Báo cáo khoa học: "LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT" pdf

Bài báo này trình bày một cái nhìn tổng quát về lịch sử cũng như xu hướng nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật.. Trong bài báo này, chúng tôi xin trình bày một cái nhì

LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN

CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT

TS BÙI TRỌNG CẦU

Bộ môn Xây dựng cơ sở hạ tầng Viện KH và CN xây dựng GT Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật đã được xây dựng từ rất lâu và đóng

vai trò không thể thiếu cho các hoạt động sản xuất, kinh doanh, sinh hoạt của con người

Tuy nhiên, việc nghiên cứu về các hệ thống hạ tầng kỹ thuật một cách tổng thể và có hệ thống

mới chỉ phát triển gần đây Bài báo này trình bày một cái nhìn tổng quát về lịch sử cũng như

xu hướng nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật

Summary: Infrastructure systems including systems of transport, electricity supply,

water drainage, water supply etc., are constructed for thousands of years and play essential

roles in human’s activities Surprisingly, overall and systematic researches on infrastructure

systems have only taken place recently This paper presents an overview of the history and

trends of research and development of infrastructure systems

MỞ ĐẦU

Thuật ngữ “Hạ tầng” với cách hiểu hẹp là hạ tầng kỹ thuật (như Luật xây dựng của Việt

nam) được sử dụng lần đầu vào quãng năm 1927 ở Mỹ Hạ tầng – Infrastructure – là từ ghép của

hai từ “phía dưới” (Infra-) và “công trình” hay “kết cấu” (structure) có nghĩa là “công trình dưới

mặt đất” Tuy nhiên, thuật ngữ này chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực quân sự Đặc biệt,

thuật ngữ này được sử dụng nhiều trong chiến tranh chống Mỹ khi người Mỹ nói về các căn cứ

quân sự của quân Giải phóng miền Nam Tới năm 1981 cuốn sách “America in Ruins: The

Decaying Infrastructure” của P.Choate và S Walter ra đời, thuật ngữ này mới được sử dụng

rộng rãi như ngày nay

T CT1

Trong rất nhiều tài liệu, các công trình cơ sở hạ tầng được định nghĩa ngắn gọn là các công

trình công cộng (public works) Theo hầu hết các từ điển Anh ngữ, các hệ thống cơ sở hạ tầng là

các nền móng kỹ thuật, xã hội và kinh tế của một cộng đồng hay quốc gia với thành phần là các

hệ thống giao thông, cấp - thoát nước, cung cấp năng lượng, bưu chính viễn thông, ngân hàng,

giáo dục, y tế, sức khoẻ v.v

Theo Luật xây dựng hiện hành của Việt nam, các hệ thống cơ sở hạ tầng bao gồm hệ thống

các công trình hạ tầng kỹ thuật và hệ thống các công trình hạ tầng xã hội Hệ thống công trình

hạ tầng kỹ thuật bao gồm hệ thống giao thông, thông tin liên lạc, cung cấp năng lượng, chiếu

sáng công cộng, cấp nước, thoát nước, xử lý các chất thải và các công trình khác Hệ thống công

trình hạ tầng xã hội bao gồm các công trình y tế, văn hoá, giáo dục, thể thao, thương mại, dịch

vụ công cộng, cây xanh, công viên, mặt nước và các công trình khác

Hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật đóng vai trò không thể thiếu cho các hoạt động

sản xuất, kinh doanh, sinh hoạt v.v của con người Việc nghiên cứu về từng hệ thống hạ tầng

kỹ thuật riêng rẽ như hệ thống giao thông, hệ thống điện hay hệ thống cấp nước, thoát nước đã

được thực hiện từ rất lâu ở khắp nơi trên thế giới Tuy nhiên, có một điều đáng ngạc nhiên là các

nghiên cứu về các hệ thống hạ tầng kỹ thuật một cách tổng thể và có hệ thống chỉ mới phát triển trong thời gian gần đây

Trong bài báo này, chúng tôi xin trình bày một cái nhìn tổng quát về lịch sử cũng như xu hướng nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật trên thế giới Đó là các xu hướng nghiên cứu và phát triển hiện đang được hết sức quan tâm

LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT

Các hệ thống hạ tầng kỹ thuật đã được xây dựng cùng với quá trình đô thị hoá từ cả ngàn năm trước Việc nghiên cứu và xây dựng các hệ thống hạ tầng riêng lẻ đã phát triển hết sức mạnh mẽ và đạt được rất nhiều thành tựu vĩ đại để nhân loại có được một xã hội văn minh, hiện đại như hôm nay Rất nhiều công trình hạ tầng kỹ thuật vĩ đại như các cây cầu lớn, kênh đào Panama, Kênh đào Xuy-ê, nhưng hệ thống xa lộ cao tốc ở Mỹ và Châu Âu khiến mọi người phải kinh ngạc và trầm trồ thán phục Ở các trường Đại học Tổng hợp và Kỹ thuật trên thế giới đều có các khoa, bộ môn chuyên ngành về Giao thông, Cấp thoát nước, Cấp điện, Thông tin liên lạc v.v Cùng với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ 2, cả nghiên cứu và xây dựng các công trình hạ tầng kỹ thuật đã có một bước tiến vượt bậc so với những thế kỷ trước nhờ sự ra đời của các vật liệu mới, kết cấu mới và công nghệ xây dựng mới

Tuy nhiên, cuộc “khủng hoảng hạ tầng” ở Mỹ cuối những năm 1970 cùng với cuốn sách

“America in Ruins: The Decaying Infrastructure” (tạm dịch: Nước Mỹ trong đổ nát: Hạ tầng

mục nát) của P Choate và S Walter do NXB Duke Press phát hành năm 1981 đã làm nảy sinh một hướng mới trong nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật ở nước Mỹ và các nước khác Đó là hướng nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật một cách tổng thể chứ không chỉ nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật một cách riêng rẽ Việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật một cách tổng thể được đặt ra

do chính những bất cập thực tiễn mà các hệ thống hạ tầng kỹ thuật của các nước phát triển gặp phải Những bất cập này là do không nhận thức được các đặc điểm chung của các hệ thống hạ tầng kỹ thuật dẫn tới sự thiếu đồng bộ trong qui hoạch, xây dựng và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật Có thể kể một số đặc điểm chung nổi bật của các hệ thống hạ tầng kỹ thuật như sau:

CT 1

1 Những người sử dụng các dịch vụ do các hệ thống hạ tầng kỹ thuật cung cấp rất đa dạng: cơ quan, công ty, xí nghiệp, cá nhân thuộc đủ mọi lứa tuổi, thành phần: người khoẻ mạnh, người ốm, người tàn tật v.v

2 Những người sử dụng các dịch vụ mà các hệ thống hạ tầng cung cấp phải tuân theo các qui tắc nhất định, chẳng hạn ai đến trước sẽ được phục vụ trước, phải sử dụng các dịch vụ đúng cách thức theo qui định để bảo đảm an toàn, tránh ô nhiễm môi trường, phải trả tiền cho các dịch vụ thông qua vé, hoá đơn thanh toán v.v

3 Nhu cầu sử dụng các dịch vụ mà các hệ thống hạ tầng kỹ thuật cung cấp của những người sử dụng cũng rất phức tạp: có thể đồng thời bởi nhiều người hoặc theo thứ tự, có thể định

kỳ hoặc bất chợt, cường độ sử dụng có thể thay đổi theo mùa trong năm, theo ngày trong tháng

và thậm chí theo giờ trong ngày v.v

4 Thông thường, những người sử dụng có rất ít lựa chọn và trong nhiều trường hợp, người

sử dụng bắt buộc phải sử dụng các dịch vụ của một nhà cung cấp độc quyền như dịch vụ đường hàng không hay điện, nước v.v

5 Các hệ thống hạ tầng có mối quan hệ với nhau rất chặt chẽ, hầu như không thể chia cắt hay hoạt động độc lập Thí dụ, hệ thống cấp nước hay hệ thống giao thông công cộng như

