EnglishWSP Finland hướng tới các phương pháp thiết kế tiên tiến để tối ưu hóa thiết kế cầu thép và bê tông một cách hiệu quả. Chính vì vậy họ đã chọn sử dụng khả năng mô hình hóa 3D của Tekla Structures trong nhiều dự án cầu và đặt mục tiêu sử dụng phần mềm này 100% trong vài năm tới.
Bridge design là một trong những lĩnh vực chuyên môn mà WSP Finland được biết đến nhiều nhất. Công ty phát triển các giải pháp và thiết kế cầu, từ các công trình lớn đến nhỏ, và được coi là chuyên gia hàng đầu Phần Lan trong việc phát triển công nghệ thiết kế 3D. Các minh chứng cho điều này bao gồm các sự hợp tác với các trường đại học và doanh nghiệp.
Theo Antti Karjalainen, Quản lý Phát triển CNTT tại WSP Finland, mô hình hóa 3D là bước phát triển tất yếu của ngành. “3D modeling trong xây dựng giống như việc chuyển từ máy đánh chữ sang xử lý văn bản,” ông dẫn chứng. “Chúng tôi nhắm đến các phương pháp tiên tiến để thiết kế cầu hợp lý và tối ưu cả về thép lẫn bê tông, bao gồm cả giám sát cầu, tác động gió và phân tích dao động. Đó là lý do chúng tôi đã chọn tận dụng khả năng mô hình hóa 3D của Tekla Structures trong nhiều dự án cầu và đặt mục tiêu sử dụng phần mềm 100% trong vài năm tới.”
Lợi ích từ công nghệ mới và chia sẻ mô hình
Có nhiều công nghệ mới để áp dụng khi tạo mô hình thông tin công trình (BIM) cầu, chẳng hạn như quét laser, và nhiều cách để khai thác từ loại mô hình 3D tiên tiến này. Dữ liệu xây dựng có trong mô hình có giá trị cho nhiều bên tham gia dự án, ví dụ như nhà thầu và các nhà thầu phụ. Mô hình có thể dùng để nhập và xuất các phép đo và kích thước, và thông qua quét laser, tạo mô hình cơ sở để tăng tốc cải tạo các cầu cũ, chẳng hạn.
“Là đơn vị tiên phong trong thiết kế và mô hình cầu 3D, chúng tôi đóng góp phần mình để vượt qua các thách thức của ngành,” Karjalainen chia sẻ. “Kết quả đã bắt đầu rõ nét khi một số nhà thầu tại Phần Lan đã ‘thấy rõ lợi ích’ – tức họ nhận ra giá trị gia tăng từ việc mô hình hóa các kết cấu.”
Sáng kiến và kết quả nghiên cứu hỗ trợ mô hình 3D
Từ 2001 đến 2003, dự án ‘Intelligent Bridge’ là một trong những sáng kiến đầu tiên tạo ra quy trình thiết kế cầu hiện đại, có sự tham gia của WSP Finland và Tekla. Mục tiêu là phát triển phương pháp thiết kế 3D cho cầu bê tông và kết nối mô hình thiết kế với dữ liệu đo hiện trường. Một khái niệm thiết kế mới cho cầu bê tông 3D đã được phát triển và thử nghiệm sơ bộ. Phương pháp làm việc 3D được đánh giá mang lại lợi ích cho cả thiết kế cầu và đo đạc hiện trường. Ngoài ra, các ảnh hưởng và lợi ích cho các chức năng kỹ thuật cầu cũng được đánh giá và phát triển các công cụ CAD để so sánh yêu cầu độ chính xác.
Nhiều kết quả nghiên cứu từ Đơn vị Công nghệ Xây dựng thuộc Đại học Oulu từ năm 2005 đã chứng minh trực quan 3D là công cụ toàn diện cho thiết kế cầu. Việc trực quan hóa tốt nhất tạo điều kiện cho quy trình thiết kế trở nên hiệu quả hơn. Việc tích hợp sâu giữa quy trình trực quan hóa, công cụ CAD và phương pháp thiết kế là điều cần thiết.
