Ứng dụng mô hình thông tin công trình trong thiết kế công trình hiện nay (BIM)

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ và tác động đến nhiều ngành, nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực xây dựng, nhiều công nghệ mới đã được phát triển và được ứng dụng vào thiết kế, thi công và quản lý công trình xây dựng. Một trong những công nghệ mới này là việc sử dụng mô hình thông tin công trình – BIM (Building Information Model). BIM đang được phát triển mạnh và được đánh giá là công nghệ chủ đạo của ngành xây dựng.

Tổng quan về cuộc cách mạng 4.0 và BIM

  1. Cách mạng công nghiệp 4.0
    Thế giới đã trải qua 3 cuộc cách mạng công nghiệp và hiện nay đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Nếu như cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 1 sử dụng năng lượng nước và hơi nước để cơ giới hóa sản xuất; cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2 ứng dụng điện năng để sản xuất hàng loạt; cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 sử dụng điện tử và công nghệ thông tin (CNTT) để tự động hóa sản xuất; thì cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, còn gọi là cách mạng công nghiệp 4.0, tạo ra sự kết nối giữa thế giới thực, thế giới ảo dựa trên nền tảng công nghệ số với các công nghệ nổi bật như: trí tuệ nhân tạo (AI), vạn vật kết nối (IOT – Internet of Things), dữ liệu lớn (Big Data), thực tế ảo (VR), mô phỏng, điện toán đám mây… [1].

Theo đánh giá của nhiều chuyên gia và nhà kinh tế trên thế giới, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ có những tác động mạnh mẽ tới nhiều ngành, nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực xây dựng, những công nghệ mới này sẽ giúp nâng cao năng lực sản xuất, chất lượng công trình, giảm chi phí sản xuất – vận hành công trình, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của chủ đầu tư.

Các cuộc cách mạng công nghiệp

  1. Mô hình thông tin công trình – BIM
    BIM là một công nghệ mới, được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ số, đang được triển khai và áp dụng rộng rãi trong ngành xây dựng ở nhiều quốc gia. BIM được xem là một trong những giải pháp quan trọng để tiếp cận cuộc cách mạng công nghệ 4.0 của ngành xây dựng Việt Nam. Hiện có nhiều định nghĩa khác nhau về BIM.

Autodesk định nghĩa về BIM như sau: “BIM là một tiến trình liên quan đến việc tạo lập và sử dụng mô hình 3D thông minh để thông tin và truyền thông về các quyết định của dự án. Việc thiết kế, diễn họa, mô phỏng và hợp tác được thực hiện bởi các công cụ BIM cho phép tất cả các bên liên quan hiểu rõ hơn về dự án trong suốt vòng đời của nó. BIM giúp cho việc đạt mục tiêu của dự án dễ dàng hơn” [2]

Trong kế hoạch chiến lược về BIM của Anh, BIM được định nghĩa như sau: “BIM là một phương thức cộng tác, được củng cố bởi các công nghệ kỹ thuật số, mở ra những phương pháp hiệu quả trong thiết kế, xây dựng và vận hành công trình. BIM đưa các dữ liệu công trình vào một mô hình 3D trên máy tính và sử dụng để quản lý hiệu quả thông tin trong toàn bộ vòng đời của dự án từ khi hình thành ý tưởng ban đầu cho đến khi vận hành.”[3]

Trong tiêu chuẩn quốc gia về BIM của Mỹ, BIM được định nghĩa như sau: “BIM là sự thể hiện kỹ thuật số các đặc trưng về vật lý và chức năng của công trình. Nó được dùng như là một nguồn chia sẻ thông tin về công trình cho các bên liên quan để làm cơ sở đáng tin cậy cho các quyết định trong suốt vòng đời của công trình, từ khi hình thành ý tưởng cho đến khi tháo dỡ công trình.” [4]

