Ứng dụng BIM trong quản lý cầu: Từ hồ sơ hoàn công đến bảo trì

1. Đặt vấn đề

Sự phát triển của ngành cầu Việt Nam có thể được nhìn qua một chuỗi công trình tiêu biểu. Cầu Thăng Long được ghi nhận như một công trình giao thông trọng điểm và biểu tượng hợp tác Việt - Xô trong giai đoạn tiếp cận công nghệ cầu quy mô lớn (Nhân Dân, 2018). Sau đó, các cầu Mỹ Thuận, Cần Thơ, Nhật Tân, Bạch Đằng và Mỹ Thuận 2 lần lượt phản ánh những bước tiến về thiết kế, thi công, quản lý dự án và tổ chức nguồn lực. Riêng Mỹ Thuận 2 thường được nhắc đến như một dự án cho thấy năng lực nội sinh của đội ngũ kỹ sư, công nhân và đơn vị trong nước ở nhiều hạng mục quan trọng (Báo Chính phủ, 2023; Thông tin Đối ngoại, 2023).

Khi các công trình đã được đưa vào sử dụng, câu hỏi của ngành cầu không còn chỉ gắn với thời điểm hoàn thành dự án. Một cây cầu tiếp tục tồn tại trong nhiều thập kỷ, chịu tác động của tải trọng, môi trường, thiên tai, nhu cầu giao thông và giới hạn nguồn lực bảo trì. Vì vậy, bên cạnh năng lực xây dựng, các yêu cầu về vận hành, kiểm định, quan trắc, sửa chữa, nâng cấp và bảo đảm mức phục vụ ngày càng trở thành một phần quan trọng của quản lý cầu.

Trong các tiếp cận quốc tế về quản lý tài sản và quản lý cầu, giá trị của tài sản hạ tầng không được hiểu như một giá trị hoàn tất ở thời điểm xây dựng xong. Tiêu chuẩn ISO 55000 về quản lý tài sản nhấn mạnh việc hiện thực hóa giá trị từ tài sản trong quan hệ với mục tiêu của tổ chức và nhu cầu của các bên liên quan (ISO, 2014). Hiệp hội Đường bộ và Giao thông Hoa Kỳ (American Association of State Highway and Transportation Officials - AASHTO) và Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang Hoa Kỳ (Federal Highway Administration - FHWA) tiếp cận quản lý tài sản, quản lý cầu thông qua rủi ro, mức phục vụ, chi phí vòng đời, bảo trì, bảo toàn, thay thế và cải thiện cầu (AASHTO, 2011; FHWA, 2026). Những cách tiếp cận này đặt cây cầu trong một dòng vận hành dài hạn, nơi giá trị cần được duy trì và điều chỉnh bằng các quyết định quản lý.

Ở Việt Nam, các văn bản gần đây về quản lý, vận hành, khai thác và bảo trì kết cấu hạ tầng đường bộ, cùng với quy định về cơ sở dữ liệu kết cấu hạ tầng đường bộ, chưa nhất thiết sử dụng đầy đủ ngôn ngữ của quản lý tài sản như các tiêu chuẩn quốc tế. Tuy nhiên, các yêu cầu về khai thác, bảo trì, bảo vệ công trình và tổ chức dữ liệu hạ tầng tương ứng với những thành phần cụ thể của quản lý vòng đời tài sản hạ tầng (Bộ Giao thông vận tải, 2024; Cục Đường bộ Việt Nam, 2025).

Cùng lúc đó, các công nghệ số như mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS), hệ thống quan trắc sức khỏe công trình (Structural Health Monitoring - SHM), trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI) và mô hình số song sinh (Digital Twin) ngày càng được nghiên cứu, ứng dụng trong quản lý cầu. Các công nghệ này mở rộng vai trò từ thiết kế, thi công sang thu thập dữ liệu, đánh giá tình trạng, dự báo rủi ro và hỗ trợ quyết định.

