Tổng quan nghiên cứu

Ngành xây dựng và công nghiệp giữ vị trí then chốt trong nền kinh tế Việt Nam khi đóng góp tới 48% tổng sản phẩm quốc nội (GDP) theo số liệu thống kê năm 2018, thời điểm tăng trưởng kinh tế cả nước đạt mức kỷ lục 7.08%. Dù năng suất lao động toàn nền kinh tế đạt mức 4.512 USD/lao động (tăng 346 USD so với năm 2017), năng suất trong lĩnh vực thi công xây dựng vẫn còn nhiều hạn chế do phụ thuộc lớn vào phương pháp thủ công. Trong các công trình dân dụng và nhà cao tầng, công tác xây tường chiếm khối lượng công việc hoàn thiện rất lớn. Hằng năm, ngành xây dựng tiêu thụ khoảng 22 tỷ viên gạch nung và theo ước tính con số này chạm mốc 40 tỷ viên vào năm 2020, làm tiêu tốn khoảng 30 ha đất nông nghiệp canh tác cùng lượng lớn nhiên liệu than củi gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Trước thực trạng đó, đề tài nghiên cứu tập trung giải quyết hai bài toán trọng tâm: đánh giá một cách định lượng các nhân tố tác động đến năng suất lao động trong công tác xây tường và ứng dụng công nghệ mô phỏng sự kiện rời rạc (Discrete Event Simulation - DES) nhằm tối ưu hóa quy trình thi công. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại các dự án công trình dân dụng và công nghiệp cao tầng trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ tháng 8/2019 đến tháng 8/2020 (thời gian khảo sát thực địa từ tháng 10/2019 đến tháng 6/2020). Mục tiêu cuối cùng là thiết lập mô hình định lượng chuẩn xác giúp giảm 15% đến 20% thời gian thi công, cắt giảm lãng phí tài nguyên và nâng cao năng suất tính bằng mét vuông tường hoàn thiện trên một giờ công lao động.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa hai nền tảng lý thuyết chủ đạo: Lý thuyết năng suất lao động trong xây dựng và Lý thuyết mô phỏng sự kiện rời rạc. Về năng suất lao động, đề tài kế thừa khung lý thuyết của Thomas và Mathews (1986) cùng mô hình đo lường năng suất trực tiếp theo tỷ số sản lượng đầu ra trên hao phí đầu vào (Unit/Man-Hour), xác định bằng số mét vuông tường xây hoàn thiện trên tổng số giờ công lao động thực tế. Mô hình nghiên cứu phân loại các nhân tố ảnh hưởng thành 4 nhóm chính gồm tài nguyên sử dụng, phương thức quản lý, đặc điểm dự án và các yếu tố ngoại cảnh.

Về công nghệ mô phỏng, đề tài ứng dụng lý thuyết mô phỏng sự kiện rời rạc dựa trên ngôn ngữ lập trình STROBOSCOPE do Martinez phát triển năm 1999 kết hợp cùng giao diện đồ họa trực quan EZStrobe trên nền tảng Microsoft Visio. Ba khái niệm chuyên ngành cốt lõi được vận hành trong mô hình bao gồm: sơ đồ chu kỳ công tác (Activity Cycle Diagrams - ACDs), phương thức quét hoạt động (Activity Scanning) và cơ chế phân phối tài nguyên qua các nút hoạt động kết hợp (Combi Activity), hoạt động thường (Normal Activity) cùng nút hàng đợi (Queue). Thêm vào đó, khái niệm cấu kiện tấm tường bê tông đúc sẵn Acotec được đưa vào làm đối trọng công nghệ để so sánh toàn diện với tường gạch đất sét nung truyền thống.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa khảo sát xã hội học định lượng và mô phỏng thực nghiệm trên máy tính. Dữ liệu khảo sát ban đầu thu thập thông qua bảng câu hỏi thiết kế theo thang đo Likert 5 mức độ (từ mức 1 là hầu như không ảnh hưởng đến mức 5 là ảnh hưởng rất cao). Cỡ mẫu khảo sát gồm 120 phiếu phát đi, thu về 113 phiếu và chọn lọc được 105 mẫu hợp lệ từ các chuyên gia, chỉ huy trưởng, kỹ sư tư vấn giám sát và quản lý dự án có trên 5 năm kinh nghiệm thực tế. Phương pháp chọn mẫu thuận tiện kết hợp chọn mẫu chuyên gia được áp dụng nhằm đảm bảo tính am hiểu chuyên sâu về kỹ thuật thi công tường hoàn thiện.

