Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong lập và quản lý tiến độ thi công các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam" do nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Sơn thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Hữu Huế tại Trường Đại học Thủy Lợi (thuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), bảo vệ năm 2020. Luận án thuộc chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy, mã số 9580202.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Tiến độ thi công xây dựng là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành và chất lượng của sản phẩm xây dựng. Đối với các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam, khối lượng thi công thường rất lớn, thời gian kéo dài qua nhiều mùa, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ điều kiện khí hậu, thời tiết, dòng chảy thủy văn phức tạp và vị trí địa lý hiểm trở (sông suối, vùng sâu, vùng xa). Thực tế thi công các dự án đầu tư công trong lĩnh vực này cho thấy phần lớn công trình đều bị chậm tiến độ, gây tổn thất lớn về kinh tế và xã hội.

Theo tác giả, thực trạng chậm tiến độ xuất phát từ hai nguyên nhân cốt lõi:

  1. Việc xác định thời gian thực hiện các công việc trong giai đoạn lập tiến độ gặp khó khăn do bài toán tiến độ thi công chứa đựng nhiều yếu tố bất định và ngẫu nhiên. Trong khi đó, các tiêu chuẩn tính toán thiết kế và định mức hiện hành tại Việt Nam mang tính tiền định (mọi tham số ngẫu nhiên đều bị tiền định hóa). Tiến độ phần lớn được lập theo sơ đồ ngang (Gantt) với thời gian tính theo định mức và kinh nghiệm chủ quan. Các phương pháp sơ đồ mạng như CPM chỉ mang tính tất định, còn phương pháp PERT tuy có xét đến yếu tố xác suất nhưng việc ước lượng ba giá trị thời gian gặp nhiều khó khăn và thuật toán chỉ tập trung vào một đường găng duy nhất, làm giảm độ tin cậy.
  2. Trong quá trình tổ chức thi công, công tác quản lý nhằm ngăn ngừa, kiểm soát và giảm thiểu các yếu tố rủi ro gây chậm tiến độ chưa được chú trọng đúng mức. Các phương pháp quản lý tiến độ hiện đại như phương pháp giá trị thu được (EVM) hay quản lý rủi ro chưa được áp dụng đồng bộ.

Từ đó, khoảng trống nghiên cứu được xác định là: cần thiết lập một phương pháp luận khoa học ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để xác định thời gian thi công ứng với các mức độ tin cậy khác nhau, phân tích mức độ tác động của các nhân tố rủi ro và xây dựng quy trình lập, quản lý tiến độ thi công bằng mô phỏng số.

Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng mô phỏng Monte-Carlo để xây dựng phương pháp lập tiến độ thi công có xét đến ảnh hưởng của các nhân tố rủi ro, từ đó đánh giá được độ tin cậy của tiến độ thi công, đồng thời đề xuất biện pháp quản lý tiến độ thi công đảm bảo độ tin cậy từ việc quản lý rủi ro.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình thủy lợi, thủy điện.
  • Phạm vi nghiên cứu: Công tác lập và quản lý tiến độ thi công các công trình thủy lợi, thủy điện tại Việt Nam.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

Tác giả đã hệ thống hóa các phương pháp lập và quản lý tiến độ thi công qua các giai đoạn phát triển:

