New Delhi không chỉ là thủ đô của Ấn Độ mà còn là một trong những thành phố quan trọng nhất của quốc gia này trong hơn một thế kỷ qua. Được thành lập vào năm 1911 để trở thành trung tâm hành chính mới, thành phố mất 20 năm để xây dựng nên quần thể kiến trúc đồ sộ, kết hợp hài hòa giữa phong cách cổ điển Anh và truyền thống Ấn Độ. Sau khi giành được độc lập vào năm 1947, New Delhi đã phát triển mạnh mẽ và trở thành trung tâm thương mại lớn nhất khu vực phía Bắc Ấn Độ.
Mặc dù có vị thế và tốc độ phát triển nhanh, thành phố vẫn phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng trong thời gian dài. Đặc biệt, sông Yamuna — dòng sông linh thiêng đối với người Hindu — chảy qua thành phố đã bị ô nhiễm nặng nề bởi lượng lớn nước thải sinh hoạt. Dù thành phố từng có một nhà máy xử lý nước thải trong khu vực, nhà máy này đã trở nên lỗi thời và xả nước thải chưa qua xử lý trực tiếp ra sông.
Nhằm nỗ lực cải thiện tình trạng ô nhiễm, chính quyền địa phương đã quyết định thay thế nhà máy cũ bằng Nhà máy Xử lý Nước thải Coronation Pillar. Dự án trị giá 5,15 tỷ INR này có công suất xử lý lên đến 318 triệu lít nước thải mỗi ngày, trở thành nhà máy xử lý nước thải lớn nhất Ấn Độ.
L&T Construction đảm nhận toàn bộ công việc thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy. Ông Mathimaran M, quản lý kỹ thuật cấp cao của L&T Construction chia sẻ: “Việc thay thế nhà máy cũ giúp chúng tôi nâng cao hiệu quả và hiệu suất xử lý nước thải, từ đó đảm bảo việc xả nước đã qua xử lý ra sông Yamuna một cách có trách nhiệm.”
Nhà máy xử lý nước thải mới không chỉ khắc phục những hạn chế và hiệu suất kém của cơ sở cũ mà còn tích hợp những công nghệ hiện đại vượt trội. Nhà máy Coronation Pillar áp dụng quy trình xử lý A2O (kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí), cho phép nước thải đi qua ba bể xử lý nhằm loại bỏ nitơ, phốt pho và các thành phần sinh học khác. Phương pháp này giúp xử lý nước nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống.
Ngoài ra, nhà máy còn tích hợp hệ thống phát điện bằng khí sinh học với công suất 3 megawatt, tận dụng sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước để sản xuất điện không phát thải carbon, đáp ứng tới 70% nhu cầu điện năng của nhà máy.
Tuy nhiên, L&T Construction nhanh chóng nhận ra rằng việc tích hợp các công nghệ hiện đại này là một thách thức lớn. Không gian xây dựng hạn chế và phần lớn công trình nằm ngầm dưới đất khiến việc bố trí và kết nối các hạng mục trở nên phức tạp.
Các bể chứa và kết cấu khung có hình dạng phức tạp, gây khó khăn trong công tác phân tích kết cấu. “Trước khi sử dụng STAAD, chúng tôi dùng bảng tính thủ công để phân tích, nhưng không đạt kết quả mong muốn cho tổ hợp giữa bể và kết cấu khung,” ông Mathimaran chia sẻ. “Phân tích thủ công không thể mô phỏng hiệu quả hành vi của kết cấu tổ hợp.”
Thêm vào đó, nhóm thiết kế phát hiện nền đất tại công trình có nguy cơ hóa lỏng và lún quá mức khi xảy ra động đất, buộc phải sử dụng số lượng lớn cọc đá rung (vibro stone columns) — một giải pháp vừa tốn kém vừa phức tạp. Điều này khiến L&T Construction buộc phải vượt ra ngoài các phương pháp truyền thống để đảm bảo thiết kế kết cấu an toàn và hiệu quả cho nhà máy xử lý nước thải.
Là một người dùng lâu năm của các giải pháp Bentley, L&T Construction hiểu rằng họ có thể nâng cấp lên quy trình thiết kế và phân tích kỹ thuật số thông qua phần mềm STAAD. Họ đã sử dụng phần mềm này để tìm ra phương án hỗ trợ kết cấu hiệu quả cho các cấu kiện có hình dạng phức tạp, đồng thời tích hợp toàn bộ hệ thống trong một khu vực duy nhất thay vì phải xây dựng nhà máy phát điện ở vị trí riêng biệt.
Với bể phản ứng sinh học gồm tám phần được kết nối bằng các khe co giãn (expansion joints), L&T Construction đã sử dụng STAAD để mô phỏng ảnh hưởng kết cấu của các khe này, cũng như các điều kiện liên quan đến hệ thống tường ngăn bên trong, từ đó phân tích hành vi tổ hợp của toàn bộ công trình dưới nhiều dạng tải trọng khác nhau.
“Việc thiết kế thủ công không phản ánh đúng thực tế do thiếu các tiêu chuẩn chính xác để mô phỏng điều kiện biên và dạng tải trọng phù hợp,” ông Mathimaran chia sẻ.
Kết quả từ quá trình phân tích đã giúp nhóm thiết kế lựa chọn giải pháp móng tường và sàn bê tông trên nền đất (grade slab), thay vì sử dụng móng bè thông thường (raft foundation), mang lại hiệu quả tốt hơn.
