Giải bài toán thực tiễn, kiến tạo giá trị trên công trình

Từ phòng thí nghiệm đến “mặt trận” giao thông

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT là đơn vị sự nghiệp công lập trực thuộc Bộ Xây dựng, tiền thân là Viện Thí nghiệm vật liệu, được thành lập theo Nghị định số 96-NĐ ngày 04/10/1956 của Bộ Giao thông và Bưu điện. Ngay từ khi ra đời, Viện đã được giao những chức năng gắn trực tiếp với yêu cầu phát triển của ngành, từ nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ, biên soạn tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật đến đào tạo, bồi dưỡng kỹ thuật nghiệp vụ và tư vấn.

Năm 1961, Viện đổi tên thành Viện Kỹ thuật Giao thông. Đây cũng là thời kỳ cuộc kháng chiến chống Mỹ bước vào giai đoạn ác liệt, khi hệ thống giao thông trở thành những tuyến huyết mạch phải được duy trì trong điều kiện bị đánh phá liên tục. Với các nhà khoa học, kỹ sư của Viện, nghiên cứu lúc đó không chỉ diễn ra trong phòng thí nghiệm mà trực tiếp gắn với nhiệm vụ bảo đảm giao thông.

Tinh thần “Địch phá ta sửa, ta đi; địch lại phá, ta lại đi” trở thành một phần của hoạt động khoa học kỹ thuật trong những năm tháng đó. Viện nghiên cứu và đưa vào ứng dụng nhiều giải pháp như cầu cáp dã chiến, cầu phao, xe tải chạy trên cáp, các sáng kiến chống lầy, san lấp hố bom, sửa chữa phà. Những giải pháp ấy xuất phát từ yêu cầu duy trì lưu thông, khắc phục điểm giao thông bị chia cắt và bảo đảm các tuyến vận tải trong điều kiện chiến tranh.

Nhiều kỹ sư của Viện đã xung phong vào chiến trường miền Nam, trong số đó có những người đã hy sinh tại mặt trận Quảng Trị. Đó là một phần ký ức đặc biệt trong lịch sử của Viện, khi giá trị của một giải pháp kỹ thuật được thể hiện ngay trong khả năng giải quyết những vấn đề cấp thiết của thực tế.

Năm 1972, Viện phối hợp với lực lượng Công binh nghiên cứu thành công phương pháp rà phá thủy lôi từ tính và bom từ trường tại cửa biển Hải Phòng, góp phần khai thông tuyến vận tải chiến lược trên biển. Kết quả này sau đó được Nhà nước trao tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học và công nghệ năm 1996.

Sau chiến tranh, những bài toán của ngành GTVT tiếp tục thay đổi. Từ yêu cầu duy trì giao thông và khắc phục hậu quả chiến tranh, khoa học giao thông phải giải quyết những vấn đề ngày càng phức tạp về nền móng, mặt đường, cầu, hầm, cảng biển, sân bay và các công trình giao thông khác.

Ngay từ những năm 1970, Viện đã tập trung nghiên cứu nền đất yếu, sụt trượt, sạt lở và mất ổn định mái dốc đường ô tô. Các giải pháp gia cố mái dốc bằng lưới thép phun vữa, khung bê tông kết hợp thanh neo, cáp neo dự ứng lực được nghiên cứu và ứng dụng. Sau đó, Viện tiếp tục nghiên cứu, làm chủ nhiều công nghệ xử lý nền đất yếu như bấc thấm, giếng cát, cọc đất vôi, cọc đất xi măng, hút chân không và các giải pháp bảo vệ mái dốc.

Đặc biệt, điều kiện địa chất phức tạp tại Đồng bằng sông Cửu Long đặt ra những yêu cầu riêng đối với xây dựng đường bộ. Các nghiên cứu về địa kỹ thuật được triển khai trong nhiều năm, hướng đến xử lý nền, nâng cao ổn định công trình và giảm thiểu rủi ro trong xây dựng, khai thác.