  • Phương pháp sơ đồ đường thẳng (Gantt): Do Henry Gantt đề xuất (1861–1919), biểu diễn công việc và thời gian trên hệ trục tọa độ hai chiều. Ưu điểm là đơn giản, trực quan nhưng nhược điểm lớn là không thể hiện được mối quan hệ logic, phụ thuộc giữa các công việc trong các dự án phức tạp.
  • Phương pháp sơ đồ xiên (sơ đồ chu trình): Được Hiệp hội kỹ sư quân đội Hoa Kỳ phát triển năm 1930, phản ánh tiến độ theo cả không gian và thời gian, phù hợp với các dự án tổ chức thi công theo phương pháp dây chuyền, nhưng khó áp dụng cho các dự án quy mô lớn có mạng lưới công việc chằng chịt.
  • Phương pháp sơ đồ mạng CPM (Critical Path Method): Ra đời năm 1956 tại công ty DuPont và Remington Rand Univac (Kelley & Walker 1959, Walker & Sawyer 1959, Kelley 1961), ban đầu ở dạng mạng cung (AOA). Wiest và Levy (1977) đưa ra các quy tắc giảm thiểu công việc ảo. CPM tập trung tìm đường găng nhưng thời gian mang tính tất định, chưa xét đến biến động ngẫu nhiên ngoài công trường.
  • Phương pháp sơ đồ PERT (Program Evaluation and Review Technique): Do Hải quân Mỹ phát triển, ước lượng thời gian qua ba trị số: thời gian lạc quan ($a$), thời gian kỳ vọng ($m$) và thời gian bi quan ($b$). PERT giả định thời gian tuân theo phân phối xác suất và các biến độc lập. Điểm hạn chế được Elmaghraby (1977), Mario Vanhoucke (2007), Demeulemeester và Herroelen (2002) chỉ ra là PERT ngầm giả định chỉ có một đường găng duy nhất, bỏ qua khả năng các đoạn công việc không găng trở thành găng trong môi trường ngẫu nhiên. Các nghiên cứu tiếp theo của Elmaghraby (1995), Ozdamar và Ulusoy (1995), Herroelen và cộng sự (1998), Brucker và cộng sự, Kolisch và Hartmann (2006) tiếp tục mở rộng bài toán tiến độ gắn với giới hạn tài nguyên.
  • Phân tích rủi ro tiến độ (SRA): Hulett (1996), Cho và Yum (1997), Elmaghraby và cộng sự phát triển kỹ thuật đo độ nhạy của tiến độ dự án dưới tác động của sự không chắc chắn.
  • Phương pháp sơ đồ mạng sử dụng lý thuyết tập mờ (Fuzzy PERT): Khởi xướng từ Prade (1979); Chanas và Kamburowski (1981) đề xuất mô hình Fuzzy PERT với thời gian dạng số mờ tam giác. Kaufmann và Gupta (1988), McCahon và Lee (1988), Buckley (1989), McCahon (1993 với phương pháp FPNA), Chang và cộng sự (1995), Chanas và Zielinski (2000, 2001) hoàn thiện phân tích đường găng mờ. Nhược điểm là việc xác định các luật mờ rất phức tạp và đòi hỏi kiến thức toán học chuyên sâu.
  • Phương pháp sơ đồ mạng sử dụng mô phỏng Monte-Carlo (MCS): Phân tích các biến rủi ro ngẫu nhiên đầu vào thông qua thử nghiệm thống kê lặp lại nhiều lần để xác định phân phối xác suất đầu ra của toàn bộ dự án.
Nhóm nghiên cứu Đại diện tiêu biểu Đặc điểm và cách tiếp cận Hạn chế chính
Sơ đồ đường thẳng & Sơ đồ xiên Henry Gantt; Hiệp hội kỹ sư quân đội Hoa Kỳ Biểu diễn tiến độ đơn giản trên trục thời gian hoặc không gian - thời gian (dây chuyền). Không phản ánh được mối quan hệ logic phức tạp giữa các công việc; không xét biến ngẫu nhiên.
Sơ đồ mạng tất định (CPM) Kelley, Walker, Sawyer; Wiest, Levy Thuật toán xác định đường găng và thời gian hoàn thành dự án dựa trên chuỗi công việc tới hạn. Dữ liệu thời gian mang tính tất định, phụ thuộc vào kinh nghiệm chủ quan của người lập.
Sơ đồ mạng xác suất (PERT) Hải quân Mỹ; Elmaghraby; Vanhoucke Sử dụng 3 giá trị thời gian ($a, m, b$); giả định phân phối xác suất cho thời gian công việc. Ước lượng 3 điểm thời gian khó khăn; chỉ tập trung vào một đường găng cố định duy nhất.
Sơ đồ mạng mờ (Fuzzy PERT) Prade; Chanas, Kamburowski; Buckley; McCahon Mô hình hóa thời gian công việc dưới dạng số mờ tam giác hoặc hình thang (FPNA). Khó xác định các hàm thuộc và luật mờ; thuật toán toán học phức tạp khi áp dụng thực tế.
Mô phỏng ngẫu nhiên (Monte-Carlo) Hulett (SRA); Cho, Yum; Byung Cheol Kim Thử nghiệm thống kê lặp lại với các biến đầu vào ngẫu nhiên để xác định xác suất tiến độ. Cần nghiên cứu công phu để xác lập chính xác các hàm phân phối xác suất đầu vào.

