Xây dựng đường sắt cao tốc: Kinh nghiệm quốc tế và bài học cho Việt Nam:Bài cuối: Khai thác và vận hành - mảnh ghép cuối quyết định thành công

Trên thế giới, một số mô hình đã chứng minh thành công trong tổ chức vận hành đường sắt cao tốc, để lại nhiều bài học giá trị về ứng dụng công nghệ, nhân lực, quản lý rủi ro và khai thác thương mại.

An toàn là trên hết

Giáo sư Bent Flyvbjerg (Đại học Oxford, Anh) cho rằng: “Sự thành công của một hệ thống đường sắt cao tốc không đo bằng tốc độ tối đa, mà bằng mức độ vận hành an toàn, hiệu quả kinh tế và khả năng tích hợp với đời sống đô thị". Rõ ràng, an toàn là yếu tố sống còn trong vận hành đường sắt cao tốc - vốn có tốc độ vượt trội, đòi hỏi độ chính xác và kiểm soát cực cao.

Trên thế giới, các quốc gia sở hữu mạng lưới đường sắt cao tốc phát triển đều xây dựng các cơ chế quản lý an toàn rất nghiêm ngặt và đa lớp, từ kỹ thuật, vận hành đến giám sát độc lập. Shinkansen của Nhật Bản từ khi khai trương (năm 1964) đến nay, chưa từng xảy ra tai nạn chết người do lỗi kỹ thuật. Shinkansen cũng nổi tiếng với hệ thống kiểm soát tự động hoàn toàn (ATC), cùng mạng lưới bảo trì định kỳ và theo dõi trạng thái thời gian thực.

Tiến sĩ Kanji Watanabe (Đại học Tokyo) cho rằng, điều quan trọng nhất trong vận hành Shinkansen không phải là tốc độ, mà là độ chính xác, an toàn tuyệt đối và lòng tin của công chúng. Chính phủ Nhật Bản thậm chí thiết lập một cơ quan chuyên trách để giám sát tuân thủ an toàn đường sắt, hoạt động độc lập với các doanh nghiệp vận hành; đồng thời duy trì chuẩn đào tạo kỹ sư và nhân viên rất cao, kết hợp giữa kinh nghiệm thực tế và mô phỏng.

Trung Quốc lại áp dụng mô hình kết hợp giữa giám sát nhà nước và kiểm tra chéo nội bộ. Bộ Giao thông vận tải Trung Quốc ban hành tiêu chuẩn an toàn bắt buộc và áp dụng hệ thống ERTMS/CTCS - một biến thể của tiêu chuẩn châu Âu giúp quản lý lưu lượng tàu hiệu quả và an toàn ở tốc độ 300-350km/giờ. Trung Quốc cũng tổ chức đánh giá rủi ro định kỳ hệ thống đường sắt cao tốc với hệ thống đánh giá đa cấp theo thời gian thực.

Để bảo đảm an toàn, Pháp và các nước châu Âu vận hành đường sắt cao tốc theo mô hình tách biệt giữa hạ tầng và khai thác. Các cơ quan giám sát độc lập như EPSF (Pháp) hay ERA (EU) có nhiệm vụ phê duyệt công nghệ, tiêu chuẩn tàu và điều kiện vận hành trước khi bất kỳ đoàn tàu nào được đưa vào sử dụng.

Trong khi đó, vụ tai nạn năm 2011 trở thành bước ngoặt trong phương thức bảo đảm an toàn đối với đường sắt cao tốc ở Hàn Quốc, khi chuyển hướng mạnh mẽ sang mô hình quản trị chủ động dựa trên dữ liệu và công nghệ, thay vì chỉ phản ứng sau sự cố như trước đây.

Bảo trì tàu và ray là yếu tố sống còn

Bảo đảm an toàn cho tàu cao tốc có đóng góp lớn từ công tác bảo trì, bảo dưỡng tàu. Đây không chỉ là yêu cầu kỹ thuật mà còn là yếu tố sống còn, cần được đầu tư bài bản và tự động hóa cao, để duy trì hiệu suất khai thác và hiệu quả kinh tế dài hạn.

