Home / KHOA HỌC CÔNG NGHỆ / [TỔNG QUAN] Công nghệ BIM trong xây dựng công trình

[TỔNG QUAN] Công nghệ BIM trong xây dựng công trình

BIM là gì

Định Nghĩa BIM.

Những năm đầu của thập kỷ 70, một công nghệ mới với thuật ngữ là Building Information Modeling/Model (BIM) đã xuất hiện trong ngành công nghiệp xây dựng, đó là công nghệ sử dụng mô hình ba chiều (3D) để tạo ra, phân tích và truyền đạt thông tin của công trình.

Hiện nay có nhiều định nghĩa về BIM khác nhau trên thế giới, trong phạm vi đề tài, có thể đơn cử ra 2 hướng định nghĩa được nhiều độc giả chấp nhận:

  • Mô hình thông tin công trình (Building Information Model) “một mô hình ảo 3D thông minh của công trình được xây dựng trên nền tảng kỹ thuật số bằng cách chứa toàn bộ dữ liệu công trình vào một định dạng thông minh có thể được sử dụng để phát triển việc tối ưu hóa việc xem xét các phương án thiết kế công trình, qua đó giảm rủi ro và tăng giá trị trước khi quyết định lựa chọn một phương án” [116]; “một công cụ diễn họa và phối hợp trong ngành xây dựng và tránh các lỗi sai và bỏ sót” [124]; hoặc là “một thể hiện kỹ thuật số của tất cả các đặc điểm về mặt vật lý và công năng của công trình, như vậy nó được dùng như một nguồn chia sẻ thông tin về công trình để làm cở sở cho việc ra quyết định trong vòng đời công trình kể từ lúc lên ý tưởng” [27].
  • Mô hình hóa thông tin công trình (Building Information Modeling) là “tiến trình tạo dựng và sử dụng mô hình kỹ thuật số cho công việc thiết kế, thi công và cả quá trình quản lý vận hành, bảo trì công trình” [43];

Như vậy, BIM không chỉ là nguồn lưu trữ và cung cấp thông tin công trình từ giai đoạn thiết kế, thi công đến quản lý vận hành (Hình 1) mà còn là quá trình tạo ra và sử dụng nguồn thông tin đó với các hoạt động như mô hình hóa, phối hợp, trao đổi thông tin, sửa đổi thông tin…

BIM là gì

Hình 1: BIM – Cơ sở dữ liệu sử dụng thống nhất trong toàn vòng đời công trình

Điều tiến bộ của BIM so với các công nghệ cũ là thay vì sử dụng các thiết kế 2D, BIM sử dụng công nghệ 3D (chiều dài, rộng, cao). Từ phối cảnh ba chiều (3D) của công trình và các yếu tố khác tích hợp thêm tạo ra các phiên bản 4D BIM, 5D BIM, 6D BIM…, trong đó:

  • 4D BIM được hiểu là tích hợp thêm các yếu tố về thời gian, tiến độ của công trình. 4D BIM cho phép người sử dụng tích hợp các yếu tố hình học của cấu kiện công trình với các nhiệm vụ về tiến độ thi công để lập tiến độ, kế hoạch thi công và kế hoạc cung ứng các nguồn lực cho việc thi công công trình.
  • 5D BIM được hiểu là tích hợp thêm các yếu tố về hao phí, chi phí. 5D BIM được sử dụng để quản lý, kiểm soát chi phí và xây dựng kế hoạch vốn cho công trình.
  • 6D BIM được hiểu là được tích hợp thêm các thông tin về các hệ thống thiết bị trong công trình với mức độ chi tiết cao và được sử dụng trong việc quản trị thiết bị và bảo dưỡng hệ thống, bảo dưỡng thiết bị công trình trong quá trình vận hành sử dụng.