Năm 2011, Viện trở thành hội viên của Tổ chức Trượt đất Quốc tế và mở rộng hợp tác với các đối tác quốc tế, trong đó có JICA. Dự án đánh giá rủi ro trượt đất trên các tuyến giao thông trọng yếu của Việt Nam góp phần phục vụ cảnh báo, phòng ngừa và giảm thiểu rủi ro thiên tai đối với hạ tầng giao thông.

Từ chiến tranh đến giai đoạn khôi phục, xây dựng đất nước, các vấn đề nghiên cứu của Viện liên tục thay đổi theo yêu cầu thực tiễn, nhưng mối liên hệ giữa nghiên cứu và công trình vẫn được duy trì.

“Nền móng” cho hạ tầng giao thông thời kỳ đổi mới

Năm 1996, Viện chính thức mang tên Viện Khoa học và Công nghệ GTVT. Cùng với tên gọi mới, năng lực nghiên cứu, thử nghiệm và chuyển giao công nghệ từng bước được mở rộng. Phân viện Khoa học và Công nghệ GTVT miền Trung cùng hệ thống các phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ tại ba miền được hình thành, tạo thêm nền tảng cho hoạt động nghiên cứu và thử nghiệm.

Trong thời kỳ đổi mới, các bài toán giao thông ngày càng gắn với yêu cầu phát triển hạ tầng quy mô lớn. Hoạt động của Viện mở rộng trên nhiều lĩnh vực, từ đường bộ, cầu, hầm đến cảng biển, hàng không và đường sắt. Hàng trăm đề tài khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ được triển khai; nhiều kết quả được đưa vào thực tiễn, phục vụ các công trình giao thông trọng điểm.

Các nghiên cứu về nền đất yếu, lún, sụt trượt, chất lượng vật liệu, kết cấu áo đường và tuổi thọ công trình được triển khai song song với nghiên cứu bê tông nhựa polymer, bê tông cường độ cao, tái chế mặt đường, xử lý lún vệt bánh xe và gia cố nền đất yếu. Kết quả được ứng dụng trên nhiều tuyến giao thông quan trọng như cao tốc Bắc – Nam phía Đông, Hà Nội – Hải Phòng, Nội Bài – Lào Cai, Đà Nẵng – Quảng Ngãi và nhiều tuyến huyết mạch khác.

Trong lĩnh vực hàng không, Viện tham gia nghiên cứu, thiết kế, thí nghiệm và kiểm định kết cấu mặt đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ; nghiên cứu vật liệu đáp ứng yêu cầu khai thác của các loại tàu bay thế hệ mới. Các kết quả được ứng dụng tại Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Phú Quốc và Long Thành.

Đối với cầu và hầm, các nhà khoa học của Viện tham gia nhiều khâu từ khảo sát địa chất, thí nghiệm vật liệu, kiểm định chất lượng đến quan trắc và chuyển giao công nghệ tại các công trình như cầu Nhật Tân, Bãi Cháy, Cần Thơ, Cao Lãnh, Vàm Cống và các hầm Hải Vân, Đèo Cả.

Một kết quả thể hiện năng lực làm chủ thiết bị thử nghiệm là hệ thống thiết bị thí nghiệm gối cầu có khả năng chịu tải tới 8.000 tấn do Viện chế tạo, phục vụ kiểm tra khả năng chịu lực, độ bền, biến dạng và tuổi thọ của gối cầu.

Song song với nghiên cứu công nghệ, tiêu chuẩn hóa từng bước trở thành một lĩnh vực quan trọng. Từ các tiêu chuẩn về nhựa đường, nhựa đường polymer, nhựa đường phân cấp theo chỉ số PG đến tiêu chuẩn thi công, nghiệm thu bê tông nhựa, kết quả nghiên cứu được chuyển hóa thành yêu cầu kỹ thuật phục vụ thiết kế, thi công và quản lý chất lượng công trình.

Đến năm 2016, những đóng góp của nhiều thế hệ cán bộ, nhà khoa học được ghi nhận bằng Huân chương Độc lập hạng Nhất.

Khi nghiên cứu “bước ra” công trình

Giai đoạn 2016 – 2026 cho thấy rõ hơn sự kết nối giữa hoạt động nghiên cứu với những vấn đề mới của ngành GTVT.