Các công nghệ nổi bật của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
Tuy có nhiều định nghĩa về BIM khác nhau nhưng một cách chung nhất có thể hiểu BIM là tiến trình tạo dựng và sử dụng mô hình kỹ thuật số cho cả vòng đời của công trình, từ giai đoạn thiết kế, xây dựng, cho đến vận hành, bảo trì và tháo dỡ công trình. Toàn bộ thông tin và dữ liệu liên quan đến công trình trong toàn bộ vòng đời của nó được lưu trữ và khai thác thông qua một mô hình thông tin thống nhất và được liên kết với nhau. Bất kỳ sự thay đổi của thành phần nào trong mô hình cũng sẽ được tự động cập nhật cho toàn bộ hệ thống. Do đó, việc áp dụng BIM sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự trao đổi, hợp tác giữa các bên tham gia, tối ưu hóa việc thiết kế, thi công và quản lý công trình.

Hiện nay, BIM đã được áp dụng bắt buộc trong ngành xây dựng nhiều nước như Mỹ, Anh, Singapore, và một số nước khác ở các cấp độ khác nhau. Tại Việt Nam, việc áp dụng BIM trong thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành công trình đang được triển khai với đề án ứng dụng BIM trong hoạt động thiết kế, xây dựng và vận hành công trình đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 22/12/2016. Sau đó, kế hoạch thực hiện đề án và hướng dẫn tạm thời về việc áp dụng mô hình thông tin công trình trong giai đoạn thí điểm cũng đã được Bộ Xây dựng ban hành. Do đó việc áp dụng BIM trong hoạt động thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành công trình tại Việt Nam có cơ sở để phát triển.

Những lợi ích và thách thức khi ứng dụng BIM trong thiết kế
BIM được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của ngành xây dựng từ thiết kế, xây dựng đến quản lý vận hành công trình. Việc ứng dụng BIM mang lại nhiều lợi ích cũng như đem lại nhiều thách thức cho các bên có liên quan đến dự án. Tuy nhiên, ở đây, bài viết này chỉ đề cập đến những lợi ích và thách thức khi ứng dụng BIM trong thiết kế.

Những lợi ích khi ứng dụng BIM trong thiết kế
Trong giai đoạn thiết kế, BIM được sử dụng để tạo mô hình ba chiều (3D) chứa thông tin của công trình. Mô hình này được sử dụng để trình diễn thiết kế, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu, quan sát, phát hiện các xung đột giữa các bộ môn, tạo và cập nhật tự động các bản vẽ, tính toán khối lượng, lập dự toán chi phí, phân tích hiệu quả công trình. Ứng dụng BIM trong thiết kế mang lại những lợi ích như sau: [6]