Dữ liệu khảo sát được xử lý trên phần mềm IBM SPSS Statistics 20 và Microsoft Excel 2016. Lý do lựa chọn kiểm định độ tin cậy Cronbach's Alpha (yêu cầu hệ số lớn hơn 0.60 và tương quan biến - tổng lớn hơn 0.30) cùng phân tích nhân tố khám phá EFA (điều kiện KMO nằm trong khoảng 0.5 đến 1.0, kiểm định Bartlett có ý nghĩa thống kê p nhỏ hơn 0.05, Factor Loading lớn hơn 0.55 và Eigenvalue lớn hơn 1.0) là nhằm tinh gọn 27 biến quan sát ban đầu thành các nhóm nhân tố tác động cốt lõi mà không làm mất thông tin. Đối với dữ liệu mô phỏng, phương pháp lấy mẫu công việc (Work Sampling) được áp dụng trực tiếp tại công trường với 15 mẫu đo đếm thời gian cho mỗi phân đoạn công tác, sau đó sử dụng phần mềm Crystal Ball để kiểm định dạng phân phối xác suất đầu vào cho STROBOSCOPE trong suốt timeline nghiên cứu từ tháng 10/2019 đến tháng 6/2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả phân tích nhân tố khám phá EFA qua 3 lần xoay ma trận Varimax đã rút gọn 27 biến quan sát ban đầu thành 5 nhóm nhân tố trọng yếu ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động xây tường. Trong đó, nhóm nhân tố về tổ chức quản lý cung ứng vật tư và bố trí mặt bằng công trường thể hiện mức độ tác động vượt trội so với các yếu tố bên ngoài. Tình trạng thiếu hụt vật tư cục bộ tại vị trí thi công làm suy giảm từ 25% đến 30% năng suất thực tế của thợ xây.

Thứ hai, mô hình mô phỏng STROBOSCOPE cho công tác xây gạch nung truyền thống chỉ ra mối quan hệ phi tuyến tính giữa số lượng thợ chính và thời gian hoàn thành. Khi bố trí từ 11 đến 12 thợ chính, thời gian thi công bị kéo dài do thiếu hụt nhân lực trực tiếp. Tuy nhiên, khi tăng quy mô lên 15 hoặc 16 thợ chính, năng suất biên bắt đầu sụt giảm nghiêm trọng do hiện tượng xung đột mặt bằng và tắc nghẽn khâu cung cấp vữa, gạch. Mức phân bổ tối ưu được xác định chính xác là 13 thợ chính, giúp rút ngắn khoảng 18% tổng thời gian thi công một tầng điển hình mà vẫn duy trì hệ số sử dụng lao động ở mức trên 85%.

Thứ ba, mô hình mô phỏng công tác lắp dựng tấm tường bê tông đúc sẵn Acotec mang lại bước nhảy vọt về năng suất thi công. Kết quả so sánh cho thấy thời gian thi công hoàn thiện tường bằng tấm Acotec giảm hơn 55% so với phương pháp xây gạch nung trên cùng một diện tích sàn. Khi thử nghiệm các kịch bản với 4, 5 và 6 tổ thợ, kịch bản bố trí 5 tổ thợ chính đạt hiệu quả tối ưu nhất với thời gian chờ của thiết bị nâng lắp giảm xuống dưới 5%, đồng thời năng suất lao động đạt mức cao gấp 2.5 lần so với xây gạch truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự chênh lệch năng suất vượt trội của công nghệ Acotec là nhờ việc công nghiệp hóa quy trình chế tạo cấu kiện, loại bỏ hoàn toàn các khâu thủ công tốn thời gian như trộn vữa tại chỗ, vận chuyển từng viên gạch rời và căn chỉnh từng mạch vữa nhỏ. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa máy nâng chuyên dụng và kích thước tấm lớn giúp dòng luân chuyển tài nguyên trong mô hình diễn ra liên tục, giảm thiểu tối đa các nút hàng đợi (Queue) không tạo ra giá trị gia tăng.