Các tài liệu được khảo cứu phản ánh sự xuất hiện ngày càng rõ của các nội dung liên quan đến quản lý vòng đời, dữ liệu và hỗ trợ quyết định bên cạnh các nghiên cứu về xây dựng công trình. Vấn đề đặt ra là các mảng đó hiện vẫn thường được bàn trong những dòng tài liệu riêng: lịch sử công trình, quản lý tài sản, quản lý khai thác, BIM/GIS, SHM/AI hoặc Digital Twin. Bài viết vì vậy đặt câu hỏi: khi đối tượng quản lý của ngành cầu mở rộng từ công trình được xây dựng sang tài sản đang vận hành, dữ liệu đang được tổ chức và quyết định đang được hỗ trợ, nội hàm của “làm chủ công nghệ” cần được diễn giải như thế nào?

Đọc thêm: Thiết kế kiến trúc bắt buộc phải ứng dụng BIM từ năm 2027

2. Cách tiếp cận và nhận diện khoảng trống

Bài viết sử dụng phân tích tài liệu có mục đích, phù hợp với các nghiên cứu dùng tài liệu, tiêu chuẩn, văn bản quản lý và công bố khoa học để nhận diện chủ đề, xu hướng diễn giải và khoảng trống khái niệm (Bowen, 2009; Grant & Booth, 2009; Robinson et al., 2011). Tài liệu được lựa chọn không nhằm bao quát toàn bộ lĩnh vực công nghệ cầu, mà nhằm đại diện cho các dòng nội dung liên quan trực tiếp đến câu hỏi nghiên cứu: hành trình phát triển công trình cầu Việt Nam, quản lý tài sản và quản lý cầu, yêu cầu quản lý hạ tầng ở Việt Nam, công nghệ dữ liệu trong quản lý cầu và phương pháp nhận diện khoảng trống.

Bảng 1. Các dòng tài liệu và vai trò của chúng trong lập luận

Bảng 1 cho thấy mỗi dòng tài liệu thường làm rõ một phần của chuỗi công trình - vòng đời - dữ liệu - quyết định. Nhóm tài liệu về công trình cầu Việt Nam trả lời câu hỏi ngành đã xây dựng và tổ chức các công trình lớn như thế nào. Nhóm quản lý tài sản và quản lý cầu trả lời câu hỏi giá trị của cầu được duy trì ra sao trong vòng đời. Văn bản quản lý trong nước cho thấy những yêu cầu cụ thể về khai thác, bảo trì và dữ liệu. Các nghiên cứu BIM, GIS, SHM, AI và Digital Twin làm rõ vai trò của thông tin, mô hình và dự báo trong quản lý cầu hiện đại.

Từ bảng này, khoảng trống của bài viết không nằm ở việc thiếu nghiên cứu về một công nghệ cụ thể. Vấn đề là các hướng tài liệu đã làm rõ từng phần của cùng một chuỗi phát triển, nhưng chưa có một cách diễn giải kết nối chúng thành tiến trình trưởng thành của năng lực làm chủ công nghệ trong ngành cầu. Bài viết đề xuất khung ba lớp gồm: làm chủ công trình; làm chủ giá trị vòng đời; và làm chủ dữ liệu - thông tin - quyết định. Hình 1 khái quát khung diễn giải này.

Hình 1. Khung diễn giải sự mở rộng nội hàm “làm chủ công nghệ” trong ngành cầu 
Việt Nam. Nguồn: Đề xuất của tác giả.

3. Ba lớp phát triển của năng lực làm chủ công nghệ

3.1. Làm chủ công trình

Ở lớp nghĩa đầu tiên, làm chủ công nghệ được biểu hiện qua khả năng tạo lập công trình. Nội hàm này phù hợp với giai đoạn ngành cầu cần tiếp nhận công nghệ, tổ chức thiết kế, thi công và hoàn thành các cây cầu quy mô lớn trong điều kiện Việt Nam. Các công trình tiêu biểu không chỉ là sản phẩm hạ tầng, mà còn là nơi tích lũy kinh nghiệm, tổ chức nguồn lực và hình thành đội ngũ kỹ sư có khả năng tham gia 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 (Nhân Dân, 2018). Cầu Mỹ Thuận, Cần Thơ, Nhật Tân, Bạch Đằng và Mỹ Thuận 2 phản ánh các bước phát triển tiếp theo về quy mô, hình thức kết cấu, tổ chức thi công và năng lực quản lý dự án. Đến Mỹ Thuận 2, các nguồn trong nước nhấn mạnh vai trò của đội ngũ Việt Nam trong nhiều hạng mục quan trọng, qua đó làm rõ hơn yếu tố nội lực của ngành (Báo Chính phủ, 2023; Thông tin Đối ngoại, 2023).

