Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng xây dựng hệ thống tích hợp việc chẩn đoán hư hỏng kết cấu shm và mô hình thông tin công trình bim

Khám phá luận văn thạc sĩ về hệ thống tích hợp chẩn đoán hư hỏng kết cấu SHM và mô hình thông tin công trình BIM trong kỹ thuật xây dựng.

• Tác giả: Nguyễn Anh Khoa
• Người hướng dẫn: PGS. Hồ Đức Duy
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Hệ Thống Chẩn Đoán Hư Hỏng Kết Cấu SHM Tích Hợp Với Mô Hình Thông Tin Công Trình BIM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: Theo dõi và chẩn đoán sức khoẻ kết cấu công trình
• 1.1. Mô hình thông tin công trình trong xây dựng
• 1.2. Tổng quan về mạng nơ-ron nhân tạo cho bài toán chẩn đoán hư hỏng
• 1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.4. Tính cần thiết và ý nghĩa của nội dung nghiên cứu
• 1.3.5. Cấu trúc luận văn
• 1.4. Tình hình nghiên cứu nước ngoài
• 1.5. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.6. Phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa vào hiệu độ cong của dạng dao động
• 1.6.1. Giới thiệu phương pháp
• 1.6.2. Công thức đánh giá
• 1.6.3. Ngưỡng hư hỏng đề xuất
• 1.6.4. Chỉ số đánh giá độ chính xác chẩn đoán
• 1.6.5. Ảnh hưởng của điều kiện biên
• 1.7. Sử dụng thuật toán mạng nơ-ron nhân tạo (ANNs) để chẩn đoán mức độ hư hỏng từ dữ liệu dạng dao động
• 1.7.1. Cấu trúc của mạng nơ-ron nhân tạo. Hàm kích hoạt
• 1.7.2. Kiến trúc mạng nơ-ron nhân tạo
• 1.7.3. Mạng và thuật toán huấn luyện
• 1.8. Quy trình xây dựng hệ thống theo dõi và chẩn đoán kết cấu (SHM) tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM)
• 1.8.1. Các công cụ cần thiết để xây dựng hệ thống SHM tích hợp BIM
• 1.8.2. Cấu trúc của hệ thống SHM tích hợp BIM
• 1.9. CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT
• 1.9.1. Bài toán dầm thép gối tựa đơn giản
• 1.9.1.1. Mô hình bài toán
• 1.9.1.2. Sử dụng hệ thống SHM tích hợp BIM
• 1.9.1.3. Kết quả phân tích dao động
• 1.9.2. Bài toán dầm bê tông cốt thép trong nhà cao tầng
• 1.9.2.1. Giới thiệu công trình Chung cư Phú Điền
• 1.9.2.2. Mô hình bài toán
• 1.9.2.3. Sử dụng hệ thống SHM tích hợp BIM
• 1.9.2.4. Kết quả phân tích dao động
• 1.9.3. Bài toán dầm bê tông cốt thép trong khung nhà cao tầng
• 1.9.3.1. Mô hình bài toán
• 1.9.3.2. Sử dụng hệ thống SHM tích hợp BIM
• 1.9.3.3. Kết quả phân tích dao động
• 1.9.4. Phân tích và đánh giá kết quả
• 1.9.5. Độ trực quan của BIM Server. Độ tin cậy mô hình
• 1.9.6. Độ chính xác của kết quả chẩn đoán vị trí hư hỏng và mức độ hư hỏng
• 2. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 2.1. Đóng góp mới của nghiên cứu
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống chẩn đoán hư hỏng kết cấu SHM và mô hình thông tin công trình BIM

Hệ thống chẩn đoán hư hỏng kết cấu (SHM) tích hợp với mô hình thông tin công trình (BIM) là một giải pháp tiên tiến trong lĩnh vực xây dựng. Hệ thống này cho phép theo dõi và phân tích tình trạng của các kết cấu công trình một cách hiệu quả. Việc tích hợp giữa SHM và BIM không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện hư hỏng mà còn tối ưu hóa quy trình quản lý thông tin công trình. Theo nghiên cứu, việc sử dụng BIM trong SHM giúp tự động hóa quy trình chẩn đoán, từ đó giảm thiểu thời gian và chi phí cho các công trình xây dựng. Hệ thống này hoạt động dựa trên việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến, sau đó phân tích và cập nhật thông tin lên BIM Server. Điều này cho phép các kỹ sư và nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình trạng của công trình, từ đó đưa ra các quyết định kịp thời nhằm bảo trì và sửa chữa.

II. Phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu

Phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu sử dụng hiệu độ cong của dạng dao động là một trong những kỹ thuật chính trong hệ thống SHM. Kỹ thuật này dựa trên việc phân tích các biến đổi trong hiệu độ cong của kết cấu khi có sự xuất hiện của hư hỏng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng thuật toán mạng nơ-ron nhân tạo (ANNs) trong việc xác định vị trí và mức độ hư hỏng mang lại độ chính xác cao. Cụ thể, các dữ liệu đầu vào từ BIM được sử dụng để xây dựng mô hình ANNs, từ đó giúp xác định các ngưỡng hư hỏng. Kết quả chẩn đoán được thể hiện qua các chỉ số đánh giá độ chính xác, bao gồm A (Độ chính xác vùng hư hỏng), B (Độ chính xác vùng không hư hỏng) và C (Độ chính xác tổng thể). Việc sử dụng phương pháp này không chỉ giúp phát hiện hư hỏng mà còn cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng của kết cấu, từ đó hỗ trợ cho công tác quản lý và bảo trì.

III. Tích hợp công nghệ SHM và BIM trong xây dựng

Tích hợp công nghệ SHM và BIM trong xây dựng mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả trong việc theo dõi và chẩn đoán hư hỏng mà còn cải thiện khả năng quản lý thông tin công trình. Hệ thống tích hợp cho phép các kỹ sư dễ dàng truy cập và cập nhật thông tin từ BIM Server, từ đó có thể thực hiện các phân tích và mô phỏng cần thiết. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc sử dụng BIM trong quy trình SHM giúp tăng cường khả năng trực quan hóa dữ liệu, cho phép các bên liên quan có cái nhìn rõ ràng hơn về tình trạng của công trình. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ này còn giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí trong quá trình bảo trì và sửa chữa, đồng thời nâng cao độ bền và tuổi thọ của các kết cấu công trình.

