Một số tiêu chí lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn cho lĩnh vực phương tiện đường sắt đô thị

1. Đặt vấn đề

Hệ thống đường sắt đô thị (ĐSĐT) được xem là phương thức vận tải hành khách công cộng chủ lực tại các đô thị lớn, góp phần giảm ùn tắc giao thông và hạn chế ô nhiễm môi trường. Theo thống kê của UITP trong “Urban Public Transport in the 21st Century”, tổng số hành trình giao thông công cộng ở 39 quốc gia đã tăng 18% từ năm 2000 đến 2015, tương ứng với việc giảm 15 - 30% lưu lượng xe cá nhân trong giờ cao điểm [1].

Trên thế giới, hơn 200 mạng metro đang vận hành tại 65 quốc gia với tổng chiều dài hơn 8.500 km, minh chứng qua danh sách các hệ thống ĐSĐT toàn cầu [2]. Tại Việt Nam, hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật cho phương tiện ĐSĐT chưa được ban hành đồng bộ ở cấp quốc gia. Cụ thể, tuyến Cát Linh - Hà Đông áp dụng tiêu chuẩn GB/T của Trung Quốc [3], tuyến Nhổn - Ga Hà Nội tuân thủ các quy định của UIC và tiêu chuẩn châu Âu [4], trong khi tuyến Bến Thành - Suối Tiên lại áp dụng hệ thống tiêu chuẩn của Nhật Bản [5].

Sự thiếu thống nhất này dẫn đến chi phí đầu tư và bảo trì tăng cao, khó khăn trong tích hợp công nghệ và đào tạo nhân lực, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và tuổi thọ phương tiện. Theo UIC, việc tiêu chuẩn hóa và đồng bộ quy trình kỹ thuật là yếu tố then chốt cho vận hành liên tục và bảo trì toàn cầu [4]. “The Urban Rail Development Handbook” của World Bank cũng nhấn mạnh phải cân nhắc đồng thời các khía cạnh kỹ thuật, kinh tế và vận hành vòng đời để đảm bảo tính bền vững của dự án [6].

2. Phân tích các tiêu chí quan trọng trong lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn phương tiện ĐSĐT 

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, phần này phân tích các tiêu chí then chốt để lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn phù hợp, gồm: Độ tin cậy - an toàn, đồng bộ - tương thích, hiệu quả vận hành, uy tín quốc tế - hỗ trợ kỹ thuật, khả năng mở rộng và tính kế thừa. Phân tích tập trung so sánh các hệ thống tiêu chuẩn của châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc, nhằm đề xuất bộ tiêu chuẩn tối ưu cho Việt Nam trong bối cảnh hội nhập.

2.1. Độ tin cậy và an toàn

Độ tin cậy và an toàn là yếu tố nền tảng của mọi hệ thống giao thông công cộng. Theo UIC Technical Solutions for the Operational Railway, các nhóm chuyên gia đã chứng minh rằng việc áp dụng tiêu chuẩn nghiêm ngặt giúp giảm tới 30% các sự cố kỹ thuật và tai nạn, đồng thời tăng tính sẵn sàng của phương tiện lên trên 99,8% [4].

Hệ thống tiêu chuẩn châu Âu là điển hình về độ tin cậy và an toàn nhờ các tiêu chuẩn như EN 15227 về khả năng chịu va chạm và EN 45545 về phòng, chống cháy trên phương tiện đường sắt. EN 15227 đã được áp dụng trong nhiều dự án khác nhau, giúp giảm 40% thiệt hại về người và 25% thiệt hại về tài sản trong các va chạm ở tốc độ trung bình 20 - 30 km/h [7]. EN 45545 quy định các mức nguy hiểm HL1-HL3 ((HL - Hazard Level)) cho vật liệu, đảm bảo chỉ số sinh khói và phát thải CO₂ thấp nhất, đặc biệt quan trọng trong các đường hầm metro dài [8].

Hệ tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản tập trung mạnh vào khả năng chống chịu thiên tai và vòng đời vật liệu. Ví dụ, JIS E 4001-4004 quy định dung sai siêu nhỏ cho kết cấu chịu lực, giúp tàu vẫn hoạt động ổn định trong điều kiện động đất nhẹ [9]. Ngoài ra, các quy trình kiểm tra “chi tiết từng bu-lông, mối hàn” giúp tăng tuổi thọ kết cấu lên 20 - 25% so với quy định thông thường.