Tekla Structures là một trong các giải pháp phần mềm và các dự án cầu của WSP là ví dụ nghiên cứu. Làm việc trong không gian 3D đã được chứng minh giảm lỗi thiết kế và cải thiện năng suất lao động. Quan trọng hơn, là khả năng kết nối trực tiếp mô hình với dữ liệu đo 3D thực tế của hiện trường. Điều này loại bỏ sai sót do con người và chuyển đổi định dạng dữ liệu.
Từ 2005, “5D Bridge Consortium” là diễn đàn trao đổi và phát triển, nối tiếp dự án Intelligent Bridge. Mục tiêu là sử dụng thông tin vượt ra ngoài ba chiều, qua từng giai đoạn của quy trình thiết kế và thi công cầu. Các công cụ bao gồm quét laser 3D, GPR và Tekla Structures cùng phần mềm tương thích khác. Có khoảng 10 dự án thí điểm sử dụng 5D cho cầu đường bộ và đường sắt, và công việc chứng minh lợi ích vẫn tiếp tục. Theo kết quả mới nhất, thiết kế cầu 3D ngày càng trở nên phổ biến. Nhiều bên quan trọng trong ngành cũng bày tỏ quan tâm tham gia consortium.
Lợi ích đã được chứng minh qua dự án thí điểm
Cầu đường sắt cao nhất thế giới bắc qua sông Chenab tại Ấn Độ đang được xây dựng. Do địa hình và khí hậu khắc nghiệt, việc thi công là thách thức về tiến độ, kỹ thuật và hậu cần. WSP Finland được chỉ định là đơn vị thiết kế chính cho kết cấu thép ấn tượng này và quyết định sử dụng phần mềm Tekla Structures để hoàn thành dự án. Phương pháp thiết kế tiên tiến đã mang lại hiệu quả và tối ưu hóa cho dự án tiên phong này. Tekla Structures có bộ công cụ kết nối đa dạng và khả năng kiểm tra va chạm tự động giúp phát hiện sớm các xung đột.
“Luôn có lợi khi thiết kế thép bằng mô hình,” Pekka Pulkkinen, Trưởng đơn vị cầu WSP Finland, chia sẻ. Cầu Chenab là thách thức lớn về hậu cần do địa hình hiểm trở và đường xá kém. Tekla Structures giúp tổ chức vật liệu tấm thép tốt hơn cho hậu cần. Phần mềm cũng hỗ trợ việc phê duyệt kế hoạch từ các cơ quan địa phương: mô hình 3D trực quan chính xác dễ trình bày hơn so với bản vẽ 2D. Ngoài ra, có yêu cầu đặc biệt như điều chỉnh nhiệt độ (thép +20ºC, bê tông 0ºC). Với bê tông cốt thép, giằng, các cấu kiện và khối đúc dễ thực hiện trong Tekla Structures. Nhờ độ chính xác hình học và hệ tọa độ ổn định, kết quả luôn đúng như mong đợi.
Cầu depot Varikko tại Kajaani, Phần Lan, là công trình nâng cấp nơi phần cũ rộng ra của cấu trúc cầu đã bị phá dỡ cùng với depot bên dưới cầu, coi là phần tích hợp của cầu. Đây là cầu bê tông cốt thép có hình học cong ngang và tiết diện ổn định. Cầu có nhịp dài 15,3+14,8+14,8+11,0+8,3 m, rộng sử dụng khoảng 15,4 m. Cấu trúc bê tông được mô hình đầy đủ trong Tekla Structures, bao gồm cả móng đế và các phần của cấu trúc hiện có để liên kết với cấu trúc mới. Khi tạo mô hình hình học, dữ liệu thu được từ quét laser được dùng để xác định vị trí mô hình trong hệ tọa độ mặt bằng và vị trí chính xác so với cấu trúc hiện hữu. Việc mô hình phần bê tông cong trên đỉnh không gặp trở ngại, nhưng phần gia cố yêu cầu phát triển thêm để giúp nhóm thép chịu lực uốn theo đường cong.