IV. Kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự cần thiết và hiệu quả của việc tích hợp SHM và BIM trong ngành xây dựng. Hệ thống này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong việc chẩn đoán hư hỏng mà còn tối ưu hóa quy trình quản lý thông tin công trình. Để phát triển hơn nữa công nghệ này, cần có sự đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các thuật toán chẩn đoán tiên tiến hơn, cũng như cải thiện khả năng tương tác giữa các hệ thống SHM và BIM. Ngoài ra, việc đào tạo nhân lực có chuyên môn cao trong lĩnh vực này cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo sự thành công của hệ thống tích hợp trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo ước tính, việc theo dõi và chẩn đoán sức khỏe kết cấu (Structural Health Monitoring - SHM) ngày càng trở nên quan trọng trong ngành kỹ thuật xây dựng, đặc biệt với sự phát triển nhanh chóng của các công trình dân dụng và hạ tầng. Luận văn thạc sĩ này tập trung xây dựng hệ thống tích hợp giữa SHM và mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM) nhằm nâng cao hiệu quả chẩn đoán hư hỏng kết cấu dầm. Vấn đề nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu tự động hóa, trực quan hóa và nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện vị trí và mức độ hư hỏng kết cấu, đồng thời quản lý dữ liệu lớn phát sinh trong quá trình giám sát. Mục tiêu cụ thể là phát triển hệ thống tích hợp SHM-BIM sử dụng phương pháp chẩn đoán hai bước: xác định vị trí hư hỏng dựa trên hiệu độ cong của dạng dao động và đánh giá mức độ hư hỏng bằng thuật toán mạng nơ-ron nhân tạo (ANNs). Nghiên cứu áp dụng trên các mô hình dầm thép và bê tông cốt thép trong công trình thực tế tại TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi thời gian từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2024. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện độ chính xác chẩn đoán với các chỉ số A, B, C lần lượt đo lường độ chính xác vùng hư hỏng, vùng không hư hỏng và tổng thể, đồng thời hỗ trợ quản lý dữ liệu và bảo trì công trình hiệu quả hơn thông qua BIM Server.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: phương pháp chẩn đoán hư hỏng kết cấu dựa vào hiệu độ cong của dạng dao động và mạng nơ-ron nhân tạo (ANNs). Phương pháp hiệu độ cong sử dụng đạo hàm bậc hai của vector chuyển vị dạng dao động để phát hiện sự thay đổi trong cấu trúc kết cấu, từ đó xác định vị trí hư hỏng. Các chỉ số đánh giá độ chính xác chẩn đoán gồm A (độ chính xác vùng hư hỏng), B (độ chính xác vùng không hư hỏng) và C (độ chính xác tổng thể) được áp dụng để đánh giá kết quả. Mạng nơ-ron nhân tạo được xây dựng với cấu trúc nhiều lớp, sử dụng các đặc trưng dạng dao động làm dữ liệu đầu vào để dự đoán mức độ hư hỏng tại các vị trí đã xác định. BIM được sử dụng như một nền tảng quản lý và trực quan hóa dữ liệu, cho phép mô hình hóa 3D kết cấu, tự động cập nhật dữ liệu dao động và kết quả chẩn đoán lên BIM Server, hỗ trợ việc theo dõi và bảo trì công trình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình BIM được xây dựng bằng phần mềm Revit và mô phỏng dao động bằng phần mềm Robot Structural Analysis Professional (RSAP). Dữ liệu dao động được xuất tự động từ BIM sang RSAP để phân tích, sau đó kết quả được cập nhật lại lên BIM Server. Phương pháp phân tích gồm hai bước: đầu tiên, xác định vị trí hư hỏng dựa trên hiệu độ cong dạng dao động; tiếp theo, đánh giá mức độ hư hỏng bằng mạng nơ-ron nhân tạo. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các trường hợp hư hỏng mô phỏng trên dầm thép đơn giản và dầm bê tông cốt thép trong công trình nhà cao tầng thực tế tại TP. Hồ Chí Minh. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các trường hợp hư hỏng với mức giảm độ cứng chống uốn khác nhau. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2024, bao gồm các giai đoạn xây dựng mô hình, thu thập và xử lý dữ liệu, huấn luyện mạng nơ-ron, và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác chẩn đoán vị trí hư hỏng: Phương pháp hiệu độ cong dạng dao động đạt độ chính xác vùng hư hỏng (chỉ số A) trung bình trên 80% khi áp dụng ngưỡng hư hỏng Z0 = 50% Zmax, cho thấy khả năng xác định vị trí hư hỏng rất cao. Độ chính xác vùng không hư hỏng (chỉ số B) cũng đạt trên 85%, góp phần nâng cao độ tin cậy tổng thể (chỉ số C) trên 83%.

2. Hiệu quả mạng nơ-ron nhân tạo trong đánh giá mức độ hư hỏng: Mạng ANNs được huấn luyện với dữ liệu dạng dao động mô phỏng cho kết quả dự đoán mức độ hư hỏng với sai số trung bình bình phương (MSE) thấp, giúp cải thiện đáng kể độ chính xác so với phương pháp truyền thống.

3. Tích hợp SHM và BIM nâng cao hiệu quả quản lý dữ liệu: Việc cập nhật tự động dữ liệu dao động và kết quả chẩn đoán lên BIM Server giúp giảm thiểu sai sót nhập liệu, tăng tốc độ truy cập và trực quan hóa thông tin qua mô hình 3D, biểu đồ và hình ảnh.

