Trong những năm gần đây, khái niệm mô hình thông tin số (digital twin) đã trở nên phổ biến với anh em làm hạ tầng, đặc biệt trong các dự án mặt đất. Tuy nhiên, khi chuyển đổi tư duy đó sang lĩnh vực công trình ngầm – như các dự án hầm – chúng ta không chỉ đơn thuần “số hóa mô hình địa chất” nữa, mà tiến tới xây dựng một “hệ sinh thái sống” cho dữ liệu. Tất cả thông tin khảo sát, đo đạc và vận hành đều được cập nhật liên tục, làm thay đổi cách thiết kế, đánh giá và quản lý rủi ro địa chất. Dưới đây là chia sẻ về ứng dụng digital twin ngầm cùng câu chuyện thực tế từ mạng lưới hầm giao thông ở Ý.
Từ mô hình tĩnh sang sinh thái số động với digital twin ngầm
Trước đây, các dự án hạ tầng thường dùng mô hình địa chất hoặc kết cấu theo kiểu “snapshot” – chụp tại một thời điểm rồi dần trở nên lạc hậu khi có khảo sát mới. Điều này bộc lộ nhiều hạn chế trong công trình ngầm: địa chất phức tạp, dòng nước ngầm thay đổi, và biến dạng liên tục xuất hiện trong quá trình đào hầm.
Digital twin ngầm đã làm thay đổi hoàn toàn tư duy này. Thay vì một mô hình “bất động”, giờ đội dự án sở hữu một môi trường số động, nơi dữ liệu khoan, đo lún, camera TV trong lỗ khoan, quan trắc biến dạng – tất cả được hợp nhất và cập nhật liên tục. Mỗi lần có dữ liệu mới, digital twin lại “sống” thêm, phản ánh đúng hơn thực trạng dưới lòng đất.
Cách tiếp cận này giống như mở ra một “cuộc đối thoại” thực sự giữa các bộ môn địa chất, địa kỹ thuật, thiết kế, thi công – giữa dữ liệu khảo sát và diễn giải thực địa. Chúng ta chuyển từ mô hình hóa chỉ để “vẽ lại hiện trường” sang digital twin để “bám sát hiện trường” trong suốt vòng đời dự án.
Bài học từ Ý: Digital twin “hồi sinh” mạng lưới hầm giao thông
Xét về thực tiễn, hãy nhìn vào hệ thống khoảng 2.500 km hầm đường bộ – đường sắt của Ý, chủ yếu xây từ thập niên 1960–1970. Các hầm này đóng vai trò huyết mạch quốc gia nhưng hiện nay đối mặt với nhiều thách thức: tiêu chuẩn an toàn thay đổi, vật liệu xuống cấp, nhu cầu cải tạo.
Đơn vị Tecne Systra chọn phương pháp số hóa sáng tạo hơn là chỉ áp dụng quy trình cũ lên nền tảng số. Họ bắt đầu bằng cách tích hợp dữ liệu ngay từ đầu, thay vì các bộ phận làm việc riêng rẽ rồi chuyển hồ sơ cho nhau.
Dữ liệu từ camera TV trong lỗ khoan, thử flat jack, lấy mẫu lõi, thí nghiệm các loại đều đưa vào một môi trường chung – digital twin của hầm. Ở đó, các chuyên gia địa chất, kỹ thuật, thiết kế, thi công hợp tác cùng một “bức tranh ngầm” được cập nhật liên tục.
Kết quả thực tế rất ấn tượng:
- Giảm 25% thời gian mô hình hóa.
- Dự án hoàn thành nhanh hơn 21,5%.
- Khả năng hiểu và diễn giải đúng dữ liệu khảo sát tăng 30%.
- Thời gian kiểm tra va chạm giảm 30%.
Điều quan trọng là dữ liệu khảo sát không chỉ dùng cho thiết kế ban đầu, mà theo suốt cả vòng đời – từ khảo sát, thiết kế, thi công tới vận hành, bảo trì.
Ana Emiliano dos Reis, người phụ trách BIM tại Tecne Systra, cho biết việc số hóa tích hợp đã thay đổi hoàn toàn cách thu thập và đánh giá dữ liệu, nâng cao năng lực ra quyết định về kết cấu, gia cố, tiến độ thi công cũng như các phương án vận hành.
Nhìn vào tiết kiệm chi phí và thời gian đã thuyết phục, nhưng lợi ích bền vững sâu xa hơn là những sự cố được “chặn ngay từ thiết kế” – điều thường không được nhắc tới trong các báo cáo dự án.
Quản lý rủi ro địa chất – từ “ẩn số” sang “kiểm soát bất định”
Trong nhiều hợp đồng xây dựng, rủi ro địa chất chủ yếu được “chuyển giao” qua điều khoản hợp đồng hoặc dự phòng tài chính – chưa thực sự giảm thiểu rủi ro ngoài thực địa.
