Thế Giới Ẩn Dưới Lòng Đất: Khi Đường Hầm Thế Kỷ 19 Gặp Gỡ Công Nghệ Thế Kỷ 21
Khi các kỹ sư thời Victoria bắt đầu đào Đường hầm Severn vào cuối thế kỷ 19, chắc chắn họ không thể ngờ đến những thách thức ghê gớm phía trước. Xuyên qua lòng sông Severn nối liền tây nước Anh với nam xứ Wales, công trình này đã được xây dựng từ năm 1873 đến 1886 và vẫn được coi là một trong những kỳ tích kỹ thuật táo bạo nhất tại Anh quốc.
Đường hầm Severn từng giữ kỷ lục dài nhất thế giới dưới nước cho đến năm 1987. Quá trình xây dựng không hề dễ dàng – năm 1879, một dòng suối ngầm khổng lồ bất ngờ tràn vào khiến cả đường hầm bị ngập nước. Nhờ sự dũng cảm của thợ lặn Alexander Lambert cùng thiết bị tái thở mới ra đời, dòng nước dữ này mới được kiểm soát.
Ngay cả đến ngày nay, đội vận hành vẫn phải bơm 50 triệu lít nước mỗi ngày – vừa đủ lấp đầy 20 bể bơi Olympic – để giữ cho đường hầm khô ráo.
Ngoài ra, môi trường trong hầm luôn ẩm ướt, có chứa muối và khí độc khiến kim loại xuống cấp rất nhanh. Ví dụ, hệ thống ray vốn bền tới 25 năm, nhưng ở đây chỉ chưa đầy 10 năm là phải thay mới. Bên cạnh đó, đường hầm phục vụ trên 32.000 chuyến tàu mỗi năm – vì vậy thời gian ngừng hoạt động để bảo trì là cực kỳ quý giá.
“Muốn vào hầm để kiểm tra, bảo dưỡng hay đo đạc thì bắt buộc phải tạm dừng tàu. Đơn giản là vậy,” ông John Nolan – đại diện Network Rail (Công ty Quản lý Hạ tầng Đường sắt Quốc gia của Anh) chia sẻ.
Áp lực lớn về chi phí và thời gian buộc Nolan cùng đồng nghiệp phải tìm ra giải pháp thông minh, biến các công việc bảo trì từ nguy hiểm – thủ công sang hiện đại hóa, số hóa hoàn toàn.
Đưa Đường Hầm Ra Ánh Sáng – Số Hóa Toàn Diện
Khi tuyến đường sắt Paddington – Cardiff được quét 3D bằng công nghệ LiDAR, duy chỉ có đường hầm Severn là "chỗ mù" vì thiếu dữ liệu. Việc tiếp cận khó khăn, chiều dài ấn tượng cùng cấu trúc dày đặc các hệ thống điện, tín hiệu, và thoát nước khiến nhiều kỹ sư "hoa mắt" nếu chỉ xem bản vẽ truyền thống.
Nolan cùng nhóm kỹ sư đã tận dụng mọi nguồn dữ liệu: quét LiDAR, khảo sát bằng tàu, đo đạc thủ công, bản vẽ kỹ thuật cũ của nhà thiết kế John Hawkshaw từ thập niên 1870. Kết quả là một bản sao số hóa sống động – mô tả tới 62 hạng mục: hệ thống thoát nước, tín hiệu, thiết bị trên cao và cả toàn bộ depot phục vụ gần kề.
Mô hình này được vận hành trên ProjectWise và iTwin – hệ thống quản lý dữ liệu đám mây của Bentley Systems. Nhờ đó, các kỹ sư kiểm soát, đo đạc, đánh giá được toàn bộ đường hầm mà không cần bước vào nơi nguy hiểm. “Hiện giờ ai cũng có thể truy cập, kiểm tra không gian, chiều rộng, chiều cao, cắt ngang… ngay trên nền tảng số,” Nolan cho biết.