Hình 2. Một số công trình cầu tiêu biểu trong hành trình tích lũy năng lực ngành cầu
Việt Nam. Nguồn: Tổng hợp của tác giả.

Nhìn từ lớp này, “làm chủ” được đo bằng khả năng xây dựng được công trình an toàn, đúng chất lượng, đúng tiến độ và phù hợp điều kiện kỹ thuật - kinh tế của từng thời kỳ. Đây là nền tảng quan trọng, nhưng chưa đủ để bao quát toàn bộ vòng đời của một tài sản hạ tầng sau khi công trình được đưa vào khai thác.

3.2. Làm chủ giá trị vòng đời

Khi cây cầu đã đi vào vận hành, giá trị của nó không còn chỉ nằm ở chi phí đầu tư hay ý nghĩa biểu tượng của thời điểm khánh thành. Đối với tài sản hạ tầng, giá trị thể hiện qua chức năng kết nối, an toàn, độ tin cậy, mức phục vụ, chi phí vòng đời và đóng góp cho hệ thống giao thông. Biểu hiện của giá trị cũng thay đổi theo từng giai đoạn: thiết kế - thi công ưu tiên chất lượng, tiến độ và khả năng hoàn thành công trình; khai thác ưu tiên an toàn, mức phục vụ và độ tin cậy; quản lý tài sản ưu tiên cân bằng chi phí, rủi ro và lợi ích dài hạn.

Cách hiểu này phù hợp với ISO 55000, trong đó tài sản được nhìn từ khả năng tạo giá trị cho tổ chức và các bên liên quan (ISO, 2014). Trong quản lý cầu hiện đại, các câu hỏi quản lý chuyển sang: cầu nào cần kiểm định trước; khi nào nên sửa chữa, gia cường hoặc thay thế; nguồn lực bảo trì nên phân bổ thế nào; mức rủi ro nào có thể chấp nhận; và phương án đầu tư nào mang lại hiệu quả vòng đời tốt hơn (AASHTO, 2011; FHWA, 2026; Sastrawiria et al., 2024).

Ở Việt Nam, các quy định về quản lý, vận hành, khai thác và bảo trì kết cấu hạ tầng đường bộ, cùng quy định về cơ sở dữ liệu kết cấu hạ tầng đường bộ, đặt ra các yêu cầu cụ thể về quản lý sau xây dựng (Bộ Giao thông vận tải, 2024; Cục Đường bộ Việt Nam, 2025). Các nghiên cứu trong nước về thiết bị kiểm tra cầu dây văng cũng phản ánh nhu cầu phát triển giải pháp kỹ thuật phục vụ kiểm tra, bảo trì và nội địa hóa năng lực trong giai đoạn khai thác công trình (Dương Trường Giang & Phùng Công Dũng, 2024).
Ở lớp này, làm chủ công nghệ không chỉ là làm được công trình, mà là duy trì hiệu quả khai thác của công trình trong suốt vòng đời. Công nghệ vì vậy chuyển từ công cụ phục vụ thiết kế - thi công sang công cụ hỗ trợ kiểm định, quan trắc, bảo trì, ưu tiên đầu tư và quản lý tài sản.

3.3. Làm chủ dữ liệu, thông tin và quyết định

Lớp thứ ba xuất hiện khi dữ liệu trở thành điều kiện để quản lý vòng đời hiệu quả. Một hệ thống cầu lớn không thể được quản lý chỉ bằng hồ sơ tĩnh hoặc kinh nghiệm rời rạc. Các quyết định về kiểm định, bảo trì, thay thế hay nâng cấp cần thông tin cập nhật về tình trạng công trình, môi trường khai thác, mức phục vụ, rủi ro và nguồn lực.
BIM cung cấp môi trường quản lý thông tin công trình và chuẩn hóa trao đổi dữ liệu; các sáng kiến BIM cho cầu và kết cấu giao thông của FHWA cũng nhấn mạnh vai trò của dữ liệu trong toàn bộ quá trình phát triển công trình (FHWA, 2024; Transportation Pooled Fund Program, 2022). GIS đặt cầu trong bối cảnh không gian và mạng lưới.