Các hướng nghiên cứu trong nước

  • Lê Anh Dũng (2004): Nghiên cứu tối ưu hóa tiến độ thi công công trình xây dựng dựa trên mối quan hệ tuyến tính toàn phần hoặc từng đoạn giữa chi phí và thời gian, song chưa làm rõ các nhân tố bất định và thời gian công việc vẫn phải ước tính chủ quan.
  • Nguyễn Văn Cự (2008): Nâng cao cơ sở khoa học của việc lập và đánh giá kế hoạch tiến độ qua mối quan hệ trước sau, nhưng dựa trên giả thiết các mẫu phân bố đều và độc lập.
  • Trần Hữu Lân (2012): Nghiên cứu xác định tiến độ thi công có tính đến yếu tố bất định bằng phương pháp dự báo xác suất cho tổng thời gian thi công, nhưng không dự báo cho từng công việc thành phần và giả định phân phối chuẩn toàn bộ.
  • Phạm Hoàng (2016): Xây dựng quy trình thẩm định thi công theo tiêu chí độ tin cậy đối với cọc khoan nhồi.
  • Lại Hải Đăng, Lưu Trường Văn: Ứng dụng mô phỏng Monte-Carlo cho tiến độ thi công dự án Bệnh viện Đại học Y Dược TP.HCM, nhưng mới dừng lại ở một công trình đơn lẻ và chưa đưa ra phương pháp đánh giá độ tin cậy tổng thể.
  • Một số nghiên cứu thạc sĩ: Cao Bát Trí (kênh Nam sông Mã - Thanh Hóa), Dương Tấn Dũng (ứng dụng 4D CAD), Doãn Hoàng Long (năng lực doanh nghiệp và lập tiến độ), Nguyễn Xuân Tài (chung cư D'Palais De Louis), Huỳnh Thị Hồng Vân (thủy điện Sông Bung 4 dựa trên chỉ số SPI).

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Tổng quan cho thấy chưa có công trình nào nghiên cứu một cách có hệ thống việc ứng dụng lý thuyết độ tin cậy vào công tác lập và quản lý tiến độ thi công cho các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam. Luận án lựa chọn giải quyết các khoảng trống: (1) Nhận diện, kiểm định và lượng hóa mức độ tác động của các nhân tố rủi ro đặc thù gây chậm tiến độ; (2) Thiết lập phân phối xác suất thực nghiệm thời gian hoàn thành các công việc chính so với định mức; (3) Xây dựng quy trình lập tiến độ và đánh giá độ tin cậy hệ thống bằng mô phỏng Monte-Carlo tích hợp các chỉ số rủi ro đường găng; (4) Đề xuất các giải pháp quản lý rủi ro tương ứng để kiểm soát tiến độ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