Hầu hết toa tàu cao tốc hiện đại sử dụng hệ thống giám sát tình trạng thiết bị theo thời gian thực (CBM). Nhật Bản là quốc gia tiên phong với chương trình kiểm tra định kỳ cực kỳ nghiêm ngặt. Tàu Shinkansen được kiểm tra sau mỗi 250.000km và phải đại tu định kỳ sau 1,2 triệu km.

Trong khi đó, Trung Quốc tận dụng dữ liệu lớn (Big Data) và trí tuệ nhân tạo (AI) trong phân tích nguy cơ hỏng hóc. Mỗi đoàn tàu được gắn cảm biến để ghi nhận rung động, nhiệt độ, âm thanh..., phục vụ mục tiêu bảo trì dựa trên dữ liệu.

Pháp còn vận dụng cơ chế bảo trì tàu dựa trên phân tích dữ liệu thay vì hiện tượng phát sinh, qua đó giảm tiêu thụ năng lượng và tiếng ồn trong suốt vòng đời các đoàn tàu cao tốc...

Để gia tăng hiệu quả bảo trì, nhiều quốc gia đã kết nối chia sẻ dữ liệu vận hành giữa nhà quản lý hạ tầng và đơn vị khai thác tàu qua nền tảng kỹ thuật số trung tâm, nhằm bảo đảm phối hợp nhanh chóng khi có dấu hiệu bất thường.

Phân tách vận hành - hạ tầng để tăng hiệu suất khai thác

Với chi phí đầu tư ban đầu lớn, hiệu suất khai thác luôn là bài toán sống còn trong vận hành đường sắt cao tốc. Đó không chỉ là chuyện tăng chuyến hay lượng hành khách, mà còn là tối ưu hóa vốn đầu tư, giảm thời gian chết kỹ thuật, cải thiện vòng quay toa tàu và kéo dài vòng đời hạ tầng.

Ở góc độ vĩ mô, nhiều nước ứng dụng mô hình tách biệt giữa chủ đầu tư hạ tầng (chính phủ hoặc đơn vị công lập) và đơn vị vận hành thương mại (doanh nghiệp). Điều này giúp nhà khai thác tập trung vào dịch vụ, còn nhà nước bảo đảm chất lượng hạ tầng và tính công bằng trong phân bổ quyền sử dụng đường ray.

Mô hình này được Pháp triển khai từ năm 1981 với tuyến TGV đầu tiên (Paris - Lyon). Công ty đường sắt quốc gia Pháp (SNCF) đã phân tách đơn vị quản lý hạ tầng (SNCF Réseau) và đơn vị vận hành tàu (SNCF Voyageurs). Nhờ đó, Pháp tăng cường khả năng cạnh tranh vận tải, đặc biệt sau khi châu Âu mở cửa cho tư nhân hóa ngành đường sắt.

Tương tự, Tây Ban Nha, với tuyến AVE, nổi bật trong việc cho phép nhiều nhà vận hành (như Renfe, Iryo, Ouigo...) chia sẻ cùng một hạ tầng. Theo báo cáo của Cơ quan đường sắt châu Âu năm 2024, mô hình vận hành đa nhà khai thác tại Tây Ban Nha đã giúp giá vé giảm trung bình 25% và lượng khách tăng gần 40% trong 2 năm.

Về vận hành, hệ thống Shinkansen của Nhật Bản nổi tiếng không chỉ vì đúng giờ mà còn bởi mật độ khai thác cực cao. Nhờ vào ứng dụng mô hình phân tích luồng hành khách và hành vi tiêu dùng, các hãng khai thác tàu có thể lên lịch trình linh hoạt. Ngay trong khung giờ cao điểm, hệ thống vẫn có thể duy trì 3-5 phút một chuyến, bảo đảm không tắc nghẽn và không gây hao mòn ray bất thường.