Nhóm Nolan còn lên kế hoạch tận dụng bản sao số này để lập các kịch bản ứng phó sự cố, chẳng hạn cháy nổ hay sự cố đường điện, rồi huấn luyện đội ngũ trên chính mô hình ảo nhằm tiết kiệm thời gian, tối ưu an toàn mà không ảnh hưởng đến hoạt động tàu thật.
Từ Tài Sản "Câm" Đến Hệ Thống Thông Minh
Ngoài việc trực quan hóa, bản sao số còn là nền tảng phát triển thông tin thông minh về tài sản. Các kỹ sư trên toàn vùng Wales & Western đã kết nối mọi dữ liệu, chuẩn hóa qui trình quản lý vận hành bảo trì.
“Tương lai, mỗi kỹ sư chỉ cần nhấp vào bất kỳ hạng mục nào để xem ngày lắp đặt, lịch bảo dưỡng, tuổi thọ hoặc điều chỉnh khi có thay đổi,” Nolan kỳ vọng.
Giai đoạn tiếp theo là tích hợp phân tích hiệu suất vận hành: giám sát dữ liệu đầu máy, nhận diện vết nứt từ quét đường ray bằng trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm phát hiện sớm hư hỏng, từ đó lên kế hoạch bảo trì chủ động và đưa ra quyết định sáng suốt hơn.
Từ Bản Sao Số Đường Hầm Đến Mạng Lưới Số Hóa Toàn Vùng
Dự án đầu tiên của Nolan đã nhanh chóng thu hút sự chú ý toàn cầu. Khi chia sẻ lên mạng xã hội LinkedIn, không ít chuyên gia hạ tầng thế giới đã phản hồi và bày tỏ sự ngạc nhiên trước khả năng mà bản sao số mang lại: "Sau nhiều lần làm việc trong hầm này, giờ nhìn thấy nó ở dạng số hóa đúng là trải nghiệm hoàn toàn mới.”
Tầm nhìn của Nolan là mở rộng mô hình cho toàn bộ 2.700 dặm đường ray vùng Wales & Western, với cùng triết lý dữ liệu có cấu trúc, mô hình tích hợp và trải nghiệm tương tác.
Network Rail cũng là đơn vị đầu tiên thử nghiệm các công cụ trực quan hóa mới của Bentley, tích hợp với nền tảng đồ họa Unreal Engine để biến mô hình số thành thế giới thực tế ảo sống động. “Bạn sẽ có thể đi từ Paddington và nhảy đến bất kỳ nhà ga, đường hầm, di chuyển dọc tuyến số hóa như đang thật sự đi bộ trên đường ray vậy,” Nolan hào hứng.
Điều quan trọng, nhóm kỹ sư chủ động xây dựng đội ngũ chuyên môn ngay trong tổ chức, không phụ thuộc đối tác ngoài: “Chúng tôi đang tuyển dụng và huấn luyện riêng, phát triển năng lực nội bộ cho Network Rail. Đó là điều tôi tâm huyết nhất,” Nolan nhấn mạnh.
Một Đường Hầm Được Tái Sinh
Cách đây 150 năm, đường hầm Severn là đỉnh cao tham vọng của thời đại Victoria, quyết tâm chinh phục thiên nhiên bằng trí tuệ con người. Ngày nay, nhờ nền tảng công nghệ hiện đại của Bentley và những con người đầy sáng tạo, đường hầm lịch sử đã chuyển mình lên môi trường số hóa hoàn toàn.
Khác với các dự án hạ tầng hiện đại xây mới như Tuyến Elizabeth tại London – vốn ứng dụng số hóa từ đầu, bản sao số đường hầm Severn là minh chứng cho việc áp dụng chuyển đổi số với tài sản "thế kỷ 19" vẫn vận hành liên tục. Câu chuyện từ sự táo bạo của Hawkshaw, hành động dũng cảm của Lambert cho tới tầm nhìn chuyển đổi số của Nolan là minh chứng cho sự phát triển liên tục của ngành hạ tầng thế giới.
Khi được hỏi về việc còn trở lại thăm đường hầm truyền thống nữa không, Nolan cười: “Tôi vẫn vào đường hầm mỗi tuần hai lần – với vận tốc khoảng 120 km/h!”
