Kinh nghiệm phát triển công nghiệp đường sắt trên thế giới cho thấy, để phát triển công nghiệp đường sắt tiến tới làm chủ hoàn toàn công nghệ, cần thời gian dài, qua nhiều giai đoạn và có hệ thống các ngành công nghiệp phụ trợ phát triển (luyện kim, cơ khí chế tạo, tự động hóa...), nhưng quan trọng nhất là cần phải có trụ đỡ về quy mô thị trường.

1. Kinh nghiệm phát triển đường sắt tốc độ cao (ĐSTĐC) của Nhật Bản

- Hình thành và phát triển ĐSTĐC:

Nhật Bản là một quần đảo, có địa hình trải dài và mỏng trên Thái Bình Dương. Quần đảo này, bao gồm 4 đảo chính: Honshu, Hokkaido, Kyushu và Shikoku; cùng với hơn 3.000 đảo nhỏ hơn. Khoảng 73% tổng diện tích đất là đồi núi và dân số khoảng 125 triệu người. Do đó, các thành phố dọc theo đồng bằng ven biển có mật độ dân số cao và được kết nối bằng đường sắt. Tuyến tàu Shinkansen Tokaido đi vào hoạt động với tư cách là hệ thống ĐSTĐC toàn diện đầu tiên trên thế giới vào năm 1964, kể từ đó, tàu Shinkansen đã đóng vai trò quan trọng trong hoạt động kinh doanh và du lịch giải trí của Nhật Bản, trở thành chuẩn mực thế giới về vận tải tốc độ cao. Công nghệ tàu Shinkansen đã phát triển phù hợp với những thay đổi về mặt xã hội và kinh tế của Nhật Bản và đã chứng kiến tốc độ tăng lên, tiết kiệm chi phí và an toàn, cũng như giảm tác động đến môi trường. Sau khi Công ty đường sắt quốc gia Nhật Bản (JNR) được tư nhân hóa và chia tách, kế hoạch xây dựng tàu Shinkansen mới đã chứng kiến mạng lưới mở rộng, các nhà khai thác thuộc Tập đoàn đường sắt Nhật Bản (JR) đã phát triển các đoàn tàu mới và cải thiện cơ sở hạ tầng nhằm tăng tốc độ và nâng cao dịch vụ dựa trên nhu cầu vận tải của khu vực.

Năm 2004, đường sắt chiếm 24,8% thị phần vận tải tại Nhật Bản, vận chuyển trung bình 60 triệu hành khách/ngày. Số lượng hành khách/km trung bình hàng ngày trong cùng kỳ là 1,06 tỷ (chiếm 27,2% tổng số phương thức vận tải), lớn hơn so với hầu hết các quốc gia khác. Mặt khác, chỉ có 3,9% hàng hóa tấn/km được vận chuyển bằng đường sắt với phần lớn được vận chuyển bằng đường bộ và đường biển.

Số lượng hành khách đi tàu Shinkansen tăng hằng năm theo sự phát triển của hệ thống, mặc dù có sự sụt giảm ngắn hạn trong thời kỳ suy thoái kinh tế và sau trận động đất lớn Hanshin-Awaji năm 1995 ở Kobe. Đến năm 2005, tàu Shinkansen đã chuyên chở tổng cộng 8,2 tỷ hành khách. Năm 2005, trung bình có 920.000 hành khách sử dụng tàu Shinkansen mỗi ngày (khoảng 213 triệu hành khách - km mỗi ngày). Số lượng hành khách sử dụng thẻ đi lại hằng ngày để đi tàu Shinkansen cũng đang tăng lên, đạt 47.000 vào năm 2004. Cho đến nay, tàu Shinkansen chiếm 31% tổng số hành khách - km di chuyển trên tất cả các tuyến của các nhà khai thác trong Tập đoàn JR.

