Nhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thác

Nhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thácNhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc trong vận hành khai thác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS ĐÀO DUY LÂM

2 TS NGUYỄN TRỌNG ĐỒNG

Hà Nội, 05-2024

Công trình được hoàn thành tại:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Người hường dẫn khoa học:

1 PGS.TS Đào Duy Lâm

Trường Đại học Giao thông vận tải

2 TS Nguyễn Trọng Đồng

Tổng công ty Đầu tư phát triển đường cao tốc Việt Nam

Phản biện 1: PGS.TS Khúc Đăng Tùng

Phản biện 2: TS Phùng Bá Thắng

Phản biện 3: TS Nguyễn Việt Khoa

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường

họp tại Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi giờ ngày tháng năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Quốc Gia Việt Nam

2 Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam đang chuyển mình mạnh mẽ trên con đường công nghiệp hóa - hiện đại hóa

đất nước Trong đó, phát triển hạ tầng giao thông nói chung và giao thông đường bộ nói

riêng, đặc biệt là hệ thống mạng đường ô tô cao tốc là một trong những nhân tố hàng đầu để

thúc đẩy phát triển của đất nước Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số

1454/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển mạng lưới đường bộ thời kỳ 2021-2030, tầm

nhìn đến năm 2050, trong đó đến năm 2030 có khoảng 5.004 km đường ô tô cao tốc, đến

năm 2050 mạng lưới đường ô tô cao tốc cơ bản hoàn thiện với 41 tuyến, tổng chiều dài

khoảng 9.014 km

Công trình giao thông nói chung và đặc biệt là đường ô tô cao tốc nói riêng luôn có

các điểm cơ bản như tính chất bất ổn định, tính chi tiết phức tạp, chi phí đầu tư lớn và thời gian dài, chịu ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, đòi hỏi sự hợp tác của nhiều bên liên quan,

đòi hỏi công nghệ kỹ thuật cao phức tạp; đồng thời không thể tránh khỏi các tác động và chi

phối của môi trường kinh tế - xã hội - luật pháp - văn hóa làm xuất hiện rủi ro Trong

hệ thống hạ tầng đường ô tô cao tốc, cầu được xem là thành phần dễ có thể xảy ra sự cố

nhất Cầu chịu nhiều rủi ro khác nhau trong suốt vòng đời công trình, cần nhận dạng, phân

tích, đánh giá và dự báo các rủi ro

Đã có nhiều thiệt hại về kinh tế và xã hội xảy ra với cầu trên đường ô tô cao tốc ở thế

giới đặc biệt trong giai đoạn khai thác với yêu cầu an toàn cao, công tác đánh giá, dự báo

cần nghiên cứu để đề phòng sự cố, hỗ trợ tối ưu hóa bảo trì, chính vì vậy nghiên cứu sinh đã

lựa chọn đề tài “Nhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc

trong vận hành khai thác”

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quát về rủi ro kỹ thuật và quản lý rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên

đường ô tô cao tốc

- Nghiên cứu đề xuất phương pháp nhận dạng các yếu tố rủi ro kỹ thuật công trình cầu

đường ô tô cao tốc trong suốt vòng đời công trình trong đó tập trung vào giai đoạn vận hành

khai thác Rủi ro trong giai đoạn thi công cũng được phân tích như tiền đề cho việc nhận

dạng, đánh giá rủi ro trong giai đoạn vận hành khai thác

- Nghiên cứu thuật toán và xây dựng chương trình ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong

đánh giá và dự báo rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

- Ứng dụng trí tuệ nhân tạo và học máy (AI/ML) để quản lý rủi ro kỹ thuật nhằm tăng

cường năng lực bảo trì cho các công trình cầu trên đường cao tốc

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Rủi ro các công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu kỹ thuật nhận dạng, phân tích và đề xuất mô hình đánh

giá rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc và trên các trục đường bộ chính yếu

trong suốt vòng đời công trình, tập trung vào giai đoạn vận hành khai thác Rủi ro trong giai

đoạn thi công cũng được xét đến do tính tương quan và là tiền đề, nguồn gốc của một số rủi

ro trong giai đoạn vận hành khai thác

4 Phương pháp nghiên cứu:

Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Nghiên cứu tổng hợp phân tích tài liệu: Tham khảo và nghiên cứu các đề tài, báo

cáo nghiên cứu và ứng dụng của nhận dạng, phân tích, đánh giá rủi ro công

trình,…

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các nghiên cứu trước đây về quản lý rủi ro công

trình giao thông, các phương pháp hiện đại trong quản lý rủi ro,…

- Phương pháp khảo sát thực tế: Khảo sát thực tế các công trình cầu trên đường ô tô

cao tốc tại Việt Nam

- Phương pháp khảo sát chuyên gia: Xây dựng phiếu khảo sát, hỏi ý kiến các chuyên

gia nhiều kinh nghiệm trong ngành giao thông vận tải

- Phương pháp sử dụng trí thông minh nhân tạo: Xây dựng thuật toán và chương

trình sử dụng học máy (Machine Learning) trong quản lý rủi ro công trình cầu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