Các bể xử lý nước thải còn bao gồm các bể phân hủy bùn – là những bể tròn có mái vòm hình nón. Do phần đỉnh của tường tròn bị cố định bởi mái vòm, các phương pháp thủ công không thể dự đoán chính xác hành vi của loại kết cấu này. Với khả năng phân tích và mô hình hóa phần tử hữu hạn của STAAD, đội ngũ kỹ sư đã thu được kết quả chính xác về ứng xử kết cấu và sử dụng chúng để tối ưu hóa kích thước của các cấu kiện.
Ngoài ra, L&T Construction cũng tận dụng STAAD để tính toán độ cứng tổng hợp giữa tường và cột, thay vì xét riêng lẻ, giúp giảm ứng suất và chuyển vị tác động lên móng bè.
TÓM TẮT DỰ ÁN
TỔ CHỨC THỰC HIỆN:
L&T Construction
GIẢI PHÁP ÁP DỤNG:
Kỹ thuật kết cấu (Structural Engineering)
ĐỊA ĐIỂM:
New Delhi, Ấn Độ
MỤC TIÊU DỰ ÁN
- Xây dựng nhà máy xử lý nước thải lớn nhất Ấn Độ và giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước tại New Delhi.
- Thiết kế kết cấu phù hợp với công nghệ tiên tiến trong không gian hạn chế.
PHẦN MỀM SỬ DỤNG
STAAD
THÔNG TIN NỔI BẬT
- Nhà máy xử lý nước thải Coronation Pillar trị giá 5,15 tỷ INR sử dụng công nghệ A2O, xử lý 318 triệu lít nước thải mỗi ngày.
- Không gian thi công hạn chế, nền đất yếu và thiết kế bồn chứa đặc biệt khiến việc thiết kế kết cấu trở nên phức tạp.
- L&T Construction sử dụng STAAD để phân tích và thiết kế kết cấu, từ đó xác định được giải pháp móng và khung kết cấu tối ưu.
HIỆU QUẢ ĐẦU TƯ (ROI)
- Việc tối ưu thiết kế để bố trí toàn bộ công trình trên một khu đất duy nhất giúp giảm diện tích xây dựng xuống 32.400 m².
- Phân tích kết cấu kỹ thuật số giúp giảm số lượng cọc đá rung (vibro stone columns) cần thiết, tiết kiệm 5% chi phí xây dựng.
- Quy trình làm việc kỹ thuật số giúp đơn giản hóa công tác thiết kế và phân tích kết cấu, rút ngắn thời gian thực hiện thiết kế xuống 10%.
STAAD đã nâng cao chất lượng hồ sơ bàn giao nhờ khả năng tạo ra các báo cáo toàn diện, tính toán chi tiết, sơ đồ và bản vẽ kỹ thuật. Điều này giúp truyền đạt rõ ràng ý đồ thiết kế đến các đơn vị thẩm định.
TỐI ƯU THIẾT KẾ VÀ GIẢM DIỆN TÍCH XÂY DỰNG
Bằng cách tích hợp hệ thống bể phản ứng sinh học (bioreactor) trong cùng khu đất với các hạng mục còn lại của nhà máy, L&T Construction không còn cần xây dựng thêm trên một khu đất phụ có diện tích 32.400 m². “Phần mềm STAAD đóng vai trò quan trọng trong việc giúp tiết kiệm 17,8% diện tích đất — một tài sản cực kỳ đắt đỏ tại thành phố Delhi,” ông Mathimaran chia sẻ.
Việc sử dụng một địa điểm duy nhất cũng loại bỏ nhu cầu thi công các hệ thống ống dẫn, cáp điện và các kết nối khác để bắc qua khoảng cách 80 mét giữa khu đất phụ và khu đất chính của nhà máy. Ngoài việc giảm đáng kể diện tích mặt bằng xây dựng, việc ứng dụng phân tích và thiết kế kết cấu kỹ thuật số còn giúp giảm số lượng cọc đá rung (vibro stone columns) cần thiết để đảm bảo ổn định cho công trình, giúp cắt giảm 5% chi phí xây dựng.
Nhờ vào phân tích kỹ thuật số, nhóm thiết kế có thể nhanh chóng đánh giá nhiều phương án khác nhau và xác định kích thước kết cấu an toàn và tối ưu nhất về mặt kinh tế, rút ngắn thời gian thiết kế đến 75% so với phương pháp thủ công.
Với mô hình phần tử hữu hạn (FEM) trong STAAD, L&T Construction đã tinh gọn quy trình thiết kế kết cấu và rút ngắn tổng thời gian thiết kế và phân tích xuống 10%. Quá trình này không chỉ nâng cao chất lượng tài liệu bàn giao mà còn giúp nhóm thiết kế tạo ra các báo cáo và bản vẽ rõ ràng hơn, tăng hiệu quả trong việc truyền đạt ý đồ thiết kế đến các bên liên quan.
“Việc mô phỏng trực quan giúp phối hợp và giao tiếp hiệu quả giữa các nhóm trong dự án, từ đó nâng cao hiệu suất và thành công tổng thể của dự án,” ông Mathimaran cho biết.
Nhà máy xử lý nước thải Coronation Pillar đã hoàn thành vào năm 2023 và hiện đang cung cấp nguồn nước sạch ổn định hơn, đồng thời giảm đáng kể ô nhiễm cho sông Yamuna. Hệ thống phát điện bằng khí sinh học giúp giảm mạnh sự phụ thuộc vào lưới điện của New Delhi, tương đương với việc loại bỏ khoảng 14.450 tấn khí CO₂ mỗi năm.