Mặc dù Trung Quốc đã mở rộng mạng lưới đường sắt trên 159.000 km (xếp thứ hai thế giới [10]), tiêu chuẩn GB/T ban đầu thiên về chi phí và tốc độ, khiến hiệu quả bảo trì chưa ổn định. Gần đây, CRRC bổ sung thử nghiệm va chạm và chống cháy theo EN 15227 và EN 45545, nhưng mới áp dụng thí điểm tại một số nhà máy [11].

Hàn Quốc, với mạng lưới KTX dài 625 km và 3.187 km đường đô thị điện khí hóa [12] đang hoàn thiện tiêu chuẩn về an toàn va chạm và phòng cháy. Tiêu chuẩn này lấy tham chiếu từ EN 15227 nhưng bổ sung các điều kiện về dao động cao tần [13].

Để tối ưu độ tin cậy và an toàn cho ĐSĐT Việt Nam, nên lấy EN 15227 và EN 45545 làm khung chính, bổ sung quy định chống thiên tai từ Nhật Bản và tham khảo cải tiến của Trung Quốc, Hàn Quốc. 

2.2. Tính đồng bộ và khả năng tương thích

Tính đồng bộ và tương thích giữa các bộ phận đảm bảo vận hành liền mạch, giảm chi phí tích hợp và bảo trì. UIC Technical Solutions khuyến nghị sử dụng các tiêu chuẩn mở để hỗ trợ đa nhà cung cấp, qua đó giảm 15% thời gian bảo trì định kỳ [4].

Các tiêu chuẩn EN 50155 và IEC 61375 đảm bảo hệ thống điện, điều khiển và truyền thông tương thích giữa các hãng khác nhau. EN 50155 quy định 6 cấp độ nhiệt độ và độ ẩm, cùng yêu cầu kháng sốc/vibration cao nhất OT5/C5 [14]. IEC 61375 cho phép các bus MVB, WTB và ECN kết nối linh hoạt, hỗ trợ cả CANopen và Ethernet [15].

Tiêu chuẩn JIS C 0920 (IP Code) và JIS C 3202 (cách điện dây dẫn) của Nhật Bản giúp thiết bị điện tử chịu môi trường khắc nghiệt và hỗ trợ đồng bộ mô-đun từ nhiều nhà cung cấp [9]. Tokyo Metro cũng áp dụng CBTC nội địa tương thích IEEE 1474, dễ tích hợp thiết bị nước ngoài. Trung Quốc (GB/T) ưu tiên giảm chi phí, gây khó khăn khi tích hợp EN/IEC, hiện phát triển GB/T 50327 theo IEC 61375 [11]. Hàn Quốc (KRCS 0055) thêm yếu tố plug-and-play cho CBTC nhưng mới tương thích tạm với chuẩn ERTMS [16].

Để tối ưu hóa chi phí tích hợp cũng như rút ngắn thời gian triển khai và đưa các tuyến đường sắt mới vào hoạt động, Việt Nam cần áp dụng các tiêu chuẩn EN 50155 và IEC 61375 như những chuẩn mực cơ bản, đồng thời đảm bảo khả năng tương thích với các hệ thống CBTC hiện tại và ERTMS trong tương lai. 

2.3. Hiệu quả vận hành lâu dài và phát triển bền vững

Hiệu quả vận hành lâu dài và phát triển bền vững là tiêu chí then chốt trong lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn cho ĐSĐT, vì nó không chỉ liên quan đến chi phí vận hành - bảo trì (O&M) mà còn đến mức tiêu hao năng lượng, khả năng thu hồi năng lượng tái tạo, tuổi thọ thiết bị và sự ổn định trong cung ứng phụ tùng. Theo báo cáo The Future of Rail của IEA, đường sắt chỉ chiếm 2% nhu cầu năng lượng giao thông toàn cầu nhưng đảm nhận vận chuyển 8% hành khách và 7% hàng hóa, cho thấy tiềm năng tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải lớn [17].

Tiêu chuẩn EN 50591:2019 quy định phương pháp đánh giá năng lượng tiêu thụ của đoàn tàu qua mô phỏng và đo lường để so sánh hiệu quả năng lượng, đồng thời cho phép tính toán chi phí vòng đời (LCC) [18]. Tương tự, IEC 60300-3-3:2017 hướng dẫn áp dụng LCC trong quản lý độ tin cậy và chất lượng, giúp chủ đầu tư tối ưu chi phí bảo trì và giảm từ 20 - 25% tổng chi phí bảo trì trong 30 năm [19]. Các hệ thống metro hiện đại tại Pháp và Đức sử dụng công nghệ thu hồi năng lượng hãm, có thể tái sinh lên đến 30% điện năng tiêu thụ của đoàn tàu thông qua bộ lưu trữ năng lượng onboard [20, 21].