Quá Trình phát triển của BIM

Phương pháp thiết kế và xây dựng truyền thống chủ yếu dựa vào các bản vẽ 2D (được vẽ thủ công hoặc với sự trợ giúp của máy vi tính) trong đó, việc quản lý, phối hợp và chuyển giao dữ liệu rất phân tán. Cách làm này thường là nguyên nhân gây ra và bỏ sót nhiều lỗi thiết kế và các vấn đề không lường trước được trước khi đưa ra thi công làm phát sinh chi phí, gây chậm tiến độ và làm nảy sinh các vấn đề về pháp lý và trách nhiệm giữa các bên có liên quan trong một dự án [76]. Thêm vào đó, do không được lên kế hoạch một cách đồng bộ nên tổ chức các công việc ngoài công trường thường có sự chồng chéo, dẫn đến năng suất lao động thấp và thời gian chờ đợi, lãng phí lớn [65][68][103]. Nhiều biện pháp đã được đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề trên như lưu trữ, quản lý và chia sẻ trực tuyến các hồ sơ tài liệu, bản vẽ… của dự án hay sử dụng các công cụ hỗ trợ 3D để tăng tính trực quan. Tuy nhiên, những phương pháp này chỉ cải thiện phần nào được việc trao đổi thông tin và không giải quyết được triệt để vấn đề do những tồn tại bắt nguồn từ những hạn chế của hồ sơ trên giấy và sự không tương thích giữa các hệ thống với nhau [61].

Quá trình thiết kế bao gồm nhiều giai đoạn với sự phối hợp giữa các bộ môn như kiến trúc, kết cấu, hệ thống cơ điện dựa trên những nhiệm vụ và mục tiêu thiết kế để đưa ra hồ sơ thiết kế cuối cùng chứa thông số kỹ thuật chi tiết. Tuy nhiên trên thực tế các hồ sơ thường không đạt được mức độ chính xác đồng bộ như mong muốn, đồng thời việc thay đổi thiết kế diễn ra khá thường xuyên. Không những thế, việc bóc khối lượng phụ thuộc vào dữ liệu thống kê còn sai sót do cách làm thủ công, thiếu thông tin nên phụ thuộc nhiều vào khả năng và kinh nghiệm trong công tác bóc tách khối lượng, lập dự toán phục vụ đấu thầu. Từ đó, việc triển khai biện pháp thi công, bản vẽ chi tiết chế tạo sẵn phục vụ thi công gặp nhiều vướng mắc. Điều này thường dẫn tới hậu quả lớn về mặt chi phí hoặc tiến độ do các vướng mắc nảy sinh ngoài công trường và tính minh bạch trong quản lý dự án [39].

Công nghệ mang hơi hướng của BIM đã được phát triển từ những năm 1980 với việc sử dụng công nghệ thông tin hỗ trợ thiết kế, xây dựng công trình. Có hai xu hướng thể hiện thiết kế gồm có: (i) bằng những đường nét hoặc (ii) bằng đối tượng [62][111]. Tại thời điểm ban đầu khi nền tảng phần cứng chưa đáp ứng được, xu hướng thể hiện bằng đường nét chiếm ưu thế trong công tác hỗ trợ thiết kế các công trình xây dựng vì nó phép hiển thị và xử lý nhanh hơn. Xu hướng này đã kéo theo sự phát triển và chiếm ưu thế tuyệt đối của các giải pháp như AutoCAD, Cadkey, MicroStation. Các giải pháp đó vẫn được dùng phổ biến tới tận ngày nay. Tuy không chiếm ưu thế nhưng xu hướng còn lại vẫn phát triển và dần trở nên phổ biến hơn vào cuối những năm 90 do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và đã hỗ trợ rất tốt cho các nhà máy công nghiệp để sản xuất các cấu kiện chế tạo sẵn. Với ưu thế thể hiện đối tượng với các thông tin đa dạng (hình dạng, thuộc tính và các tham số khác về chức năng, các thuộc tính hình học, phi hình học và mối liên hệ của nó tới các đối tượng khác), xu hướng hỗ trợ thiết kế với các giải pháp BIM đang ngày càng được đẩy mạnh ứng dụng trong ngành xây dựng ngày nay nhằm giúp các bên liên quan trong dự án đầu tư xây dựng công trình tăng cường sự phối hợp với nhau để giảm thiểu những sai sót và bất cập mà cách làm truyền thống không thể giải quyết triệt để được (Hình 2).

BIM trong xây dựng là gì

Hình 2. Quá trình chuyển đổi của trong công tác thiết kế và phối hợp các bên trong xây dựng.

Nguồn: Trích từ  “Báo cáo đề tài nghiên cứu lộ trình BIM trong xây dựng, đơn vị thực hiện: Viện kinh tế xây dựng – Bộ xây dựng”.