* Ý nghĩa khoa học:

- Đề xuất phương pháp hiện đại nhận dạng các yếu tố rủi ro kỹ thuật công trình cầu

trên đường ô tô cao tốc áp dụng trong giai đoạn thi công và khai thác

- Đề xuất thuật toán để xây dựng mô hình và chương trình đánh giá, đo lường mức độ

rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc sử dụng Machine Learning

- Đề xuất ứng dụng thuật toán và chương trình Machine Learning trong đánh giá và dự

báo rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc ở Việt Nam với ví dụ phân tích cụ thể

trong giai đoạn vận hành khai thác

* Ý nghĩa thực tiễn:

- Đề xuất ứng dụng thuật toán và chương trình Machine Learning trong đánh giá và dự

báo rủi ro kỹ thuật trong dự án cụ thể công trình cầu trên đường ô tô cao tốc và trên các

tuyến đường chính yếu ở Việt Nam hướng tới sử dụng trí tuệ nhân tạo trong nhận dạng,

đánh giá và dự báo rủi ro công trình

- Việc áp dụng các công nghệ mới như hệ thống cảnh báo sớm, mô phỏng và mô

phỏng ảo cũng có thể cung cấp các công cụ hữu ích để ứng phó với rủi ro từ đó xây dựng hệ

thống quản lý, bảo trì các công trình cầu trên đường cao tốc

- Các nghiên cứu của Luận án được ứng dụng thực tế tại Tổng công ty Đầu tư phát

triển đường cao tốc Việt Nam (VEC) và các đơn vị khác trong ngành

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về nhận dạng và quản lý rủi ro kỹ thuật vận dụng cho

công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

- Chương 3: Nhận dạng, đánh giá rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc trong giai đoạn thi công và vận hành khai thác

- Chương 4: Xây dựng thuật toán Machine Learning và ứng dụng trong đánh giá, dự

báo rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc trong vận hành khai thác

TỔNG QUAN VỀ RỦI RO VÀ QUẢN LÝ RỦI RO CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN

ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC 1.1 Tổng quan về rủi ro và quản lý rủi ro

Khái niệm rủi ro lần đầu được đưa ra năm 1901 bởi Allan Herbert Willett, ông miêu tả

rủi ro là hiện tượng mang tính không xác định và không mong muốn sẽ xảy ra với hai tính

chất đặc trưng: tính khách quan và tính không xác định Hiện nay, chưa có định nghĩa thống

nhất nào về rủi ro cho tất cả các lĩnh vực [53], quan điểm về rủi ro có thể chia làm nhiều

trường phái như truyền thống và trung hòa

Quản lý rủi ro là một hoạt động xây dựng quy trình có hệ thống bài bản, mang tính khoa học nhằm tìm ra, phòng ngừa và đề xuất giải pháp nhằm giảm thiểu tối đa những rủi ro

có khả năng phát sinh trong quá trình hoạt động.Về cơ bản quá trình quản lý rủi ro gồm 3 bước: (1) Nhận dạng và phân loại rủi ro → (2) Đo lường và đánh giá rủi ro → (3) Xử lý rủi

ro

1.2 Quản lý rủi ro đối với các công trình xây dựng cầu

Thực tế đã chứng minh ngành xây dựng tiềm ẩn nhiều rủi ro và tăng theo quy mô và

độ phức tạp của công trình Các công trình cầu, đặc biệt là cầu trên đường bộ cao tốc luôn

có tính chất phức tạp về kỹ thuật, thời gian xây dựng dài, khối lượng công việc cũng như nguồn vốn đầu tư lớn, lại chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác như chính trị, kinh tế, xã hội, con người, tự nhiên, pháp luật, công nghệ, vật liệu Công trình cầu chịu những rủi ro khác nhau trong suốt vòng đời công trình [6, 12], trong đó các rủi ro có nguyên nhân liên quan đến kỹ thuật – công nghệ được đánh giá là tiềm ẩn nguy cơ lớn, mức độ ảnh hưởng rộng và

có độ phổ biến cao Rủi ro có thể dẫn tới các thảm họa, gây ra thiệt hại lớn như sụp đổ cầu Khi đó chi phí sửa chữa khôi phục và chi phí gián đoạn giao thông là vô cùng lớn [8] Các sự cố của 11 công trình cầu trên thế giới và Việt Nam được mô tả và phân tích trong bảng 1.5 của luận án: cầu xa lộ liên tiểu bang 35W (Mỹ), cầu Seongsu (Hàn Quốc), Cầu Silver (Mỹ), cầu Hintze Ribeiro (Bồ Đào Nha), cầu ở Quebec (Canada), cầu Tacoma Narrows (Mỹ), cầu Angers (Pháp), cầu trên dường cao tốc Ponte Morandi (Ý), cầu tưởng niệm Trung sĩ Aubrey Cosens VC (Canada), cầu Rào cũ (Việt Nam), nhịp dẫn cầu Cần Thơ (Việt Nam)

