"Chúng tôi luôn cố gắng tự mình thực hiện các chính sách nội bộ công ty về áp dụng công nghệ thông tin (ICT) thay vì nhờ một bên thứ ba triển khai, một phần do chúng tôi sở hữu nguồn nhân lực trẻ."

Do đó, chẳng hạn, nếu cần thiết phải có phần mềm, tùy chọn mới hoặc máy tính làm việc hiệu suất cao để vận hành phần mềm, các yêu cầu đó sẽ nhanh chóng được đề xuất với cấp trên. Ông Hayato Ukai, Trưởng phòng Thiết kế kết cấu tại trụ sở chính Tokyo cho biết, công ty đã đưa vào sử dụng gần như toàn bộ các phần mềm về thiết kế cầu của FORUM8 (loạt phần mềm thiết kế UC-1), do đó bất kỳ thiết kế cầu nào họ cũng có thể xử lý được. Hiện tại, công ty đang thúc đẩy tự động hóa quy trình bằng robot (RPA) và trí tuệ nhân tạo (AI) vào thiết kế, đồng thời phát triển, sử dụng công nghệ khảo sát 3D và xây dựng môi trường BIM/CIM, trong khi vẫn chú trọng hoàn thành tốt yêu cầu của khách hàng.

Ông Kenta Tanaka, Ban quản lý Văn phòng Công trình thủy Hokkaido, Chi nhánh Hokkaido cho rằng xu thế những năm gần đây trong dựng bản vẽ là chuyển đổi từ CAD 2D - vốn phổ biến trước đây - sang CAD 3D, đồng thời áp dụng CIM từ bước thiết kế chi tiết. Công ty chú trọng áp dụng CIM ngay từ giai đoạn đầu thiết kế sơ bộ quy hoạch hoặc thiết kế cơ sở, nhằm tăng hiệu quả làm việc và chất lượng thiết kế. Khả năng sử dụng các công cụ trong CIM rất quan trọng, do đó công ty cũng chú trọng mảng đào tạo công nghệ.

Nhân vật trong chủ đề lần này là Phòng Thiết kế kết cấu tại trụ sở Tokyo, đơn vị tham gia vào công việc thiết kế cầu chủ yếu ở khu vực miền đông Nhật Bản và Văn phòng Công trình thủy Hokkaido ở tỉnh Hokkaido, đơn vị phụ trách công việc thiết kế các công trình tại các sông ở tỉnh Hokkaido có trụ sở tại thành phố Sapporo (Nhật Bản), đều trực thuộc Công ty CTI Engineering. Cả hai đơn vị đã sử dụng các phần mềm thiết kế thuộc chuỗi phần mềm thiết kế UC-1 của FORUM8 trong nhiều năm, ngoài ra họ đã đưa vào sử dụng phần mềm phân tích phi tuyến tính động của tấm 3D "Engineer's Studio®" khoảng 10 năm trước. Công ty cũng bày tỏ quan tâm đến các công cụ thiết kế tham số (parametric tool) 3D mà FORUM8 đang phát triển.

	[Phòng Thiết kế kết cấu - Trụ sở chính Tokyo] Từ trái sang: Ông Takahiro Mitani, Taiki Yoshida, Lei Gyou, Hayato Ukai, và Masayuki Usui

Công ty CTI Engineering, khởi đầu là Phòng nghiên cứu xây dựng (Kensetsu Gijyutsu Kenkyujo) được thành lập năm 1945 với tư cách là đơn vị tư vấn xây dựng đầu tiên tại Nhật Bản. Năm 1963, Công ty Xây dựng Giken ra đời và được đổi tên thành như hiện tại vào năm kế tiếp. Từ chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực sông ngòi và công trình thủy từ khi thành lập, công ty đã dần mở rộng phát triển hoạt động kinh doanh đối với nhiều loại hình cơ sở hạ tầng, bao gồm cả đường bộ. Các kỹ sư tại 21 phòng ban được Bộ trưởng Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch chứng nhận tư cách tư vấn xây dựng. Công ty hiện có hai văn phòng chính tại Tokyo và Osaka trực thuộc trụ sở chính (Chuo-ku, Tokyo), 8 văn phòng chi nhánh tại Hokkaido, Tohoku, Hokuriku, Chubu, Chugoku, Shikoku, Kyushu và Okinawa, và tổng cộng 42 văn phòng trực thuộc trụ sở chính, các chi nhánh và Viện nghiên cứu Văn hóa Đất đai Quốc gia. Tính thêm 12 công ty con trong nước và nước ngoài thuộc tập đoàn, hiện cả tập đoàn đang có 3.500 kỹ sư chuyên nghiệp làm việc.