Metro, tàu điện không thể hoạt động nếu không được cung cấp điện

6 Nhiều công trình và dịch vụ công cộng chỉ được sử dụng (used) chứ không bị tiêu thụ

(consumed) ngoại trừ một số ít như nước sạch hay điện Vì vậy, rất khó kiểm soát việc sử dụng

vì ai cũng có thể sử dụng thoải mái với một số tiền nào đó và khi dịch vụ bị hạn chế thì những

người có nhu cầu sử dụng có thể không có dịch vụ để sử dụng

7 Nhiều công trình và dịch vụ công cộng tồn tại cho tất cả mọi người nhưng cũng “không

tồn tại cho ai cả” (binary in nature) chẳng hạn như các dịch vụ sức khoẻ và vệ sinh môi trường

phải hoạt động hằng ngày

8 Các đặc điểm về vật lý và kỹ thuật của các hệ thống hạ tầng kỹ thuật khá đa dạng, phức

tạp và không có khuôn mẫu chung cho mọi loại hệ thống Nhìn chung, các hệ thống trên mặt đất

có thể dễ dàng được sửa chữa, bảo dưỡng, nâng cấp và dễ dàng áp dụng các thành tựu công

nghệ và kỹ thuật mới hơn là các hệ thống bên dưới mặt đất

9 Việc xây dựng một hệ thống hạ tầng kỹ thuật đòi hỏi một lượng vốn đầu tư rất lớn Đối

với các công trình hạ tầng, hiệu quả kinh tế gián tiếp và hiệu quả xã hội quan trọng hơn nhiều so

với hiệu quả kinh tế trực tiếp

10 Lợi ích mà người sử dụng có tính cách cá nhân thu được từ các dịch vụ của các hệ

thống hạ tầng, suy cho cùng, có thể qui về hai yếu tố là thời gian và sức khoẻ

Mặc dù các nhà khoa học đã nhận thức được việc phải nghiên cứu và phát triển các hệ

thống hạ tầng kỹ thuật một cách tổng thể, mãi tới cuối năm 1989, một số trường Đại học hàng

đầu của Mỹ và các nước phát triển như MIT, Đại học Stanford, Đại học Tokyo v.v mới thành

lập các Bộ môn nghiên cứu về xây dựng và quản lý các hệ thống hạ tầng kỹ thuật Mãi tới năm

1995, Hội Xây dựng Mỹ mới cho ra đời Tạp chí Các Hệ thống Hạ tầng (Journal of

Infrastructure Systems) Ở Việt nam, một số trường đại học như Đại học Kiến trúc Hà nội, Đại

học Kiến trúc TP HCM, Đại học Giao thông Vận tải vài năm gần đây mới thành lập ngành Kỹ

thuật Hạ tầng Đô thị chủ yếu nhằm đáp ứng với nhu cầu đô thị hoá mạnh mẽ trong thời gian

qua Vụ Cơ sở Hạ tầng của Bộ Xây dựng cũng mới được thành lập vài năm nay còn Vụ Cơ sở

Hạ tầng Giao thông của Bộ Giao thông Vận tải mới được thành lập trong năm nay

T CT1

XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT

Quan điểm nghiên cứu tổng thể về các hệ thống hạ tầng kỹ thuật do các nhà khoa học ở các

nước phát triển, đặc biệt là Mỹ, khởi xướng Không kể tới các nghiên cứu chuyên biệt cho các

hệ thống hạ tầng riêng lẻ như giao thông, cấp điện, cấp nước v.v , hiện nay, các nghiên cứu về

các hệ thống hạ tầng kỹ thuật tập trung vào một số vấn đề sau đây:

1 Nghiên cứu phát triển các hệ thống quản lý hạ tầng (Infrastructure Management

Systems - IMS)

Do các hệ thống hạ tầng kỹ thuật của các nước phát triển đã được xây dựng từ lâu và xem

như đã tương đối “hoàn thiện” như đã nói ở trên, việc quản lý có hiệu quả nhất các hệ thống này

bằng việc xây dựng các hệ thống quản lý hạ tầng (IMS), tiến tới xây dựng các hệ thống quản lý

hạ tầng tích hợp (Integrated Infrastructure Management Systems - IIMS) là mối quan tâm hàng

đầu của các nhà khoa học ở các nước phát triển về hạ tầng hiện nay

2 Nghiên cứu qui hoạch xây dựng các hệ thống hạ tầng một cách tổng thể từ qui hoạch

ngắn hạn (hàng năm) tới qui hoạch dài hạn (10-30-50 năm)

Những nghiên cứu này nhằm khắc phục những bất cập về qui hoạch mà các nước phát triển

đã gặp phải để áp dụng cho các nước đang phát triển Vấn đề thứ nhất là xác định qui mô đầu tư

cho cỏc kế hoạch trung hạn và dài hạn Đõy là vấn đề rất quan trọng đối với cỏc nước đang phỏt triển, trong đú cú Việt nam Cỏc phương tiện thụng tin đại chỳng của chỳng ta thường hụ hào

“hạ tầng phải đi trước một bước” nhưng khụng ai biết “một bước” đú “dài” bao nhiờu là vừa !