4. Ứng dụng thực tế trên công trình nhà cao tầng: Hệ thống được áp dụng thành công trên mô hình dầm bê tông cốt thép trong công trình Chung cư Phú Điền, với kết quả chẩn đoán tương tự các mô hình dầm đơn giản, chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong môi trường thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của độ chính xác cao trong chẩn đoán vị trí hư hỏng là do phương pháp hiệu độ cong dạng dao động tận dụng được sự nhạy cảm của đạo hàm bậc hai trong phát hiện biến đổi cấu trúc. So với các nghiên cứu trước đây, việc kết hợp mạng nơ-ron nhân tạo giúp đánh giá mức độ hư hỏng chi tiết hơn, giảm thiểu sai số do nhiễu và biến đổi môi trường. Việc tích hợp BIM không chỉ hỗ trợ quản lý dữ liệu mà còn tạo điều kiện cho việc trực quan hóa và ra quyết định bảo trì nhanh chóng, phù hợp với xu hướng chuyển đổi số trong xây dựng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu độ cong dạng dao động, bảng chỉ số chẩn đoán và mô hình 3D trên BIM Server, giúp các bên liên quan dễ dàng theo dõi và đánh giá tình trạng kết cấu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống SHM-BIM trên quy mô rộng: Khuyến nghị các chủ đầu tư và đơn vị quản lý công trình áp dụng hệ thống tích hợp SHM và BIM cho các công trình lớn nhằm nâng cao hiệu quả giám sát và bảo trì, với mục tiêu giảm thiểu rủi ro hư hỏng trong vòng 1-2 năm tới.

2. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ SHM, BIM và mạng nơ-ron nhân tạo cho kỹ sư và quản lý dự án, nhằm đảm bảo vận hành hệ thống hiệu quả, dự kiến thực hiện trong 6 tháng đầu năm 2025.

3. Phát triển phần mềm tích hợp nâng cao: Đề xuất nghiên cứu và phát triển các công cụ phần mềm tích hợp tự động hơn, hỗ trợ xử lý dữ liệu lớn và trực quan hóa đa chiều, nhằm tối ưu hóa quy trình chẩn đoán và bảo trì, với lộ trình 2 năm.

4. Tăng cường hợp tác nghiên cứu và ứng dụng: Khuyến khích các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng phối hợp phát triển các giải pháp SHM-BIM, mở rộng phạm vi ứng dụng sang các loại kết cấu khác như cầu, nhà công nghiệp, nhằm nâng cao tính ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư xây dựng và quản lý công trình: Hỗ trợ nâng cao kỹ năng chẩn đoán hư hỏng kết cấu, quản lý dữ liệu và lập kế hoạch bảo trì dựa trên công nghệ SHM và BIM.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm về tích hợp SHM và BIM, mạng nơ-ron nhân tạo trong chẩn đoán kết cấu.

3. Chủ đầu tư và quản lý dự án: Giúp hiểu rõ lợi ích của việc áp dụng công nghệ số trong giám sát và bảo trì công trình, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

4. Nhà phát triển phần mềm và công nghệ xây dựng: Tham khảo để phát triển các giải pháp phần mềm tích hợp SHM-BIM, nâng cao tính tự động hóa và trực quan hóa trong quản lý công trình.

Câu hỏi thường gặp

1. SHM là gì và tại sao cần tích hợp với BIM?
   SHM là hệ thống theo dõi và chẩn đoán sức khỏe kết cấu nhằm phát hiện hư hỏng kịp thời. Tích hợp với BIM giúp quản lý dữ liệu hiệu quả, trực quan hóa kết quả và hỗ trợ ra quyết định bảo trì chính xác hơn.

2. Phương pháp hiệu độ cong dạng dao động hoạt động như thế nào?
   Phương pháp này sử dụng đạo hàm bậc hai của dạng dao động để phát hiện sự thay đổi cấu trúc, từ đó xác định vị trí hư hỏng dựa trên sự khác biệt giữa trạng thái không hư hỏng và hư hỏng.

3. Mạng nơ-ron nhân tạo được sử dụng ra sao trong chẩn đoán mức độ hư hỏng?
   ANNs được huấn luyện với dữ liệu dạng dao động mô phỏng để dự đoán mức độ hư hỏng tại các vị trí đã xác định, giúp nâng cao độ chính xác và khả năng dự báo.

4. Hệ thống này có thể áp dụng cho các loại kết cấu khác ngoài dầm không?
   Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh mô hình và huấn luyện mạng nơ-ron phù hợp với đặc điểm kết cấu khác như cầu, tấm hay khung nhà cao tầng.

5. Làm thế nào để truy cập và sử dụng dữ liệu trên BIM Server?
   BIM Server cung cấp giao diện trực quan cho phép truy cập dữ liệu 3D, biểu đồ và báo cáo chẩn đoán qua nền tảng trực tuyến, hỗ trợ các bên liên quan theo dõi và quản lý công trình dễ dàng.