Phòng Thiết kế kết cấu thuộc trụ sở Tokyo phụ trách mảng công việc từ lập kế hoạch sơ bộ đến thiết kế cầu, chủ yếu tham gia thiết kế cầu xây mới thuộc tất cả các dạng kết cấu, cải tạo chống động đất cho các cây cầu hiện có, thiết kế bảo trì và sửa chữa, v.v., tập trung ở miền đông Nhật Bản. Mặc dù đa phần công việc liên quan đến Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản và chính quyền địa phương, những năm gần đây, công việc liên quan đến các dự án quy mô lớn như cầu nhịp dài, cầu vượt nút giao của các công ty đường cao tốc tư nhân cũng tăng lên. Để xử lý các điều kiện thiết kế phức tạp hơn, phòng đang xây dựng một hệ thống có sự hợp tác đến từ nhiều bộ phận để đề xuất được dạng kết cấu cầu tối ưu. Ngoài ra, phòng có rất nhiều kỹ sư trẻ, do đó phòng đang cố gắng duy trì môi trường tốt để họ có thể trao đổi với những người có kinh nghiệm, nhất là trong điều kiện làm việc từ xa đang phổ biến do dịch COVID-19.

Văn phòng Công trình thủy Hokkaido có 3 kỹ sư và một trợ lý, tham gia thiết kế các công trình thủy lợi như bờ đê, kè sông, kênh dẫn nước và các lưu vực chắn sóng, chủ yếu ở khu vực tỉnh Hokkaido, trong đó thiết kế chi tiết kênh dẫn nước (sluiceway) là công việc mà văn phòng đang xử lý chính. Trong năm tài chính 2019, văn phòng đã nhận được Giải thưởng Xây dựng Xuất sắc của Cục Phát triển Vùng Hokkaido (Giải thưởng từ lãnh đạo cục).

Phòng Thiết kế kết cấu trụ sở Tokyo có thâm niên sử dụng rất nhiều phần mềm FORUM8. Ông Ukai cho biết, nhân viên mới của công ty được đào tạo cách sử dụng các phần mềm của FORUM8 ngay sau khi gia nhập công ty để có thể sử dụng chúng ngay”.

Một kỹ sư cùng phòng, ông Futoshi Yoshida, nhắc đến 2 phần mềm ông thường sử dụng là "Pier Design / 3D bar arrangement" (phần mềm tính toán thiết kế trụ cầu) và "Abutment Design / 3D bar arrangement" (phần mềm tính toán thiết kế mố cầu) của chuỗi phần mềm thiết kế UC-1. Cả hai đều cho phép khai báo, hiển thị thông số kỹ thuật 3D trong phiên bản mới nhất, đồng thời hình dạng cấu trúc và dữ liệu kết cấu cốt thép được hiển thị trong không gian 3D một cách dễ hiểu dựa trên các giá trị tham số đã nhập. Đồng thời, phần mềm hỗ trợ phương pháp hệ số riêng phần theo tiêu chuẩn H29 (Nhật Bản), và ông cho rằng phần hướng dẫn chi tiết trong phần mềm là nguồn tham khảo hữu ích cho ông về phương pháp hệ số riêng phần mới được áp dụng. Ngoài ra, ông cũng đề cập rằng khi kết quả tính được đưa vào các phần mềm trên, xuất hiện một vài chỗ mà liên hệ giữa dữ liệu khai báo và kết quả tính ra không thể được theo dõi, do đó ông cũng hy vọng điều này sẽ được cải thiện. Ngoài công việc thiết kế mới cầu, phòng cũng phụ trách thiết kế gia cố chống động đất của những cây cầu hiện có, và có một vài trường hợp có khác biệt nhỏ giữa trình tự thiết kế mà họ đi theo và trình tự thi công tại công trình. Ví dụ, khi gia cố trụ cầu, bước khoan thêm cọc khoan nhồi cho phần móng trụ cầu được giả định thực hiện sau khi đã gia cố tường vây cho thân trên trụ cầu, tuy nhiên tại công trường, trình tự thực hiện lại ngược lại. Do đó, ông cho rằng sẽ tốt hơn nếu phần mềm phản ánh điểm đó trong bước thiết kế tính toán.

