứu, đào tạo và quản lý tài sản cầu tại Việt Nam.

Làm chủ dữ liệu để nâng cao hiệu quả quản lý cầu

Lớp năng lực thứ ba hình thành khi dữ liệu trở thành nền tảng của quản lý vòng đời công trình. Với một hệ thống cầu quy mô lớn, việc quản lý không thể chỉ dựa vào hồ sơ lưu trữ hoặc kinh nghiệm riêng lẻ. Các quyết định về kiểm định, bảo trì, sửa chữa, thay thế hay nâng cấp cần được dựa trên thông tin cập nhật về tình trạng kết cấu, điều kiện khai thác, mức phục vụ, rủi ro và nguồn lực.

Trong xu hướng này, các công nghệ số đang mở rộng đáng kể phương thức quản lý cầu. BIM tạo môi trường quản lý thông tin công trình, chuẩn hóa việc trao đổi và khai thác dữ liệu. Các chương trình nghiên cứu, ứng dụng BIM trong lĩnh vực cầu và kết cấu giao thông của Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang Mỹ (FHWA) cũng nhấn mạnh vai trò của dữ liệu xuyên suốt quá trình phát triển công trình.

GIS giúp đặt cây cầu trong mối quan hệ với không gian, tuyến đường và toàn bộ mạng lưới giao thông. Hệ thống quan trắc sức khỏe kết cấu (SHM) cung cấp dữ liệu liên tục về trạng thái công trình. Trong khi đó, AI và học sâu có thể hỗ trợ phát hiện, chẩn đoán hư hỏng từ dữ liệu cảm biến. Một số nghiên cứu trong nước đã bước đầu thử nghiệm hướng tiếp cận này đối với kết cấu cầu dây.

Ở cấp độ cao hơn, Digital Twin (mô hình số song sinh) có khả năng tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn để mô phỏng trạng thái công trình, đánh giá các kịch bản và hỗ trợ công tác vận hành.

Tuy nhiên, giá trị không nằm ở việc thu thập thật nhiều dữ liệu mà ở khả năng chuyển dữ liệu thành thông tin có ích cho quyết định quản lý.

Vì vậy, làm chủ công nghệ trong bối cảnh chuyển đổi số không đồng nghĩa với việc sở hữu những phần mềm hay thiết bị mới nhất. Quan trọng hơn là khả năng lựa chọn công nghệ phù hợp, tích hợp các nguồn dữ liệu, tổ chức thông tin và khai thác dữ liệu để phục vụ quản lý tài sản cầu.

Kết nối công nghệ trong một chuỗi quản lý thống nhất

Từ cách tiếp cận trên, ba lớp năng lực gồm làm chủ công trình; làm chủ giá trị vòng đời; làm chủ dữ liệu - thông tin - quyết định có thể được sử dụng để nhìn nhận quá trình phát triển công nghệ của ngành cầu theo một logic thống nhất.

Theo đó, BIM, GIS, SHM, AI và Digital Twin không phải những công nghệ thay thế lẫn nhau. Mỗi công nghệ đảm nhiệm một vai trò khác nhau trong chuỗi dữ liệu - thông tin - đánh giá - quyết định.

BIM có thể tạo và quản lý dữ liệu công trình; GIS kết nối dữ liệu với không gian và mạng lưới; SHM cung cấp thông tin về tình trạng thực tế; AI hỗ trợ phân tích, nhận diện bất thường và dự báo; còn Digital Twin hướng tới tích hợp các nguồn dữ liệu để mô phỏng và hỗ trợ ra quyết định.

Cách nhìn này đặc biệt có ý nghĩa trong quá trình chuyển đổi số. Nếu đầu tư công nghệ không gắn với mục tiêu quản lý tài sản và giá trị vòng đời, hệ thống có thể tạo ra lượng dữ liệu lớn nhưng chưa chắc cải thiện được hiệu quả quản lý.