Kết luận

• Xây dựng thành công hệ thống tích hợp SHM và BIM giúp tự động hóa và trực quan hóa quá trình chẩn đoán hư hỏng kết cấu dầm.
• Phương pháp chẩn đoán hai bước kết hợp hiệu độ cong dạng dao động và mạng nơ-ron nhân tạo đạt độ chính xác cao với chỉ số tổng thể trên 83%.
• Hệ thống được kiểm chứng trên mô hình dầm bê tông cốt thép thực tế, chứng minh tính khả thi và ứng dụng thực tiễn.
• BIM Server đóng vai trò quan trọng trong quản lý dữ liệu, hỗ trợ truy cập và trực quan hóa kết quả chẩn đoán.
• Đề xuất triển khai rộng rãi, phát triển phần mềm tích hợp và đào tạo kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và bảo trì công trình trong tương lai.

Hãy áp dụng và phát triển hệ thống SHM-BIM để nâng cao an toàn và hiệu quả quản lý kết cấu công trình ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Theo dõi và chẩn đoán sức khoẻ kết cấu công trình 1. Quá trình phát triển Trong kỹ thuật xây dựng nói chung, lĩnh vực theo dõi và chẩn đoán sức khỏe kết cấu (Structural Health Monitoring: SHM) đóng vai trò then chốt cung cấp thông tin chi tiết về ứng xử của hệ kết cấu bằng cách phân tích phản ứng và đánh giá trạng thái cơ học hiện tại của chúng [1-3]. Một tòa nhà cao tầng, một cây cầu, một hệ thống cơ sở hạ tầng hoặc một cấu kiện dầm đơn giản cũng được xem là một hệ kết cấu [1].

Ban đầu, SHM được phát triển để xác định hư hỏng của máy bay trong lĩnh vực hàng không [3]. Tuy nhiên, sau đó, SHM đã được mở rộng để áp dụng vào việc theo dõi và chẩn đoán sức khoẻ các kết cấu trên biển và cuối cùng lan rộng sang lĩnh vực kỹ thuật xây dựng dân dụng [7-9]. Các ứng dụng của SHM trong kỹ thuật xây dựng đã trở nên đa dạng, từ việc xác định hư hỏng tổng thể của một cấu kiện đến việc theo dõi thay đổi nhỏ trong phân phối độ cứng của hệ kết cấu [10, 11]. Định nghĩa và thành phần của hệ thống SHM Farrar và Worden (2007) đã định nghĩa thuật ngữ SHM như sau: “Quá trình xác định hư hỏng cho cơ sở hạ tầng, kỹ thuật hàng không, dân dụng và cơ khí được gọi là theo dõi và chẩn đoán sức khỏe kết cấu (SHM).

Quá trình này bao gồm việc theo dõi kết cấu hoặc công trình bằng cách sử dụng các phép đo cách nhau định kỳ, trích xuất các đặc trưng có độ nhạy với hư hỏng từ các phép đo và phân tích, thống kê các đặc trưng này để xác định trạng thái hiện tại của hệ kết cấu. Qua đó, có thể nói rằng SHM đóng vai trò cơ bản trong quá trình đánh giá thiệt hại công trình và phân tích rủi ro vì cho phép lưu trữ và phân tích lượng lớn dữ liệu từ cả lịch sử và thời gian thực. Ý tưởng chung về SHM được mô tả như sự tương quan với hệ thần kinh của con người như (Hình 1. Giới thiệu 2 Hình 1.

So sánh giữa hệ thần kinh con người và hệ thống SHM Hệ thống SHM được mô tả như một hệ cấu trúc được gắn mạng lưới các cảm biến tương tự như hệ thống dây thần kinh nhận nhiều loại tín hiệu khác nhau và tạo thành đơn vị truyền gửi các tín hiệu khác nhau đến cơ quan xử lý chính (não bộ). Nói chung, một hệ thống SHM thông thường gồm có ba thành phần chính [5]: • Cảm biến loại tiếp xúc hoặc không tiếp xúc. • Hệ thống phân tích dữ liệu (chẩn đoán và quản lý thông tin). SHM được coi là một bài toán nghịch đảo trong đó các hư hỏng về kết cấu được nhận biết thông qua dữ liệu của các đầu vào đã biết.