- Quản lý, vận hành mạng lưới ĐSTĐC Shinkansen:

Giảm chi phí, cùng với việc xây dựng Shinkansen, quan tâm rất lớn là làm thế nào để giữ chi phí và thời gian xây dựng ở mức thấp. Chi phí xây dựng có xu hướng tăng theo lạm phát, sự chậm trễ trong việc mua đất ở, nhu cầu về các biện pháp bảo vệ môi trường, yêu cầu thiết kế chống động đất... Những điều này có thể được giảm bớt một phần bằng nhiều sáng kiến khác nhau trong giai đoạn lập kế hoạch, chẳng hạn như: hạn chế chiều cao của các công trình, sử dụng các đoàn tàu mạnh hơn để leo dốc, thu hẹp quy mô các cơ sở nhà ga và sử dụng các cơ sở hiện có khi có thể. Có thể tiết kiệm thêm chi phí bằng cách sử dụng các thiết kế tiêu chuẩn và phát triển các công nghệ kỹ thuật dân dụng, điện và cơ khí mới.

Cải thiện dịch vụ, sau khi JNR chia tách và tư nhân hóa, 6 nhà khai thác kế nhiệm trong tập đoàn JR đã nỗ lực để điều chỉnh dịch vụ của họ theo nhu cầu của khu vực và khách hàng. Nhiều loại tàu Shinkansen hiện đang hoạt động bao gồm: tàu 16 toa, tàu mini-shinkansen hoạt động thông qua các dịch vụ trên cả tuyến shinkansen và tuyến thông thường, toa tàu 2 tầng... Các sáng kiến gần đây khác bao gồm: đặt chỗ ngồi qua Internet và vé điện tử sử dụng điện thoại di động.

Tốc độ cao và thời gian di chuyển được rút ngắn, tốc độ của dịch vụ tàu Shinkansen đã rút ngắn thời gian di chuyển và tăng sức hấp dẫn của đường sắt so với các phương thức vận tải khác. Việc mở tuyến tàu Hokuriku Shinkansen từ Takasaki đến Nagano đã cắt giảm thời gian di chuyển từ Tokyo đến Nagano hơn 50% từ 2 giờ 56 phút xuống chỉ còn 1 giờ 23 phút. Kết quả là, số lượng hành khách tăng hơn 40%. Việc mở tuyến tàu Kyushu Shinkansen từ Shin-Yatsushiro đến Kagoshima-Chuo đã cắt giảm thời gian di chuyển từ Hakata đến Kagoshima-Chuo từ 3 giờ 40 phút xuống còn 2 giờ 12 phút và lượng hành khách tăng mạnh 240%.

Một cuộc khảo sát hành khách đi tàu Shinkansen ở Kyushu về phương tiện di chuyển của họ trước khi có tàu Shinkansen cho thấy, 20,9% đã đi bằng ô tô, 16,2% đi máy bay và 6,9% đi xe buýt tốc hành, cho thấy sự chuyển dịch rõ ràng từ các phương tiện giao thông khác sang tàu Shinkansen. Hơn nữa, 16% cho biết họ sẽ đi nơi khác hoặc không thực hiện chuyến đi nếu tàu Shinkansen không hoạt động, cho thấy, tuyến tàu Shinkansen mới đã tạo ra nhu cầu đi lại mới.

An toàn và đúng giờ. Tàu Shinkansen an toàn hơn nhiều so với việc đi bằng ô tô khi tại Nhật Bản, không có một vụ tai nạn chết người nào xảy ra kể từ khi tàu Shinkansen bắt đầu hoạt động vào năm 1964, chủ yếu là nhờ vào hệ thống phân cấp và an toàn ATC; trong khi con số này là 6.625 trường hợp tử vong do tai nạn ô tô trong năm 2005 (trong đó có 285 trường hợp trên đường cao tốc). Tàu Shinkansen Tokaido duy trì mức độ chậm trễ trung bình cho mỗi dịch vụ chỉ 36 giây trong năm 2005. Vào mùa đông, các dịch vụ trên tàu Shinkansen Tohoku và Joetsu đi qua các khu vực có tuyết rơi dày hầu như không bị ảnh hưởng nhờ các biện pháp đối phó với tuyết, trong khi các sân bay thường đóng cửa và đường cao tốc phải tuân theo các hạn chế về tốc độ.