1.3 Các mô hình ứng phó và quản lý rủi ro hiện đại

Sau khi nhận dạng và phân tích rủi ro, cần phải phát triển các giải pháp, đồng thời xác định hoạt động hợp lý tập trung vào các rủi ro đáng kể nhất, để chuyển dịch sao cho có lợi nhất Quá trình này nhằm mục đích xác định các hành động ứng phó hiệu quả, phù hợp với

cả rủi ro riêng lẻ và tổng thể

Hình 1.1: Quy trình hoạt động của mô hình PRINCE-2

Mô hình PRINCE-2 được hoạt động dựa trên 7 yếu tố cơ bản được áp dụng xuyên suốt quản lý chất lượng công trình, kế hoạch, rủi ro, và sự thay đổi Các yêu cầu kỹ thuật trong thi công và vận hành khai thác công trình cầu trên đường ô tô cao tốc Mô hình PRINCE-2

có thể bao quát được toàn bộ khía cạnh có thể phát sinh với công trình từ đó đưa ra giải pháp vấn đề phù hợp nhằm nhanh chóng giải quyết rủi ro phát sinh ngẫu nhiên với công trình

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật trong thi công và vận hành khai thác công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

Hiện nay, việc thiết kế đường ô tô cao tốc ở Việt Nam áp dụng theo hai tiêu chuẩn sau: đối với đường ô tô cao tốc đô thị theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 104:2007 (thuộc thẩm quyền quản lý của Bộ Xây dựng) và đường ngoài đô thị (thuộc thẩm quyền của

Bộ Giao thông vận tải) theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5729:2012

Chỉ tiêu kỹ thuật cho thiết kế đường ô tô cao tốc của Việt Nam cơ bản tương đồng với nhiều nước trên thế giới và khu vực như thể hiện Bảng 1.1 của luận án

Bảng 1.1: Tiêu chí kỹ thuật cơ bản đường ô tô cao tốc

cong có bán kính tối thiểu Rmin (m)

cong có bán kính thông thường (m)

1.5 Hiện trạng về quản lý rủi ro công trình cầu trên đường ô tô cao tốc trong thi công

và vận hành khai thác

Về mặt thiết kế, hiện ở Việt Nam có tiêu chuẩn thiết kế riêng cho đường ô tô cao tốc là TCVN 5729:2012 “Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế” Tuy nhiên việc thiết kế cầu trên đường ô tô cao tốc về cơ bản vẫn dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành Đối với thi công và khai thác, về cơ bản vẫn dựa trên các quy định, tiêu chuẩn và quy trình chung cho các loại cầu chưa xét đầy đủ đến đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật riêng của cầu trên đường ô tô cao tốc

Do vậy, nghiên cứu nhận dạng để đề xuất các giải pháp hiệu quả trong kiểm soát và hạn chế rủi ro trong các dự án đường ô tô cao tốc ở Việt Nam với những đặc thù riêng, đặc biệt là những rủi ro kỹ thuật xảy ra trong giai đoạn vận hành khai thác là hết sức cần thiết và cấp bách Một trong những mục tiêu quan trọng nhất là nghiên cứu đầy đủ những nguy cơ tiềm ẩn chưa được nhận diện thành những rủi ro có thể nhận diện Bên cạnh đó, nghiên cứu

sẽ phân tích đánh giá và đề xuất giải pháp phù hợp để quản lý và đối phó với những rủi ro Thông qua nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thi công và vận hành khai thác công trình sẽ giúp nhận dạng một cách có hệ thống các rủi ro có thể xảy ra và có biện pháp quản lý phòng ngừa một cách khoa học chặt chẽ và phù hợp điều kiện thực tế

1.6 Kết luận Chương 1

Nhận dạng, đánh giá và quản lý rủi ro đang trở thành vấn đề trọng tâm ở nhiều lĩnh vực, ngành nghề khác nhau Quản lý rủi ro là một công tác quan trọng, đặc biệt trong thi công và khai thác cầu trên đường ô tô cao tốc nhằm giúp các bên có thể chủ động nhận dạng, đánh giá, kiểm soát đồng thời giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực, từ đó đảm bảo hiệu quả của dự án, công trình

Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, việc nghiên cứu về quản lý rủi ro trong các công trình giao thông còn hạn chế cả về mặt lý luận và thực tiễn Để phân tích, đánh giá rủi ro trong xây dựng công trình cầu trên đường ô tô cao tốc, Chương 1 của Luận án đã hệ thống các khái niệm về rủi ro và nhận dạng rủi ro trong công trình cầu trên đường ô tô cao tốc cả trong vòng đời công trình đặc biệt là giai đoạn thi công và vận hành khai thác với nhiều đặc thù riêng cũng như giai đoạn tương quan chặt chẽ trước đó là giai đoan thi công Trong đó,

