Luận văn: Tự động phân cấp và phân nhóm xung đột trong thiết kế BIM - Phan Thị Thanh Thủy

Luận văn nghiên cứu xây dựng chương trình tự động phân cấp và phân nhóm xung đột trong thiết kế BIM, giúp tối ưu hóa quy trình quản lý va chạm.

• Tác giả: Phan Thị Thanh Thủy
• Người hướng dẫn: Ts. Huỳnh Ngọc Thi
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Quản lý Xây dựng
• Đề tài: Xây dựng chương trình tự động phân cấp và phân nhóm các loại xung đột trong thiết kế dựa trên BIM
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Xung Đột Trong Thiết Kế BIM

Xung đột trong thiết kế BIM là những vấn đề phát sinh khi các mô hình 3D từ các chuyên ngành khác nhau (kiến trúc, kỹ thuật, cơ điện) không tương thích hoặc trùng lặp trong không gian. Đây là một thách thức lớn trong quản lý dự án xây dựng hiện đại. Việc phát hiện sớm các xung đột giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thi công, tránh những sai sót phát sinh sau này. Mô hình thông tin xây dựng (BIM) cung cấp nền tảng công nghệ để xác định chính xác các vấn đề này. Quy trình phát hiện xung đột thông qua công cụ Clash Detective trong Navisworks là phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Tuy nhiên, việc xử lý thủ công hàng trăm hay hàng nghìn xung đột riêng lẻ là công việc tốn nhiều thời gian và công sức của các điều phối viên BIM.

1.1. Định Nghĩa Xung Đột BIM

Xung đột BIM là sự chồng chéo hoặc va chạm không mong muốn giữa các yếu tố xây dựng từ các mô hình khác nhau. Những xung đột này có thể xảy ra giữa các hệ thống MEP (cơ-điện-nước) với các kết cấu, hay giữa các chuyên ngành khác nhau. Phát hiện xung đột đúng lúc là chìa khóa để đảm bảo chất lượng dự án BIM.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Quản Lý Xung Đột

Quản lý xung đột hiệu quả giảm thiểu rủi ro, chi phí sửa chữa không lên kế hoạch, và độ trễ tiến độ công trình. Một hệ thống phân cấp xung đột tốt giúp các nhóm dự án ưu tiên các vấn đề quan trọng nhất và xử lý chúng một cách có hệ thống.

II. Chương Trình Tự Động Phân Cấp Xung Đột

Chương trình tự động phân cấp xung đột là một giải pháp tiên tiến dựa trên công nghệ BIM để sắp xếp các xung đột theo mức độ ưu tiên. Sử dụng hệ thống phân cấp System Hierarchy kết hợp với ngôn ngữ lập trình C#, Python và Dynamo Revit, chương trình này có khả năng phân loại tự động các xung đột thành các nhóm khác nhau. Điều này giúp các điều phối viên BIM tập trung vào những vấn đề quan trọng trước tiên. Ma trận xung đột được xây dựng dựa trên các tiêu chí như loại xung đột, mức độ nghiêm trọng, và các hệ thống liên quan. Chương trình này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong quá trình phân loại, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người.

2.1. Cách Thức Hoạt Động Của Chương Trình

Chương trình hoạt động bằng cách quét dữ liệu xung đột từ Navisworks, phân tích các thông số đầu vào như vị trí, loại xung đột, và các hệ thống liên quan. Sau đó, nó sắp xếp các xung đột vào các nhóm dựa trên logic lập trình được định nghĩa trước, tạo ra một danh sách phân cấp rõ ràng.

2.2. Lợi Ích Của Tự Động Hóa

Tự động hóa phân cấp xung đột giúp giảm đáng kể thời gian xử lý, từ hàng giờ xuống còn vài phút. Nó nâng cao hiệu suất làm việc, giảm lỗi thủ công, và cung cấp báo cáo chi tiết về các vấn đề trong dự án, hỗ trợ ra quyết định tốt hơn.

III. Quy Trình Phát Hiện Và Phân Nhóm Xung Đột Trong BIM

Quy trình phát hiện và phân nhóm xung đột trong thiết kế dựa trên BIM tuân theo các bước có hệ thống. Đầu tiên, tất cả các mô hình từ các chuyên ngành (kiến trúc, kỹ thuật, MEP) được tổng hợp trong một môi trường BIM. Sau đó, công cụ Clash Detective trong Navisworks tiến hành quét tự động để phát hiện các va chạm tiềm ẩn dựa trên giá trị dung sai được thiết lập. Các xung đột phát hiện được sẽ được xuất ra dưới dạng báo cáo chi tiết. Chương trình tự động phân nhóm tiếp theo sẽ tổ chức các xung đột này thành các nhóm logic, ví dụ như: xung đột giữa các hệ thống MEP, xung đột với cấu trúc, hoặc xung đột giữa các hệ thống khác nhau. Mỗi nhóm được gán mức độ ưu tiên dựa trên mức độ nguy hiểm và tác động của nó đến dự án.