Từ lúc vào công ty năm 2010, Trưởng nhóm Hiroto Sasaki thuộc Văn phòng Công trình thủy Hokkaido cũng đã sử dụng các phần mềm thiết kế của FORUM8 trong quá trình thiết kế các công trình thủy. Tuy nhiên, đối với công trình kênh dẫn nước, ban đầu ông sử dụng nhiều phần mềm khác nhau, Excel hoặc công cụ riêng công ty tự phát triển để thiết kế các công trình trên kênh dẫn nước gồm cửa cống, vách ngăn, vách cánh, thân hộp, và công trình chắn nước. Ông nhớ lại rằng đó là một công việc tốn nhiều công sức vì vì các bước tính toán được thực hiện riêng lẻ, cần phải chỉnh sửa rất mất thời gian mỗi khi có thay đổi.

Sau khi chuyển sang Văn phòng Công trình thủy hiện tại, từ 5 năm trở lại đây ông có nhiều cơ hội sử dụng phần mềm "Flexible Structure Sluiceway 3D Bar Arrangement" (bố trí cốt thép cho cấu trúc kênh dẫn nước linh hoạt), do đó ông hiểu biết sâu sắc về phần mềm này hơn. Người dùng có thể nhập tất cả các điều kiện của công trình trên kênh dẫn nước vào một phần mềm để tính toán. Ví dụ, cấu trúc kênh dẫn nước gồm vách ngăn tiếp xúc với mặt bên của hộp nên cần phản ánh kết quả tính toán đối với cấu kiện này trong tính toán đối với các cấu kiện khác. Thay vì phải tính thủ công, phần mềm cho phép nhập kết quả tính toán đó chỉ trong một lần, vừa giúp tiết kiệm thời gian, vừa giảm thiểu sai sót của con người. Ngoài ra, cải tiến trên chức năng tạo bản vẽ 2D của phần mềm đã cho phép người dùng tạo sơ đồ bố trí kết cấu thép, sử dụng trong quá trình tính toán thiết kế sau đó. Qua thời gian thử - sai, phần mềm bây giờ là một công cụ hỗ trợ thiết kế đắc lực.

Năm 2007, dự thảo chỉ đạo kiểm tra hiệu quả chống chịu động đất yêu cầu khả năng chịu chuyển động nền đất (ground motion) cấp độ 2 đối với các công trình thủy lợi đã được xây dựng. Xét rằng hệ thống công trình đê, kè sông bao gồm nhiều công trình như đập ngăn nước, kênh dẫn nước, trạm bơm thoát nước, nên khi công ty tìm kiếm phần mềm phân tích FEM (phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn) thích hợp để tính toán phân tích và thể hiện kết quả dưới dạng 3D, Engineer's Studio® (ES) trở thành lựa chọn phù hợp. Lý do là vì ES sở hữu: 1) Khả năng tùy biến tốt cho phép xây dựng đa dạng hình dạng cấu trúc mô hình của các công trình trên sông, 2) Cho phép thẩm định thiết kế phù hợp với các tiêu chuẩn của công trình trên sông, tiêu chuẩn kỹ thuật của cầu đường bộ, và 3) Kết quả thiết lập khai báo, tính toán phân tích được hiển thị trực quan. Hiện ES là công cụ không thể thiếu đối với Văn phòng Công trình thủy Hokkaido để thiết kế chống chịu động đất cho các công trình đê, kè sông.

