BẢN SAO SỐ CHO CẢNG BIỂN VIỆT NAM: PORTCOAST ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SỐ HÓA THỰC TẾ VÀ AI ĐỂ TÁI THIẾT KẾ VẬN HÀNH HÀNG HẢI
Tích hợp công nghệ số hóa thực tế (Reality Capture) vào nền tảng BIM-GIS cho cảng nông sản Bà Rịa - Vũng Tàu. Ảnh: Portcoast.
Trong bối cảnh Việt Nam đang nỗ lực để có thể tăng gấp đôi năng lực vận tải hàng hóa vào năm 2030, Portcoast đang góp phần định hình cách các cảng biển được quy hoạch, xây dựng và vận hành. Là một công ty tư vấn kỹ thuật, Portcoast tham gia vào toàn bộ vòng đời của các dự án hàng hải — ngoại trừ công đoạn thi công thực địa — từ khảo sát địa chất, phân tích tài chính đến thiết kế và hỗ trợ vận hành. Trong một buổi phỏng vấn độc quyền tại Hội nghị Người dùng Esri năm nay, ông TRẦN PHÚC MINH QUANG, Phó Tổng Giám đốc kiêm Giám đốc CNTT (CIO) của Portcoast, đã chia sẻ cách đội ngũ của ông sử dụng bản sao số 3D tương tác (immersive 3D digital twins) được hỗ trợ bởi ArcGIS, công nghệ số hóa thực tế và AI để giúp các khách hàng phát triển hệ thống cảng biển trên toàn quốc. Đối với bất kỳ ai làm việc trong lĩnh vực drone, dữ liệu không gian địa lý và hạ tầng thiết yếu, những công trình của Portcoast mang lại cái nhìn thực tế nhất về một bản sao số vận hành trông sẽ như thế nào khi bước ra khỏi các slide thuyết trình để đi vào thực tiễn tại các khu cảng.
Cảng biển - Động lực đổi mới sáng tạo quốc gia
Đường bờ biển dài của Việt Nam giúp thương mại hàng hải trở thành trung tâm trong chiến lược phát triển kinh tế, đồng thời biến ngành cảng biển thành một trong những trụ cột kinh doanh cốt lõi của quốc gia. Các cảng biển Việt Nam kết nối các trung tâm sản xuất trong nước với thương mại tuyến Nội Á và trực tiếp đến các thị trường Châu Âu, Bắc Mỹ thông qua các cửa ngõ nước sâu như Cái Mép – Thị Vải. Portcoast có gốc rễ từ một trong những tổ chức tư vấn và kỹ thuật sớm nhất thời hậu chiến dành riêng cho hệ sinh thái hàng hải này. Giờ đây, công ty đang đứng ở vị trí trung tâm của nhiều dự án phức tạp nhất.
Đối với ông Quang và các đồng nghiệp, cảng biển đã trở thành "trường thử nghiệm" cho trí tuệ hạ tầng thông minh (infrastructure intelligence) – giải pháp có thể mở rộng ra nhiều ngành nghề khác. Ngày nay, phạm vi hoạt động của công ty đã vươn xa hơn nhiều so với các tường kè hay bến cảng. Dựa trên năng lực cốt lõi về cảng biển, Portcoast đang áp dụng cùng một tập hợp công nghệ (stack) số hóa thực tế và tính toán không gian (spatial computing) này trên khắp các cơ sở hạ tầng thiết yếu. Điều này hỗ trợ quá trình chuyển đổi số cho các tuyến metro, hành lang đường sắt, bệnh viện và trường học.
Số hóa thực tế - Nền tảng cho Bản sao số (Digital Twins)
Số hóa thực tế đóng vai trò là xương sống trong chiến lược bản sao số của Portcoast. "Chúng tôi có các máy quét laser mặt đất (terrestrial laser scanners) – về bản chất là các máy quét tạo đám mây điểm (point cloud) đặt trên mặt đất, cùng với các tàu không người lái (USV)," ông Quang giải thích. Thay vì coi đây là các công cụ riêng lẻ, Portcoast tích hợp chúng vào một quy trình làm việc duy nhất để tạo ra các mô hình 3D đa nguồn, độ chính xác cao cho những địa hình phức tạp. Các thiết bị UAV thực hiện đo chụp ảnh không ảnh (photogrammetry) và quét Lidar từ trên cao để thu thập dữ liệu địa hình, công trình và thiết bị. Hệ thống quét di động được gắn trên các phương tiện giao thông để thu thập dữ liệu dọc theo các tuyến đường bộ và tuyến nội bộ. Các tàu USV tiến hành khảo sát các khu vực dưới nước và các khu vực gầm bến cảng phức tạp – nơi thợ lặn hoặc tàu có người lái khó tiếp cận. Drones thậm chí còn bay bên dưới các kết cấu bê tông để quét các bề mặt hướng lên trên mà lực lượng khảo sát truyền thống khó có thể vươn tới.