Theo Operations and Maintenance of Urban Railways Handbook của JICA, việc ứng dụng quy trình bảo trì 5S và mô hình TOD trong Tokyo Metro và Osaka Metro đã giảm thời gian gián đoạn trung bình xuống còn 0,8 phút mỗi lần trễ, so với mức 1,5 phút trước đây [22].

Guangzhou Metro (MTR Thượng Hải) đã triển khai Hệ thống giám sát định trạng (Condition Based Monitoring - CBM) cho các bộ phận quan trọng, giúp giảm khoảng 18% chi phí thay thế linh kiện nhờ dự báo chính xác thời điểm cần thay thế [23].

Để tối ưu hóa hiệu quả lâu dài và bền vững, Việt Nam cần áp dụng chuẩn EN 50591/IEC 60300, kết hợp các công nghệ thu hồi năng lượng và CBM, đồng thời triển khai các chương trình đào tạo O&M theo mô hình JICA.

2.4. Khả năng mở rộng và nâng cấp

Khả năng mở rộng và nâng cấp là "chìa khóa" để các hệ thống ĐSĐT dễ dàng đón đầu công nghệ mới như CBTC, ERTMS hay giám sát số hóa. Theo UIC Vision 2030, một kiến trúc “mở” có thể giúp giảm tới 30% chi phí tích hợp công nghệ mới trong giai đoạn đầu triển khai [24].

Cụ thể, ERTMS với ba thành phần GSMR, ETCS và ETML cho phép từng bước nâng cấp mà không gián đoạn vận hành, điển hình là tuyến HSL Zuid tại Hà Lan đang chạy ETCS Level 2 và sẵn sàng nâng lên Level 3 khi cần [25]. Tương tự, CBTC tại Tokyo Metro với công nghệ “moving block” đã tăng mật độ tàu 25% mà không cần mở rộng hạ tầng, đồng thời dễ tích hợp các mô-đun AI cho điều phối tự động [26].

Ngược lại, Trung Quốc ban đầu áp dụng GB/T để tiết kiệm chi phí và đẩy nhanh tiến độ nhưng khi chuyển sang CBTC tiên tiến đã phải thay thế hầu hết phần cứng, khiến chi phí nâng cấp tăng 20 - 25% [27]. Ở Hàn Quốc, mặc dù hệ CBTC nội địa tự động hóa cao, nó vẫn chưa tương thích hoàn toàn với IEC 61375 hoặc IEEE 1474, dù hiện đang theo lộ trình áp dụng ETCS Level 2 trên tuyến cao tốc KTX để hướng tới chuẩn mở và khả năng kế thừa tốt hơn [12, 28].

Để xây dựng một mạng lưới ĐSĐT linh hoạt và bền vững, Việt Nam nên áp dụng ngay từ đầu các tiêu chuẩn “mở” như ERTMS và CBTC, triển khai theo mô hình nâng cấp mô-đun từng phần nhằm tránh gián đoạn vận hành và giảm lệ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất, đồng thời tuân thủ chuẩn quốc tế IEC/IEEE để đơn giản hóa việc tiếp nhận và mở rộng công nghệ trong tương lai.

2.5. Uy tín quốc tế và hỗ trợ kỹ thuật - đào tạo chuyên sâu

Một hệ thống tiêu chuẩn có uy tín quốc tế sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác, tiếp nhận công nghệ và thu hút đầu tư. Đồng thời, sự hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo bài bản giúp các quốc gia đang phát triển như Việt Nam nhanh chóng làm chủ công nghệ và vận hành hệ thống một cách bền vững.

Châu Âu có các tiêu chuẩn EN và IEC được công nhận rộng rãi qua Vienna Agreement, giúp tăng tính minh bạch và khả năng tích hợp quốc tế [4]. Các tập đoàn như Siemens và Alstom còn cung cấp khóa đào tạo chuyên sâu qua Mobility Academy, cấp chứng chỉ và hỗ trợ vận hành thực tế [33, 34]. Nhật Bản có các chương trình O&M do JICA triển khai, đi kèm đào tạo kỹ sư và chuyển giao tài liệu kỹ thuật, minh chứng qua nhiều dự án tại Việt Nam và Đông Nam Á [5, 32]. Trong khi đó, Trung Quốc chủ yếu đào tạo nội bộ, chưa hỗ trợ chuyển giao quốc tế hiệu quả [27]. Hàn Quốc có hệ thống đào tạo do KRRI quản lý, nhưng vẫn chưa phổ biến rộng và thiếu chiều sâu so với mô hình JICA hay Siemens [12, 35].