Theo “Lý thuyết sản xuất tõn cổ điển” (Neo-classical Theory of Production) cỏc tỏc động của cỏc hệ thống hạ tầng được thể hiện thụng qua hàm chi phớ và sản xuất Hỡnh 1 dưới đõy mụ

tả cỏc tỏc động tăng sản lượng và giảm cỏc chi phớ nhờ đầu tư vào cỏc hệ thống cơ sở hạ tầng trong nền kinh tế thị trường cạnh tranh hoàn hảo Trờn hỡnh 1 ta thấy, khi hệ thống hạ tầng khụng đủ năng lực đỏp ứng với nhu cầu của sản xuất, cỏc cụng ty, xớ nghiệp sẽ phải sản xuất với cỏc chi phớ biờn cao hơn tại mọi mức sản lượng (MC1) và chỉ cú thế sản xuất được số sản lượng

ở mức giỏ thị trường chấp nhận là Q1 Khi đầu tư xõy dựng, cải tiến hệ thống hạ tầng để bảo đảm đủ năng lực đỏp ứng với cỏc yờu cầu của sản xuất, đường chi phớ biờn sẽ dịch chuyển xuống mức chi phớ thấp hơn (MC2) và vỡ thế sẽ tiết kiệm được cỏc chi phớ nếu sản xuất với mức sản lượng Q1 hoặc tăng sản lượng (bằng Q1- Q2) với cựng chi phớ

Tuy nhiờn, khi đầu tư cho cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật nhiều hơn mức yờu cầu thỡ sẽ dẫn tới ứ đọng và lóng phớ vốn đầu tư Hằng năm, thế giới chi khoảng 2000 tỷ USD cho đầu tư cho cỏc cụng trỡnh hạ tầng kỹ thuật nờn việc xỏc định sai qui mụ đầu tư sẽ gõy thiệt hại rất lớn Vấn đề thứ hai là nghiờn

cứu phương phỏp qui hoạch

cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật

trong khụng gian 3 chiều

Trước kia, cỏc hệ thống hạ

tầng kỹ thuật được coi là “ở

dưới mặt đất” Hiện nay, khỏi

niệm đú đó lạc hậu Cho tới

thời điểm này, mặc dự đó tỡm

kiếm (qua Internet) ở cỏc nhà

sỏch và cỏc thư viện lớn nhất

thế giới, chỳng tụi mới thấy

cú một cuốn sỏch duy nhất về

“Qui hoạch cỏc hệ thống hạ

tầng” song, theo chỳng tụi,

nội dung vẫn khỏ mơ hồ, thiờn về định tớnh

Chi phí (đồng)

Giá

a

b

c d

Sản l−ợng

MC1: Chi phí biên khi hệ thống hạ tầng không đủ năng lực đáp ứng MC2: Chi phí biên khi các hệ thống hạ tầng đủ năng lực đáp ứng

e

Hỡnh 1 Tỏc động của cỏc hệ thống hạ tầng tới hiệu quả của sản xuất

CT 1

3 Nghiờn cứu cỏc phương phỏp sửa chữa, và hiện đại hoỏ cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện cú

Nhỡn chung, cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật trờn mặt đất cú thể dễ dàng được sửa chữa, bảo dưỡng, nõng cấp và dễ dàng ỏp dụng cỏc thành tựu cụng nghệ và kỹ thuật mới hơn là cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật bờn dưới mặt đất Đõy là vấn đề được quan tõm Trong cỏc số bỏo của tạp chớ Cỏc hệ thống hạ tầng của Hội Xõy dựng Mỹ từ năm 1995 tới nay, cú tới trờn 30% bài bỏo đề cập tới cỏc vấn đề xỏc định năng lực vận hành, độ bền, tuổi thọ cũn lại, chiến lược sửa chữa và hiện đại hoỏ cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật

4 Nghiờn cứu cỏc vật liệu mới và cụng nghệ xõy dựng mới cỏc hệ thống hạ tầng kỹ thuật

Đõy là lĩnh vực mà cỏc nhà khoa học và cỏc cụng ty xõy dựng, sản xuất vật liệu xõy dựng rất quan tõm Trong những năm qua, một số vật liệu mới đó được sản xuất như cỏc đường ống siờu bền, cỏc vật liệu khụng thấm nước v.v Cỏc cụng nghệ thi cụng mới nhằm bảo đảm khụng