Trực quan hóa: Với BIM, công trình được mô phỏng và trình diễn với mô hình 3D trên máy tính. Thông qua những hình ảnh mô phỏng 3 chiều, người thiết kế dễ dàng truyền đạt ý tưởng thiết kế đến các thành viên dự án, giúp họ hiểu rõ hơn về dự án cũng như các phương án thiết kế, đồng thời giúp cho việc đánh giá, lựa chọn phương án nhanh chóng, chính xác và hiệu quả hơn.
Tăng năng suất và chất lượng thiết kế: Việc áp dụng BIM góp phần tăng năng suất, chất lượng thiết kế nhờ có sự phối hợp đồng thời giữa các thành viên dự án. Sự phối hợp này giúp cho việc truyền đạt thông tin giữa các thành viên dự án diễn ra nhanh chóng, hiệu quả, giúp sớm phát hiện sớm các xung đột giữa các bộ môn, hạn chế các lỗi và thiếu sót trong quá trình thiết kế, giảm làm lại, giảm chi phí phát sinh. Với BIM, người thiết kế có thể tạo ra các bản vẽ từ mô hình một cách nhanh chóng và các bản vẽ này sẽ được tự động cập nhật khi có sự điều chỉnh điều chỉnh thiết kế mà không cần thiết phải có những sự điều chỉnh thủ công trên từng bản vẽ.
Cải thiện công tác đo bóc khối lượng và lập dự toán chi phí: Công tác bóc khối lượng và lập dự toán chi phí của công trình được thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác nhờ mọi thông tin liên quan đến khối lượng, vật liệu, giá đều được lưu trữ trong mô hình công trình và dễ dàng được cập nhật và trích xuất thông qua các phần mềm được thực hiện một cách tự động. Nhờ đó công tác đo bóc khối lượng và lập dự toán chi phí sẽ được rút ngắn đáng kể.
Tăng cường tính bền vững cho công trình: BIM cung cấp các công cụ hỗ trợ việc việc phân tích hiệu quả công trình. Qua đó, các nhà thiết kế có thể tính toán được nhu cầu sử dụng năng lượng của công trình, có thể thay đổi, điều chỉnh phương án thiết kế sao cho việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, đảm bảo tính bền vững cho công trình.
Tăng cường sự hợp tác: BIM tạo điều kiện cho sự trao đổi, hợp tác giữa các thành viên dự án. Với việc cùng làm việc trên một mô hình thông tin thống nhất, các thành viên dự án có được cái nhìn tổng thể về dự án, hiểu rõ công việc của các thành viên khác, sớm phát hiện các xung đột giữa các bộ phận và cùng nhau trao đổi, tìm ra giải pháp cho các xung đột đó.

BIM – Cơ sở dữ liệu sử dụng thống nhất trong toàn vòng đời công trình [5]

Những thách thức khi ứng dụng BIM trong thiết kế

BIM rất hữu ích khi ứng dụng trong thiết kế kiến trúc công trình. Tuy nhiên, việc ứng dụng BIM vẫn còn nhiều thách thức, liên quan đến 4 yếu tố: Con người, công nghệ, quy trình và pháp lý. [6]

Con người: BIM là một công nghệ mới, đòi hỏi người thiết kế phải áp dụng quy trình làm việc mới nên việc quen với quy trình làm việc truyền thống, ngại thay đổi là một thách thức khi ứng dụng BIM. BIM cũng đòi hỏi người thiết kế không những có kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực chuyên môn, mà còn phải có kiến thức và kỹ năng về BIM. Việc áp dụng BIM cũng khó thực hiện nếu không có sự quan tâm và yêu cầu áp dụng BIM từ phía chủ đầu tư.
Công nghệ: Với việc ứng dụng BIM, người thiết kế làm việc chủ yếu với mô hình 3D trên máy tính nên việc lựa chọn công nghệ phù hợp cả về cấu hình phần cứng, cũng như phần mềm đóng vai trò quan trọng. Điều này cũng đòi hỏi nhiều chi phí liên quan như: chi phí cho đào tạo sử dụng phần mềm, các chi phí mua phần mềm, chi phí nâng cấp hệ thống máy tính…
Quy trình: Áp dụng BIM vào dự án đòi hỏi phải có sự hợp tác chặt chẽ giữa các bên có liên quan. Vì vậy việc phải xác định được cách thức tổ chức và quy trình phối hợp làm việc thích hợp cho các thành viên trong dự án là một trở ngại khi áp dụng BIM.
Pháp lý: Không thể áp dụng BIM vào dự án nếu như không có các văn bản pháp lý cần thiết. Trước hết cần có các văn bản pháp lý cần thiết như: Quy chuẩn, tiêu chuẩn BIM, hướng dẫn thực hiện, điều khoản hợp đồng, quyền sở hữu và trách nhiệm đối với mô hình, các vấn đề về bảo hiểm… Ngoài ra, cũng cần có một lộ trình chặt chẽ với các chế tài và công cụ pháp lý mạnh mẽ để hướng dẫn và quy định lộ trình bắt buộc áp dụng BIM.