đã đề cập tổng quan quá trình quản lý rủi ro và các kỹ thuật nhận dạng rủi ro đối với công trình xây dựng bao gồm các cầu trên đường ô tô cao tốc

Chương 1 cũng đã phân tích những sự cố công trình cầu trên các tuyến cao tốc trên thế giới và đánh giá thực trạng về tình hình nghiên cứu rủi ro và quản lý rủi ro ở trên thế giới và Việt Nam để rút ra những bài học nhận dạng rủi ro trong thi công và vận hành khai thác cầu trên đường ô tô cao tốc

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHẬN DẠNG VÀ ĐÁNH GIÁ RỦI RO KỸ THUẬT VẬN DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC

2.1 Cơ sở lý thuyết nhận dạng rủi ro đối với công trình cầu

Nhận dạng rủi ro là bước đầu tiên trong quá trình quản lý rủi ro, nhằm ngăn chặn các yếu tố sai lầm dẫn đến mất an toàn cho dự án Nhận dạng rủi ro không phải công việc chỉ diễn ra một lần, đó là một quá trình thực hiện thường xuyên trong suốt vòng đời dự án bởi các rủi ro mới liên tục xuất hiện

Về cơ sở khoa học để xây dựng các phương pháp quản lý rủi ro, hầu hết các mô hình hiện tại để nhận dạng và đánh giá rủi ro đa nguy cơ của cầu dựa trên phương pháp tiếp cận xác suất truyền thống như dựa trên các bảng câu hỏi Gần đây một số tác giả đã đưa các phương pháp tiếp cận mới, các công cụ hiệu quả hơn để phân tích và đánh giá rủi ro Phân tích mờ (FAHP) là phương pháp đánh giá rủi ro có cách tiếp cận logic giúp giải quyết những hạn chế của các mô hình hiện nay bằng cách đề xuất các đánh giá mới dựa trên logic

mờ mới Từ đó FAHP đề xuất mô hình đánh giá nguy cơ cầu là cơ sở phát triển công cụ ra quyết định để quản lý an toàn cầu một cách hiệu quả hơn

Phương pháp mạng nơ ron nhận tạo cũng là một phương pháp khác đáng lưu ý có thể

áp dụng trong quản lý rủi ro công trình cầu trên đường ô tô cao tốc đem lại hiệu quả cao, đây là tiền đề cho áp dụng trí tuệ nhân tạo (AI) vào quản lý rủi ro [3, 4, 5]

Ngoài ra, các phương pháp mới về quản lý rủi ro cũng đề xuất và trao đổi trong các Hội thảo quốc tế được tổ chức thường niên hoặc định kỳ như IRMC, PSAM, ISRERM,…[53]

2.2 Các phương pháp nhận dạng rủi ro hiện đại

Tổng hợp các nghiên cứu trên thế giới và các tài liệu nghiên cứu của Việt Nam về nhận dạng rủi ro, các phương pháp chính (cơ sở xây dựng các kỹ thuật khác nhau) bao gồm: Động não và hội thảo; Bảng liệt kê, bộ câu hỏi và phỏng vấn; Phân tích giả định và giới hạn; Các phương pháp biểu đồ khác Có nhiều kỹ thuật nhận dạng nhân tố rủi ro khác nhau như Delphi, kỹ thuật phân tích thứ bậc AHP truyền thống (Analytic Hierarchy Process – AHP),

kỹ thuật mạng Nơ ron nhân tạo,

Chapman [53] cho rằng các kỹ thuật nhận dạng hiện tại có thể được chia làm ba loại khác nhau:

(1) Nhận dạng được thực hiện chỉ từ kiến thức của các nhà nghiên cứu

(2) Nhận dạng bởi các nhà nghiên cứu tiến hành phỏng vấn các thành viên trong đội ngũ dự án

(3) Các nhà nghiên cứu chủ trì một nhóm nghiên cứu

Trên cơ sở tổng hợp các nghiên cứu và các tài liệu liên quan đến nhận dạng rủi ro, Luận án đã tổng hợp các phương pháp nhận dạng rủi ro chính

2.3 Phân tích ưu nhược điểm và lựa chọn phương pháp nhận dạng rủi ro trong quản

lý rủi ro các công trình xây dựng

Nhận dạng rủi ro là một khâu quan trọng trong quá trình quản lý rủi ro Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp và kỹ thuật nhận dạng rủi ro hiện đại Tại Việt Nam, quản

lý và nhận dạng rủi ro ngày càng được quan tâm, từng bước ứng dụng các phương pháp nhận dạng rủi ro trên thế giới cho nhiều lĩnh vực

Hiện nay có nhiều phương pháp về nhận dạng rủi ro trong hoạt động xây dựng công trình, bao gồm cả thi công và quản lý vận hành hệ thống cầu trên đường ô tô cao tốc Để có thể lựa chọn phương pháp nhận dạng rủi ro phù hợp, cần tổng hợp, phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp nhận dạng rủi ro

