Crystal Palace
Ngành xây dựng cầu đã trải qua nhiều bước tiến vượt bậc từ kỹ thuật cổ đại đến hiện đại, nhưng hiện nay đang đứng trước bài toán nan giải về thiếu hụt nhân lực. Từ những cây cầu đơn giản được làm bằng gỗ, đá và bê tông qua hàng nghìn năm, ngày nay các công trình cầu vượt biển lớn và chịu tải nặng đòi hỏi kỹ thuật phức tạp hơn bao giờ hết. Trong bối cảnh đó, câu hỏi “Ngày mai ai sẽ xây cầu?” đặt ra sự cần thiết cho việc đổi mới trong đào tạo nhân lực và áp dụng công nghệ tiên tiến để đảm bảo tiến độ cũng như chất lượng xây dựng.
Hàng nghìn năm trước, kỹ sư ở các nền văn minh Ai Cập, Lưỡng Hà và Ấn Độ đã sáng tạo ra những cách thức đơn giản để xây cầu như sử dụng khúc gỗ và tấm ván nhằm vượt sông ngòi. Đến thời La Mã, với sự phát triển của vật liệu như đá và bê tông, họ đã tạo nên những cây cầu kiên cố có khả năng chịu lực lớn, mở đường cho sự phát triển hạ tầng giao thông bền vững. Hiện nay, công nghệ xây dựng đã đưa cầu vượt lên một tầm cao mới khi không chỉ bắc qua sông mà còn vượt biển, chịu đựng điều kiện thời tiết khắc nghiệt và hỗ trợ vận hành tàu cao tốc. Tuy nhiên, bất chấp những tiến bộ kỹ thuật đó, ngành xây dựng cầu đang phải đối mặt với nguy cơ thiếu hụt nguồn lao động có trình độ chuyên môn sâu.
Theo báo cáo của Ngân hàng Dự trữ Liên bang Richmond (Mỹ), năng suất lao động trong lĩnh vực xây dựng đã giảm đáng kể hơn 30% trong khoảng thời gian từ năm 1970 đến 2020. Năm nay, thị trường cần bổ sung tới gần nửa triệu lao động để đáp ứng nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng nội địa. Tiến sĩ Feniosky Peña-Mora, Chủ tịch Hiệp hội Kỹ sư Dân dụng Hoa Kỳ (ASCE), cảnh báo rằng không chỉ nhu cầu về hạ tầng tăng cao mà số lượng lao động rời bỏ ngành cũng gia tăng trong khi số người mới gia nhập lại không đủ bù đắp. Theo dự báo của Cục Thống kê Lao động Mỹ, từ năm 2024 đến 2034 sẽ có khoảng 23.600 kỹ sư dân dụng nghỉ hưu hoặc chuyển nghề, tạo nên khoảng trống rất lớn cần được lấp đầy nhanh chóng. Sự thiếu hụt này không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ thi công mà còn làm gián đoạn việc truyền đạt kinh nghiệm và kiến thức quý báu giữa các thế hệ kỹ sư.
Cầu treo một nhịp dài nhất thế giới tại Trung Quốc
Trước thách thức về nhân lực, nhiều nhà thầu và doanh nghiệp xây dựng đang hướng tới tự động hóa và áp dụng robot nhằm duy trì tiến độ thi công. Năm 2022, Trung Quốc ghi dấu ấn khi hoàn thành cây cầu treo có một trụ dài nhất thế giới nhờ vào đội ngũ robot thi công hiện đại. Tại Na Uy, cầu Ya trở thành biểu tượng tiên phong khi là cây cầu đầu tiên trên thế giới sử dụng robot laser để thực hiện việc hàn thép chính xác và hiệu quả. Tiến sĩ Peña-Mora cho biết cây cầu này còn ứng dụng mô hình song sinh số (digital twin) cùng quy trình lắp ráp tự động giúp tối ưu hóa quá trình xây dựng. Các phòng thí nghiệm tại Trung tâm ABC-UTC cũng đang phát triển loại robot chuyên sản xuất dầm bê tông siêu bền nhằm giảm đáng kể thời gian thi công đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.
Ông Fredrik Lindqvist – quản lý kỹ thuật khu vực của SSAB – đơn vị cung cấp thép cho dự án cầu Ya – chia sẻ rằng việc sử dụng robot để hàn thép là chìa khóa mang lại năng suất cao đồng thời giảm thiểu chi phí. Các bộ phận thép tiền chế được gửi từ miền Bắc Phần Lan sang nhà máy Prodtex tại Na Uy để thực hiện các bước tiếp theo dưới sự điều phối tự động của robot.