Mặt khác, phương châm của Phòng Thiết kế kết cấu trụ sở Tokyo là tự thực hiện công đoạn tính toán phân tích càng nhiều càng tốt, do đó họ sử dụng phần mềm ES thường xuyên. Trưởng nhóm Kodai Mitani lần đầu tiên sử dụng ES trong dự án thiết kế cải tạo chống động đất cho cầu vòm bê tông mà ông đã tham gia cách đây khoảng 7 năm. Mới gia nhập công ty được 3 năm, dù chưa biết gì về phần mềm nhưng ông đã có thể xây dựng một mô hình phân tích mới từ đầu. Quá trình tạo mô hình trực quan và kết quả phân tích động có thể được kiểm tra qua mô hình động, điều này đã giúp công việc của ông không nhàm chán. Trong dự án thiết kế cầu dây văng mới đây, ông đã xây dựng một mô hình phân tích sử dụng ES để nghiên cứu một cấu trúc phù hợp với môi trường xung quanh. Ngoài phân tích các cấu trúc phức tạp, ông đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh khi thay đổi hình dạng kết cấu đến chi tiết của trụ tháp, dầm cầu. Phần mềm cũng giúp việc thống nhất phương án thi công với chủ đầu tư thuận lợi hơn.

Văn phòng Công trình thủy Hokkaido, Chi nhánh Hokkaido sử dụng Engineer's Studio® để xây dựng mô hình cửa cống có kết cấu đặc biệt (trái), tính giá trị riêng (phải).

Giám đốc Văn phòng Công trình thủy Hokkaido Takashi Furuno cho biết, qua việc sử dụng phần mềm, ông "muốn nghiên cứu sâu hơn về cách sử dụng các công cụ này để đạt được hai mục tiêu là hiệu quả công việc và ngăn ngừa sai sót, đảm bảo chất lượng".

Trong tương lai, ngành xây dựng sẽ ngày càng yêu cầu áp dụng CIM nhiều hơn, và xu hướng của thiết kế là tính toán, phân tích trên các mô hình 3D. Ông Ukai cho rằng vấn đề là làm thế nào để tích hợp các kết quả tính toán thiết kế, bản vẽ 2D và các mô hình 3D liên quan một cách nhất quán. Để giải quyết vấn đề đó, FORUM8 đang phát triển công cụ thiết kế tham số 3D "3D Parametric Tool" và sẽ sớm phát hành trong năm nay.

Ngoài ra, phần mềm của FORUM8 được thiết kế để dễ khai báo với các giá trị thiết lập ban đầu gần với kết quả chính xác tương ứng, nên dù không có kiến thức chuyên ngành nhưng người dùng vẫn có thể nhập các thông số để cho ra kết quả tính toán chính xác ở một mức độ nhất định. Tuy nhiên, ông Sasaki chỉ ra rằng đó chỉ là một trong nhiều kết quả đúng về mặt tính toán, chứ chưa xét đến liệu thiết kế đó có phù hợp hay không.

"Vì vậy, cần xem những phần mềm tính toán kết cấu, bao gồm cả trong CIM, chỉ là những công cụ hỗ trợ. Nếu trông cậy quá mức vào các công cụ, kỹ năng của bạn sẽ dần mất đi. Tôi nghĩ rằng trước tiên cần xây dựng nền tảng kiến thức kỹ thuật chuyên môn của bản thân thật vững chắc trước khi đưa vào ứng dụng công nghệ thông tin."

[Văn phòng Công trình thủy Hokkaido - Chi nhánh Hokkaido] Từ trái sang: Ông Hiroto Sasaki, Takashi Furuno, và Kenta Tanaka