Tất cả dữ liệu đó đều được đưa vào hệ thống ArcGIS. Tại đây, các đám mây điểm (point clouds), lưới bề mặt 3D (meshes) và hình ảnh được căn chỉnh, làm sạch và xử lý để trở thành nền tảng địa lý không gian cho các mô hình Thông tin Công trình (BIM) cũng như các lớp dữ liệu vận hành. Kết quả là tạo ra một mô hình kỹ thuật số chi tiết, chính xác của từng công trình — vừa hỗ trợ hiệu quả cho khâu thiết kế kỹ thuật, vừa tối ưu hóa các quyết định vận hành hàng ngày.
Đội ngũ thiết bị số hóa thực tế đa nền tảng của Portcoast bao gồm hệ thống quét di động gắn trên xe, tàu không người lái (USV) trang bị sonar và iLiDAR, cùng các thiết bị bay không người lái (UAV) tích hợp camera độ phân giải cao. Ảnh: Portcoast.
BIM Và GIS: Từ Yêu Cầu Tuân Thủ Đến Lợi Thế Cạnh Tranh
Chính phủ Việt Nam đã và đang đẩy nhanh quá trình kỹ thuật số hóa cơ sở hạ tầng thiết yếu thông qua một chính sách thúc đẩy trên toàn quốc, trong đó chú trọng vào việc ứng dụng trong ngành xây dựng. “Một trong những động lực chính mà Chính phủ đang thúc đẩy là mô hình BIM,” ông Quang cho biết. Đối với các công trình xây dựng mới và các dự án nâng cấp lớn, bao gồm cả các dự án cảng biển, mô hình BIM 3D hiện đã trở thành yêu cầu bắt buộc để được phê duyệt thiết kế.
Portcoast đã sớm nắm bắt và đón đầu quy định này. “Chúng tôi thực hiện toàn bộ công tác thiết kế kỹ thuật trên mô hình BIM và 3D,” ông Quang chia sẻ. Điều làm nên sự khác biệt của công ty chính là cách họ kết nối các mô hình này với thế giới thực thông qua GIS. Dữ liệu số hóa thực tế (reality capture) cung cấp bối cảnh không gian thực địa của dự án, và mô hình BIM được đặt trực tiếp trên lớp bề mặt đó ngay bên trong nền tảng ArcGIS.
“Chúng tôi có thể hiểu rõ thiết kế của mình sẽ trông như thế nào trong thế giới thực… nhận biết sớm mọi vấn đề tiềm ẩn, các điểm cần tối ưu hóa hay bất kỳ sự xung đột (clash) nào với hiện trạng thực tế,” ông giải thích. Góc nhìn kết hợp này cho phép các kỹ sư và đơn vị vận hành đánh giá liệu các bến cảng, kho bãi hay tháp băng tải mới có kết nối liền mạch với hạ tầng và địa hình hiện hữu hay không trước khi tiến hành xây dựng.
Ứng Dụng Thực Tế Bản Sao Số Tại Cảng Nông Sản
Để minh họa cho sức mạnh của phương pháp tiếp cận này, ông Phúc đã mô tả dự án một cảng nông sản mà Portcoast đã hỗ trợ hiện đại hóa tại miền Nam Việt Nam. Tại cảng Bà Rịa – Vũng Tàu, đơn vị vận hành cần xây dựng thêm một kho bãi mới, đồng thời tối ưu hóa quy trình vận chuyển ngô và lúa mì từ tàu cập bến đi qua một mạng lưới phức tạp gồm các tháp chuyển tiếp, đường ống và băng tải.