Trong trường hợp đánh giá sơ bộ, trong thời gian ngắn, đề tài đề xuất có thể sử dụng các phương pháp đơn giản như Bảng liệt kê và danh sách ngắn, Bộ câu hỏi và phỏng vấn chuyên gia Các phương pháp này có thể cho kết quả nhanh nhưng đòi hỏi xây dựng danh mục rủi ro chi tiết và lựa chọn chuyên gia phù hợp

Trong trường hợp cần thực hiện các phân tích sâu hơn có thể sử dụng các phương pháp hiện đại, có cơ sở khoa học để tính toán, xác định định tính và định lượng mức độ rủi ro, có nhiều ưu điểm giúp xác định chính xác, tăng độ tin cậy trong xác định các rủi ro và những nguy cơ mà rủi ro mang lại cho dự án trong cả thi công và vận hành khai thác, Luận án đề xuất áp dụng các phương pháp nhận dạng rủi ro hiện đại cho các công trình cầu trên đường

ô tô cao tốc trong giai đoạn thi công và khai thác tại Việt Nam bằng các phương pháp AHP; F-AHP và trí tuệ nhân tạo

2.4 Kết luận Chương 2

Rủi ro trong xây dựng và vận hành khai thác cầu đường ô tô cao tốc là không thể tránh khỏi Tuy nhiên, thông qua việc áp dụng các phương pháp quản lý rủi ro hiệu quả và ứng phó với rủi ro một cách hiệu quả, có thể đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của các công trình Việc nghiên cứu, đánh giá và quản lý rủi ro là một yếu tố then chốt để xây dựng những cầu đường ô tô cao tốc đáng tin cậy và bền vững trong tương lai

Nhận dạng rủi ro là quá trình xác định một cách liên tục và có hệ thống các rủi ro có thể xảy Để lựa chọn được phương pháp nhận dạng rủi ro phù hợp với công trình cầu trên đường ô tô cao tốc, trong chương 2 đã phân tích 14 phương pháp nhận dạng rủi ro hiện đại hiện nay

Ở mỗi phương pháp tác giả đều tiến hành phân tích những ưu, nhược điểm và cách triển khai thực hiện Từ đó đề xuất 3 phương pháp áp dụng phân tích rủi ro cho cầu trên đường ô tô cao tốc trong giai đoạn thi công và khai thác Đó là phương pháp AHP, phương pháp F-AHP và phương pháp mạng nơ ron nhân tạo (cơ sở của trí tuệ nhân tạo) cũng như phân tích cơ sở của phương pháp học máy là phương pháp phát triển cao hơn về trí tuệ nhân tạo Trên cơ sở phân tích những lý do lựa chọn các phương pháp này và cách ứng dụng ở từng phương pháp đã giúp cho Luận án có đủ cơ sở lý luận để tiến hành thực nghiệm đối với

công trình cầu trên đường ô tô cao tốc ở Việt Nam trong chương 3 và 4 của Luận án

NHẬN DẠNG, ĐÁNH GIÁ RỦI RO KỸ THUẬT TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG

VÀ KHAI THÁC CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC

3.1 Các rủi ro kỹ thuật đối với công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

Nắm bắt được quá trình phát triển của rủi ro sẽ giúp lường trước được các ảnh hưởng của chúng đến hiệu quả dự án và nhanh chóng đề ra biện pháp giảm thiểu, khắc phục và phòng ngừa trước khi rủi ro phát triển đến giai đoạn gây ra tác động Sơ đồ trong Hình 3.1 cho thấy ba giai đoạn phát triển cơ bản của rủi ro xảy ra trong công trình xây dựng bao gồm

cả cầu trên đường ô tô cao tốc

Hình 3.1: Các giai đoạn phát triển của rủi ro

Ảnh hưởng của rủi ro kỹ thuật có thể khác nhau trong mỗi giai đoạn của dự án và trong các công đoạn khác nhau của cùng một giai đoạn Thông thường, hiệu quả kinh tế-

xã hội của một dự án được thể hiện qua các ba tiêu chí gồm chi phí, thời gian và chất lượng Đây là ba yếu tố quan trọng nhất khi đầu tư dự án, cũng là cơ sở chính để đánh giá hiệu quả kinh tế của bất kỳ dự án xây dựng nào Do đó, đây cũng chính là ba yếu tố chịu ảnh hưởng nhiều nhất khi rủi ro kỹ thuật xảy ra Tuy nhiên trong giới hạn của phạm vi luận án xin phép không đi sâu vào các tiêu chí này

3.2 Phân tích theo các nhóm nguyên nhân dẫn đến rủi ro kĩ thuật của công trình cầu trên đường ô tô cao tốc trong giai đoạn thi công

- Các nhóm rủi ro liên quan đến chủ đầu tư công trình

Khó khăn về kinh phí; Chậm thanh toán các hạng mục xây lắp đã thực hiện; Bàn giao mặt bằng không đầy đủ, không đúng thời hạn… Ngoài ra còn có rủi ro do tình trạng tái lấn chiếm sau giải tỏa