Với digital twin, dự án có thể nhận diện trực tiếp các vùng địa chất phức tạp, thiếu dữ liệu, hay tiềm ẩn nguy cơ như đứt gãy, túi karst… Nhờ đó:
- Bổ sung khảo sát chính xác, tiết kiệm hơn thay vì dàn trải.
- Chuẩn bị phương án thi công, gia cố cho từng tình huống.
- Tập trung quan trắc vào các vùng rủi ro cao.
- Hạn chế việc “cộng dư an toàn” quá mức trong thiết kế dự toán.
Theo Pat McLarin của Seequent (Bentley Subsurface Company), khi các bên cùng nhìn thấy vùng địa chất xấu trên digital twin, rủi ro không còn là “vấn đề hợp đồng” mà trở thành “cùng nhau kiểm soát” – một bước tiến lớn trong quản lý dự án hạ tầng.
Thiết kế tối ưu – thi công chính xác, giảm phát thải carbon
Với yêu cầu giảm phát thải CO₂ và tiêu chí ESG, các dự án hạ tầng ngầm cần chú trọng hơn đến dấu chân carbon từ vận chuyển, khai thác, xử lý vật liệu đào và xây dựng.
Digital twin được đầu tư bài bản giúp mô phỏng nền đất – kết cấu tin cậy, mang lại nhiều giải pháp giảm carbon như:
- Tối ưu hình dạng, kích thước hầm – giảm khối lượng đào và vật liệu xây.
- Thiết kế chống đỡ hợp lý, tiết kiệm thép, bê tông.
- Lập phương án xử lý nền, gia cố đúng điểm yếu thay vì mở rộng không cần thiết.
- Tái sử dụng vật liệu đào cho các mục đích khác dựa trên hiểu biết địa chất từng đoạn.
Ngoài yếu tố kỹ thuật, khi giảm tối đa đất đá di chuyển và tăng tỷ lệ tái sử dụng vật liệu, dự án không chỉ bền vững về môi trường mà còn tối ưu về chi phí – một thành tựu chỉ có thể đạt được qua “kỹ thuật chính xác dựa trên dữ liệu sống”.
Digital twin – bộ khuếch đại trí tuệ cho dự án hầm
Bên cạnh những lợi ích về hiệu suất, chi phí, phát thải, digital twin còn đóng vai trò “kết nối tri thức tập thể”. Các chuyên gia địa chất, kỹ thuật, thiết kế, thi công, vận hành… khi cùng nhìn vào một mô hình cập nhật liên tục sẽ hiểu rõ mối quan hệ giữa các hạng mục công trình và đặt ra những câu hỏi sắc sảo hơn trong quá trình vận hành dự án.
Pat McLarin nhận xét rằng chính sự hội tụ kiến thức này giúp chất lượng quyết định được nâng cao rõ rệt – không chỉ “đúng hay sai”, mà còn là nền tảng ra quyết định dựa trên nhiều góc nhìn và dữ liệu thực tiễn.
Digital twin vì vậy không chỉ là công cụ quản lý, mà thực sự là “bộ khuếch đại trí tuệ tập thể” – mọi hiểu biết nhỏ lẻ của các bộ phận được kiểm chứng, cập nhật và đối chiếu bằng dữ liệu thực. Điều này giúp đội ngũ đưa ra quyết định an toàn, hiệu quả và bền vững suốt vòng đời công trình ngầm.
Sắp tới, chúng ta sẽ tiếp tục với các bước cụ thể triển khai digital twin ngầm – từ chuẩn hóa dữ liệu, lựa chọn phần mềm đến xây dựng quy trình phối hợp. Đây là lúc chuyển từ “nhận thức” sang “hành động” để chủ động làm chủ tương lai xây dựng dưới lòng đất.
Anh em quan tâm đến các công cụ thiết kế – quản lý hầm theo hướng digital twin như OpenTunnel Designer, giải pháp Bentley… có thể tra cứu thêm hoặc tùy biến cho dự án trong nước.
Nếu đơn vị bạn đang hoặc sắp triển khai dự án hầm, metro, hạ tầng ngầm và mong muốn rút ngắn thời gian mô hình hóa, nâng chất lượng khảo sát – thiết kế cũng như kiểm soát rủi ro địa chất tốt hơn, hãy cân nhắc nghiêm túc về digital twin. MICAD sẵn sàng đồng hành tư vấn phần mềm, quy trình số, đào tạo phù hợp thực tiễn Việt Nam. Để được tư vấn, báo giá chi tiết, vui lòng để lại thông tin tại https://micad.vn/bao-gia/.