Trong 10 năm, Viện triển khai 1 nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Quốc gia và 102 nhiệm vụ cấp Bộ. Các nhiệm vụ trải rộng trên nhiều lĩnh vực như đường bộ – sân bay, cầu – hầm, đường sắt, hàng hải – đường thủy, cơ khí, tự động hóa, đo lường, vật liệu, bảo vệ công trình và môi trường.

Cùng với nghiên cứu, Viện chủ trì biên soạn 157 tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật, gồm 1 quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, 144 tiêu chuẩn quốc gia và 12 tiêu chuẩn cơ sở. Phạm vi tiêu chuẩn hóa trải từ đường bộ, cao tốc, sân bay, cầu – hầm đến đường sắt, đường sắt tốc độ cao, hàng hải – đường thủy, vật liệu, phương pháp thử, thiết bị an toàn giao thông và hệ thống giao thông thông minh.

Một số sản phẩm tiêu biểu gồm QCVN 117:2024/BGTVT về đường bộ cao tốc; TCCS 38:2022/TCĐBVN về áo đường mềm; TCCS 41:2022/TCĐBVN về khảo sát, thiết kế nền đường ô tô đắp trên nền đất yếu; bộ TCVN 13567 về thi công và nghiệm thu lớp mặt đường bằng hỗn hợp nhựa; TCVN 8858:2023, TCVN 8859:2023 về lớp móng đường; bộ TCVN 13594 về thiết kế cầu đường sắt khổ 1.435 mm, vận tốc đến 350 km/h; bộ TCVN 13937:2024 về hệ thống đường ray không đá ballast và các phần của TCVN 11820 về công trình cảng biển.

Giá trị của tiêu chuẩn hóa thể hiện rõ khi các tiêu chuẩn được áp dụng tại những dự án cụ thể, trong đó có dự án thành phần đoạn Hậu Giang – Cà Mau, dự án thành phần thuộc cao tốc Khánh Hòa – Buôn Ma Thuột và dự án mở rộng đoạn Yên Bái – Lào Cai.

Ở lĩnh vực đường bộ – sân bay, nghiên cứu tập trung vào những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ công trình như nền đất yếu, kết cấu áo đường, chất lượng bê tông nhựa, hằn lún vệt bánh xe, nứt phản ánh, thoát nước và vật liệu gia cường.

Một hướng nghiên cứu đáng chú ý là xử lý nền đất yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện TCCS 41:2022/TCĐBVN, hệ thống hóa các yêu cầu về khảo sát địa chất, lựa chọn giải pháp xử lý, dự báo lún và quan trắc.

Cùng với đó, các nghiên cứu về mô-đun đàn hồi phục hồi của cấp phối đá dăm và đất nền, thiết kế kết cấu áo đường mềm theo mô hình hệ đàn hồi nhiều lớp và thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo nguyên lý cân bằng góp phần thúc đẩy phương pháp thiết kế từ kinh nghiệm sang cơ học – thực nghiệm. Phần mềm VILAYER được xây dựng để hỗ trợ phân tích ứng suất, biến dạng, nứt mỏi và hằn lún.

Ở lĩnh vực cầu – hầm, nghiên cứu hướng đến an toàn, tuổi thọ và khả năng chống chịu của công trình đang khai thác, với các nhiệm vụ về cháy đối với cầu bê tông dự ứng lực, tải trọng đối với cầu thép, gió đối với cầu dây văng, xói lở trụ cầu, đứt gãy mỏi cấu kiện thép, theo dõi dao động và chẩn đoán hư hỏng bằng trí tuệ nhân tạo.

Trong lĩnh vực đường sắt, Viện nghiên cứu hệ thống giám sát tự động và điều khiển tập trung cho thiết bị tín hiệu đường ngang. Nghiên cứu cũng mở rộng sang yêu cầu của đường sắt hiện đại, trong đó có định hướng hệ thống tiêu chuẩn đường sắt tốc độ cao phù hợp với Việt Nam. Kết quả nghiên cứu công nghệ đường ray tấm bản được chuyển hóa thành bộ TCVN 13937:2024 về hệ thống đường ray không đá ballast; cùng với đó là bộ TCVN 13594 về thiết kế cầu đường sắt khổ 1.435 mm, vận tốc đến 350 km/h và các tiêu chuẩn liên quan.