Cầu Ya tại Na Uy là cây cầu đầu tiên trên thế giới hàn thép bằng robot laser
Ngoài những nhiệm vụ thi công chính xác và nguy hiểm như hàn kết cấu thép hay buộc thép cốt, robot còn được trang bị công nghệ kiểm tra không tiếp xúc như cảm biến hồng ngoại, radar và âm thanh để giám sát trạng thái kết cấu của cầu. Chúng có thể thực hiện kiểm tra ở những vị trí hiểm trở mà con người khó tiếp cận như khu vực dưới nhịp cầu hoặc trên mặt nước. Công nghệ này giúp phát hiện sớm các dấu hiệu xuống cấp hoặc hư hỏng nhằm nâng cao độ an toàn và giảm thiểu chi phí bảo trì sau này.
Tuy nhiên, Tiến sĩ Peña-Mora cũng nhấn mạnh rằng mặc dù robot hỗ trợ rất nhiều trong các tác vụ lặp đi lặp lại hoặc nguy hiểm thì kỹ sư con người vẫn giữ vai trò trung tâm với khả năng phán đoán linh hoạt trong những tình huống phức tạp yêu cầu cân bằng nhiều yếu tố xã hội, môi trường và kinh tế. AI được xem như trợ thủ đắc lực giúp viết báo cáo kỹ thuật, thiết kế kết cấu hay tối ưu quy hoạch dự án; thậm chí trong tương lai AI sẽ mô phỏng nhiều kỹ sư cùng lúc ở giai đoạn đánh giá để tăng độ chính xác và rút ngắn thời gian thiết kế.
Ứng dụng AI vào xây dựng cầu vẫn còn nhiều hạn chế do phần lớn công cụ mới đang ở giai đoạn thử nghiệm. Ngành cần đẩy mạnh đầu tư vào đào tạo nguồn nhân lực đồng thời điều chỉnh quy trình làm việc để tận dụng tối đa lợi ích từ công nghệ mà không thay thế hoàn toàn con người. Tiến sĩ Peña-Mora nhận định quá trình chuyển đổi này sẽ diễn ra từng bước với mô hình kết hợp giữa phán đoán của người kỹ sư cùng tính chính xác của máy móc làm tiêu chuẩn mới trong tương lai.
Fredrik Lindqvist lưu ý rằng vẫn tồn tại nhiều rào cản về kỹ thuật cũng như quy định pháp lý hạn chế việc áp dụng tự động hóa toàn diện trong xây dựng cầu. Các tiêu chuẩn quốc tế như Eurocode và quy chuẩn quốc gia chưa cho phép rộng rãi việc sử dụng thép cường độ cao – nguyên liệu chủ đạo cho các dự án ứng dụng robot – nên tiến trình đổi mới gặp nhiều khó khăn.
Tiến sĩ Peña-Mora đề xuất phát triển các loại robot mô-đun điều khiển từ xa nhằm thi công các dự án xây cầu mà không cần phong tỏa đường giao thông quy mô lớn giúp nâng cao an toàn cũng như hiệu quả vận hành. Ông cũng nhấn mạnh rằng kỹ sư tương lai cần trang bị kiến thức sâu rộng về AI cùng công nghệ mới vì đây là công cụ thiết yếu phục vụ cho thiết kế, đánh giá và quản lý dự án một cách chuyên nghiệp.
“Thế hệ kỹ sư xây dựng ngày mai sẽ làm việc song hành với trí tuệ nhân tạo và tự động hóa”, ông nhấn mạnh. Nhiều tác vụ trước đây từng đòi hỏi thao tác thủ công giờ đây đã có AI hỗ trợ để thúc đẩy năng suất cũng như nâng cao chất lượng thiết kế.
Dù vậy, năng lực phán đoán độc lập, kinh nghiệm thực tế và khả năng kiểm soát kết quả do AI cung cấp vẫn là yếu tố không thể thiếu trong đội ngũ kỹ sư tương lai. Họ phải biết thích ứng với môi trường liên ngành đồng thời đảm bảo rằng mọi đổi mới kỹ thuật đều mang lại giá trị tích cực cho con người, hành tinh và xã hội.
Tiến sĩ Peña-Mora kết luận: “Các kỹ sư ngày mai cần cam kết giữ gìn sự phát triển bền vững sao cho mọi tiến bộ đều đem lại lợi ích lâu dài cho cộng đồng và toàn xã hội.”