Đội ngũ Portcoast bắt đầu bằng việc triển khai toàn bộ bộ công cụ số hóa thực tế của mình. Thiết bị bay không người lái (UAV) đã bay quét toàn bộ khu vực để tạo ra các đám mây điểm (point clouds) và lưới bề mặt (textured meshes); các máy quét laser mặt đất thực hiện nhiệm vụ ghi lại kiến trúc mặt đứng và trang thiết bị; trong khi các tàu không người lái (USV) tiến hành đo đạc địa hình đáy biển/sông (bathymetric) và khu vực gầm kết cấu của các công trình quan trọng. Toàn bộ dữ liệu này trở thành nền tảng không gian để xây dựng mô hình BIM chi tiết cho cảng biển và hệ thống bốc xếp hàng nông sản tại đây.
“Chúng tôi đã tạo ra mô hình 3D và xây dựng bản sao số (digital twin) dựa trên mô hình của toàn bộ cảng,” ông Quang nói. Bên trong ứng dụng ArcGIS, nhà vận hành cảng sau đó có thể thử nghiệm các phương án thiết kế khác nhau cùng các kịch bản vận hành thực tế.
“Họ muốn biết nên đặt các tháp chuyển tiếp ở đâu, nên mở rộng luồng băng tải như thế nào và làm sao để tối ưu hóa dòng luân chuyển của ngũ cốc,” ông giải thích.
Dữ liệu đo đạc địa hình đáy biển (bathymetric) được tích hợp với mô hình BIM và dữ liệu đám mây điểm 3D (3D point cloud) của một dự án cảng biển. Ảnh: Portcoast.
Các quy trình làm việc truyền thống trước đây sẽ phải phụ thuộc vào các bản vẽ 2D và bảng tính. Điều này khiến việc hình dung các đường băng tải mới giao cắt với các tuyến hiện hữu ra sao, hoặc sự thay đổi độ cao ảnh hưởng thế nào đến luồng hàng trở nên rất khó khăn. Nhờ có bản sao số, đội ngũ dự án có thể thấy rõ chiều cao và khoảng cách trong thực tế, ước tính thời gian vận chuyển từ tàu vào kho, đồng thời phát hiện các điểm xung đột tiềm ẩn với các kho bãi khác trước khi bắt đầu thi công.
Ông Quang gọi đây là “một ứng dụng rất tuyệt vời” vì nó đưa bản sao số thoát khỏi vai trò hiển thị trực quan đơn thuần để tiến tới sự tối ưu hóa vận hành thực sự. Kết quả là, cảng nông sản này không chỉ hoạt động hiệu quả hơn. Các mô phỏng theo nhận thức không gian (spatially aware simulations) đã giúp giảm thiểu rủi ro khi mở rộng và mang lại sự tin tưởng tuyệt đối cho các bên liên quan đối với các lựa chọn thiết kế của họ.
AI Và GeoAI: Mở Rộng Quy Mô Trí Tuệ Hạ Tầng Thông Minh
Trí tuệ nhân tạo (AI) chính là lớp công nghệ tiếp theo trong tập hợp giải pháp của Portcoast. Ông Quang đánh giá AI là yếu tố cốt lõi để xử lý và khai thác hiệu quả khối lượng dữ liệu khổng lồ thu thập được từ công nghệ số hóa thực tế trên khắp các đô thị và khu công nghiệp. "Chúng tôi đang chứng kiến những... khả năng kinh ngạc từ các mô hình AI," ông nhấn mạnh khi nhắc đến cả các mô hình ngôn ngữ lớn tổng quát lẫn các công cụ GeoAI của Esri tích hợp trong ArcGIS.
Các đội khảo sát truyền thống có thể mất nhiều tuần hoặc nhiều tháng để ghi nhận dữ liệu của các khu vực đô thị rộng lớn hay các khu công nghiệp. Nhưng với thiết bị UAV, Portcoast có thể thu thập toàn bộ dữ liệu của những khu vực đó một cách nhanh chóng. Quá trình này tạo ra các tập dữ liệu dày đặc bao gồm địa hình, tòa nhà, đường xá, thảm thực vật và các công trình hạ tầng kỹ thuật. Sau đó, AI sẽ can thiệp để tự động phân loại và trích xuất các đối tượng.
"Giờ đây chúng tôi có thể dễ dàng phân loại, nhận diện — ví dụ như các tầng cây xanh, ranh giới chân công trình (building footprints), vạch kẻ đường... nhanh hơn rất nhiều so với các phương pháp truyền thống," ông Quang chia sẻ. Thay vì các kỹ sư phải vẽ lại thủ công từng tòa nhà và tài sản, AI giờ đây đảm nhận phần lớn công việc, thường hoàn thành "khoảng 80% đến 90% khối lượng," giúp các chuyên gia con người tập trung vào khâu kiểm tra và tinh chỉnh chi tiết.