- Các nhóm rủi ro liên quan đến nhà thầu thi công

Vật liệu và thiết bị sử dụng cho thi công không đảm bảo; Thực hiện thi công yếu kém; Quản lý và giám sát thi công yếu kém; Tai nạn lao động; Khó khăn về kinh phí; Khó khăn

về công nghệ và kỹ thuật; Khó khăn do việc phối hợp giữa các nhà thầu trong dự án

- Các nhóm rủi ro liên quan đến đơn vị tư vấn thiết kế và tư vấn quản lý dự án

Phương án thiết kế lạc hậu, không hợp lý, chưa đáp ứng đầy đủ công năng sử dụng, không phù hợp địa hình khu vực

Nguyên nhân là do trình độ năng lực tư vấn thiết kế yếu kém, không tuân thủ đầy đủ tiêu chuẩn, quy chuẩn và quy trình kỹ thuật

Sai sót về điều tra số liệu địa chất, thủy văn, mực nước ngầm, hang Kasts

Lựa chọn công nghệ không phù hợp, phương án thi công dự kiến không khả thi hoặc thiếu hợp lý

Tính toán khối lượng thi công của các hạng mục không chính xác

Xây dựng tổng mức dự toán không đầy đủ, thiếu cập nhật các quy định pháp lý mới ban hành

3.3 Phân tích rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường ô tô cao tốc trong giai đoạn thi công

Để tiến hành phân tích rủi

ro kỹ thuật công trình cầu trên

đường ô tô cao tốc trong giai

đoạn thi công, việc phân tích

định tính dự án có thể được

thực hiện theo trình tự và nội

dung sau đây (Nguyễn Văn

Hanh, 2015): Mục tiêu; Xác

định tần số và thời gian; Đánh

giá giả định; Đánh giá chất

lượng dữ liệu; Phân tích mức

Các công trình cầu trên đường ô tô cao tốc có khả năng gặp phải những rủi ro sau đây trong giai đoạn khai thác:

- Rủi ro xảy ra các hư hỏng công trình, tai nạn, sự cố trong vận hành khai thác

- Rủi ro quản lý, khai thác và bảo trì: Quản lý, vận hành, khai thác đúng tải trọng, công năng thiết kế là điều kiện tiên quyết để đảm bảo an toàn Công tác kiểm tra, bảo trì đúng yêu cầu kỹ thuật là cơ sở đảm bảo thời hạn khai thác (tuổi thọ) và hiệu quả đầu tư

- Rủi ro lưu lượng giao thông (rủi ro về doanh thu): Rủi ro mà trong đó lưu lượng giao thông thực tế thấp hơn so với lưu lượng dự báo trong phương án tài chính của dự án

Các rủi ro nêu trên đã được phân tích chi tiết trong luận án, các RRKT liên quan đến hư hỏng các kết cấu cầu trong giai đoạn khai thác được phân tích trong Bảng 3.10, Bảng 3.11

và Bảng 3.12 Trên cơ sở đó 15 nhóm rủi ro giai đoạn vận hành khai thác cầu đường cao tốc được tổng hợp trong bảng 3.13 với mã số S1 đến S15

3.5 Đánh giá, phân tích rủi ro kỹ thuật thực tế tại một số công trình đường ô tô cao tốc

Theo thống kê cập nhật đến nay từ VEC, một số các tuyến đường ô tô cao tốc được thi công và khai thác tại Việt Nam tương ứng được liệt kê trong Bảng 1 và Bảng 2 của Phụ lục

A Năm 2019, chúng tôi tiến hành khảo sát các cầu trên 3 tuyến cao tốc bao gồm Pháp Vân - Cầu Giẽ - Ninh Bình, Nội Bài - Lào Cai và Đà Nẵng - Quảng Ngãi Thống kê các cầu khảo sát trên 3 tuyến trên tương ứng được liệt kê trong các Bảng 3, 4 và 5 của Phụ Lục A

Đối với các tuyến đường ô tô cao tốc trong giai đoạn khai thác, vì lý do lưu lượng giao thông và tốc độ khai thác lớn nên nguy cơ cao xảy ra các tai nạn giao thông có mức độ nghiêm trọng Mỗi khi có tai nạn xảy ra, việc tìm đường nhánh rẽ để thoát khỏi tình trạng ách tắc giao thông là vấn đề cần được đặc biệt quan tâm đối trong vận hành tuyến đường ô

tô cao tốc Ngoài ra, việc thu phí trên nhiều tuyến cao tốc vẫn áp dụng hình thức thu phí kín dẫn đến khi lưu lượng tăng cao, đặc biệt vào các dịp lễ tết, nguy cơ về ùn tắc tại các trạm thu phí cũng tăng lên Do đó, công tác quản lý điều hành cho dự án trong giai đoạn khai thác này cũng gặp các rủi ro làm giảm hiệu quả khai thác