3.1. Các Bước Trong Quy Trình Phát Hiện

Bước 1: Tổng hợp mô hình BIM từ tất cả các chuyên ngành. Bước 2: Cài đặt tham số dung sai phù hợp. Bước 3: Chạy Clash Detective để quét xung đột. Bước 4: Xuất kết quả và đưa vào chương trình phân nhóm tự động để xử lý tiếp theo.

3.2. Tiêu Chí Phân Nhóm Xung Đột

Các xung đột được phân nhóm dựa trên loại hệ thống tham gia (kiến trúc-MEP, kiến trúc-kỹ thuật, v.v.), vị trí địa lý trong tòa nhà, mức độ nghiêm trọng (cao/trung/thấp), và ma trận xung đột định sẵn. Điều này tạo ra một cấu trúc dữ liệu có tổ chức.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Chương trình tự động phân cấp xung đột đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án xây dựng lớn tại Tp. Hồ Chí Minh và các khu vực khác. Các điều phối viên BIM báo cáo rằng hiệu suất công việc tăng lên 60-70%, thời gian xử lý xung đột giảm đáng kể, và số lượng xung đột bị bỏ sót giảm mạnh. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển trong tương lai. Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) có thể được tích hợp để cải thiện khả năng phân loại tự động, dự đoán các xung đột tiềm ẩn dựa trên dữ liệu lịch sử, và tối ưu hóa quy trình hơn nữa. Ngoài ra, việc phát triển các giao diện người dùng thân thiện hơn và khả năng tích hợp với nhiều phần mềm BIM khác nhau sẽ mở rộng ứng dụng của công nghệ này.

4.1. Các Dự Án Thành Công

Nhiều dự án công trình lớn đã sử dụng chương trình tự động phân cấp xung đột với kết quả tích cực. Các dự án này bao gồm các tòa nhà cao tầng phức tạp, trung tâm thương mại, và các công trình công cộng lớn, nơi mà số lượng xung đột có thể lên tới hàng trăm.

4.2. Xu Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Tương lai của quản lý xung đột BIM sẽ hướng tới tự động hóa toàn diện sử dụng AI/ML, tích hợp với các công cụ IoT trong thi công, và phát triển các tiêu chuẩn chung về ma trận xung đột trong ngành xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan nghiên cứu Chương 3: Phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả nghiên cứu Chương 5: Kết luận và kiến nghị GVHD: TS. HUỲNH NGỌC THI HVTH: PHAN THỊ THANH THỦY - 2070564 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu chương Ở Chương 2, tác giả giới thiệu các khái niệm được sử dụng trong nghiên cứu và đưa ra cái nhìn tổng quan về kết quả của các nghiên cứu trong nước và quốc tế về nội dung liên quan đến quản lý xung đột trong các dự án BIM. Những nội dung này tạo thành cơ sở lý thuyết và sử dụng kết quả của các nghiên cứu trước đây để đạt được mục tiêu nghiên cứu.2 Các khái niệm chung về BIM 2.1 Định nghĩa BIM (Building Information Modeling) là mô hình thông tin công trình. Mặc dù thuật ngữ BIM xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1990 (van Nederveen & Tolman, 1992) nhưng nó chỉ trở nên phổ biến vào đầu thế kỷ 21.

BIM đại diện cho công nghệ mới được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ số và đã được áp dụng phổ biến trong lĩnh vực xây dựng của nhiều quốc gia. BIM được coi là một trong những biện pháp chính để thích ứng với sự đổi mới công nghệ 4.0 trong ngành xây dựng của Việt Nam. Autodesk định nghĩa: “BIM là quá trình tạo và sử dụng các mô hình 3D thông minh để thông báo và truyền đạt các quyết định của dự án. Việc thiết kế, trực quan hóa, mô phỏng và cộng tác được hỗ trợ bởi các công cụ BIM giúp mọi người tham gia đạt được kết quả tốt hơn” (Autodesk, 2002) Kế hoạch chiến lược BIM của Vương quốc Anh định nghĩa: “BIM là một phương pháp hợp tác dựa trên công nghệ kỹ thuật số mở ra một phương pháp hiệu quả cho thiết kế, xây dựng và quản lý dự án.