  1. Lý thuyết độ tin cậy (Reliability Theory): Tiếp cận theo các nguyên lý của Viện sỹ B. Gnedenko, coi sản phẩm xây dựng và tiến độ thi công là một hệ thống tin cậy. Độ tin cậy của hệ thống được tính toán dựa trên độ tin cậy của các phần tử cấu thành (từng công việc thi công) và mối quan hệ logic giữa chúng, luôn chấp nhận bản chất ngẫu nhiên của các sự kiện, các biến và các quá trình thi công.
  2. Lý thuyết xác suất thống kê: Sử dụng các khái niệm biến cố ngẫu nhiên, biến ngẫu nhiên, phân phối chuẩn $N(\mu, \sigma^2)$, hàm phân phối tích lũy $F(x)$, hàm mật độ xác suất $f(x)$ và các đặc trưng số:
    • Kỳ vọng toán: $$m(x) = \int_{-\infty}^{+\infty} x f(x) dx$$
    • Phương sai: $$D(x) = \sigma_x^2 = \int_{-\infty}^{+\infty} [x - m(x)]^2 f(x) dx$$
    • Hệ số biến sai: $$\nu_x = \frac{\sigma_x}{m(x)}$$
    • Hàm đối số ngẫu nhiên: $Y = f(X_1, X_2, \dots, X_n)$ đại diện cho thời gian hoàn thành toàn bộ công trình, được giải bằng phương pháp thử thống kê Monte-Carlo.
  3. Phương pháp quản lý giá trị thu được (Earned Value Management - EVM): Hệ thống hóa các chỉ số quản lý tích hợp phạm vi, chi phí và tiến độ gồm: Giá trị kế hoạch (PV), Chi phí thực tế (AC), Giá trị thu được (EV), Chênh lệch chi phí ($CV = EV - AC$), Tỷ lệ chênh lệch chi phí ($CV%$), Chỉ số hiệu suất chi phí ($CPI = EV / AC$), Chỉ số hiệu suất chi phí công việc còn lại (TCPI), Chi phí hoàn thành theo kế hoạch (BAC), Chi phí dự tính hoàn thành thực tế (EAC), Chi phí dự tính các việc còn lại (ETC) và Chênh lệch khi hoàn thành ($VAC = BAC - EAC$).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp phân tích thống kê: Thu thập số liệu mẫu khảo sát, xử lý thống kê mô tả, kiểm định giả thuyết loại bỏ sai số thô bằng quy chuẩn kiểm định thống kê sử dụng bảng giá trị $V_{n, P}$.
  • Phương pháp chuyên gia: Thực hiện phỏng vấn thử, điều chỉnh thang đo khảo sát và lấy ý kiến chuyên gia qua nhiều vòng để xác định danh mục các nhân tố rủi ro và các công tác thi công chính.
  • Phương pháp phân tích nhân tố khám phá (EFA) và hồi quy: Sử dụng phần mềm thống kê SPSS để thực hiện phân tích EFA qua 4 lần trích lọc, kiểm định độ tin cậy thang đo bằng hệ số Cronbach's Alpha và phân tích hồi quy đa biến với kiểm định ANOVA nhằm lượng hóa tác động của các nhóm nhân tố rủi ro đến thời gian thi công.
  • Phương pháp mô phỏng số Monte-Carlo (MCS): Lập trình các hàm và thuật toán ngẫu nhiên trên phần mềm Matlab để mô phỏng sự biến thiên thời gian thực hiện công việc dựa trên phân phối dạng tam giác (xác định bởi 3 giá trị $t_a, t_m, t_b$) kết hợp hệ số điều chỉnh rủi ro, từ đó tính toán phân phối thời gian dự án và các chỉ số độ tin cậy.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu thứ cấp: Báo cáo giám sát đầu tư của Bộ Kế hoạch và Đầu tư (Công văn số 4580/BKHĐT-GSTĐĐT ngày 03/07/2019); số liệu thống kê tình hình chậm tiến độ và nguyên nhân từ 36 dự án thủy lợi, thủy điện thực tế tại Việt Nam (tổng hợp trong Phụ lục 1 từ tài liệu tham khảo [41] đến [74]).
  • Dữ liệu sơ cấp: Mẫu điều tra khảo sát bằng bảng hỏi gửi tới các chuyên gia, cán bộ quản lý, tư vấn và kỹ sư trực tiếp thi công công trình thủy lợi, thủy điện; dữ liệu thời gian thi công định mức ($T_đ$) và thời gian thực tế ($T_t$) của các công việc xây lắp chính; hồ sơ thiết kế và tiến độ thi công thực tế tại công trình Hồ Thác Chuối.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về công tác lập và quản lý tiến độ thi công

Chương 1 phân tích bức tranh toàn cảnh về tiến độ thi công xây dựng tại Việt Nam, đặc biệt là các công trình thủy lợi, thủy điện sử dụng vốn đầu tư công.

Theo Báo cáo số 4580/BKHĐT-GSTĐĐT ngày 03/07/2019 của Bộ Kế hoạch và Đầu tư, trong tổng số các dự án sử dụng vốn nhà nước, có 631 dự án bị chậm tiến độ (chiếm 3,1% số dự án thực hiện đầu tư trong kỳ; gồm 32 dự án nhóm A, 382 dự án nhóm B và các dự án nhóm C). Cơ cấu nguyên nhân chậm tiến độ được thống kê cụ thể:

  • Do giải phóng mặt bằng: 863 dự án (chiếm 1,5% số dự án thực hiện trong kỳ);
  • Do thủ tục đầu tư: 372 dự án (chiếm 0,7%);
  • Do bố trí vốn không kịp thời: 278 dự án (chiếm 0,49%);
  • Do năng lực của chủ đầu tư, ban quản lý dự án và nhà thầu: 142 dự án (chiếm 0,25%);
  • Do các nguyên nhân khác: 759 dự án (chiếm 1,34%).