Khi đối chiếu với các nghiên cứu trước đây, phát hiện này hoàn toàn tương đồng với kết luận của Phan Trọng Lễ (2019) về tối ưu hóa thi công cốp pha nhôm và nghiên cứu của Antonios Panas (2014) về ứng dụng đường cong học tập trong mô phỏng xây dựng. Điều này khẳng định việc kết hợp vật liệu đúc sẵn và tối ưu hóa phân bổ nguồn lực bằng mô phỏng là xu thế tất yếu để nâng cao năng suất ngành xây dựng. Toàn bộ các phát hiện này được trình bày trực quan thông qua các bảng ma trận xoay nhân tố EFA, biểu đồ phân bố thời gian thực hiện công tác dạng đồ thị cột và sơ đồ dòng tài nguyên mạng hoạt động trong EZStrobe, giúp người quản lý dễ dàng nhận diện điểm nghẽn tại từng mắt xích thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa kế hoạch cung ứng vật tư theo mô hình Just-In-Time (JIT). Ban chỉ huy công trường cùng phòng cung ứng vật tư cần phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tỷ lệ sẵn sàng của vật tư tại tầng thi công đạt mức tối thiểu 95%, loại bỏ hoàn toàn thời gian thợ phải chờ vữa hoặc gạch; giải pháp này cần được áp dụng ngay trong 30 ngày đầu chuẩn bị thi công phần thân.

Thứ hai, tối ưu hóa quy hoạch mặt bằng và hệ thống vận chuyển đứng. Trưởng ban chỉ huy dự án cần bố trí vị trí tập kết vật tư phụ trợ, máy trộn và đường vận chuyển của vận thăng sao cho cự ly di chuyển đến các vị trí xây không vượt quá 15 mét, giảm thời gian vận chuyển nội bộ xuống dưới 10 phút trên mỗi lượt tiếp tế vật tư, triển khai đồng bộ trước khi bắt đầu công tác hoàn thiện ở từng phân đoạn sàn.

Thứ ba, đẩy mạnh chuyển đổi công nghệ sang sử dụng tấm tường bê tông đúc sẵn Acotec. Chủ đầu tư và các đơn vị tư vấn thiết kế nên chủ động đưa giải pháp tường bê tông đúc sẵn vào hồ sơ mời thầu cho các dự án chung cư và văn phòng cao tầng, đặt mục tiêu tăng tốc độ hoàn thiện khối lượng tường ngăn lên hơn 200% và giảm 40% chi phí nhân công trực tiếp trên công trường; timeline phê duyệt thực hiện ngay từ giai đoạn lập dự án đầu tư.

Thứ tư, áp dụng công cụ mô phỏng STROBOSCOPE và EZStrobe vào công tác lập kế hoạch và điều phối nhân lực. Phòng Kỹ thuật - Đấu thầu của nhà thầu chính cần sử dụng mô hình mô phỏng để thiết lập cấu hình tổ đội tối ưu (duy trì 13 thợ chính đối với gạch nung hoặc 5 tổ thợ đối với tấm Acotec), thực hiện định kỳ trước mỗi chu kỳ thi công nhằm kiểm soát chặt chẽ chỉ số năng suất lao động thực tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, Giám đốc dự án và Chỉ huy trưởng công trường: Luận văn cung cấp phương pháp luận thực chiến và số liệu định mức chính xác để bố trí số lượng tổ thợ tối ưu theo từng ca làm việc, giúp loại bỏ xung đột mặt bằng và rút ngắn từ 15% đến 20% tiến độ thi công tầng điển hình.

Thứ hai, Kỹ sư lập tiến độ và Kỹ sư đấu thầu: Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thời gian chi tiết của từng phân đoạn công tác hoàn thiện tường, hỗ trợ xây dựng biện pháp thi công có độ tin cậy cao và lập kế hoạch huy động máy móc, thiết bị nâng hạ một cách khoa học.

Thứ ba, Chủ đầu tư và Đơn vị tư vấn thiết kế: Luận văn mang lại góc nhìn định lượng đa chiều về mặt kinh tế - kỹ thuật khi so sánh giữa gạch nung truyền thống và tấm tường Acotec, làm căn cứ vững chắc để đưa ra quyết định lựa chọn vật liệu xây dựng bền vững, thân thiện với môi trường.

Thứ tư, Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Xây dựng: Công trình là tài liệu tham khảo học thuật giá trị về quy trình kết hợp giữa phân tích thống kê định lượng SPSS với phần mềm mô phỏng sự kiện rời rạc STROBOSCOPE, mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng mô phỏng cho nhiều công tác thi công xây dựng phức tạp khác.