BIM chuyển dữ liệu xây dựng sang mô hình máy tính 3D và sử dụng nó để đề cập đến toàn bộ vòng đời dự án từ ý tưởng ban đầu đến vận hành. HUỲNH NGỌC THI HVTH: PHAN THỊ THANH THỦY - 2070564 4 Tiêu chuẩn BIM Quốc gia (National BIM Standard) của Hoa Kỳ định nghĩa: “BIM là sự thể hiện kỹ thuật số về các đặc điểm vật lý và chức năng của một tòa nhà. Nó đóng vai trò là nguồn cung cấp và phổ biến thông tin về dự án cho các bên liên quan, từ ý tưởng đầu tiên đến khi kết thúc việc phá dỡ dự án. Nó đóng vai trò là cơ sở cho sự tin cậy, ra quyết định trong suốt vòng đời dự án.”(National BIM Standard – United States, 2014) BIM gồm hai yếu tố: Thông tin (Information) và mô hình hóa (Modeling) (Phuong, 2021) (1) Thông tin (Information) được chia làm 2 loại - Thông tin hình học (Geometry 3D): gồm các mô hình hình học dễ nhận biết, như mô hình kết cấu, kiến trúc và MEP.

Ngoài ra, mô hình BIM còn bao gồm các mô hình khác như: Mô hình phân tích (Analytical Model) hoặc mô hình năng lượng (Energy Model). - Thông tin (dữ liệu) phi hình học: các thuộc tính cần thiết cho việc xây dựng, quản lý vận hành hoặc thông tin bổ sung về các thành phần như nhà sản xuất, giá cả và nhà cung cấp. Hình 2-1 BIM – Nguồn thông tin của dự án (Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ, 2019) GVHD: TS. HUỲNH NGỌC THI HVTH: PHAN THỊ THANH THỦY - 2070564 5 (2) Mô hình hóa (Modeling) - BIM được hiểu là một quá trình.

Mục đích của quá trình này là tạo ra thông tin đủ tin cậy để chia sẻ với các bên liên quan và để họ tự đưa ra quyết định trong bối cảnh của một dự án cụ thể. Những quyết định đúng có thể giúp giảm chi phí và thời gian của dự án - Mô hình BIM được hiểu là sự kết nối giữa “thông tin hình học” và “thông tin phi hình học” trong bối cảnh xây dựng và mô hình thông tin này được lưu trữ trong môi trường dữ liệu chung (CDE). Hình 2-2 Quy trình BIM trong ngành xây dựng (Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ, 2019) 2.2 Cấp độ phát triển của BIM Cấp độ phát triển BIM dùng để đánh giá “mức độ trưởng thành” của việc áp dụng BIM. Mức độ trưởng thành của BIM được giải thích chi tiết như sau (Ngọc, 2018): - BIM cấp độ 0: Tạo thông tin cho dự án, sử dụng các phần mềm 2D không có quy định, quy chuẩn với thông tin được trao đổi dưới dạng tài liệu giấy.

HUỲNH NGỌC THI HVTH: PHAN THỊ THANH THỦY - 2070564 6 - BIM cấp độ 1: Sử dụng phần mềm kết hợp giữa 2D và mô hình 3D tuân theo các tiêu chuẩn nhất định. Thông tin, dữ liệu của dự án được trao đổi file qua google drive, dropbox và tài liệu giấy. - BIM cấp độ 2: các vấn đề quản lý, kỹ thuật của dự án đã có các tiêu chuẩn, quy trình rõ ràng. Thông tin mô hình 3D được liên kết, chia sẻ trong môi trường dữ liệu chung.

Cấp độ này cho phép sử dụng mô hình trình tự xây dựng BIM 4D và thông tin chi phí BIM 5D. - BIM cấp độ 3: Thống nhất các dữ liệu, tiêu chuẩn BIM và được quản lý bởi một server trung tâm. Cấp độ này cho phép sử dụng mô hình trình tự xây dựng BIM 4D, thông tin chi phí BIM 5D và quản lý vòng đời dự án BIM 6D. Hình 2-3 Các cấp độ phát triển của BIM (Bew, M.