"Với lượng dữ liệu khổng lồ đó, việc áp dụng AI để hỗ trợ xử lý và khai thác dữ liệu một cách hiệu quả thực sự là một bước ngoặt lớn (game changer) đối với cộng đồng GIS chúng tôi," ông nói. Nói một cách ngắn gọn, sự giao thoa giữa GIS và AI giúp việc triển khai các bản sao số quy mô lớn trở nên thực tế thay vì chỉ là nguyện vọng trên lý thuyết.
Bản Sao Số Vươn Xa Hơn Thiết Kế: Cơ Hội Cho Quản Lý Vận Hành & Bảo Trì (O&M)
Hầu hết các dự án triển khai bản sao số hiện nay đều tập trung vào giai đoạn thiết kế và xây dựng. Tuy nhiên, ông Phúc tin rằng cơ hội lớn hơn nằm ở phía trước — trong giai đoạn Quản lý Vận hành và Bảo trì (O&M), nơi chiếm phần lớn chi phí của một dự án hạ tầng.
"Trong giai đoạn O&M đó, chúng tôi tin rằng việc số hóa sẽ mang lại lợi ích lớn nhất," ông khẳng định. Khi một công trình sở hữu mô hình BIM chất lượng cao được định vị chuẩn xác trong thế giới thực thông qua GIS, kết hợp với dữ liệu thời gian thực từ các cảm biến IoT, lưu lượng tàu thuyền và thông số từ xa của thiết bị, các đơn vị vận hành có thể bắt đầu sử dụng góc nhìn chung đó để điều phối công việc, lập kế hoạch và xử lý các sự cố theo thời gian thực.
Ông Quang hình dung rằng những lợi ích về tối ưu hóa, hiển thị trực quan và điều phối sẽ ngày càng rõ nét khi có thêm nhiều tổ chức xem bản sao số là công cụ làm việc hàng ngày cho các đội ngũ O&M, thay vì chỉ là các mô hình tĩnh dành cho nhà thiết kế. Mặc dù mới ở giai đoạn đầu, Portcoast quyết tâm trở thành một phần của làn sóng tiên phong, đưa bản sao số trở thành tiêu chuẩn vận hành thực tế tại các cảng biển và các hạ tầng thiết yếu khác.
Từ Vùng Duyên Hải Việt Nam Đến Các Dự Án Toàn Cầu
Mặc dù các công trình của Portcoast bắt nguồn từ Việt Nam, nhưng tầm ảnh hưởng của công ty đang ngày càng vươn ra toàn cầu. "Hiện tại, chúng tôi đang thực hiện rất nhiều dự án số hóa thực tế, không chỉ ở Việt Nam mà còn tại các quốc gia khác như Pakistan hay xa hơn là Panama," ông Quang nhấn mạnh. Dấu chân toàn cầu đó khẳng định tính linh hoạt và khả năng ứng dụng cao của bộ công cụ mà công ty sở hữu. Công nghệ số hóa thực tế, BIM, GIS và AI có thể thích ứng với các môi trường pháp lý, địa hình và loại hình tài sản vô cùng đa dạng.
Nếu bạn đang xây dựng chiến lược xung quanh thiết bị bay không người lái (drones), GeoAI, di chuyển hàng không tiên tiến (advanced air mobility) hay các giải pháp chống drone (counter-UAS) trong các môi trường hạ tầng thiết yếu, các cảng biển tại Việt Nam chính là một bài học thực tiễn, cụ thể về cách biến tính toán không gian (spatial computing) và AI thành công cụ đưa ra quyết định hàng ngày.
(Đối với các bên liên quan muốn chứng kiến các hệ thống này vận hành thực tế, website của Portcoast có hiển thị các mô hình trực quan hóa trên nền tảng ArcGIS cùng danh mục thiết bị vô cùng phong phú của họ. Bạn cũng có thể kết nối với công ty và ông Trần Phúc Minh Quang trên mạng xã hội LinkedIn.)
Các công cụ ArcGIS GeoAI đã được sử dụng để tự động trích xuất ranh giới chân công trình, vòm che cây xanh và các lớp thảm thực vật khác từ ảnh hàng không độ phân giải cao. Ảnh: Portcoast.
Nguồn: Autonomy Global