SHM hỗ trợ theo dõi trạng thái kết cấu. AI và học sâu có thể hỗ trợ chẩn đoán hư hỏng từ dữ liệu cảm biến, như một số nghiên cứu trong nước đã thử nghiệm với kết cấu cầu dây (Phạm Hồng Quân và cộng sự, 2024). Digital Twin tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn để mô phỏng, so sánh kịch bản và hỗ trợ vận hành (Mousavi et al., 2024; Nhamage et al., 2025; Saback de Freitas Bello et al., 2022; Ye et al., 2019).

Hình 3. Chuỗi chuyển hóa dữ liệu thành quyết định trong quản lý cầu hiện đại. Nguồn: Đề xuất của tác giả.

Điều quan trọng không nằm ở khối lượng dữ liệu, mà ở khả năng biến dữ liệu thành thông tin phục vụ quyết định. Vì vậy, làm chủ công nghệ trong bối cảnh chuyển đổi số không đồng nghĩa với sở hữu phần mềm hay thiết bị mới, mà nằm ở năng lực lựa chọn, tích hợp, tổ chức và khai thác dữ liệu để hỗ trợ quản lý tài sản cầu.

4. Thảo luận

Khung ba lớp trên giúp đọc lại các công nghệ và hướng tiếp cận hiện có trong một logic chung. BIM, GIS, SHM, AI và Digital Twin không bị xem như các công cụ thay thế nhau, mà như những thành phần đảm nhận vai trò khác nhau trong chuỗi dữ liệu - thông tin - đánh giá - quyết định. Cách nhìn này cần thiết trong bối cảnh chuyển đổi số, khi đầu tư công nghệ dễ bị tách khỏi mục tiêu quản lý tài sản và giá trị vòng đời.

Đối với nghiên cứu, khung diễn giải gợi ý rằng các hướng tiếp theo không chỉ phát triển từng công nghệ riêng lẻ, mà còn cần quan tâm đến cách các công nghệ được liên kết với mục tiêu quản lý vòng đời. Đối với đào tạo kỹ sư cầu, khung này cho thấy năng lực chuyên môn trong giai đoạn mới cần bao gồm thiết kế - thi công, hiểu biết về vòng đời tài sản và khả năng làm việc với dữ liệu phục vụ quyết định. Đối với quản lý, khung này giúp đặt câu hỏi về cơ sở dữ liệu, quy trình bảo trì và hệ thống hỗ trợ quyết định để duy trì hiệu quả khai thác dài hạn.

Bài viết không thay thế các nghiên cứu kỹ thuật chuyên sâu về BIM, GIS, SHM, AI hay Digital Twin. Đóng góp của bài nằm ở việc cung cấp một trục diễn giải kết nối các hướng đó với sự trưởng thành của năng lực ngành cầu. Từ đó, “làm chủ công nghệ” không chỉ là khả năng tạo lập công trình, mà còn là khả năng duy trì giá trị tài sản và tổ chức dữ liệu phục vụ quyết định trong toàn bộ vòng đời.

5. Kết luận

Quá trình phát triển của ngành cầu Việt Nam cho thấy câu hỏi về công nghệ không dừng ở việc xây dựng được các cây cầu quy mô lớn. Khi hệ thống cầu bước vào khai thác dài hạn và các yêu cầu về vận hành, bảo trì, dữ liệu và quyết định ngày càng rõ hơn, nội hàm của “làm chủ công nghệ” cần được đọc trong một phạm vi rộng hơn.

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 phản ánh ba phạm vi ngày càng mở rộng của hoạt động làm chủ công nghệ trong ngành cầu, từ tạo lập công trình, quản lý giá trị vòng đời đến tổ chức dữ liệu phục vụ quyết định.

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

Nguồn: TẠP CHÍ ĐIỆN TỬ NGƯỜI XÂY DỰNG
ThS. Đinh Thị Thu Hoài (*) Khoa Kỹ thuật hạ tầng và Môi trường đô thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Việt Nam