Sử dụng năng lượng thấp, giảm tác động môi trường, hiện tượng nóng lên toàn cầu, tiêu thụ năng lượng và cạn kiệt trữ lượng dầu mỏ hiện là những vấn đề môi trường nghiêm trọng mà việc mở rộng sử dụng đường sắt để đi lại có thể đóng vai trò quan trọng vì đường sắt thân thiện với môi trường hơn các phương thức vận tải khác vì tàu hỏa đầy đủ sử dụng ít năng lượng hơn trên mỗi hành khách và thải ra ít khí thải CO2 hơn. Ví dụ, lượng CO2 trên mỗi hành khách - km đường sắt bằng khoảng 16% so với đường hàng không và khoảng 11% so với ôtô. Mặc dù dòng Nozomi mới nhất trên tuyến Tokaido Shinkansen chạy nhanh hơn 60km/h (270km/h) so với dòng 0 đầu tiên (210km/h), nhưng nó tiêu thụ ít năng lượng hơn 32% do trọng lượng nhẹ hơn, phanh tái tạo...

- Phát triển công nghệ Shinkansen, bảo vệ môi trường và các biện pháp an toàn

Công nghệ tốc độ cao của Tokaido Shinkansen. Trước khi xây dựng Tokaido Shinkansen, nhiều công nghệ bao gồm: tiêu chuẩn xây dựng, kết cấu kỹ thuật dân dụng, đường ray, toa xe, nguồn điện và hệ thống điều khiển tàu tự động đã được nghiên cứu để đạt được tốc độ, công suất và mức độ an toàn cần thiết. Các công nghệ như vậy đã được xác minh bằng các thử nghiệm tốc độ cao tại đường thử Kamonomiya. Để đạt được tốc độ vận hành tối đa là 250km/h, các đường cong được chỉ định có bán kính lớn hơn so với các tuyến thông thường và độ dốc tối đa được hạ thấp. Ngoài ra, toàn bộ tuyến được thiết kế với sự phân cách hoàn toàn để loại bỏ tất cả các giao cắt ngang, do toa xe Shinkansen sử dụng thiết kế kết cấu kín khí nên mặt cắt ngang của các đường hầm (đường đôi) được đặt ở mức khoảng 60m2. Các vấn đề kỹ thuật do tốc độ cao gây ra, chẳng hạn như: lực cản khí động học, độ bám đường ray, độ ổn định khi chạy, thu thập năng lượng của pantograph, ổ trục, khoảng cách phanh và sóng áp suất khi vào đường hầm và đi qua ở tốc độ cao... đều là chủ đề của hoạt động nghiên cứu và triển khai (R&D) mở rộng. Các hệ thống tín hiệu bên đường ray thông thường không còn hữu ích trong việc đảm bảo vận hành an toàn ở tốc độ cao, do đó hệ thống tín hiệu trong cabin tiên tiến và hệ thống điều khiển tàu tự động (ATC) đã được phát triển cùng với hệ thống điều khiển giao thông tập trung (CTC).    

Tăng tốc độ tàu Shinkansen, khi Tokaido Shinkansen bắt đầu hoạt động, tốc độ tối đa của tàu là 210km/h. Những cải tiến tiếp theo được thực hiện trong quá trình xây dựng sau này của Tohoku và Joetsu Shinkansen và sau đó đã giúp tăng tốc độ tàu, như Tohoku Shinkansen đạt tốc độ tối đa 240km/h vào năm 1985; và đến năm 1992, dòng Nozomi 300 của JR Central đạt tốc độ tối đa 270km/h trên tuyến Tokaido Shinkansen; năm 1997, JR West đã tăng tốc độ tối đa của dòng Nozomi 500 lên 300km/h trên tuyến San’yo Shinkansen.

Bảo vệ môi trường. Tiếng ồn và các vấn đề môi trường khác phát sinh do tốc độ cao của tàu Shinkansen là vấn đề đáng kể đối với cư dân ven đường ray, do đó năm 1972, Cơ quan môi trường đã ban hành khuyến nghị về các biện pháp khẩn cấp để giảm tiếng ồn của tàu Shinkansen. Các tiêu chuẩn môi trường về mức độ tiếng ồn trên các tuyến tàu Shinkansen đang được xây dựng đã được thiết lập năm 1975. Do đó, các công ty bắt đầu phát triển các công nghệ khác nhau để giảm tiếng ồn, độ rung và các tác động môi trường khác của tàu Shinkansen.