Theo WSP Finland, mô hình hóa móng, cấu trúc nền và gối trung gian rất dễ và nhanh, bao gồm bê tông và gia cố. “Trong các giai đoạn xây dựng khác nhau, hình học cầu được đo nhiều lần, và kết quả được so sánh với mô hình Tekla,” Karjalainen chia sẻ. “Cùng lúc đó, chúng tôi dùng mô hình để đo chất lượng đạt được về hình học. Từ đó thấy rằng kết hợp mô hình với phương pháp đo hiện đại là cách làm hiệu quả. Chúng tôi tin rằng sẽ tiếp tục được sử dụng nhiều hơn trong tương lai gần.”
WSP Finland đã thiết kế cầu đường sắt Madekoski ở Oulu, Phần Lan bằng cách mô hình 3D trong Tekla Structures vào năm 2006. Cầu Madekoski là cầu đắp dầm bê tông ba nhịp liên tục rộng 7,2 m. Phần trên dựa trên cọc ống thép composite thông qua các chi tiết kết nối thép. Cầu được xây dựng bằng phương pháp đúc sẵn phần mặt cầu bên cạnh đường ray và dùng kích thủy lực để đẩy vào vị trí cuối cùng trong thời gian đường sắt tạm dừng (khi dừng tàu và cấp điện) và gắn trên cọc đã đóng qua đắp đường ray. Các cọc ống thép ở nhịp cuối và nhịp giữa được đóng qua đắp đường ray và cắt đến mức thấp hơn đường nền trong thời gian đường ray tạm dừng. Antti Karjalainen chia sẻ: “Khi nâng hoặc chuyển cấu trúc cầu đã xây, yếu tố quan trọng là đảm bảo nó phù hợp với móng hiện có. Để đảm bảo khớp chính xác, chúng tôi thường so sánh kích thước thi công thực tế với mô hình Tekla chính xác.”
Việc xây dựng cầu Crusell ở Helsinki, Phần Lan, dự kiến bắt đầu vào mùa xuân 2008. Đối với dự án này, thành phố Helsinki yêu cầu sử dụng mô hình để đảm bảo đo đạc chính xác. “Dự án có thách thức, bao gồm mặt cầu đổ tại chỗ bê tông, nhưng đáng đầu tư vào mô hình,” ông Karjalainen cho biết.
Cầu Crusell là cầu dây văng bất đối xứng với hai nhịp. Tekla Structures được sử dụng để thiết kế phần thép và bê tông, cũng như tường chắn hỗ trợ trên đắp bờ. Nhịp cầu dài 92,0 + 51,5 m với lối đi rộng dành cho thuyền nhỏ ở nhịp chính. Chiều cao thông hành là 2,8 m tại cầu đi bộ bên bờ. Hệ thống dây cáp là loại có độ dốc bất đối xứng, dây ở nhịp sau dốc hơn dây nhịp trước. Tháp cột cầu nghiêng 11 độ về phía sau.
Giải quyết thách thức tương lai cùng nhau
Theo Matti Mannonen, Giám đốc Điều hành WSP Finland, xu hướng rất rõ ràng: “Để triển khai giải pháp mang lại lợi ích thương mại cho khách hàng, chúng tôi cần giữ vững vị thế tiên phong về đổi mới kỹ thuật. Mô hình hóa 3D đang trở thành yếu tố bắt buộc cho kết cấu thép ngày nay, và những thách thức về bê tông đang được giải quyết nhanh chóng. Không có nghi ngờ rằng chúng tôi sẽ chuyển sang sử dụng mô hình 3D cho toàn bộ thiết kế cầu trong vài năm tới.”