Trong phạm vi của luận văn này, dữ liệu thông tin đầu vào cho hệ thống SHM được xác định thông qua mô phỏng. Dựa trên nghiên cứu của Rytter (1993), cấp độ xác định thiệt hại trong SHM có thể được phân loại theo mức độ thông tin thu được từ kết cấu và được phân thành bốn cấp độ [6]: • Cấp độ 1: Nhận dạng – Xác định sự tồn tại của hư hỏng phạm vi toàn hệ kết cấu. • Cấp độ 2: Cục bộ – Xác định vị trí hư hỏng trên hệ kết cấu. • Cấp độ 3: Đánh giá – Xác định mức độ hư hỏng của các vị trí hư hỏng trên.

• Cấp độ 4: Dự đoán tuổi thọ – Ước tính tuổi thọ/ khả năng sử dụng còn lại của hệ kết cấu. Giới thiệu 3 Đánh giá chung, hai cấp độ đầu tiên được xác định là các bước chẩn đoán sự xuất hiện của hư hỏng và các cấp độ tiếp theo là tiên lượng mức độ hư hỏng. Cụ thể, cấp độ đầu tiên liên quan đến việc giám sát các đặc tính mong muốn của kết cấu theo thời gian và nhận định sự hiện diện tổng thể của hư hỏng trong kết cấu. Cấp độ thứ hai phức tạp hơn vì nó yêu cầu xác định vị trí của hư hỏng [7].

Hơn hết, cấp độ 1 và 2 có thể được đánh giá mà không cần sử dụng bất kỳ mô hình nào, nhưng từ cấp độ 3 trở lên việc đánh giá yêu cầu lập mô hình số. Cấp độ cuối cùng yêu cầu sử dụng các quy trình như thiết kế mỏi, phân tích độ tin cậy hoặc đánh giá thiết kế kết cấu. Trong luận văn này, mô hình số được thiết lập để mô phỏng dạng dao động và thực hiện theo dõi và chẩn đoán hư hỏng đến cấp độ 3. Các yêu cầu cần thiết để hệ thống SHM hoạt động Để một hệ thống SHM hoạt động hiệu quả cần có những tiêu chí sau [1]: • Chi phí thấp.

• Có thể nhận được tín hiệu liên tục. • Nhạy cảm với mức độ hư hỏng thấp và nhiều loại hư hỏng khác nhau. • Không nhạy cảm với những thay đổi về tiếng ồn và điều kiện môi trường đo lường. Với những tiêu chí trên, các thành phần cơ bản mà hệ thống SHM cần có là: • Cảm biến: Vị trí đặt của các cảm biến cần được thiết kế theo mục tiêu của hệ thống giám sát.

• Hệ thống thu thập dữ liệu: Hệ thống này có chức năng điều khiển mạng lưới cảm biến cũng như quyết định thời điểm và cách thức thực hiện phép đo. • Hệ thống thông tin liên lạc: Hệ thống này thực hiện việc truyền dữ liệu từ hệ thống thu thập dữ liệu đến trạm xử lý có thể được đặt ở một vị trí khác và có thể điều khiển các cảm biến từ xa. • Xử lý và lưu trữ dữ liệu: Ở bước xử lý dữ liệu, cần đảm bảo dữ liệu được loại bỏ đã bao gồm tín hiệu nhiễu và bảo toàn tính nguyên vẹn của dữ liệu. Dữ liệu qua Giới thiệu 4 xử lý sau đó được đưa vào quá trình lưu trữ, với yêu cầu đảm bảo về mặt dung lượng cũng như khả năng truy xuất liên tục.

• Phân tích và trình bày dữ liệu: Các dữ liệu sau khi được thu thập và xử lý được dùng cho phân tích và đánh giá. Việc thể hiện kết quả phân tích phải được trình bày một cách trực quan và cảnh báo khi kết quả vượt qua các ngưỡng đã đặt ra. Các thành phần của hệ thống theo dõi và chẩn đoán sức khoẻ công trình cũng được trình bày tóm tắt theo Raj Dharma và cộng sự (2013) qua (Hình 1. Các thành phần cơ bản của hệ thống SHM Từ các ý trên, hầu hết thành phần của hệ thống SHM liên quan đến công nghệ.