Các biện pháp an toàn, khi tuyến Tokaido Shinkansen đi vào hoạt động, điều khiển tàu hỏa tự động (ATC) chỉ sử dụng 1 tần số, đến năm 1982, ATC 2 tần số bắt đầu triển khai với tuyến Tohoku và Joetsu Shinkansen. Gần đây hơn, các hệ thống ATC mới sử dụng công nghệ kỹ thuật số dựa trên dữ liệu vị trí tàu đã được phát triển; các cải tiến liên tiếp đã được thực hiện đối với các hệ thống kiểm soát giao thông tập trung (CTC) và các hệ thống khác đã được phát triển, đáng chú ý là Hệ thống điều khiển COMTRAC (năm 1972) và COSMOS (năm 1995).

- Chiến lược không gian quốc gia và mạng lưới ĐSTĐC

Với thu nhập tăng, mô hình tiêu dùng của Nhật Bản sẽ thay đổi và đa dạng hóa, nền kinh tế có thể sẽ chuyển từ các ngành công nghiệp sang các ngành dịch vụ và doanh nghiệp có giá trị gia tăng cao, thâm dụng tri thức. Trong khi đó, nguồn cung năng lượng thắt chặt hơn, hạn chế về môi trường, phát triển CNTT, quốc tế hóa và dân số Nhật Bản già hóa sẽ tác động đáng kể đến những thay đổi xã hội. Các Chiến lược không gian quốc gia hiện đang được chính phủ xây dựng nhằm mục đích nâng cao khả năng cạnh tranh quốc tế của các khu vực của Nhật Bản bằng cách chia đất nước thành các khối kinh tế quy mô lớn. Là một phần của trọng tâm chính sách, Shinkansen được coi là làm hồi sinh các khu vực bên ngoài vành đai ven biển Thái Bình Dương, bằng cách thúc đẩy du lịch và tương tác xã hội trong và giữa các khối quy mô lớn. Shinkansen đã mang lại những lợi ích đáng kể về văn hóa và kinh tế cho người dân Nhật Bản, bên cạnh đó, đường sắt thân thiện với môi trường hơn các phương thức vận tải khác nên nó ngày càng được coi là phương thức vận tải chính của tương lai, nhưng để đáp ứng được nhu cầu của thời đại sẽ đòi hỏi phải liên tục đổi mới kỹ thuật và đa dạng hóa các dịch vụ.

2. Một số gợi mở cho Việt Nam

Trên cơ sở từ kinh nghiệm phát triển ĐSTĐC của Nhật Bản nêu trên, để có thể phát triển và vận hành hiệu quả ĐSTĐC ở Việt Nam trong thực tế, cần phải nghiên cứu kỹ một số nội dung sau:

Thứ nhất, về hình thức đầu tư. ĐSTĐC mang lại hiệu quả kinh tế - xã hội rất lớn, giúp tiết kiệm thời gian đi lại, giảm tai nạn giao thông và ô nhiễm môi trường, tái cấu trúc không gian phát triển, thúc đẩy phát triển công nghiệp, đô thị, du lịch...; nhưng xét về hiệu quả tài chính, không thể hoàn vốn từ kinh doanh đường sắt. Vì thế, nên các quốc gia cơ bản đều phát triển ĐSTĐC thông qua đầu tư công; một số quốc gia thực hiện đầu tư công kết hợp kêu gọi các doanh nghiệp đầu tư mua sắm phương tiện để vận hành, khai thác.

Nghiên cứu về các dự án đầu tư trong lĩnh vực đường sắt theo phương thức đối tác công tư (PPP) trên thế giới cho thấy: (i) Đầu tư theo phương thức PPP không có hiệu quả hơn đầu tư công; (ii) Việc chuyển rủi ro sang khu vực tư nhân là không hiệu quả. Một số quốc gia đầu tư theo phương thức PPP nhưng không thành công, phải quốc hữu hóa, như: Ý, Tây Ban Nha; hoặc phải nâng hỗ trợ của nhà nước đối với các dự án PPP lên rất cao, như: Đài Loan (Trung Quốc); một số dự án PPP thành công, nhưng phạm vi đầu tư chủ yếu là các khu thương mại, nhà ga trung tâm hoặc đầu tư phương tiện và khai thác một số đoạn tuyến hiệu quả.