Những lợi ích khi ứng dụng BIM trong thiết kế

Những thách thức khi ứng dụng BIM trong thiết kế


Thiết kế kiến trúc với các phần mềm BIM

Các phần mềm BIM
Hiện nay có rất nhiều phần mềm sử dụng công nghệ BIM dùng trong kiến trúc như: Autodesk Revit Architecture, Graphisoft ArchiCAD, Nemetschek Vectorworks Architect, Bentley Architecture, Nemetschek Allplan Architecture, Digital Project Designer, 4MSA IDEA Architectural Design (IntelliCAD), CADSoft Envisioneer, Softtech Spirit, RhinoBIM…
Ngoài ra, còn có các phần mềm hỗ trợ phân tích hiệu quả công trình trong giai đoạn thiết kế kiến trúc như: Autodesk Insight 360, Autodesk Green Building Studio, Graphisoft EcoDesigner, IES Solutions Virtual Environment VE-Pro, Bentley Tas Simulator, Bentley Hevacomp, DesignBuilder… Trong các phần mềm thiết kế và phân tích hiệu quả công trình trên, nổi bật nhất là bộ phần mềm của hãng Autodesk là Revit Architecture và Insight 360:

Revit Architecture: là phần mềm dành cho việc thiết kế kiến trúc theo BIM, nằm trong bộ phần mềm Revit của hãng Autodesk. Revit Architecture đưa ra những công cụ mạnh mẽ như tạo dựng mô hình, trình diễn thiết kế, khai triển hồ sơ kỹ thuật, phân tích hiệu quả công trình, cộng tác thiết kế… giúp cho việc thiết kế dễ dàng và thuận tiện.
Insight 360: là công cụ được tích hợp vào trong phần mềm Revit để phân tích hiệu quả công trình thông qua mô hình 3D, bao gồm: phân tích năng lượng, phân tích chiếu sáng tự nhiên, phân tích năng lượng bức xạ mặt trời.

Quy trình thiết kế với Revit Architecture
Quy trình thiết kế với Revit Architecture gồm 5 bước: [8]

Bước 1 – Khởi tạo dự án: Trước khi bắt đầu dự án cần xem xét các lựa chọn áp dụng trong quá trình thiết kế như: sử dụng dự án mẫu, liên kết dự án, làm việc nhóm. Sau đó tiến hành thiết lập dự án và tạo khu đất xây dựng.
Bước 2 – Xây dựng mô hình: Bắt đầu thiết kế sơ bộ với việc nghiên cứu hình khối công trình và xác định các lưới cao độ và trục định vị của công trình. Tiến hành dựng các thành phần xây dựng cơ bản (tường, sàn, mái…). Tiếp tục phát triển thiết kế bằng việc bổ sung thêm các thành phần chi tiết hơn (cầu thang, phòng, đồ nội thất…). Sau đó, thực hiện tinh chỉnh mô hình để hoàn thiện thiết kế.
Bước 3 – Cộng tác thiết kế: Sử dụng các công cụ Revit cung cấp như: Chia sẻ công việc, Sao chép/Giám sát, Phối hợp, Kiểm tra xung đột để chia sẻ công việc hoặc thông tin dự án đến các thành viên khác trong các nhóm, theo dõi, cảnh báo kịp thời những thay đổi và kiểm soát xung đột giữa các thành phần trong mô hình. Mức độ cộng tác sẽ khác nhau tùy theo dự án và theo đơn vị thiết kế.
Bước 4 – Khai triển hồ sơ thiết kế kỹ thuật: Tiến hành tạo và trình bày các bản vẽ mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt, chi tiết, các bảng thống kê, các chỉ dẫn kỹ thuật theo đúng quy định của hồ sơ thiết kế kỹ thuật. Sau đó tiến hành bố cục các bản vẽ và xuất hồ sơ thành bản in điện tử (.pdf) hoặc in ra giấy.
Bước 5 – Trình diễn dự án: Tạo các góc nhìn 3 chiều, giả lập ảnh, giả lập phim để trình bày cho chủ đầu tư hoặc các bên liên quan khác.