Đối với ngành năng lượng và thủy điện, trong 62 dự án có công suất trên 200 MW đang triển khai, chỉ có 15 dự án đạt tiến độ, còn lại 47 dự án chậm tiến độ từ 1 đến 4 năm hoặc chưa xác định được thời hạn hoàn thành. Nhiều dự án thủy điện lớn bị kéo dài thời gian và đội vốn nghiêm trọng:

  • Dự án Thủy điện Bản Chát (220 MW, Lai Châu, chủ đầu tư EVN): chậm tiến độ 5 năm, tổng mức đầu tư tăng 74,6%;
  • Dự án Thủy điện Nậm Chiến (200 MW, Sơn La, chủ đầu tư Tổng công ty Sông Đà): chậm tiến độ 3 năm, tổng mức đầu tư ban đầu 4.174 tỉ đồng tăng thêm 84,9%;
  • Dự án Thủy điện Huội Quảng (520 MW, Lai Châu và Sơn La, chủ đầu tư EVN): tổng mức đầu tư hơn 11.000 tỉ đồng, chậm tiến độ 4 năm, vốn tăng 58,9%.

Đối với công trình thủy lợi, hàng loạt dự án trọng điểm bị chậm tiến độ, nhiều hạng mục đình trệ như: cống Đò Điểm (Hà Tĩnh), hồ Rào Đá (Quảng Bình), hồ Nước Trong (Quảng Ngãi), hồ Sông Ray (Bà Rịa - Vũng Tàu), hồ Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), hồ Bản Mồng (Nghệ An), hồ Krông Pach thượng (Đắk Lắk), hồ IaMơ (Gia Lai), công trình thủy lợi Đác Rồ (Đắk Nông, khởi công năm 2008 dự kiến hoàn thành 2010 nhưng kéo dài nhiều năm chưa thể sử dụng).

Qua thống kê 36 công trình thực tế, tác giả tổng kết các nguyên nhân chậm tiến độ chính gồm: thiếu vốn, không điều động được nhân công, chểnh mảng trong quá trình phối hợp, thiết bị hư hỏng, thời tiết bất lợi, khan hiếm nguồn vật liệu và bàn giao mặt bằng chậm.

Từ cơ sở khoa học của bài toán tiến độ (mang tính ngẫu nhiên, chịu ảnh hưởng bởi quyết định con người, chấp nhận rủi ro và có nhu cầu dự báo cao), tác giả đề xuất sơ đồ nghiên cứu 3 bước (Hình 1-4):

  • Bước 1: Xác định các nhân tố ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng đến thời gian hoàn thành công việc bằng khảo sát chuyên gia, phân tích EFA, kiểm định Cronbach's Alpha và hồi quy tuyến tính.
  • Bước 2: Phân tích thống kê và tính toán phân phối xác suất thời gian thi công các công tác chính, so sánh thời gian định mức ($T_đ$) và thời gian thực tế ($T_t$) theo hai nhánh: thấp hơn định mức (dạng $a$) và cao hơn định mức (dạng $b$).
  • Bước 3: Xây dựng quy trình lập và kiểm nghiệm tiến độ theo lý thuyết độ tin cậy bằng mô phỏng Monte-Carlo, kết hợp phân phối tam giác ($t_a, t_m, t_b$) và tính toán các chỉ số độ tin cậy.

Chương 2. Lý thuyết độ tin cậy và phương pháp xác định thời gian thực hiện công việc trong lập và quản lý tiến độ thi công

Chương 2 thiết lập khung phương pháp luận toán học và quy trình kỹ thuật để giải quyết bài toán:

