Tính toán thông minh trong kỹ thuật xây dựng

1.    Giới thiệu

Cùng với sự phát triển của máy tính điện toán, các phương pháp tính toán thông minh, dựa trên trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence) và máy học (machine learning), được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có ngành kỹ thuật xây dựng. Nhiều bài toán khác nhau trong kỹ thuật xây dựng vẫn chưa có lời giải tối ưu thông qua các phương pháp truyền thống như phương pháp giải tích, phương pháp thí nghiệm, phương pháp số thông thường (phần tử hữu hạn, phương pháp rời rạc phần tử); những bài toán điển hình đó là: (i) ước lượng sức chịu tải dọc trục cực hạn của móng cọc, (ii) xây dựng lời giải tổng quát cho các bài toán ổn định thi công đường hầm, các mái dốc, kết cấu tường chắn đất, móng nông; (iii) ước lượng cường độ chịu lực theo thời gian của kết cấu bê tông cốt thép có xét đến sự ăn mòn cốt thép theo thời gian, (iv) ước lượng chiều cao sóng khi tác động đến các kết cấu bờ biển; (v) xây dựng phương pháp tối ưu hóa cho thiết kế bền vững kết cấu bê tông cốt thép; (vi) ứng dụng kỹ thuật xử lý ngôn ngữ tự nhiên để phân tích rủi ro trong quản lý xây dựng. Do đó, việc nghiên cứu áp dụng tính toán thông minh (trí tuệ nhân tạo và máy học) vào các bài toán kể trên trong kỹ thuật xây dựng góp phần bắt kịp xu thế phát triển khoa học công nghệ của thế giới, cũng như giúp giải quyết những bài toán thực tiễn trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng ở Việt Nam.

2.    Tầm nhìn và sứ mệnh

Hình thành, và từng bước xây dựng phát triển một nhóm nghiên cứu mạnh về áp dụng tính toán thông minh (trí tuệ nhân tạo và máy học) vào các bài toán khác nhau trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng. Các chủ đề nghiên cứu sẽ đáp ứng đồng thời 2 mục tiêu sau: (i) Tính mới về khoa học và có tác động mạnh đến sự phát triển của ngành từ đó có thể công bố kết quả nghiên cứu trên các tạp chí ISI uy tín; (ii) các bài toán nghiên cứu cần được xây dựng dựa trên yêu cầu của thực tiễn ngành nghề kỹ thuật xây dựng và có khả năng ứng dụng vào thực tiễn ngành nghề xây dựng ở Việt Nam. Xây dựng nhóm nghiên cứu có tính liêm chính cao trong học thuật, có tinh thần trách nhiệm và phụng sự trong các hoạt động nghiên cứu. Ngoài mục tiêu thường trực là có các nghiên cứu tốt công bố trên các tạp chí ISI uy tín, mục tiêu dài hạn là nơi kết nối nhà khoa học và doanh nghiệp và có các hợp đồng chuyển giao công nghệ. 

3.    Các hướng nghiên cứu chính

(1)    Nghiên cứu các phương pháp tính toán thông minh (trí tuệ nhân tạo, máy học, hệ thần kinh học sâu) kết hợp với dữ liệu hiện trường để giải quyết các bài toán cấp thiết sau: (i) Sức chịu tải của móng cọc; (ii) ảnh hưởng của sự ăn mòn cốt thép đến khả năng chịu lực của các cấu kiện bê tông cốt thép.
 

(2)    Phát triển một phương pháp số tích hợp (kết hợp trí tuệ nhân tạo với phương pháp số thông thường (phân tích giới hạn, phần tử hữu hạn, phương pháp số đẳng hình học) để giải quyết các bài toán khác nhau trong địa kỹ thuật (sức chịu tải móng nông, ổn định thi công đường hầm, ổn định mái dốc, …)

(3)    Nghiên cứu ứng dụng thuật toán tối ưu hóa kết hợp với công nghệ trí tuệ nhân tạo (máy học và mạng thần kinh nhân tạo) để tối ưu hóa khối lượng, giá thành, và sự bền vững của các kết cấu bê tông. 

(4)    Phát triển những lời giải có độ chính xác cao kết hợp phương pháp số, giải tích, và trí tuệ nhân tạo cho các bài toán trong địa kỹ thuật (áp lực đất lên tường chắn, ảnh hưởng của động đất đến các kết cấu địa kỹ thuật) và trong kỹ thuật bờ biển (ước lượng chiều cao song, năng lượng tiêu tán của sóng biển,…).

(5)    Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lý ngôn ngữ tự nhiên để phân tích mức độ rủi ro trong hợp đồng dự án, hồ sơ đấu thầu, hồ sơ dữ liệu tai nạn trong thi công,...