ảnh hưởng tới hoạt động bình thường của thành phố như các phương pháp mới thi công đường

xe điện ngầm, cải tạo hệ thống đường ống v.v cũng phát triển mạnh

5 Nghiên cứu phương pháp đánh giá các dự án hạ tầng kỹ thuật

Như đã nói ở trên, từ quan điểm của Nhà nước, hiệu quả kinh tế gián tiếp và hiệu quả xã

hội của các công trình hạ tầng kỹ thuật quan trọng hơn nhiều so với hiệu quả kinh tế trực tiếp

Vì vậy, việc đánh giá các công trình hạ tầng kỹ thuật bằng các phương pháp phân tích Kinh tế -

tài chính là hoàn toàn không thoả đáng Năm 1992, nhà khoa học Ấn độ Amartya Sen cùng các

đồng sự đã đề xuất một phương pháp đánh giá các dự án công cộng dựa trên Suất chiết khấu xã

hội và Hàm mục đích tiêu thụ hỗn hợp Chính phương pháp này đã góp phần mang lại cho ông

giải Nobel nhưng phương pháp này vẫn chưa được áp dụng (thậm chí chưa được biết tới) ở các

nước đang phát triển Tuy nhiên, cần phải có những nghiên cứu thêm để có thể áp dụng có hiệu

quả phương pháp này ở các nước đang phát triển

6 Nghiên cứu biện pháp huy động vốn để xây dựng các dự án hạ tầng kỹ thuật

Theo truyền thống, các hệ thống hạ tầng kỹ thuật được đầu tư và quản lý bởi Nhà nước Sự

ra đời của mô hình đầu tư BOT cho các công trình hạ tầng do Thủ tướng Thổ nhĩ kỳ Targut

Ozal đưa ra năm 1980 cùng với mô hình tư nhân tham gia xây dựng các hệ thống hạ tầng (PFI –

Private Finance Initiative) khi xây dựng đường hầm qua eo biển Măng-sơ năm 1987 đã làm thay

đổi hẳn quan niệm cũ Hiện nay, các mô hình này vẫn đang được quan tâm nghiên cứu và áp

c nước đang phát triển

dụng ở cá

KẾT LUẬN

Bài báo đã trình bày vắn tắt về lịch sử cũng như xu hướng nghiên cứu và phát triển các hệ

thống hạ tầng kỹ thuật hiện nay Đó là xu hướng nghiên cứu và phát triển các hệ thống hạ tầng

kỹ thuật một cách tổng thể chứ không chỉ cho các hệ thống hạ tầng riêng lẻ

T CT1

Việc nghiên cứu phát triển các hệ thống quản lý hạ tầng (Infrastructure Management

Systems - IMS) là một thành tựu mới cho phép việc đầu tư vào các hệ thống hạ tầng hiệu quả

hơn Những thành tựu nghiên cứu khác, nhất là các mô hình BOT, PFI đã giúp các nước đang

phát triển nhanh chóng xây dựng được các hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện đại đáp ứng các yêu

cầu về phát triển kinh tế và xã hội, nâng cao mức sống của người dân

Việt nam đang gấp rút xây dựng các hệ thống hạ tầng phục vụ cho kế hoạch hiện đại hoá,

công nghiệp hoá đất nước Theo chúng tôi, Việt nam cần mạnh dạn đầu tư nghiên cứu, áp dụng

nhanh chóng các công nghệ xây dựng mới và các phương pháp quản lý hiện đại vào việc xây

dựng và phát triển các hệ thống hạ tầng kỹ thuật của mình Ngoài ra, cần quan tâm quản lý sử

dụng, bảo trì tốt các công trình hạ tầng hiện có hơn là chỉ quan tâm xây dựng các công trình hạ

tầng mới

Tài liệu tham khảo

[1] F Humphlick – Buit – Systems (Bài giảng) – MIT 1995

[2] N.S Grigg – Infrastructure Engineering and Management Wiley Interscience 1998

[3] W Ronald Hudson etc., - Infrastructure: Design, Construction, Maitenance, Rehabilitaion,

Renovation – McGraw-Hill 2004

[4] Bui Trong Cau – Planning and Development of Infrastructure Systems (lectures) – The University of

Tokyo 2006♦