  • Hệ thống hóa các khái niệm biến ngẫu nhiên, hàm phân phối liên tục, phân phối chuẩn và nguyên lý tính độ tin cậy hệ thống theo độ tin cậy phần tử của B. Gnedenko. Đối với bài toán tiến độ, thời gian thi công từng công việc được mô hình hóa là biến ngẫu nhiên, còn tổng thời gian hoàn thành dự án là hàm đối số ngẫu nhiên $Y = f(X_1, X_2, \dots, X_n)$.
  • Quy trình xử lý thống kê: Lọc và loại bỏ sai số thô từ tập mẫu thực nghiệm $(x_1, x_2, \dots, x_n)$ thông qua kiểm nghiệm giả thuyết $H_0$ với đại lượng cực trị $x_{min}, x_{max}$ dựa trên bảng giá trị giới hạn $V_{n, P}$, tính toán kỳ vọng toán, phương sai và độ lệch chuẩn.
  • Phương pháp mô phỏng số Monte-Carlo: Phân tích nguyên tắc phát số ngẫu nhiên, cấu trúc thuật toán và các hàm chức năng trong môi trường phần mềm Matlab để thực hiện thử nghiệm lặp lại cho bài toán mạng tiến độ.
  • Thiết kế nghiên cứu đánh giá rủi ro: Xây dựng cơ sở lý thuyết về các nhân tố rủi ro làm kéo dài thời gian thi công, phân nhóm sơ bộ theo các chủ thể (chủ đầu tư, nhà thầu, tư vấn thiết kế, môi trường tự nhiên, thủ tục pháp lý). Thiết kế bảng câu hỏi khảo sát theo thang đo Likert, ứng dụng phần mềm SPSS với các bước: thống kê tần suất, phân tích nhân tố khám phá (EFA) và phân tích hồi quy đa biến.
  • Cơ sở xác định phân phối thời gian công việc: Lựa chọn phân phối xác suất dạng tam giác với ba thông số: thời gian hoàn thành nhỏ nhất ($t_a$), thời gian thường gặp nhất ($t_m$ - tính theo định mức xây dựng hiện hành) và thời gian hoàn thành lớn nhất ($t_b$). Phương pháp thu thập dữ liệu thời gian thực tế được chia thành hai nhóm dữ liệu: thấp hơn định mức (tỷ lệ $a%$) và cao hơn định mức (tỷ lệ $b%$).

Chương 3. Xác định thời gian thực hiện công việc có xét đến tác động của các nhân tố rủi ro trong lập và quản lý tiến độ thi công

Chương 3 trình bày toàn bộ kết quả phân tích định lượng từ dữ liệu điều tra thực nghiệm:

  • Phân tích mẫu khảo sát: Dữ liệu thu thập từ các chuyên gia, kỹ sư và cán bộ quản lý được phân tích tần suất biến định tính theo thời gian công tác, địa bàn hoạt động, trình độ đào tạo, vai trò và loại hình công trình tham gia xây dựng.
  • Phân tích nhân tố khám phá (EFA): Trải qua 4 lần phân tích EFA nhằm loại bỏ các biến quan sát không đạt yêu cầu về hệ số tải nhân tố (factor loading) và giá trị phương sai trích. Kết quả ma trận xoay sau hiệu chỉnh đã gom các biến thành 6 nhóm nhân tố rủi ro chính gây kéo dài thời gian thi công.
  • Kiểm định độ tin cậy thang đo (Cronbach's Alpha): Cả 6 nhóm nhân tố sau khi phân nhóm lại đều đạt độ tin cậy nội hàm cao với hệ số tương quan biến - tổng phù hợp:
    1. Thang đo nhân tố liên quan đến kỹ thuật của nhà thầu;
    2. Thang đo nhân tố liên quan đến tác động bất thường trên công trường;
    3. Thang đo nhân tố liên quan đến thiết kế;
    4. Thang đo nhân tố liên quan đến vấn đề quy trình thực hiện;
    5. Thang đo nhân tố liên quan đến con người;
    6. Thang đo nhân tố liên quan đến pháp lý.
  • Kiểm định mô hình hồi quy: Bảng 3-22 kiểm định dữ liệu phân phối chuẩn của thang đo. Phân tích hồi quy tuyến tính đa biến và phân tích phương sai ANOVA được thiết lập để xác định phương trình hồi quy biểu diễn mức độ ảnh hưởng của 6 nhóm nhân tố rủi ro đến mức độ kéo dài thời gian thi công công việc ($r$).
  • Phân tích thực trạng và xếp hạng rủi ro: Đánh giá chi tiết mức độ tác động của từng nhóm yếu tố rủi ro trên công trường thực tế, xếp hạng các nhân tố theo chỉ số quan trọng, làm cơ sở đề xuất bảng biện pháp hạn chế ảnh hưởng của rủi ro.
  • Phân tích thống kê thời gian thi công các công việc chính: Luận án tổng hợp bảng kết quả so sánh giữa thời gian thi công thực tế ($T_t$) và thời gian dự kiến theo định mức ($T_đ$) của các công việc trọng yếu trong công trình thủy lợi, thủy điện (điển hình như công tác đào đất cấp 1 bằng máy đào, công tác đổ bê tông, xử lý nền móng...). Kết quả phân tích thống kê xác lập được các hàm phân phối xác suất và biên độ chênh lệch thời gian thực tế so với định mức (xác định tỷ lệ $a%$ và $b%$).