Trung Quốc là trường hợp hiếm hoi cho phép tàu hàng tốc độ 160-200 km/giờ trên các tuyến đường sắt cao tốc vào ban đêm, giúp tăng doanh thu từ hạ tầng, đặc biệt tại những tuyến chưa khai thác hành khách tối ưu. Dĩ nhiên, điều này đòi hỏi sự phân luồng cực kỳ chính xác và hệ thống tín hiệu tiên tiến. Tại Đức, lịch chạy tàu cao tốc còn được điều phối sát với giờ làm việc, giờ cao điểm của từng thành phố lớn.

Cùng với tối ưu hiệu suất khai thác, đa dạng hóa mô hình kinh doanh ngoài vé tàu giúp tăng hiệu suất tài chính. Nhật Bản là nước tiên phong trong mô hình “rail + real estate” - tức đầu tư bất động sản quanh ga, cho thuê mặt bằng thương mại, bán vé trọn gói kèm dịch vụ du lịch… Trung Quốc hiện đẩy mạnh phát triển các tổ hợp đô thị vệ tinh quanh ga cao tốc để gia tăng lượng hành khách thường xuyên cho đường sắt.

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo

Trong bối cảnh toàn cầu bước vào kỷ AI, ngành đường sắt cao tốc không đứng ngoài cuộc, đã vận dụng hiệu quả AI trong quản lý giao thông và điều phối tàu.

Nhật Bản với hệ thống Shinkansen dày đặc, từ lâu đã áp dụng thuật toán học máy để dự đoán nhu cầu hành khách theo mùa, thời tiết hay sự kiện xã hội. Cùng với điều động các chuyến tàu linh hoạt, hệ thống điều phối còn tự động điều chỉnh tốc độ tàu trong thời gian thực để tối ưu hóa lưu lượng, hạn chế tắc nghẽn và tiết kiệm năng lượng.

Ở Trung Quốc, các tuyến cao tốc mới được trang bị trung tâm điều khiển AI tích hợp với dữ liệu từ cảm biến trên tàu, ray, cầu và nhà ga. Khi có bất thường - ví dụ rung lắc, tăng nhiệt ray, hay tín hiệu bất ổn, hệ thống AI có thể phân tích, cảnh báo và đề xuất hướng xử lý nhanh hơn nhiều so với mô hình truyền thống. Số hóa toàn diện cũng giúp tỷ lệ đúng giờ năm 2024 của đường sắt cao tốc Trung Quốc đạt 98,6% (theo Bộ Giao thông vận tải Trung Quốc), với chi phí vận hành giảm dần theo từng năm.

Siemens Mobility, trong một báo cáo năm 2024, đã nhấn mạnh việc ứng dụng AI giúp giảm thời gian ngưng vận hành vì lỗi kỹ thuật đến 30% ở một số tuyến tại châu Âu.

Mặc dù còn gây tranh cãi, các công cụ AI cũng đang được sử dụng để quản lý hành khách thông minh: Từ nhận diện khuôn mặt trong kiểm soát an ninh, phân luồng người đi lại trong nhà ga, đến dự đoán hành vi tiêu dùng để tối ưu hóa bố trí thương mại và dịch vụ. Singapore, Hàn Quốc, Ấn Độ là những nước đi đầu sử dụng AI để phân tích hình ảnh camera, phát hiện sớm các hành vi bất thường hoặc rủi ro an ninh.

Tất nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cho các hệ thống AI và tự động hóa là không nhỏ, đòi hỏi chính phủ và doanh nghiệp vận hành có tầm nhìn dài hạn. Việc chuyển đổi nhân sự từ vận hành thủ công sang mô hình công nghệ cao cũng cần chính sách đào tạo, chuyển đổi số và xây dựng văn hóa tổ chức linh hoạt.

Nhìn chung, vận hành đường sắt cao tốc là một hệ sinh thái đòi hỏi chiến lược tổng thể và sự phối hợp chặt chẽ giữa công nghệ, con người và mô hình quản trị. Với các nước đang phát triển đường sắt cao tốc như Việt Nam, những bài học từ quốc tế sẽ là kim chỉ nam quan trọng, giúp việc đầu tư hạ tầng có thể phát huy tối đa hiệu quả.