Ngày mai, ai sẽ xây cầu?

Cách đây hàng nghìn năm, kỹ sư ở Ai Cập, Lưỡng Hà và Ấn Độ chỉ dùng khúc gỗ, tấm ván để bắc cầu qua sông. Đến thời La Mã, họ kết hợp đá và bê tông, tạo nên những cây cầu vững chắc, chịu tải lớn.

Ngày nay, cầu không chỉ vượt qua sông mà còn bắc qua biển, chịu được bão tố và vận hành tàu cao tốc. Tuy nhiên, trong khi công nghệ tiến xa, ngành này lại đối mặt khủng hoảng thiếu nhân lực nghiêm trọng.

Khoảng trống nhân lực và nguy cơ chậm nhịp xây dựng

Theo dữ liệu từ Ngân hàng Dự trữ Liên bang Richmond (Mỹ), năng suất lao động trong xây dựng đã giảm hơn 30% từ năm 1970 đến 2020. Năm nay, ngành cần thêm khoảng 439.000 lao động để đáp ứng nhu cầu trong nước.

Tiến sĩ Feniosky Peña-Mora, Chủ tịch Hiệp hội Kỹ sư Dân dụng Hoa Kỳ (ASCE), cảnh báo trong phỏng vấn với Interesting Engineering: “Không chỉ nhu cầu hạ tầng tăng, mà số người rời nghề cũng tăng, trong khi tỷ lệ vào ngành lại giảm”.

Theo ông, Cục Thống kê Lao động Mỹ dự báo mỗi năm từ 2024 đến 2034 sẽ có khoảng 23.600 vị trí kỹ sư dân dụng cần thay thế do nghỉ hưu hoặc chuyển nghề.

Đây là thách thức cấp bách và cần theo dõi xu hướng này “vì sự thiếu hụt nhân lực ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền đạt kiến thức và tiến độ hạ tầng quốc gia”, Peña-Mora nói.

Robot bước vào công trường

Trong bối cảnh thiếu người, các nhà thầu đang chuyển hướng sang robot, tự động hóa và mô-đun hóa để giữ tiến độ. Trung Quốc năm 2022 hoàn thành cầu treo một tháp dài nhất thế giới nhờ đội robot xây dựng, trong khi Na Uy ra mắt cầu Ya bắc qua sông Ya và là cây cầu đầu tiên trên thế giới hàn thép bằng robot laser.

“Ở Na Uy, cầu Ya được xem là cột mốc mới khi sử dụng mô hình song sinh số (digital twin) và quy trình lắp ráp tự động”, Peña-Mora chia sẻ. Ông cho biết thêm, các phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm ABC-UTC đang phát triển robot sản xuất dầm bê tông siêu bền, giúp rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng.

Ông Fredrik Lindqvist, quản lý kỹ thuật khu vực của SSAB - đơn vị cung ứng thép cho cầu Ya, bổ sung: “Hàn bằng robot là yếu tố then chốt đảm bảo chất lượng, năng suất và chi phí thấp. Chúng tôi chỉ cần gửi các bộ phận tiền chế từ miền Bắc Phần Lan cho nhà sản xuất Prodtex tại Na Uy”.

Khi được hỏi những công việc nào trong xây dựng cầu mà máy móc hiện nay có thể làm tốt hơn - dù là nguy hiểm, lặp đi lặp lại hay đòi hỏi độ chính xác cao, Tiến sĩ Peña-Mora cho biết robot đã đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ nguy hiểm. Chúng có thể tự động kiểm tra ở những khu vực con người khó tiếp cận, như dưới nhịp cầu hoặc trên mặt nước.

Theo ông, robot hiện có thể buộc thép, hàn kết cấu thép (như trong dự án cầu Ya), đồng thời kiểm tra cầu bằng công nghệ hồng ngoại, radar và cảm biến âm thanh.

Ngoài ra, chúng còn thực hiện việc làm sạch và giám sát cấu trúc, nhằm phát hiện sớm dấu hiệu hư hỏng hoặc xuống cấp.