(6)    Nghiên cứu phát triển các công thức và giải quyết các bài toán liên quan đến sóng biển sau: i) Tính toán và ước lượng chiều cao và chiều sâu sóng vỡ. Ngoài ra, áp việc áp dụng tính toán thông minh như phương pháp mạng lưới trí tuệ nhân tạo (ANN), lập trình bằng giải thuật di truyền (GA),… vào việc dự đoán các đặc trưng của sóng vỡ cũng là một hướng nghiên cứu sẽ được thực hiện đồng thời; ii)  Nghiên cứu các thông số quan trọng khác đại diện cho một con sóng trong vùng sóng vỗ như wave shoaling, wave run-up, wave set-up,…, iii) Nghiên cứu tính toán năng lượng tiêu tán trong vùng sóng vỗ dựa trên các lý thuyết như bore concept, stable energy concept, và air bubble concept, iv) Đề xuất hệ thống các mô hình và tính toán được sự truyền sóng trong vùng sóng vỗ, các mô hình tính này sẽ được kiểm tra với các số liệu đo đạc thực tế tại ở các bờ biển với các điều kiện tự nhiên khác nhau. Qua đó, những công thức này có thể được áp dụng vào việc tính toán và thiết kế trong lĩnh vực xây dựng các công trình biển tương ứng với các vùng biển có địa hình khác nhau trên thế giới đặc biệt là Việt Nam.

4.    Nhân sự

5.Publications

[1] Trinh, H. T. M. K., Chowdhury, S., Doh, J.-H., & Liu, T. (2021). Environmental considerations for structural design of flat plate buildings – Significance of and interrelation between different design variables. Journal of Cleaner Production, 315, 128123. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128123 (Q1 journal)

[2] Trinh, T.M.K.H, Chowdhury, S.H., Nguyen, M.T., & Liu, T. (2021). Optimizing flat plate buildings based on carbon footprint using Branch-and-Reduce deterministic algorithm. Journal of Cleaner Production, 320, 128780. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128780 (Q1 journal)

[3] Duong, N.T., Tran, K.Q., Satomi, T., Takahashi, H., 2022. Effects of agricultural by-product on mechanical properties of cemented waste soil. J. Clean. Prod. 365, 132814. (ISI)

[4] Duong, N.T., Tran, K.Q., 2022. Estimation of seepage velocity and piping resistance of fiber-reinforced soil by using artificial neural network-based approach. Neural Comput Appl. (ISI)

[5] K.Q. Tran, T. Satomi, H. Takahashi, Tensile behaviors of natural fiber and cement reinforced soil subjected to direct tensile test, J. Build. Eng. Vol. 24, July, 2019. (ISI)

[6] K.Q. Tran, T. Satomi, H. Takahashi, Effect of waste cornsilk fiber reinforcement on mechanical properties of soft soils, Transp. Geotech. Vol. 16, pp. 76–84, Septemper, 2018. (ISI)

[7] K.Q. Tran, T. Satomi, H. Takahashi, Improvement of mechanical behavior of cemented soil reinforced with waste cornsilk fibers, Constr. Build. Mater., Vol. 178, pp. 204-210, July, 2018. (ISI)

[8] K.Q. Tran, T. Satomi, H. Takahashi, Study on strength behavior of cement stabilized sludge reinforced with waste cornsilk fiber, Int. J. GEOMATE, Vol. 13, pp. 140–147, 2017. (Scopus)

[9] W. Rattanapitikon, K.Q. Tran, T. Shibayama, Estimation of Maximum Possible Wave Heights in Surf Zone, Coast. Eng. J., Vol. 57, January, 2015. doi:10.1142/S0578563415500011. (ISI)

[10] T. Nguyen, T. Pipatpongsa, T. Kitaoka, H. Ohtsu, Stress distribution in conical sand heaps at incipient failure under active and passive conditions, International Journal of Solids and Structures 168 (2019) 1-12. (ISI)

[11] T. Nguyen, T. Pipatpongsa, Plastic behaviors of asymmetric prismatic sand heaps on the verge of failure, Mechanics of Materials 151 (2020) 103624. (ISI)

[12] T. Nguyen, L.V. Tran, Arching effect in sand piles under base deflection using geometrically non-linear isogeometric analysis, Geomechanics and Engineering 26(4) (2021) 369-384. (ISI)

[13] T. Nguyen, An exact solution of active earth pressures based on a statically admissible stress field, Computers and Geotechnics 153 (2023) 105066. (ISI)

[14] T. Nguyen, Passive earth pressures with sloping backfill based on a statically admissible stress field, Computers and Geotechnics 149 (2022) 104857. (ISI)

[15] T. Nguyen, Statically Admissible Stress Fields in Conical Sand Valleys and Heaps: A Validation of Haar–von Kármán Hypothesis, International Journal of Geomechanics 23(2) (2023). (ISI)

[16] T. Nguyen, K.-D. Ly, T. Nguyen-Thoi, B.-P. Nguyen, N.-P. Doan, Prediction of axial load bearing capacity of PHC nodular pile using Bayesian regularization artificial neural network, Soils and Foundations 62(5) (2022) 101203. (ISI)

[17] T. Nguyen, T.T. Truong, T. Nguyen-Thoi, L. Van Hong Bui, T.-H. Nguyen, Evaluation of residual flexural strength of corroded reinforced concrete beams using convolutional long short-term memory neural networks, Structures 46 (2022) 899-912. (ISI)

[18] V.-H. Huynh, T. Nguyen, D.-P. Nguyen, T.-S. Nguyen, T.-M.-D. Huynh, T.-C. Nguyen, A novel direct SPT method to accurately estimate ultimate axial bearing capacity of bored PHC nodular piles with 81 case studies in Vietnam, Soils and Foundations 62(4) (2022) 101163. (ISI)

[19] S.C. Wanjala, T. Pipatpongsa, T. Nguyen, Experimental realization of incipient active failure in sand heap by seismic loading, Granular Matter 22(2) (2020). (ISI)

6. Contact: https://civil.tdtu.edu.vn/en