Câu hỏi thường gặp

Ưu điểm nổi bật của mô phỏng sự kiện rời rạc STROBOSCOPE so với phương pháp lập tiến độ truyền thống là gì? Mô phỏng STROBOSCOPE cho phép mô hình hóa các biến động ngẫu nhiên về thời gian và sự phụ thuộc qua lại giữa các nguồn tài nguyên như nhân công, thiết bị và vật tư. Thay vì chỉ đưa ra một giá trị thời gian cố định, mô hình tính toán được xác suất hoàn thành và chỉ rõ các điểm nghẽn hàng đợi trong quá trình thi công thực tế.

Tại sao việc tăng số lượng thợ xây vượt quá 13 người lại làm giảm năng suất trong mô hình gạch nung? Khi tăng thợ lên 15 hoặc 16 người, mật độ lao động trên mặt bằng sàn tầng điển hình trở nên quá dày đặc, dẫn đến hiện tượng tranh chấp lối đi và nghẽn hệ thống cung cấp vữa từ vận thăng. Thời gian chờ đợi vật tư tăng cao khiến năng suất bình quân trên mỗi giờ công lao động bị suy giảm rõ rệt.

Tấm tường bê tông đúc sẵn Acotec mang lại hiệu quả vượt trội như thế nào so với gạch nung truyền thống? Tấm Acotec giúp rút ngắn hơn 55% thời gian lắp dựng trên cùng diện tích sàn, đồng thời nâng năng suất lao động lên gấp 2.5 lần. Ngoài ra, việc dùng tấm đúc sẵn kích thước lớn giúp loại bỏ công đoạn trát tường dày, giảm tiêu hao vữa và giảm tải trọng bản thân của kết cấu công trình.

Cỡ mẫu 105 chuyên gia trong phân tích EFA có đảm bảo độ tin cậy khoa học không? Cỡ mẫu 105 hoàn toàn thỏa mãn các tiêu chuẩn thống kê quốc tế với tỷ lệ mẫu trên biến quan sát đạt xấp xỉ 4:1 (105 mẫu trên 27 biến). Hệ số KMO đạt yêu cầu lớn hơn 0.50 và kiểm định Bartlett có mức ý nghĩa p nhỏ hơn 0.05, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao cho các phân tích nhân tố.

Làm thế nào để doanh nghiệp xây dựng triển khai áp dụng phần mềm mô phỏng STROBOSCOPE vào thực tế? Doanh nghiệp có thể bắt đầu bằng việc chuẩn hóa quy trình thu thập dữ liệu thời gian thi công qua kỹ thuật Work Sampling với khoảng 15 mẫu cho mỗi công tác. Sau đó, kỹ sư sử dụng giao diện trực quan EZStrobe trên Visio để vẽ sơ đồ chu kỳ công tác và chạy phân tích tối ưu hóa tài nguyên trên máy tính trước khi ra quân thi công.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện 27 nhân tố ảnh hưởng và cô đọng thành 5 nhóm nhân tố trọng yếu tác động trực tiếp đến năng suất xây tường tại các công trình cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Xây dựng thành công mô hình mô phỏng sự kiện rời rạc STROBOSCOPE phản ánh chân thực các ràng buộc về tài nguyên, thiết bị và thời gian thi công thực tế tại công trường.
  • Xác định cấu hình tổ đội tối ưu với 13 thợ chính cho công tác xây gạch nung và 5 tổ thợ cho công tác lắp dựng tấm Acotec, giúp tiết kiệm từ 15% đến 20% thời gian thi công.
  • Chứng minh tính ưu việt của tấm tường bê tông đúc sẵn Acotec với khả năng cắt giảm hơn 55% thời gian và nâng cao năng suất lao động gấp 2.5 lần so với gạch nung truyền thống.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ từ cung ứng vật tư Just-In-Time, tổ chức mặt bằng, chuyển đổi vật liệu mới đến ứng dụng công nghệ mô phỏng số vào quản lý thi công.

Về đóng góp học thuật và thực tiễn, đề tài khẳng định giá trị tiên phong trong việc tích hợp công nghệ mô phỏng sự kiện rời rạc vào quản lý sản xuất xây dựng tại Việt Nam. Trong giai đoạn tiếp theo từ 3 đến 6 tháng tới, các đơn vị thi công cần số hóa quy trình đo đạc năng suất và nhân rộng mô hình mô phỏng cho các công tác hoàn thiện khác như sơn nước, ốp lát và thạch cao. Hãy bắt đầu chuẩn hóa dữ liệu định mức và ứng dụng công cụ mô phỏng ngay hôm nay để bứt phá năng suất lao động và tối ưu hóa hiệu quả đầu tư cho dự án của bạn.