Tuy nhiên, ông khẳng định kỹ sư con người vẫn vượt trội hơn máy móc nhờ khả năng phán đoán, thích ứng linh hoạt và cân bằng các yếu tố xã hội, môi trường, kinh tế trong thiết kế.

Ông chỉ ra, “Cho đến nay, con người vẫn chiếm ưu thế về sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề trong những tình huống phức tạp, có nhiều ràng buộc”.

Hiện tại, AI đang hỗ trợ viết báo cáo, thiết kế cầu và tối ưu hóa quy hoạch dự án. Trong tương lai, AI có thể “mô phỏng nhiều kỹ sư cùng lúc trong giai đoạn đánh giá”, giúp tăng độ chính xác và tốc độ thiết kế.

Kỹ sư tương lai cần phẩm chất gì?

Việc ứng dụng AI trong các dự án xây cầu vẫn đang ở giai đoạn sơ khai, khi hầu hết công cụ mới dừng ở mức thử nghiệm thí điểm.

Tuy nhiên, ngành xây dựng cần đầu tư mạnh hơn vào đào tạo, điều chỉnh quy trình và xây dựng niềm tin, để công nghệ trở thành công cụ hỗ trợ thay vì thay thế con người.

Theo Tiến sĩ Feniosky Peña-Mora, quá trình chuyển đổi này diễn ra dần dần, nhưng hướng đi đã rất rõ: các hệ thống lai kết hợp giữa phán đoán của con người và độ chính xác của máy móc sẽ ngày càng trở thành chuẩn mực.

Ông nhấn mạnh, tương lai của ngành là sự hợp tác ngày càng sâu giữa con người và máy móc.

Trong khi đó, Fredrik Lindqvist của SSAB cho biết vẫn còn nhiều rào cản kỹ thuật và quy định ngăn trở quá trình tự động hóa hoàn toàn.

Ông giải thích rằng các tiêu chuẩn Eurocode và quy chuẩn quốc gia hiện nay vẫn hạn chế việc sử dụng thép cường độ cao - vật liệu then chốt cho xây cầu bằng robot.

Peña-Mora cũng đề xuất phát triển robot mô-đun có thể điều khiển từ xa, giúp thi công cầu không cần phong tỏa đường quy mô lớn, đồng thời tăng an toàn và hiệu quả.

Ông cho rằng các kỹ sư tương lai cần được đào tạo bài bản về AI và công nghệ mới, vì chúng đang trở thành công cụ thiết yếu trong thiết kế, đánh giá và quản lý dự án.

“Thế hệ kỹ sư cầu tiếp theo sẽ làm việc song hành với trí tuệ nhân tạo và tự động hóa”, ông nói. “Nhiều công việc thiết kế hay bố trí mà kỹ sư trẻ trước đây phải làm thủ công, giờ sẽ được AI hỗ trợ”.

Tuy nhiên, ông nhấn mạnh kỹ sư tương lai vẫn cần năng lực phán đoán, kinh nghiệm thực tế và khả năng đánh giá kết quả do AI tạo ra. Họ phải biết thích ứng, tư duy liên ngành và đảm bảo mọi đổi mới kỹ thuật mang lại lợi ích cho con người, hành tinh và xã hội.

“Các kỹ sư tương lai cần cam kết rằng mọi đổi mới trong kỹ thuật đều góp phần tích cực cho con người, Trái đất và toàn xã hội”, Peña-Mora kết luận.

Từ bất lực kẹt xe trong mưa đến ứng dụng cứu hộ lũ lụt Thái Nguyên Một lần kẹt xe 5 tiếng giữa mưa lớn khiến Từ Tất Huân nảy ra ý tưởng làm bản đồ giao thông. Một tuần sau, ứng dụng ấy được anh chỉnh sửa trong đêm, trở thành công cụ hỗ trợ cứu hộ người dân vùng lũ Thái Nguyên.