Ở lĩnh vực hàng hải – đường thủy, các nghiên cứu tập trung vào điều kiện tự nhiên và yêu cầu khai thác công trình biển, như thiết kế cảng biển miền Trung, xử lý chất nạo vét để tái sử dụng trong hạ tầng cảng biển, kiểm tra các bộ phận công trình dưới nước và dự báo thời hạn khai thác còn lại của kết cấu bê tông cốt thép tại khu vực Hải Phòng – Quảng Ninh.

Cơ khí, tự động hóa, đo lường và chuyển đổi số cũng trở thành những hướng nghiên cứu rõ nét hơn. Viện đã thiết kế, chế tạo nhiều thiết bị chuyên dùng, trong đó có thiết bị thử mỏi cáp bán tự động, thiết bị thi công cọc vít, thiết bị kiểm tra phần dưới công trình cầu, mô hình cảnh báo đường ngang theo nguyên tắc fail-safe và thiết bị bay không người lái phục vụ tìm kiếm cứu hộ.

Vật liệu và môi trường là một hướng nghiên cứu ngày càng gắn với yêu cầu phát triển bền vững. Các nghiên cứu về tro xỉ nhiệt điện, xỉ thép, tái chế mặt đường, vật liệu gia cố mái dốc, bê tông đóng rắn nhanh, nhựa đường phân cấp theo đặc tính làm việc và vật liệu thân thiện môi trường mở ra những hướng tiếp cận mới trong sử dụng tài nguyên.

Trong đó, nghiên cứu và thí điểm sử dụng cát biển làm vật liệu đắp nền đường tại dự án thành phần đoạn Hậu Giang – Cà Mau thuộc cao tốc Bắc – Nam phía Đông là trường hợp cho thấy rõ quá trình từ nghiên cứu đến hiện trường. Viện phối hợp kiểm định, đánh giá chất lượng môi trường và tổng kết nghiên cứu thi công thí điểm. Kết quả tại khu vực thử nghiệm cho thấy cát biển hoặc cát nguồn gốc lục địa nhiễm mặn có thể đáp ứng yêu cầu vật liệu đắp nền đường trong những điều kiện tương tự nơi thử nghiệm, đồng thời đặt ra yêu cầu kiểm soát vật liệu, quy trình thi công và quan trắc môi trường.

Những kết quả trên cho thấy nghiên cứu của Viện ngày càng được nối dài qua các bước tiêu chuẩn hóa, thử nghiệm, kiểm định và ứng dụng.

Viết tiếp hành trình

70 năm là chặng đường đủ dài để hình thành nền tảng về đội ngũ, tri thức, cơ sở nghiên cứu và kinh nghiệm thực tiễn. Nhưng với một tổ chức khoa học, dấu mốc này đồng thời đặt ra yêu cầu về khả năng thích ứng trước những bài toán mới.

Giai đoạn vừa qua, Viện đã xây dựng 6 thuyết minh chương trình khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số của ngành, tập trung vào giao thông thông minh; ứng dụng BIM và AI trong khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu và vận hành công trình; phát triển phương tiện phát thải thấp và chuyển đổi năng lượng xanh; tiếp nhận, chuyển giao công nghệ, quản lý khai thác và bảo trì đường sắt tốc độ cao, đường sắt đô thị; rút ngắn thời gian gia tải chờ lún cho công trình đường bộ cao tốc; ứng dụng Drone và AI trong khảo sát, dự báo và ứng phó thiên tai đối với hạ tầng giao thông.

Viện cũng đã triển khai hơn 200 nhiệm vụ quan trắc, giám sát và đánh giá tác động môi trường trên các dự án giao thông; chủ trì và tham gia đánh giá tác động môi trường phục vụ quy hoạch quốc gia 4/5 lĩnh vực của ngành GTVT. Trong lĩnh vực giao thông thông minh và đường sắt, Viện chủ trì xây dựng Tiêu chuẩn quốc gia về kiến trúc hệ thống giao thông thông minh và tiêu chuẩn biển báo giao thông điện tử; tham gia tư vấn, thẩm tra, giám sát một số dự án đường sắt trọng điểm như Cát Linh – Hà Đông, Bến Thành – Suối Tiên.