HUỲNH NGỌC THI HVTH: PHAN THỊ THANH THỦY - 2070564 7 2.3 Mức độ phát triển thông tin LOD LOD (Level of Development) được Viện Kiến trúc sư Hoa Kỳ (AIA) (AIA, 2013) giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2008, là một khái niệm dùng để đánh giá mức độ hoàn thiện của mô hình trong quá trình thiết kế. LOD bao gồm nhiều mức độ khác nhau, từ LOD 100 cho đến LOD 500. Mỗi mức độ này đều có các yêu cầu và thông tin cụ thể riêng. Thông tin hình học và phi hình học của đối tượng BIM cần phải được cung cấp đầy đủ và chính xác để đảm bảo mỗi giai đoạn thiết kế có sự khác biệt riêng biệt.

Mỗi đối tượng BIM cần chứa thông tin chi tiết phù hợp với mục tiêu của giai đoạn thiết kế tương ứng, từ đó tạo ra các LOD khác nhau: - LOD 100 - giai đoạn tiền thiết kế: mô hình thể hiện hình dạng và kích thước cơ bản của các phần tử mà không có thông tin chi tiết. Nó được sử dụng để truyền đạt ý định thiết kế tổng thể. - LOD 200 – Thiết kế sơ đồ: các phần tử được mô hình hóa với thông số gần đúng. Thông tin phi hình học có thể được nhúng trong các phần tử mô hình.

- LOD 300 – Phát triển thiết kế: lập mô hình chính xác và bản vẽ thi công chi tiết, trong đó các phần tử được xác định bằng các tổ hợp cụ thể, số lượng, kích thước, hình dạng, vị trí và hướng chính xác. Thông tin phi hình học được nhúng trong các phần tử mô hình - LOD 350 – Tài liệu xây dựng: gồm nhiều chi tiết hơn và các phần tử thể hiện cách các phần tử tòa nhà giao tiếp với các hệ thống tòa nhà khác nhau. Nó cũng cung cấp đồ họa rõ ràng và định nghĩa bằng văn bản. - LOD 400 – Chế tạo và lắp ráp: các phần tử mô hình được biểu diễn dưới dạng các tổ hợp cụ thể, hoàn chỉnh với thông tin chế tạo, lắp ráp và chi tiết, bên cạnh số lượng, kích thước, hình dạng, vị trí và hướng chính xác.

Thông tin phi hình học được nhúng trong các phần tử mô hình - LOD 500 – Hoàn công: các phần tử được mô hình hóa thành các tổ hợp được GVHD: TS. HUỲNH NGỌC THI HVTH: PHAN THỊ THANH THỦY - 2070564 8 xây dựng để vận hành và bảo trì. Chúng chính xác về hình dạng, kích thước, số lượng và hướng, đồng thời thông tin phi hình học có thể được nhúng trong các phần tử mô hình 2.4 Tình hình ứng dụng BIM tại Việt Nam Công nghệ BIM ở nước ta được đề cập trễ tuy nhiên đã sớm thu hút được sự quan tâm cao của Nhà nước, cộng đồng doanh nghiệp và cơ sở đào tạo, viện nghiên cứu. Hoạt động đào tạo, chuyển giao kỹ thuật diễn ra sôi động suốt thời kỳ vừa qua.

Trong thời kỳ hội nhập quốc tế, khái niệm công nghệ BIM cùng kỹ thuật ứng dụng, khai thác giá trị kỹ thuật của BIM ngày càng được khẳng định. Về mặt khung khổ pháp lý, cơ chế khuyến khích áp dụng BIM đã được Chính phủ ban hành như: - Luật xây dựng số 50/2014/QH13 ngày 18/6/2014 đề cập đến BIM trong hoạt động ĐTXD tại khoản, điều 4 và hoạt động quản lý dự án tại khoản 1, điều 66 - Quyết định số 134/QĐ-TTg ngày 26/01/2015 phê duyệt “Đề án tái cơ cấu ngành Xây dựng gắn với chuyển đổi mô hình tăng trưởng theo hướng nâng cao chất lượng, hiệu quả và năng lực cạnh tranh giai đoạn 2014 – 2020” - Nghị định số 26/NQ-CP ngày 15/04/2015 về “Đẩy mạnh ứng dụng, phát triển công nghệ thông tin đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững và hội nhập quốc tế” - Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 phê duyệt “Đề án áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình” - Quyết định số 204/QĐ-BXD ngày 21/03/2017 về việc “Ban hành Kế hoạch thực hiện Đề án Áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình số 2500/QĐ-TTg” - Quyết định số 1056/QĐ-BXD ngày 11/10/2017 công bố “Chương trình khung GVHD: TS.