Lần đầu trong lịch sử: AI "chỉ đạo" con người xây đường hầm xuyên núi, độ chính xác gần 90%

Tại huyện tự trị người Tujia Wufeng, tỉnh Hồ Bắc, vẻ đẹp gồ ghề của miền Trung Trung Quốc che giấu sự cô lập lâu đời của khu vực này. Địa hình dốc và rừng rậm đã cản trở giao thông trong nhiều thập kỷ, kìm hãm tăng trưởng và khiến cộng đồng bị “cắt đứt” cả về kinh tế lẫn đời sống.

Nhưng một lực lượng mới đang tái định hình vùng đất này – bằng thuốc nổ, giàn khoan và những dòng mã lệnh.

Đường hầm Dương Thôn (Yangcun) tại Wufeng là một phần của tuyến đường sắt cao tốc nhằm đưa những đoàn tàu chạy 350 km/h vào một trong những khu vực địa chất phức tạp nhất Trung Quốc. Đây là đường hầm cao tốc đầu tiên trên thế giới mà phương pháp thi công chủ yếu do một hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) quyết định – trước khi được con người triển khai ngoài thực địa.

Cột mốc này có thể đánh dấu một thời điểm mang tính bước ngoặt trong cuộc đua AI toàn cầu.

Đường hầm cắt xuyên trung tâm Wufeng – vùng đất được tạo nên bởi hàng trăm triệu năm biến động địa chất. Khu vực nằm trong dãy núi Vũ Lăng (Wuling), nổi tiếng với địa hình karst, đứt gãy sâu, các đới nứt lớn, sông ngầm và các cấu trúc đá thay đổi liên tục.

Wufeng được biết có hơn 120 di tích địa chất đã được ghi nhận, bao gồm hang động, hố sụt và các cột đá – minh chứng cho thế giới ngầm đầy biến động bên dưới.

Đào một đường hầm tại đây là thử thách khổng lồ, theo nhóm AI do ông Wu Jiaming, kỹ sư cao cấp thuộc Viện Khảo sát & Thiết kế Đường sắt Tư Nguyên (China Railway Siyuan), dẫn dắt. Công nhân có thể gặp khoang rỗng, túi nước, hoặc lớp đá phiến rời. Các phương pháp thiết kế truyền thống phụ thuộc nặng vào kinh nghiệm của từng kỹ sư – nhưng kinh nghiệm không phải lúc nào cũng đúng với hàng trăm đoạn hầm khác nhau.

Chỉ một đoạn đánh giá sai có thể gây sập hầm, ngập nước hoặc dẫn tới chậm tiến độ nghiêm trọng.

Cho đến nay, việc lựa chọn phương pháp đào – nổ mìn toàn mặt, đào bậc thang hay phương pháp CD (vách trung tâm) thận trọng – luôn được coi là quyết định quan trọng nhất trong kỹ thuật đường hầm, chỉ dành cho các chuyên gia nhiều kinh nghiệm.

Nhưng tại đường hầm Dương Thôn, quyết định đó lại do một cỗ máy đưa ra.

Hệ thống AI đứng sau bước đột phá này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu của China Railway Siyuan, Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Đào hầm Dưới nước Quốc gia & Địa phương, và Đại học Địa chất Trung Quốc (Vũ Hán). Đây là mô hình học sâu được huấn luyện bằng kho dữ liệu lịch sử đồ sộ của các dự án đường hầm.

Nhóm nghiên cứu tổng hợp cơ sở dữ liệu gồm 1.700 đoạn đường hầm thuộc 251 đường hầm cao tốc trên toàn Trung Quốc – dữ liệu được thu thập qua nhiều thập kỷ mở rộng hạ tầng. Mỗi mục bao gồm 19 yếu tố chính như loại đá, mực nước ngầm, vị trí đứt gãy, độ sâu chôn hầm, tuyến hầm, khoảng cách tới cửa và nhiều chỉ số khác.

Và đây mới chỉ là một phần nhỏ trong lượng dữ liệu mà Trung Quốc sở hữu.