Trong quan điểm của Antti Karjalainen, việc sử dụng Tekla Structures để mô hình kết cấu cầu là lợi thế lớn trong việc thuyết phục khách hàng về các quyết định thiết kế. “Mô hình không còn là ‘hiệu ứng lan truyền’ mà thực sự mang lại chất lượng tốt hơn, từ đó đem đến giá trị cao hơn cho các công ty tham gia và toàn ngành,” Karjalainen nói. Việc phát triển phần mềm tập trung hơn vào thiết kế cầu sẽ cần bổ sung các công cụ chuyên dụng và thư viện chi tiết, nhưng điều này có thể đạt được thông qua hợp tác chặt chẽ. “Mô hình hóa rất linh hoạt với Tekla Structures,” Karjalainen chia sẻ. “Hình học cầu thường phức tạp hơn các cấu trúc khác, vì vậy việc hoàn thành công việc như thế này không thể thực hiện nếu thiếu mô hình 3D chính xác và hiệu quả.” Đội dự án WSP đặc biệt hài lòng về sự giảm rõ rệt lỗi thiết kế khi sử dụng Tekla Structures.
“Khi BIM đã chứng minh mang lại lợi ích lớn trong lĩnh vực xây dựng, chúng tôi kỳ vọng sẽ có một cuộc cách mạng trên thị trường hạ tầng,” Thomas Grönholm, Giám đốc Kinh doanh Phân khúc Tekla Building and Construction, chia sẻ. “Giá trị của một mô hình Tekla hoàn chỉnh là rất lớn, không chỉ là công cụ kỹ thuật hiệu quả và chất lượng cao, mà còn là nguồn thông tin thực tế quan trọng cho nhà thầu và chủ dự án về kích thước, vật liệu, cốt thép, tiến độ dự án… ”
“Một bước đi trong hướng này là dự án phát triển gần đây, nơi dữ liệu thô có thể được đọc trực tiếp từ phần mềm kỹ thuật giao thông như Tekla Xstreet vào Tekla Structures,” ông tiếp tục. “Dựa trên thông tin này, nhà thiết kế cầu có thể mô hình các phương án 3D để mời thầu trong thời gian rất ngắn. Trong tương lai, chúng ta sẽ thấy mô hình kết cấu bao gồm hoặc liên kết đến thông tin cho toàn bộ vòng đời công trình, bao gồm cả thông tin hoàn công, cải tạo và bảo trì.”
“Việc hợp tác chặt chẽ và tích cực với WSP mang lại lợi ích cho cả hai công ty,” Grönholm nói. “Mặc dù chúng tôi trước mắt chủ yếu làm việc với WSP Finland, nhưng chúng tôi rất mong chờ hợp tác sâu rộng với người dùng và tương lai của Tekla Structures ở các văn phòng WSP trên toàn cầu.”
Dự án cầu ứng dụng Tekla Structures
-
Cầu Chenab tại Ấn Độ – cầu đường sắt cao nhất thế giới: nhờ Tekla Structures, nhiều vấn đề từ hậu cần đến điều chỉnh nhiệt độ và xin phép địa phương đã được xử lý hiệu quả.
-
Cầu depot Varikko tại Kajaani, Phần Lan – cầu cải tạo: cấu trúc bê tông đã được mô hình đầy đủ trong Tekla Structures, bao gồm cả móng và các phần của cấu trúc cũ được nối với cấu trúc mới.
-
Cầu đường sắt Madekoski tại Oulu, Phần Lan – được thiết kế bằng cách mô hình trong Tekla Structures.
-
Cầu Crusell tại Helsinki, Phần Lan – cầu dây văng bất đối xứng hai nhịp: Tekla Structures được sử dụng để thiết kế phần thép, bê tông và tường chắn hỗ trợ trên bờ.
Nguồn: Tekla