Vì vậy ý tưởng về mô hình thông tin có khả năng đảm nhận việc thu thập, lưu trữ, xử lý và trình bày dữ liệu theo dõi và kết quả chẩn đoán của công trình là điều hết sức cần thiết. Mô hình thông tin công trình trong xây dựng 1. Quá trình phát triển của mô hình thông tin công trình trong kỹ thuật xây dựng Ngành kiến trúc và xây dựng đã không ngừng khám phá các phương pháp hiệu quả giúp giảm chi phí và thời gian thực hiện dự án, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng dự án [9]. Các dự án xây dựng thường liên quan đến công tác quản lý hàng trăm đến hàng nghìn tài liệu, đòi hỏi nỗ lực rất lớn để tích hợp chúng một cách hiệu quả.

Vẫn còn nhiều thách thức trong việc duy trì sự phối hợp chặt chẽ giữa các nguyên tắc thiết kế mà vẫn đảm bảo tính rõ ràng trong công tác truyền đạt thông tin, kế hoạch Giới thiệu 5 tới công trường. Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling: BIM), theo định nghĩa của Nassar (2010) đã cách mạng hóa việc quản lý dữ liệu công trình trong ngành xây dựng bằng cách sử dụng mô hình kỹ thuật số để nâng cao hiệu quả quản lý và thiết kế dự án [10]. BIM không chỉ nâng cao khả năng quản lý mà còn giúp đẩy nhanh tiến độ công trình nhờ vào khả năng hợp tác liên ngành và chia sẻ dữ liệu trong suốt quá trình thực hiện dự án. BIM tập trung vào việc sử dụng ít tài liệu hơn và xây dựng một cơ sở dữ liệu kỹ thuật số trong phần mềm, tích hợp tất cả thông tin liên quan từ bản vẽ đến các thông số kỹ thuật vào trong một mô hình thông minh, làm cho việc truy cập thông tin và thực hiện dự án được thuận tiện hơn.

Việc tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM) trong các dự án xây dựng đã mang lại nhiều lợi ích thông qua việc sử dụng các mô hình mô phỏng chi tiết, cho phép các bên liên quan hình dung tất cả các khía cạnh của công trình dưới các điều kiện khác nhau [11]. Những lợi ích chính khi áp dụng BIM được Hamada và cộng sự (2016) ghi nhận bao gồm tăng hiệu quả sử dụng thời gian và chi phí, giảm lượng chất thải, tăng sự hài lòng của chủ đầu tư, cải thiện hiệu suất dự án, cải thiện mô phỏng và hình ảnh dự án, tăng cường giao tiếp và hợp tác, nhận diện xung đột và giảm sự trùng lặp [12]. Bên cạnh đó, một cuộc khảo sát của McGraw được trích dẫn bởi Bryde và cộng sự (2013) nhấn mạnh vai trò của BIM trong việc thúc đẩy sự phối hợp tốt hơn giữa phần mềm và các đội ngũ dự án, thúc đẩy năng suất, cải thiện kiểm soát chất lượng, và cải thiện giao tiếp [13]. Tuy nhiên, người dùng BIM thường gặp phải các thách thức như cân bằng lợi ích thu được từ việc cải thiện năng suất và phối hợp với các khó khăn của việc triển khai BIM, bao gồm yêu cầu đào tạo và các vấn đề tiềm ẩn khác.

Định nghĩa BIM và các yêu cầu khi áp dụng BIM Theo Rebekka và cộng sự (2014), BIM được định nghĩa là “quy trình cải tiến về lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì sử dụng mô hình thông tin có thể đọc được bằng máy chuẩn hóa cho mỗi cơ sở, dù mới hay cũ, bao gồm tất cả thông tin phù hợp được tạo ra hoặc thu thập về cơ sở đó trong một định dạng có thể sử dụng được bởi tất cả mọi người trong suốt vòng đời của nó” [14]. Giới thiệu 6 BIM không chỉ về việc áp dụng phần mềm mà còn là phương pháp tiếp nhận thông tin dự án xây dựng. Quy trình BIM là một trong những khái niệm mới nhất cho việc thu thập thông tin trong quá trình xây dựng, bao gồm [15]: • 3D: Ba chiều bao gồm các thông số chiều dài, chiều rộng và chiều cao. • 4D: Bốn chiều kết hợp với tiến độ thi công.