“Đến cuối năm 2024, Trung Quốc đã đưa vào vận hành tổng cộng 18.997 đường hầm đường sắt, trong đó 4.917 là đường hầm cao tốc”, ông Wu và cộng sự viết trong bài nghiên cứu đăng trên tạp chí Railway Standard Design ngày 5/11. “Qua nhiều thập kỷ thi công, Trung Quốc đã tích lũy lượng dữ liệu thiết kế lịch sử rộng lớn và kinh nghiệm thực tiễn phong phú”.

Kết quả mà họ đưa ra là một hệ thống AI không chỉ nhận diện mô hình mà còn hiểu chúng.

Khi được cung cấp dữ liệu địa chất thời gian thực của lộ trình đường hầm Dương Thôn, AI không đưa ra một câu trả lời duy nhất. Thay vào đó, nó chia đường hầm thành hàng trăm đoạn, mỗi đoạn được gợi ý phương pháp thi công riêng – đoạn này nổ mìn toàn mặt, đoạn kia đào ba bước, đoạn nguy hiểm dùng phương pháp CD.

Mô hình đạt độ chính xác 89,41% trong dự đoán phương pháp thi công tối ưu – vượt các mô hình truyền thống như Random Forest và SVM gần 3 điểm phần trăm. Đặc biệt, AI cải thiện độ chính xác cho các kịch bản hiếm nhưng nguy hiểm – như vùng cần dùng phương pháp CD – từ gần 0% lên 64%.

Trung Quốc thời gian qua đã triển khai hàng loạt siêu dự án, bao gồm tuyến đường sắt Tứ Xuyên – Tây Tạng và đập Yarlung Tsangpo trên con sông dài nhất Tây Tạng, dự kiến mạnh gấp ba lần đập Tam Hiệp. Những dự án này đòi hỏi đổi mới ở quy mô lớn – đồng thời tạo nhu cầu và nguồn lực cho việc áp dụng AI.

Khác với nhiều công ty phương Tây coi AI như một “thử nghiệm công nghệ”, các doanh nghiệp kỹ thuật Trung Quốc đang tích hợp AI trực tiếp vào quy trình thiết kế.

Với dự án Dương Thôn, kế hoạch do AI tạo ra được các kỹ sư cấp cao xem xét và phê duyệt – rồi triển khai hoàn toàn. Hệ thống mô hình thông tin xây dựng (BIM) của đường hầm hiện mang theo các đề xuất phương pháp thi công do AI tạo ra dưới dạng metadata, hướng dẫn công nhân và máy móc theo thời gian thực, theo nhóm của ông Wu.

Ý nghĩa của đường hầm Dương Thôn vượt xa một dãy núi. Nó cho thấy AI giờ có thể đưa ra những quyết định kỹ thuật rủi ro cao mà trước đây bị xem là quá phức tạp để tự động hóa.

Sự chuyển dịch này có thể tăng tốc phát triển hạ tầng trên toàn thế giới – đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển với điều kiện địa hình khó khăn tương tự.

Trung Quốc đang công nghiệp hóa AI ở quy mô lớn cho các lĩnh vực trọng yếu như xây dựng, giao thông và năng lượng.

Một số công ty xây dựng Trung Quốc sử dụng AI và cảm biến IoT để giám sát công nhân, dự đoán chậm tiến độ và tối ưu hóa việc sử dụng thiết bị theo thời gian thực.

AI cũng được tích hợp trong mở rộng đường sắt cao tốc của Trung Quốc, từ hệ thống điều khiển máy đào hầm tự động (TBM), điều chỉnh áp suất và tốc độ dựa trên phản hồi địa chất, cho đến lập lịch thi công bằng mô hình AI sinh tạo, và phát hiện lỗi trên đường ray và đường hầm bằng nhận dạng hình ảnh AI.

Trung Quốc cũng xây dựng số lượng lớn các đập thông minh, nơi AI và máy móc tự động được áp dụng xuyên suốt các giai đoạn thiết kế, thi công và vận hành.

Theo SCMP