Chương 4. Lập và quản lý tiến độ thi công công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam sử dụng lý thuyết độ tin cậy

Chương 4 hoàn thiện quy trình ứng dụng và thực hiện kiểm chứng thực nghiệm:

  • So sánh phương pháp luận: Phân tích sự khác biệt bản chất giữa PERT, CPM và MCS. Khác với CPM chỉ xử lý bài toán tất định và PERT bị giới hạn bởi một đường găng đơn lẻ, mô phỏng Monte-Carlo cho phép xem xét sự biến thiên ngẫu nhiên của tất cả các công việc trên sơ đồ mạng, ghi nhận sự thay đổi động của đường găng qua từng lần thử.
  • Quy trình lập tiến độ bằng mô phỏng Monte-Carlo:
    • Bước 1: Lập sơ đồ mạng công nghệ cơ sở và xác định thời gian chuẩn $t_m$ theo định mức.
    • Bước 2: Đánh giá tác động của 6 nhóm nhân tố rủi ro cụ thể cho công trình thông qua phương trình hồi quy đã thiết lập để tìm hệ số điều chỉnh rủi ro.
    • Bước 3: Xác định các giá trị cận dưới $t_a = a% \times t_m$ và cận trên $t_b = (b% + r) \times t_m$ dựa trên quy luật phân phối xác suất thực nghiệm, thiết lập phân phối tam giác cho từng công việc.
    • Bước 4: Chạy mô phỏng Monte-Carlo trên phần mềm Matlab với số lần lặp lớn để xuất ra biểu đồ phân phối xác suất tích lũy thời gian hoàn thành dự án.
  • Hệ thống chỉ số đánh giá độ tin cậy của bảng tiến độ:
    • Chỉ số đường găng CI (Criticality Index): Tỷ lệ phần trăm số lần một công việc xuất hiện trên đường găng trong toàn bộ quá trình mô phỏng;
    • Chỉ số độ nhạy tiến độ SSI (Schedule Sensitivity Index);
    • Chỉ số rủi ro tới hạn CRI (Cruciality Index / Criticality Risk Index).
  • Kiểm nghiệm thực tế trên công trình Hồ Thác Chuối:
    • Giới thiệu dự án Hồ Thác Chuối: công trình thủy lợi thực tế đã hoàn thành được lựa chọn làm đối tượng kiểm nghiệm mô hình.
    • Lập tiến độ thi công cơ sở theo sơ đồ mạng với các công việc chính và thời gian thi công dự kiến.
    • Xác định các rủi ro cụ thể trên công trường Hồ Thác Chuối và mức độ tác động của chúng đến thời gian thực hiện từng hạng mục.
    • Tiến hành mô phỏng Monte-Carlo trên phần mềm Matlab: thiết lập biểu đồ xác suất thời gian hoàn thành theo số lần mô phỏng, xác định xác suất hoàn thành công trình ứng với thời hạn tiến độ kế hoạch ban đầu.
    • Tính toán các chỉ số độ tin cậy CI, SSI, CRI cho toàn bộ các công việc trên mạng tiến độ Hồ Thác Chuối. Kết quả phân tích chỉ ra các công việc có chỉ số CI và CRI cao nhất chính là những vị trí tiềm ẩn rủi ro chậm trễ lớn nhất, kiểm toán đối chiếu với nhật ký thi công thực tế cho thấy sự trùng khớp với các điểm nghẽn tiến độ đã diễn ra tại hiện trường.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Luận án đã làm rõ cơ sở khoa học của việc áp dụng lý thuyết độ tin cậy vào công tác lập và quản lý tiến độ thi công công trình thủy lợi, thủy điện; khắc phục triệt để nhược điểm của các phương pháp tất định truyền thống (sơ đồ ngang Gantt, CPM) và phương pháp PERT một đường găng.
  2. Xác định và kiểm định thành công mô hình 6 nhóm nhân tố rủi ro gây kéo dài thời gian thi công các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam bằng phân tích nhân tố khám phá (EFA) và thiết lập phương trình hồi quy tuyến tính đa biến, lượng hóa mức độ tác động của từng nhóm rủi ro.
  3. Xây dựng phương pháp lập tiến độ thi công trên nền tảng sơ đồ mạng kết hợp mô phỏng Monte-Carlo (MCS) với phân phối thời gian dạng tam giác có xét đến hệ số rủi ro, cho phép xác định hàm phân phối xác suất thời gian hoàn thành dự án và các chỉ số đo lường độ tin cậy hệ thống (CI, SSI, CRI).