Do đó, trọng tâm không phải là “có công nghệ gì” mà là công nghệ được sử dụng để giải quyết vấn đề quản lý nào và tạo ra giá trị gì cho công trình.

Mở rộng năng lực từ kỹ sư đến nhà quản lý

Cách tiếp cận ba lớp cũng gợi mở những yêu cầu mới đối với nghiên cứu, đào tạo và quản lý ngành cầu.

Đối với nghiên cứu, bên cạnh việc phát triển từng công nghệ riêng lẻ, cần quan tâm nhiều hơn đến khả năng kết nối các công nghệ với mục tiêu quản lý vòng đời. Vấn đề không chỉ là xây dựng một mô hình AI, hệ thống SHM hay Digital Twin mà còn phải xác định dữ liệu đầu vào, quy trình xử lý và cách thức đưa kết quả phân tích vào quyết định quản lý.

Đối với đào tạo kỹ sư cầu, năng lực chuyên môn trong giai đoạn mới cần được mở rộng. Bên cạnh kiến thức về thiết kế và thi công, kỹ sư cần hiểu về vòng đời tài sản, quản lý dữ liệu và các công cụ số phục vụ đánh giá, dự báo và ra quyết định.

Đối với công tác quản lý, cần quan tâm đồng thời đến cơ sở dữ liệu, quy trình bảo trì, tiêu chí đánh giá tình trạng công trình và hệ thống hỗ trợ quyết định. Đây là những yếu tố giúp chuyển dữ liệu kỹ thuật thành hành động quản lý cụ thể, qua đó duy trì hiệu quả khai thác trong dài hạn.

Cách tiếp cận này không nhằm thay thế các nghiên cứu chuyên sâu về BIM, GIS, SHM, AI hay Digital Twin. Giá trị của khung diễn giải nằm ở việc kết nối những hướng công nghệ khác nhau với quá trình trưởng thành của năng lực ngành cầu.

Theo đó, “làm chủ công nghệ” không chỉ dừng ở khả năng tạo lập công trình, mà còn bao gồm năng lực duy trì giá trị tài sản và tổ chức dữ liệu phục vụ quyết định trong toàn bộ vòng đời.

Từ làm chủ công trình đến làm chủ vòng đời

Quá trình phát triển của ngành cầu Việt Nam cho thấy khái niệm làm chủ công nghệ đang mở rộng cùng với sự trưởng thành của hệ thống hạ tầng.

Nếu trước đây trọng tâm là xây dựng được những cây cầu quy mô lớn, bảo đảm chất lượng, tiến độ và an toàn, thì khi công trình bước vào khai thác dài hạn, yêu cầu chuyển sang duy trì độ tin cậy, mức phục vụ và hiệu quả đầu tư.

Cùng với đó, dữ liệu ngày càng trở thành một nguồn lực quan trọng. Dữ liệu về thiết kế, thi công, kiểm định, quan trắc, sửa chữa, tải trọng và môi trường khai thác nếu được tổ chức tốt sẽ tạo cơ sở cho việc đánh giá tình trạng và đưa ra quyết định kịp thời.

Trên cơ sở đó, bài viết đề xuất khung diễn giải gồm ba lớp: làm chủ công trình; làm chủ giá trị vòng đời; và làm chủ dữ liệu - thông tin - quyết định.

Ba lớp này không thay thế nhau mà mở rộng phạm vi của năng lực làm chủ công nghệ, từ tạo lập công trình, duy trì giá trị tài sản đến tổ chức và khai thác dữ liệu phục vụ quản lý.

Khung diễn giải có thể được sử dụng như một góc nhìn tham khảo cho nghiên cứu, đào tạo và quản lý tài sản cầu trong bối cảnh chuyển đổi số. Theo đó, làm chủ công nghệ không chỉ là khả năng ứng dụng công nghệ mới, mà quan trọng hơn là sử dụng công nghệ để duy trì an toàn, mức phục vụ, độ tin cậy và hiệu quả dài hạn của cả hệ thống cầu.