Sự thay đổi không chỉ nằm ở những công nghệ mới mà còn ở cách tổ chức nghiên cứu. Những bài toán hiện nay đòi hỏi sự kết nối giữa công trình, vật liệu, dữ liệu, tự động hóa, trí tuệ nhân tạo, môi trường và quản lý khai thác.

Trong hoạt động tiêu chuẩn hóa, Viện định hướng xây dựng cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn, quy chuẩn có khả năng tra cứu, đối chiếu và cập nhật; ưu tiên những khoảng trống kỹ thuật phục vụ các dự án quốc gia, đồng thời gắn kế hoạch tiêu chuẩn với kế hoạch nghiên cứu và tổng kết ứng dụng.

Phòng thí nghiệm cũng được đặt trước yêu cầu chuyển đổi, với định hướng đầu tư cho thiết bị thử nghiệm đường sắt, vật liệu mới, quan trắc kết cấu, mô phỏng và đo lường tự động; chuẩn hóa dữ liệu phòng thí nghiệm và từng bước ứng dụng AI trong kiểm soát chất lượng, nhận dạng hư hỏng và dự báo tuổi thọ.

Một vấn đề quan trọng là khoảng cách giữa nghiệm thu nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Với nghiên cứu ứng dụng, sản phẩm khoa học cần tiếp tục được hoàn thiện nguyên mẫu, thử nghiệm quy mô thực, đánh giá, kiểm định, chứng nhận và chuyển giao. Việc lựa chọn công trình thí điểm, quan trắc, đánh giá rủi ro và tổng kết trước khi áp dụng rộng rãi sẽ là một phần quan trọng trong quá trình này.

Trong suốt 70 năm, từ những giải pháp kỹ thuật phục vụ duy trì giao thông trong chiến tranh, nghiên cứu nền đất yếu, công nghệ cầu, hầm, sân bay, cảng biển đến đường sắt tốc độ cao, vật liệu mới và trí tuệ nhân tạo, giá trị của hoạt động khoa học vẫn được thể hiện rõ nhất khi kết quả trở lại với công trình.

Nhìn lại 70 năm, điều đáng chú ý không chỉ là số lượng công trình hay nhiệm vụ khoa học, mà còn là quá trình tích lũy năng lực qua nhiều thế hệ.

Ngày 04/10/2026 không chỉ là dấu mốc để nhìn lại chặng đường đã qua, mà còn là thời điểm nhận diện những yêu cầu mới đối với một tổ chức khoa học công nghệ trong giai đoạn hạ tầng giao thông đang chuyển sang những phương thức phát triển mới.

Từ nền tảng được gây dựng qua 70 năm, Viện đang tiếp tục hướng đến giao thông thông minh, BIM, trí tuệ nhân tạo, vật liệu mới, giao thông xanh, đường sắt tốc độ cao, chuyển đổi số và ứng phó thiên tai. Những lĩnh vực này đặt ra yêu cầu mới về năng lực nghiên cứu, thiết bị, dữ liệu, nhân lực và cơ chế để đưa kết quả khoa học vào thực tiễn.

70 năm từ Viện Thí nghiệm vật liệu đến Viện Khoa học và Công nghệ GTVT vì thế là một hành trình được tính không chỉ bằng thời gian mà bằng quá trình tích lũy tri thức và chuyển hóa tri thức thành những giá trị cụ thể cho ngành GTVT nói riêng và ngành Xây dựng nói chung.

Từ những bài toán thực tiễn của hôm qua đến những yêu cầu công nghệ của hôm nay, hành trình ấy đang tiếp tục được viết bằng những nghiên cứu, tiêu chuẩn, thiết bị và giải pháp kỹ thuật hướng tới công trình. Yêu cầu đặt ra vẫn là làm cho khoa học gắn hơn với thực tiễn, để kết quả nghiên cứu đi xa hơn khỏi phòng thí nghiệm và những giá trị được tạo ra hiện diện rõ hơn trong từng công trình, từng tuyến giao thông của đất nước.