Quy trình phân tích hiệu quả công trình với Insight 360
Quy trình phân tích hiệu quả công trình gồm 3 bước: [7]

Bước 1 – Xác định mục tiêu và các chỉ số cần đạt được: Ở bước đầu tiên này cần phải xác định những vấn đề cần phân tích (năng lượng, ánh sáng hay bức xạ…), những khía cạnh của thiết kế cần tối ưu hóa. Điều này sẽ giúp chọn lựa những công cụ phân tích cần sử dụng, và biết được cần chú ý những gì trong kết quả phân tích.
Bước 2 – Sử dụng công cụ mô phỏng và phân tích: Trước hết cần chuẩn bị mô hình công trình dạng khối để phân tích ở giai đoạn ban đầu hoặc mô hình chi tiết (có đầy đủ tường, sàn, mái, cửa đi, cửa sổ…) để phân tích ở các giai đoạn sau. Sau đó tiến hành thiết lập các thông số liên quan đến vị trí công trình và kích hoạt công cụ phân tích.
Bước 3 – Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu: Sau khi có kết quả phân tích, người thiết kế sẽ đánh giá kết quả, điều chỉnh thiết kế, so sánh các phương án thiết kế để lựa chọn phương án thiết kế tối ưu sao cho đem lại hiệu quả cao cho công trình.

Ứng dụng các phần mềm BIM trong thiết kế và phân tích hiệu quả công trình [7]


Kết luận
Ứng dụng BIM là xu hướng quan trọng của ngành xây dựng hiện nay. BIM là công cụ hữu ích cho việc thiết kế công trình bởi vì nó thúc đẩy quá trình thiết kế tổng thể với sự hợp tác chặt chẽ của các bên có liên quan. Nó cũng cung cấp khả năng mô phỏng và phân tích hiệu quả công trình, cho phép các nhà thiết kế cải thiện thiết kế và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu. BIM là một công nghệ mới nên để áp dụng BIM trong thiết kế công trình thành công đòi hỏi phải có nguồn nhân lực được đào tạo cẩn thận. Do đó, những khóa học về BIM cần phải được đưa vào trong chương trình đào tạo của các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ của ngành xây dựng.

Tài liệu tham khảo
Klaus Schwab (2017), Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, http://img.bdu.edu.vn/fee/ntnhu@bdu.edu.vn/files/%5B1%5D%202017_ Cuoc_Cach_mang_cong_nghiep_lan_thu_4_final.pdf
Autodesk (2017), Bim: Building information modelling, https://www.autodesk.co.uk/solutions/building-information-modeling/overview.
HM Government (2015), 3-Digital Built Britain Level 3 Building Information Modelling – Strategic Plan, UK Government, London.
NIBMS-US (2015), National BIM Standard-United States,
www.nationalbimstandard.org.
TBH Editor (13/10/2014), BIM in AEC Industry,
https://thebimhub.com/2014/10/13/bim-in-aec-industry/#.WxqceIozbIU.
Nguyễn Việt Hùng (2015), Nghiên cứu xây dựng lộ trình áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế, xây dựng và quản lý công trình tại Việt Nam, Viện kinh tế xây dựng, Hà Nội.
Autodesk (2017), Autodesk Building Performance Analysis Help,
http://help.autodesk.com/view/BUILDING_PERFORMANCE_ANALYSIS/ENU/?guid=GUID-43DAB177-3A4F-496C-BECB-2591FD04FC10.
Autodesk (2018), Beginner Workflows for Architecture, http://help.autodesk.com/view/RVT/2018/ENU/?guid=GUID-E69C4858-FD23-4BB1-941F-EE6BAC29844A
J. Herridge (2017), Sustainable Buildings – how to integrate insight into the Design Build Operate Lifecycle, https://academy.autodesk.com/inspiration/webinars/sustainable-design-webinar-series-buildings.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *