Không có ảnh

Phần 1: Chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng BIM trong các dự án cơ sở hạ tầng ở Phần Lan

^9FDABF4E5D36C4104B5BE7DD1788592E35E9B3429D98083893^pimgpsh fullsize distr

 Tác giả: Heikki Halttula,

Vianova Systems Finland/ Viasys VDC Việt Nam.

    Heikki Halttula là một chuyên gia có nhiều kinh nghiệm trong các dự án công trình dân dụng, các dự án phần mềm về CAD & GIS, các dự án phát triển phần mềm BIM, dự án về LEAN .... Ông là Chủ tịch và Giám đốc điều hành công ty phát triển phần mềm Vianova Systems Finlan từ năm 1999. Ông cũng là Chủ tịch Hội đồng quản trị và Hội đồng thành viên trong một số công ty thuộc mạng lưới Viasys VDC tại Phần Lan, Estonia, Hoa Kỳ và Việt Nam. Ông là một thành viên tích cực của RIL (Hiệp hội Kỹ sư dân dụng Phần Lan), nguyên Chủ tịch Ủy ban Mô hình dữ liệu của RIL và là thành viên ban cố vấn của tổ chức Building Smart Finland  về hạ tầng. Trong vài năm qua, ông đã rất tích cực trong việc xây dựng cộng đồng LEAN ở Phần Lan. Hiện ông đang thực hiện luận án Tiến sỹ tại tại trường Đại học Oulu với nội dung chủ yếu về việc sử dụng BIM và LEAN trong các dự án xây dựng.

   Cơ sở lý luận

     Bài viết này trình bày các lợi ích của BIM (Mô hình hóa thông tin công trình), trong đó có có cả các rào cản trong quá trình triển khai BIM và các kinh nghiệm triển khai BIM trong các dự án xây dựng cơ sở hạ tầng tại Phần Lan, Nauy và Mỹ.  Các ứng dụng BIM tại Mỹ được trình bày thông qua các dự án thực tế mà ứng dụng BIM mang lại hiệu quả trong tăng cường chất lượng dự án. Các phản hồi về dự án căn cứ vào các báo cáo của các kỹ sư tham gia dự án và kinh nghiệm của khách hàng. Ứng dụng BIM vẫn chưa ở mức độ có thể cho thấy được toàn bộ các lợi ích mà BIM có thể mang lại về mặt lý thuyết. Tuy nhiên lợi ích chính của BIM bao gồm tiết kiệm chi phí, quy trình quản lý thông tin hiệu quả hơn, tiến độ dự án ngắn hơn và chất lượng của công trình cao hơn. Rào cản lớn nhất là thiếu hụt các chỉ dẫn thực tế triển khai mô hình hóa thông tin công trình trong các dự án. Để triển khai BIM thành công đòi hỏi đầu tư công nghệ, nhân lực và quy trình hợp lý.

BIM trong cơ sở hạ tầng – Những kinh nghiệm từ Phần Lan

I. Giới thiệu

     Bài viết này trình bày ứng dụng của Mô hình hóa thông tin công trình (BIM) trong ngành công nghiệp xây dựng. Nó phân tích các lợi ích BIM mang lại cũng như các rào cản trong quá trình triển khai BIM, đồng thời chia sẻ kinh nghiệm dự án cơ sở hạ tầng có triển khai BIM tại Phần Lan, Nauy và Mỹ. Lợi ích, rào cản và các đặc thù của ứng dụng BIM được phân tích hàn lâm. Các ví dụ ứng dụng BIM là các dự án thực tế triển khai thành công BIM ở mức đọ 2 khi mà giải pháp công nghệ Viasys VDC dựa trên nền công nghệ bIM của Phần Lan được sử dụng để nâng cao chất lượng. Phản hồi về ứng dụng BIM trong dự án được căn cứ vào phỏng vấn các kỹ sư tham gia dự án và kinh nghiệm của khách hàng.

     BIM được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong lĩnh vực Thiết kế và xây dựng dân dụng (AEC) tại Mỹ. Ước tính của hãng Autodesk chỉ ra con số ½ thị phần của ngành công nghiệp thiết kế và xây dựng dân dụng của Mỹ sử dụng BIM (Parve, 2012). Trong lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng tình hình không khả quan được như vậy. Chỉ có 14% các doanh nghiệp tiên phong đã sử dụng BIM. Tình hình ở Phần Lan cũng tương tự như ở Mỹ. Phần Lan là một trong các quốc gia hàng đầu trong ứng dụng triển khai BIM (Khosrowshahi & Arayici, 2012). Theo khảo sát Finnish BIM Survey (2013) 65% doanh nghiệp được khảo sát trong lĩnh vực AEC sử dụng BIM.

     Một vài định nghĩa BIM nhìn nhận việc mô hình hóa theo các góc độ khác nhau. Việc sử dụng BIM trong AEC bắt nguồn từ việc sử dụng công nghệ phần mềm trong thiết kế công trình. Những định nghia ban đầu có tính chất kỹ thuật nhưng ngày nay các định nghĩa có xu hướng bao hàm các công dụng của BIM.  Thuật ngữ BIM bao gồm cả cụm từ “building information modelling” cũng như “building information models”. Mô hình hóa chỉ quy trình tạo ra mô hình thực tế bằng nhiều phần mềm mô hình hóa khác nhau. Một mô hình thông tin xây dựng “Building information model” là kết quả của quy trình mô hình hóa mà theo đó mô hình thông tin công trình bao gồm dữ liệu thiết kế, xây dựng, bảo trì công trình và các thông tin liên quan tới việc các đối tượng này thể hiện như thế nào trong các tình huống khác nhau (AGC BIM Guide, 2006).

     Các mô hình BIM có thể được sử dụng để diễn họa 3D, cho triển khai bản vẽ kỹ thuật thi công và gia công sản xuất, kiểm tra tiêu chuẩn, phân tích pháp lý, quản lý cơ sở hạ tầng, dự toán, tổ chức kỹ thuật thi công cũng như phát hiện xung đột va chạm (Azhar et al., 2008). Trong BIM Handbook (2008) đã chỉ ra rằng BIM tạo ra các cơ hội gắn kết cho các mối quan hệ và vai trò của các thành viên tham gia dự án. Nếu BIM được triển khai đúng đắn, nó góp phần gắn kết thiết kế và quy trình thi công xây dựng chặt chẽ hơn, mang lại hiệu quả chất lượng công trình cao hơn, chi phí tốt hơn và thời gian thực hiện dự án ngắn hơn (Eastman et al., 2008). Có 1 điểm lưu ý là mặc dù một số doanh nghiệp đã sử dụng BIM nhưng nó vẫn chưa được áp dụng cho tất cả các dự án.

II. Sơ lược về BIM

      Lịch sử về BIM đã có khoảng 4 thập kỷ. Theo BIM Handbook (2008), từ năm 1975 Chuck Eastman đã đưa ra định nghĩa đầu tiên về BIM. Khái niệm nguyên gốc ban đầu là “Hệ thống mô tả công trình/ Building description system” trong một bài báo công bố trên tạp chí AIA Journal tại trường đại học Carnegie-Mellon. Thuật ngữ BIM lần đầu tiên được sử dụng trong tiêu đề của tài liệu của Robert Aish’s 1986 (BIM Handbook, 2008). Định nghĩa của The American General Contractors’ (2006) là một trong những định nghĩa thường được trích dẫn nhất, nêu rõ:

     BIM là việc tạo ra và quản lý mô hình phần mềm máy vi tính để mô phỏng xây dựng và vận hành một công trình. Mô hình kết quả là một mô hình thông tin công trình có hàm lượng thông tin cao, tập trung vào từng đối tượng, thể hiện bằng tham số hình học thông minh của đối tượng mà từ đó góc nhìn và dữ liệu phù hợp với nhu cầu sử dụng của các người dùng khác nhau có thể được chiết xuất và phân tích để lấy thông tin được sử dụng để đưa ra quyết định và cái tiến quá trình bàn giao công trình. (pp. 7)

     Trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng, thuật ngữ này vẫn chưa có sự thống nhất. Ở Phần Lan có một số người phổ biến thuật ngữ InfraBIM (Tirkkonen et al., 2010). Ở Mỹ thuật ngữ viết tắt CIM được sử dụng hàm ý “Mô hình thông tin công trình hạ tầng/Civil information model” hoặc “civil integrated management”. Trước đây thuật ngữ viết tắt VDC (Virtual Design and Construction) được sử dụng với nghĩa tương đương với CIM. Kunz and Fischer (2012) chỉ ra rằng VDC bao gồm “việc sử dụng các mô hình tích hợp giữa các chủ thể khác nhau trong các dự án thiết kế xây dựng để đạt được mục tiêu kinh doanh tổng thể chung. Ngày nay chúng ta thường đề cập 1 cách đơn giản về kỹ thuật số trong xây dựng. Parve (2012) đã đưa ra định nghĩa hoàn chỉnh về BIM dựa vào các định nghĩa trước đó như sau:

      (1) CIM hay là Mô hình thông tin cơ sở hạ tầng Civil Information Model là hệ thống dữ liệu kỹ thuật số của một kết cấu hạ tầng từ giai đoạn thiết kế ý tưởng tới toàn bộ vòng đời kết cấu hạ tầng đó, là bộ phần mềm và các công cụ liên quan tới quy trình thiết kế, trao đổi thông tin và phân tích thiết kế và quy trình xây dựng. (2) BIM hay là Mô hình hóa thông tin công trình Building Information Model là hệ thống cơ sở dữ liệu kỹ thuật số của một kết cấu kiến trúc từ gia đoạn thiết kế ý tưởng tới toàn bộ vòng đời kết cấu hạ tầng đó, là bộ phần mềm và các công cụ liên quan tới quy trình thiết kế, trao đổi thông tin và phân tích thiết kế và quy trình xây dựng; (3) Hệ thống cơ sở dữ liệu, công cụ và các quy trình sử dụng mô hình thiết kế và các dữ liệu đầu vào cho xây dựng của các thành phần khác nhau trong dự án như BIM hay CIM (3D), tiến độ dự án CPM Schedules (4D), dự toán chi phí Cost Estimates (5D) và Quy cách  Specifications (6D) để mô phỏng và hiện thực hóa các mục tiêu của dự án (pp. 11)
Các thuật ngữ trên sẽ được sử dụng trong bài tham luận này.

     Succar (2009) chia quá trình ứng dụng BIM thành 3 giai đoạn phát triển. Giai đoạn 1 tập trung vào việc mô hình hóa đối tượng, giai đoạn 2 phối hợp các mô hình và giai đoạn 3 tích hợp hệ thống  Mặc dù nhiều doanh nghiệp tuyên bố là họ đang sử dụng BIM tuy nhiên có khả năng hầu hết đều mới ở giai đoạn 1 khi mà thực sự chưa đạt được nhiều lợi ích. Ở giai đoạn đầu tiên doanh nghiệp sử dụng BIM chỉ trong giai đoạn thiết kế, xây dựng và bảo trì. Việc phối hợp mới chỉ ở mức độ như ở giai đoạn thiết kế 2D/3D truyền thống. (Succar, 2009).

     Ở giai đoạn 2, một vài bên tham gia dự án sử dụng hệ thống mô hình thông tin xây dựng và dữ liệu của các bên có thể tương tác cùng nhau. Ví dụ như bộ phận thi công có thể tạo ra mô hình phối hợp từ các mô hình thiết kế khác nhau và sử dụng thông tin này để kiểm tra xung đột và sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho hệ thống tự động hóa xây lắp. Ở giai đoạn 3 các mô hình tích hợp được sử dụng trong tất cả các phần mềm và trong toàn bộ các giai đoạn của dự án và các ứng dụng này có thể trao đổi dữ liệu lẫn nhau. Quá trình tích hợp có thể được thực hiện nhờ công nghệ “model server”. (Succar, 2009.) Trong thực tế, mục tiêu hợp lý cho việc ứng dụng triển khai BIM ở thời điểm hiện tại là tiến tới giai đoạn thứ 2. Theo chiến lược phát triển xây dựng của chính phủ Anh thì yêu cầu của giai đoạn 2 (2011, pp. 13-14), “họ sẽ yêu cầu mô hình 3D BIM có tính chất phối hợp (với tất cả các thông tin dự án và tài sản của dự án, tài liệu và các dữ liệu dạng số), ít nhất là trong năm 2016. Mục tiêu tổng quát của chính phủ Anh là nhằm giảm 15% tổng chi phí xây dựng thì ứng dụng của mô hình hóa thông tin công trình BIM cần thiết phải ở mức độ 2 (UK Government’s Construction Strategy, 2011).

III. Lợi ích của BIM

     BIM mang lại lợi ích khác nhau tùy thuộc vào vai trò của các bên tham gia trong dự án cũng như trong giai đoạn của dự án mà các bên tham gia. Phương thức triển khai dự án cũng ảnh hưởng tới việc ứng dụng BIM như thế nào của các thành phần tham gia (Becerik & Gerber, 2010; Aschcraft, 2008).

3.1 Lợi ích của BIM đối với chủ đầu tư và khách hàng  

Tăng năng suất và chất lượng.

     Ngay từ trước khi giai đoạn thiết kế bắt đầu, mô hình BIM với liên kết tới hệ thống dữ liệu về chi phí hỗ trợ cho công tác đánh giá tính khả thi về mặt tài chính của công trình. Trong giai đoạn tiền thi công, có thể tiến hành phân tích tính bền vững, quy trình vận hành, bàn giao, hiệu quả trong sử dụng năng lượng của dự án dựa vào mô hình BIM, nhờ đó nâng cao chất lượng của công trình . BIM cũng hỗ trợ phân tích lựa chọn phương án thiết kế  đáp ứng yêu cầu công năng và tính bền vững của công trình. Thêm vào đó tổng chi phí của cả vòng đời dự án và ảnh hưởng hoạt động công trình với môi trường xung quanh cũng có thể ước tính nhờ BIM (Azhar, 2008). Trong năm 2007, Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật xây dựng hạ tầng tích hợp hệ thống của trường ĐH Stanford “Stanford University Center for Integrated Facilities Engineering (CIFE) “đã nghiên cứu ứng dụng của BIM trong 32 dự án lớn và đưa ra kết luận là các thay đổi không được trù tính giảm đi 40% , tiết kiệm 10% tổng giá trị dự án nhờ giảm thiểu được xung đột va chạm và thời gian thực hiện dự án giảm 07%. Thêm vào đó tính chính xác của khâu dự toán dao động trong 03% và thời gian làm dự toán giảm 80% (Azhar, 2008).1 số dự án xây dựng cơ sở hạ tầng cũng có số liệu (World Highways, 2008). Cục Đường bộ Nauy đã có báo cáo về con số 5% tiết kiệm chi phí của các dự án xây dựng hạ tầng gần đây khi có việc ứng dụng phối hợp các mô hình BIM. (Berg, 2012). Barlish và Sullivan (2012) đã chỉ ra rừng việc ứng dụng BIM đã làm giảm các lệnh thay đổi và rút ngắn thời gian thực hiện dự án. Các nghiên cứu của họ cũng chỉ ra con số 5% giảm chi phí dự án như kinh nghiệm của Cục Đường bộ Nauy. Tuy nhiên một số chi phí phát sinh trong quá trình tạo lập các mô hình BIM thay vì sử dụng bản vẽ giấy truyền thống cho thấy con số giảm tổng chi phí dự án xuống còn 2%. Cũng tương tự như vậy trong 1 số phỏng vấn các kỹ sư quản lý dự án đã chỉ ra rằng vai trò của nhà thầu giảm xuống (Barlish & Sullivan, 2012). Yan và Damian (2008) cũng nhấn mạnh việc ứng dụng BIM mang lại lợi ích giảm thời gian cũng như nguồn nhân công của dự án.

BIM giúp tăng cường tính bền vững của công trình

     Khi xem xét tới chất lượng và năng suất dự án, cũng cần tính tới yếu tố bền vững của dự án có nghĩa là tiêu thụ năng lượng và sử dụng các nguồn lực ít hơn. BIM chứng tỏ tính bền vững nhờ có ứng dụng integrated project delivery (IPD) (Eastman et al., 2011; Sacks et al., 2009; Aschcraft, 2008) và tối ưu hóa thiết kế. BIM giúp các bên tham gia dự án đi đến các quyết định thiết kế hợp lý nhất để đạt được các mục tiêu về kinh tế, xã hội và môi trường. Lãng phí gây ra bởi các lỗi và hoạt động không hiệu quả sẽ giảm đi trong khi IPD góp phần nâng cao yếu tố an toàn do phát hiện được các xung đột từ sớm, chất lượng công trình tốt hơn và do đó tạo ra một môi trường sống tốt hơn (Wong & Fan, 2013; Khosrowshahi, 2012).

Quy trình quản lý nhanh hơn và hiệu quả hơn

     Theo Azhar (2008) những lợi ích khác bao gồm quy trình hiệu quả hơn có nghĩa là lưu chuyển dữ liệu (dữ liệu có thể tái sử dụng và dữ liệu giá trị gia tăng) hiệu quả hơn. Diễn họa dữ liệu từ sớm giúp cho khách hàng có thể hiểu được các phương án thiết kế tốt hơn. Dữ liệu có thể được sử dụng trong cả vòng đời dự án xây dựng từ giai đoạn trước thi công tại công trường cho tới giai đoạn quản lý vận hành hạ tầng BIM nên được nhìn nhận như là một quy trình chứ không chỉ là một mô hình dữ liệu. Thiết kế dựa trên mô hình thông tin xây dựng là quá trình tạo lập mô hình 3D hàm chứa các thông tin vòng đời của dự án. Đây là các thông tin mô tả chi tiết về dự án, các hoạt động của dự án và lợi ích của chúng. BIM giúp các bên tham gia dự án cộng tác với nhau trong toàn bộ các giai đoạn của 1 vòng đời dự án. Chủ đầu tư hiểu được một cách chi tiết về bản chất và các yêu cầu của dự án ngay từ khi nó bắt đầu. Khi có quy trình cộng tác thì thiết kế, lập kế hoạch và phân tích sẽ dễ dàng hơn. Cuối cùng thì quản lý dự án và quản lý thi công tại công trường cũng dễ dàng hơn khi có quy trình cộng tác dựa vào BIM. (Grilo & Jardim-Goncalves, 2010.)

Khả năng tương thích tốt hơn

     Có rất nhiều công nghệ mô hình hóa, các chương trình tăng cường khả năng tương thích đã và đang được thực hiện tại Phần Lan và quốc tế. Tất cả những công việc này cần có để tạo điều kiện ứng dụng BIM dễ dàng và cuối cùng mục tiêu của công nghiệp xây dựng dựa trên nền tảng kỹ thuật số có thể đạt được. Khả năng tương thích tốt đòi hỏi các tiêu chuẩn chuyển đổi dữ liệu được sử dụng để trao đổi tương tác giữa các hệ thống dữ liệu khác nhau. Trong lĩnh vực kiến trúc, IFC được sử dụng từ năm 1997 (Liebisch, 2013). Tại Phần Lan có một tiêu chuẩn chuyển đổi dữ liệu cho các dự án cơ sở hạ tầng được gọi là Inframodel. Dưới đây sẽ chỉ ra quy trình dữ liệu được trao đổi giữa các hệ thống thiết kế và từ giai đoạn thiết kế tới giai đoạn thi công ở công trường ra sao. Có 1 mô tả về mô hình dữ liệu nguồn đưa ra các chỉ dẫn về định dạng chuẩn cho các dữ liệu nguồn được sử dụng trong các dự án cơ sở hạ tầng. Nhà thầu có thể tải mô hình dữ liệu nguồn và cùng lúc đó khách hàng có thể gửi các chào hàng bằng mô hình thông tin xây dựng với định dạng chuẩn mở. Các yêu cầu chung về BIM của Phần Lan (Common Finnish BIM Requirements) được công bố vào năm 2012 cho lĩnh vực xây dựng dân dụng. Các tài liệu tương tự cho lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng được công bố trong 2015. Tổ chức Building SMART đang phát triển và duy trì tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu IFC và cũng đang bắt đầu phát triển IFC cho lĩnh vực cơ sở hạ tầng (Liebich, 2013). Tổ chức bất động sản của Phần Lan Senate Properties cũng đã yêu cầu sử dụng BIM trong tất cả các dự án và Cục quản lý đường bộ của Phần Lan đưa ra yêu cầu ứng dụng BIM trong các dự án hạ tầng từ tháng 5 năm 2014.

Quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả hơn trong quá trình vận hành công trình

     Sau giai đoạn xây dựng, mô hình thông tin xây dựng BIM giúp cải tiến quy trình nghiệm thu và bàn giao hạ tầng. Trong quá trình xây dựng, thông tin công trình được gắn kết với các chủ thể của mô hình để các thông tin này có thể được sử dụng trong giai đoạn quản lý hệ thống hạ tầng khi công trình hoạt động thực tế. Thông tin này cũng có thể được sử dụng để kiểm tra các hệ thống công trình hoạt động có đúng theo các thiết kế trước đó hay không trước khi chủ đầu tư nghiệm thu công trình. Mô hình công trình cung cấp hệ thống thông tin của tất cả các hệ thống hạ tầng của công trình, thông tin được sử dụng để quản lý và vận hành cơ sở hạ tầng tốt hơn (Eastman et al., 2011).

Luồng thông tin thông suốt hơn trong tất cả các giai đoạn của dự án

     BIM giúp luồng thông tin thông suốt, làm tăng chất lượng thiết kế và hoạt động của công trình. BIM cải thiện quy trình trao đổi thông tin, quy trình cộng tác, tính liên tục của hoạt động dự án và cải tiến quy trình quản lý việc chia sẻ tài liệu. Ứng dụng BIM không chỉ phụ thuộc vào công nghệ mà còn phụ thuộc vào con người và quy trình (Wong & Fan, 2013; Eastman et al., 2011; Arayzi et al., 2011; Khosrowshahi & Arayici, 2012). Với cách thưc tiến hành dự án tích hợp hệ thống IPD khi mà chủ đầu tư, các đơn vị thiết kế chính và nhà thầu song hành phối hợp ngay từ sớm BIM giúp nâng cao khả năng phối hợp giữa các thành phần ham gia dự án, nâng cao hiểu biết của các bên về các mục tiêu của dự án, các mục tiêu tài chính. Luồng thông tin lưu chuyển nhanh hơn rất nhiều so với cách thức trao đổi thông tin bằng giấy tờ truyền thống.

Vận hành, quản lý, bảo trì cơ sở hạ tầng hiệu quả hơn

     Công việc vận hành và bảo trì cơ sở hạ tầng được thực hiện có hiệu quả nếu ứng dụng BIM trong quản lý trong khi chất lượng công trình được cải tiến (Su, 2005). Quản lý hạ tầng với BIM giúp cho các bên thu thập, mô phỏng, chia sẻ các thông tin có liên quan với mô hình 3D dễ hình dung, mang lại những lợi ích khác biệt so với dùng bản vẽ 2D truyền thống. BIM cho phép các thành phần khác nhau tham gia dự án cộng tác chặt chẽ, kiểm soát các thay đổi và cung cấp thông tin liên tục cho cả vòng đời dự án cơ sở hạ tầng. Ứng dụng BIM cũng hỗ trợ kiểm soát tốt chi phí tổng thể của dự án cũng như các thông tin liên quan tới vấn đề môi trường. (Sabol, 2008.)

Các bài liên quan:

Phần 2: Chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng BIM trong các dự án cơ sở hạ tầng ở Phần Lan

Phần 3: Chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng BIM trong các dự án cơ sở hạ tầng ở Phần Lan

Phần 4: Chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng BIM trong các dự án cơ sở hạ tầng ở Phần Lan

© Copyright 2013 harmonysoft. All rights reserved.

® HarmonySoft giữ bản quyền nội dung trên Website này.