3. Đề xuất danh mục tiêu chuẩn áp dụng đối với lĩnh vực phương tiện ĐSĐT tại Việt Nam

Dựa trên các phân tích trên về các tiêu chí trọng yếu như độ tin cậy và an toàn, đồng bộ, hiệu quả vận hành lâu dài, phát triển bền vững, uy tín quốc tế, hỗ trợ kỹ thuật - đào tạo chuyên sâu, khả năng mở rộng và tính kế thừa, cũng như dựa trên kinh nghiệm áp dụng thành công của các hệ thống tiêu chuẩn quốc tế, đặc biệt là tiêu chuẩn châu Âu, danh mục tiêu chuẩn chính áp dụng đối với lĩnh vực phương tiện ĐSĐT tại Việt Nam được đề xuất như sau:

*)Tiêu chuẩn về thiết kế phương tiện:

EN 15273-2: Railway applications - Gauges Rolling stock gauge

EN 13749: Wheelsets and bogies - Structural requirements of bogie frames

EN 13104: Wheelsets and bogies - Powered axles - Design method

EN 12663-1: Structural requirements of railway vehicle bodies

EN 14752: Bodyside entrance systems for rolling stock

EN 16286-1: Gangway systems between vehicles - Main applications

EN 16186 (1-8): Driver’s cab

*) Tiêu chuẩn về hệ thống hãm:

EN 13452-1, EN 13452-2: Urban rail brake systems

EN 15595: Braking - Wheel slide protection

EN 15624, EN 15625: Braking - Empty-loaded changeover devices

*) Tiêu chuẩn về hệ thống điện và cấp điện:

EN 50163: Supply voltages of traction systems

EN 16019: Automatic coupler - Performance requirements

EN 50206-2: Rolling stock - Pantographs

*) Tiêu chuẩn về an toàn, chống cháy nổ:

EN 45545-1 đến EN 45545-7: Fire protection for railway vehicles

EN 13272-2: Electrical lighting for rolling stock

*) Tiêu chuẩn về thử nghiệm phương tiện:

EN 15227: Crashworthiness requirements

EN 61373: Shock and vibration tests

EN 14363: Running behaviour and stationary tests

EN 61377: Combined test method for traction systems

4. Kết luận

Trong bối cảnh Việt Nam đang triển khai các tuyến ĐSĐT đầu tiên tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, việc lựa chọn một hệ thống tiêu chuẩn phù hợp cho phương tiện đóng vai trò then chốt, không chỉ đảm bảo an toàn - hiệu quả vận hành, mà còn quyết định đến khả năng bảo trì, nâng cấp và phát triển mạng lưới trong dài hạn.

Bài báo đã phân tích 5 tiêu chí trọng yếu gồm: (1) Độ tin cậy và an toàn; (2) Tính đồng bộ và khả năng tương thích; (3) Hiệu quả vận hành lâu dài và phát triển bền vững; (4) Khả năng mở rộng - nâng cấp và (5) Uy tín quốc tế và hỗ trợ kỹ thuật - đào tạo chuyên sâu. Qua đối sánh các hệ thống tiêu chuẩn từ châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc, có thể nhận thấy hệ thống tiêu chuẩn châu Âu hiện đang chiếm ưu thế rõ rệt về tính quốc tế hóa, khả năng tích hợp công nghệ và mức độ kiểm chứng qua các dự án thực tiễn. Trên cơ sở đó, bài báo đã đề xuất danh mục tiêu chuẩn khung gồm 5 nhóm chính, bao phủ các nội dung về kết cấu, điện - điện tử, phòng cháy, tín hiệu điều khiển, hiệu suất năng lượng và đào tạo vận hành. 

Về định hướng chiến lược, Việt Nam nên tiến tới xây dựng hệ thống tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) về phương tiện ĐSĐT, trong đó lấy EN/IEC làm nền tảng, bổ sung linh hoạt các quy định đặc thù nội địa và kinh nghiệm từ Nhật Bản trong đào tạo - vận hành. Việc thống nhất hệ thống tiêu chuẩn không chỉ góp phần giảm chi phí đầu tư - bảo trì, mà còn tạo tiền đề cho việc nội địa hóa sản xuất, thu hút đầu tư và từng bước làm chủ công nghệ ĐSĐT trong tương lai.