Do yêu cầu về quy mô, cấp kỹ thuật và độ an toàn khi khai thác, đòi hỏi công tác quản

lý, điều hành và khai thác tuyến đường ô tô cao tốc trên toàn quốc cần phải từng bước đáp ứng yêu cầu đề ra Vì vậy, xác định các rủi ro trong công tác quản lý vận hành, hạn chế các tiềm ẩn tai nạn giao thông, đảm bảo thông suốt giao thông và quản lý vận hành mang lại hiệu quả kinh tế cần được chú trọng Điều đó đồng nghĩa với việc cần hạn chế hết mức những rủi ro trong quá trình quản lý và vận hành

Đề tài đã tiến hành khảo sát đánh giá tại các tuyến đường ô tô cao tốc điển hình Qua khảo sát thực tế tại 08 tuyến đường ô tô cao tốc tại Việt Nam, đã phát hiện các vấn đề liên quan đến nhân tố rủi ro kỹ thuật điển hình được chỉ ra trong Bảng 3 đối chiếu các rủi ro đã thống kê trong luận án

Bảng 3.1: Rủi ro kỹ thuật thực tế cầu đường ô tô cao tốc đã khảo sát

2 Đổ gãy dầm do biện pháp thi công sai sót C5, C7

5 Không đồng đều bê tông mặt cầu dẫn đến độ êm thuận bị ảnh

hưởng

C7, S9

6 Cháy do xăng dầu ảnh hưởng đến kết cấu cầu S13, S14

7 Hư hỏng cong vênh khe co giãn có thể gây tai nạn C4, S9

9 Tai nạn do mất kiểm soát tốc độ, đi ngược chiều S13, S15

Khảo sát ý kiến chuyên gia

a Xây dựng mẫu câu hỏi

Luận án tiến hành xây dựng bộ mẫu câu hỏi khảo sát bao gồm thông tin về các loại thông số kĩ thuật Các nhân tố này bao gồm:

✓ Dạng kết cấu nhịp chính: (mô tả trong Bảng 4.4)

✓ Lớp mủ mặt cầu: bao gồm bê tông, bê tông nhựa và bê tông xi măng

✓ Bản mặt cầu: bao gồm bản BTCT, bản liên hợp BTCT, bản thuộc kết cấu bản và

bản thép trực hướng

✓ Vật liệu kết cấu chịu lực chính: bao gồm thép, BTCT thường, BTCT DƯL, thép -

bê tông liên hợp, gạch và đá xây

✓ Dạng cắt mặt dầm dọc chủ: bao gồm mặt cắt chữ nhật, chữ I, chữ T, super- T, chữ

U, Pi và mặt cắt hộp

✓ Dạng dầm ngang: bao gồm các loại không có dầm ngang, dầm ngang BTCT, dầm

ngang BTCT có DƯL ngang và dầm ngang thép

Mỗi nhân tố này sẽ bao gồm nhiều loại khác nhau và được đánh giá mức độ rủi ro theo thang điểm từ 1 - 5 tương ứng với các mức rủi ro rất thấp, rủi ro thấp, rủi ro trung bình, rủi

ro cao, rủi ro rất cao Ngoài ra, các thông tin của bản thân người được khảo sát như đơn vị công tác, số năm công tác, vị trí công tác, trình độ học vấn, kinh nghiệm trong lĩnh vực đánh giá rủi ro cầu đường cũng được thêm vào trong khảo sát

b Xử lý kết quả khảo sát

Với mỗi tiêu chí được đem ra khảo sát sẽ có được điểm đánh giá rủi ro theo giá trị từ 1-5 như mô tả ở phần trên Tuy nhiên tuỳ thuộc vào quan điểm và kinh nghiệm của mỗi người được khảo sát, các con số này có thể khác nhau ở mỗi người Việc lấy giá trị trung bình dựa trên tất cả các mẫu khảo sát rõ ràng sẽ không hợp lý và không có sự ưu tiên cho những người khảo sát có nhiều kinh nghiệm và trình độ học vấn cao Chính vì vậy, Luận án

đề xuất phương pháp F-AHP và đánh trọng số thể hiện mức độ quan trọng cho câu trả lời của những người được khảo sát Đây chính là giá trị thể hiện cho mức độ rủi ro của đặc trưng F sau khảo sát và sử dụng giá trị này để đưa vào mô hình mạng nơ ron

𝐹 =∑ 𝐹𝑖

𝑁 𝑖=1 ∗ 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒𝑖

∑𝑁 |𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒𝑖|𝑖=1

3.6 Đề xuất mô hình nhận dạng, phân tích đo lường mức độ rủi ro kỹ thuật

Mô hình F-AHP

FAHP là một kỹ thuật tích hợp lý thuyết tập mờ [69] với AHP [46] Bằng cách tích hợp các số mờ với AHP, FAHP có hiệu quả trong xử lý các nhận thức chủ quan và sự thiếu chính xác, cho phép diễn đạt thích hợp bằng đánh giá ngôn ngữ FAHP đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu xây dựng Nguyen và Tran (2017) [47] đã tóm tắt các ứng dụng chính của FAHP trong ngành xây dựng để đánh giá và quản lý rủi ro Trong luận án sử dụng phương pháp này trong đánh giá kết quả khảo sát chuyên gia

Mô hình nơ ron

Mục đích của nghiên cứu này là nhằm tạo ra các trường hợp tương tự của mô hình quản trị rủi ro liên quan đến quy trình thi công cầu trên đường ô tô cao tốc với mô hình mạng nơron nhân tạo (ANN), một mô hình dựa trên hệ thống phương pháp luận riêng về nhận diện mẫu và được chia thành ba tầng chính

tô cao tốc trong giai đoạn thi công và khai thác

Trong trường hợp đánh giá sơ bộ, trong thời gian ngắn, đề tài đề xuất có thể sử dụng mô hình trên cơ sở các phương pháp đơn giản như Bảng liệt kê và danh sách ngắn, Bộ câu hỏi và phỏng vấn chuyên gia Các mô hình này có thể cho kết quả nhanh nhưng đòi hỏi xây dựng danh mục rủi ro chi tiết và lựa chọn chuyên gia phù hợp

3.7 Khung quản lý rủi ro các công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

Các nội dung liên quan

đến nhận dạng và phân loại

rủi ro đã được thảo luận ở các

chương trước của Luận án

Chương này tập trung trình

bày các nội dung phân tích rủi

ro và lập kế hoạch ứng phó rủi

ro, từ đó làm cơ sở để phát

triển phương pháp học máy

Machine Learning ứng dụng

trong các dự án cầu trên

đường ô tô cao tốc cụ thể với

nhiều ưu điểm nổi bật để khắc

phục các khó khăn còn tồn tại

Hình 3.2 Khung rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc

3.8 Kết luận Chương 3

Chương 3 đã nhận dạng các rủi ro kỹ thuật công trình cầu trên đường cao tốc

tập trung trong giai đoạn thi công và giai đoạn vận hành khai thác: 18 nhóm rủi ro và mức

độ ảnh hưởng trong giai đoạn thi công, 15 nhóm rủi ro giai đoạn vận hành khai thác cầu đường cao tốc từ tổng hợp nghiên cứu và kết quả khảo sát thực tế dự án tại Việt Nam

Phân tích các rủi ro kỹ thuật và chỉ rõ các mức độ ảnh hưởng cả ở tiêu chí định tính và định lượng, đánh giá, phân tích rủi ro kỹ thuật thực tế công trình cầu tại một số tuyến đường cao tốc ở Việt Nam hiện nay

Luận án đã đề xuất mô hình F-AHP và mạng nơ ron áp dụng cho việc nhận dạng và đánh giá các rủi ro công trình cầu trên đường cao tốc ở Việt Nam

Từ nhận dạng và phân tích rủi ro có thể đề xuất các giải pháp hiệu quả để kiểm soát và hạn chế các rủi ro kỹ thuật: đề xuất 4 cấp độ rủi ro kết hợp 5 cấp độ xác suất để đưa ra 4 mức độ ứng phó và các nguyên tắc ứng phó rủi ro, giải pháp quản lý rủi ro cho cầu đường cao tốc

Từ nghiên cứu nhận dạng và đánh giá rủi ro công trình cầu có thể đề xuất các giải pháp hiệu quả để kiểm soát và hạn chế các rủi ro trong các dự án với những đặc thù riêng, đặc biệt là những rủi ro kỹ thuật xảy ra trong giai đoạn thi công dự án cũng như khi vận hành khai thác Tuy nhiên, phân tích dự báo rủi ro vẫn còn những hạn chế nhất định Do vậy việc tiếp tục nghiên cứu dựa trên các nghiên cứu đã có là rất cần thiết đặc biệt với sự hỗ trợ của trí thông minh nhân tạo Trong chương 4 của Luận án sẽ tập trung phát triển phương pháp học máy Machine Learning ứng dụng cho các cầu trên đường ô tô cao tốc cụ thể trong giai đoạn vận hành khai thác với nhiều ưu điểm nổi bật để khắc phục những khó khăn còn tồn tại của các mô hình đã nghiên cứu để đánh giá, dự báo rủi ro kỹ thuật công trình

CHƯƠNG 4:

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN MACHINE LEARNING VÀ ỨNG DỤNG TRONG

QUẢN LÝ RỦI RO CÁC CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC

TRONG VẬN HÀNH KHAI THÁC 4.1 Sự cần thiết của việc ứng dụng ML/AI trong quản lý rủi ro để nâng cao năng lực công tác bảo trì công trình cầu trên đường ô tô cao tốc

Quản lý rủi ro là yếu tố cốt lõi để đảm bảo an toàn và bền vững của hệ thống cầu - đường ô tô cao tốc Trong bối cảnh hiện nay, ứng dụng trí tuệ nhân tạo và học máy (AI/ML)