Thứ hai, lựa chọn tốc độ thiết kế. Hiện nay, xu hướng tỷ lệ tốc độ thiết kế từ 300km/h trở lên chiếm chủ yếu. Cơ bản các dự án đầu tư ĐSTĐC lựa chọn tốc độ thiết kế 350km/h hoặc cao hơn (Indonesia đã đầu tư tuyến đối Jakarta - Bandung với tốc độ thiết kế 380km/h; Nga quyết định xây tuyến Moscow - Saint Petersburg với tốc độ thiết kế 400km/h). Chi phí đầu tư tốc độ 350km/h cao hơn tốc độ 250km/h khoảng 8% - 9% (hạ tầng cao hơn khoảng 7%; phương tiện, thiết bị cao hơn khoảng 17%). Tuy nhiên, nếu đầu tư với tốc độ 250km/h, việc nâng cấp lên tốc độ 350km/h là khó khả thi và không hiệu quả.

Thứ ba, lựa chọn công nghệ. Sự tiến bộ của khoa học, công nghệ trên thế giới đã tạo điều kiện thuận lợi để thử nghiệm, phát triển ĐSTĐC. Hiện nay, trên thế giới có 3 loại hình công nghệ ĐSTĐC sử dụng đoàn tàu và hạ tầng khác nhau, gồm: (i) Công nghệ chạy trên ray (hiện đang được phát triển tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt tại Nhật Bản, Trung Quốc); (ii) Công nghệ chạy trên đệm từ trường - Maglev (chi phí đầu tư cao, chưa đầu tư khai thác phổ biến trên thế giới); (iii) Công nghệ chạy trong ống - Hyperloop (chi phí đầu tư rất cao, đang được nghiên cứu và thử nghiệm).Đến nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới đều chọn ĐSTĐC chạy trên ray vì mức độ tin cậy, hiệu quả và đang nghiên cứu nâng cao tối đa tốc độ khai thác. Theo số liệu thống kê năm 2023 của Hiệp hội đường sắt quốc tế, tổng chiều dài ĐSTĐC với công nghệ chạy trên ray, đang khai thác trên thế giới khoảng 59.400km (dự kiến tăng gấp đôi trong vòng 30 năm tới).

Thứ tư, lựa chọn công năng vận tải. Đa số các quốc gia có mạng lưới đường sắt phát triển đều dùng đường sắt hiện hữu để vận chuyển hàng hóa, ĐSTĐC vận chuyển khách là chủ yếu. Trường hợp có đường biển, đường thủy trên cùng hành lang thì vận chuyển hàng hóa bằng đường thủy kết hợp đường biển là tối ưu nhất. Các quốc gia ven biển có địa hình trải dài tương tự Việt Nam, như: Nhật Bản, Ý, Indonesia... đều lựa chọn vận tải hàng hóa chủ yếu bằng đường biển, thủy nội địa do có lợi thế về giá thành.

Thứ năm, tiếp nhận chuyển giao công nghệ, phát triển công nghiệp, đào tạo nguồn nhân lực. Các quốc gia đều có chương trình phát triển quốc gia về nguồn nhân lực, công nghiệp đường sắt để sẵn sàng cho việc đầu tư, phát triển, trong đó căn cứ quan trọng để lựa chọn mức độ phát triển công nghiệp đường sắt là quy mô thị trường và trình độ phát triển các ngành công nghiệp. Về công nghệ, hiện nay mới chỉ có 4 quốc gia tự phát triển, làm chủ hoàn toàn, gồm: Nhật, Pháp, Đức, Ý; 3 quốc gia nhận chuyển giao và tiến tới làm chủ: Trung Quốc, Hàn Quốc, Tây Ban Nha. Đây đều là các nước có nền công nghiệp phát triển. Các quốc gia còn lại chỉ nhận chuyển giao để làm chủ công tác vận hành, bảo trì và từng bước nội địa hóa, sản xuất một số linh kiện, phụ tùng thay thế cho ĐSTĐC.

Kinh nghiệm phát triển công nghiệp đường sắt trên thế giới cho thấy, để phát triển công nghiệp đường sắt tiến tới làm chủ hoàn toàn công nghệ, cần thời gian dài, qua nhiều giai đoạn và có hệ thống các ngành công nghiệp phụ trợ phát triển (luyện kim, cơ khí chế tạo, tự động hóa...), nhưng quan trọng nhất là cần phải có trụ đỡ về quy mô thị trường.

ThS. Nguyễn Tiến Đạt

Báo Quân đội Nhân dân