* Tiêu đề do Toà soạn đặt - Mời xem file PDF tại đây

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. UITP (2020), National PT stats, https://cms.uitp.org/wp/wp-content/uploads/2020/08/UITP_Statistic-Brief_national-PT-stats.pdf.
[2]. Wikipedia, List of metro systems, https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_metro_systems.
[3]. Railway Technology, Hanoi Metro Line 2A: Cat Linh - Ha Dong, https://www.railway-technology.com/pressreleases/hanoi-metro-line-2a-cat-linh-ha-dong-line/.
[4]. UIC (2020), Technical solutions for the operational railway, https://uic.org/IMG/pdf/20201126_uic_technical_solutions.pdf.
[5]. JICA, Document from JICA platform, https://openjicareport.jica.go.jp/740/740_123.html.
[6]. World Bank (2018), Financial report for railway projects, https://openknowledge.worldbank.org/bitstream/handle/10986/30392/9781464812729.pdf.
[7]. CEN (2010), EN 15227: Crashworthiness, https://www.scribd.com/document/199806758/EN15227-Crashworthiness-of-Railway-Vehicle-Body.
[8]. Wikipedia, List of EN standards, https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_EN_standard.
[9]. Wikipedia, Japanese Industrial Standards, https://en.wikipedia.org/wiki/Japanese_Industrial_Standards.
[10].  Wikipedia, Rail transport in China, https://en.wikipedia.org/wiki/Rail_transport_in_China.
[11]. DGE. EN 455452: Fire safety, https://dge-europe.com/en-45545-european-railway-standard-fire-safety.
[12]. Wikipedia, Rail transport in South Korea, https://en.wikipedia.org/wiki/Rail_transport_in_South_Korea.
[13]. Zfoam, EN 455452 Standard: Railway Safety, https://www.zfoam.com/en/en-45545-2-standard-railway-safety.
[14]. Wikipedia, EN 50155, https://en.wikipedia.org/wiki/EN_50155.
[15]. Wikipedia, Train communication network, https://en.wikipedia.org/wiki/Train_communication_network.
[16]. Teltonika Networks Wiki, RUTX11 Railway, https://wiki.teltonika-networks.com/view/RUTX11_Railway.
[17]. IEA (2019), The Future of Rail, https://iea.blob.core.windows.net/assets/fb7dc9e4-d5ff-4a22-ac07-ef3ca73ac680/The_Future_of_Rail.pdf.
[18]. CENELEC (2019), EN 50591: Energy consumption, https://standards.globalspec.com/std/13407125/en-50591.
[19]. IEC (2017), IEC 6030033: Life cycle costing, https://www.intertekinform.com/en-us/standards/iec-60300-3-3-2017-563209.
[20]. Khodaparastan, M. (2020), Regenerative Braking Energy, https://academicworks.cuny.edu/cc_etds_theses/858.
[21]. Wikipedia, Supercapacitor, https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor.
[22]. JICA, O&M of Urban Railways Handbook, https://www.jica.go.jp/english/our_work/thematic_issues/transportation/urban_railway_handbook.html.
[23]. SKF Evolution Team (2022), Condition monitoring cuts costs for Guangzhou Metro, https://evolution.skf.com/conditioning-monitoring-cuts-costs.
[24]. Gutierrez, M. (2021), Intelligent tracks & predictive maintenance, https://www.era.europa.eu/system/files/2022-11/24.20211105_uic_towards_predictive_maintenan.
[25]. Wikipedia, European Rail Traffic Management System, https://en.wikipedia.org/wiki/European_Rail_Traffic_Management_System.
[26]. JICA Study Team, Maintenance Center for Line 5, https://openjicareport.jica.go.jp/pdf/12111563_03.pdf.
[27]. CRRC (2022), Social Responsibility Report, https://www1.hkexnews.hk/listedco/listconews/sehk/2022/0419/2022041901692.pdf.
[28]. Briginshaw, D. (2024), New Korean train control system, https://www.railjournal.com/infrastructure/new-korean-train-control-system-ready-for-deployment/.
[29]. CEN, European Committee for Standardization, https://en.wikipedia.org/wiki/European_Committee_for_Standardization.
[30]. Wikipedia, European Standard, https://en.wikipedia.org/wiki/European_Standard.
[31]. CEN-CENELEC, CEN-ISO cooperation, https://www.cencenelec.eu/about-cen/cen-and-iso-cooperation.
[32]. JICA (2022), Railway Operation & Maintenance, https://openjicareport.jica.go.jp/pdf/12373247.pdf.
[33]. Siemens Mobility (2025), CBTC system, https://www.mobility.siemens.com/global/en/portfolio/rail-infrastructure/mass-transit/communications-based-train-control-system.html.
[34]. Siemens Mobility (2025), Rail training courses, https://www.mobility.siemens.com/global/en/portfolio/rail-services/qualification-services/on-site-and-virtual-training.html.
[35]. MOLIT (2014), Railway Standard Specifications, https://www.molit.go.kr/USR/I0204/m_45/dtl.jsp?idx=12737.