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Thu thập, phân tích thống kê và công bố các hàm phân phối xác suất thời gian thi công thực tế so với thời gian định mức ($T_đ$ và $T_t$) đối với các công việc xây lắp chính trong thi công thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam, cung cấp cơ sở dữ liệu đầu vào cho các kỹ sư lập tiến độ.
  2. Xây dựng hoàn chỉnh quy trình lập tiến độ và bộ công cụ tính toán mô phỏng trên nền phần mềm Matlab, giúp cán bộ kỹ thuật dự báo chính xác thời gian hoàn thành công trình ứng với các mức độ tin cậy mong muốn.
  3. Đề xuất hệ thống giải pháp và bảng biện pháp quản lý giảm thiểu rủi ro theo thứ tự ưu tiên (dựa trên chỉ số quan trọng và chỉ số đường găng CI, CRI), hỗ trợ chủ đầu tư và nhà thầu chủ động điều phối nguồn lực, ngăn ngừa sự cố kéo dài thời gian thi công. Kết quả đã được kiểm nghiệm, kiểm toán thực tế tại công trình Hồ Thác Chuối.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Số liệu khảo sát và dữ liệu thực tế về thời gian thi công ($T_t$) mới chỉ tập trung thu thập từ 36 công trình thủy lợi, thủy điện và kiểm chứng chuyên sâu trên một công trình cụ thể (Hồ Thác Chuối), chưa bao phủ hết các công trình thủy công có quy mô đặc biệt phức tạp hoặc địa chất cá biệt.
  • Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán độ tin cậy về mặt thời gian thi công của từng công việc và toàn bộ dự án, chưa tích hợp đồng thời bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu kết hợp cả ba yếu tố: thời gian, chi phí và phân bổ tài nguyên ngẫu nhiên.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiếp tục mở rộng phạm vi điều tra, thu thập thêm dữ liệu thực tế từ nhiều loại hình công trình thủy công khác nhau (công trình ven biển, âu thuyền, đê kè chuyên biệt) để chuẩn hóa ngân hàng dữ liệu phân phối thời gian.
  • Phát triển một phần mềm ứng dụng chuyên biệt, đóng gói giao diện thân thiện tích hợp thuật toán mô phỏng Monte-Carlo và lý thuyết độ tin cậy để các kỹ sư công trường có thể áp dụng trực tiếp mà không cần thao tác qua mã lệnh Matlab hay SPSS.
  • Mở rộng bài toán lập tiến độ theo độ tin cậy kết hợp phương pháp giá trị thu được (EVM) để kiểm soát đồng thời rủi ro thời gian và rủi ro chi phí xây lắp.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu học thuật và kỹ thuật chuyên khảo có giá trị ứng dụng cụ thể:

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Cung cấp tài liệu tham khảo về quy trình kết hợp các công cụ toán học thống kê đa biến (EFA, Cronbach's Alpha, ANOVA, hồi quy) với lý thuyết độ tin cậy và mô phỏng số Monte-Carlo trong quản lý xây dựng.
  • Đối với cơ quan quản lý nhà nước và Chủ đầu tư: Sử dụng khung đánh giá độ tin cậy để thẩm tra, phê duyệt tiến độ kế hoạch của các dự án thủy lợi, thủy điện sử dụng vốn đầu tư công; loại bỏ các tiến độ lập theo cảm tính; hạn chế tình trạng phê duyệt thời hạn thi công không khả thi dẫn đến phát sinh điều chỉnh hợp đồng và đội vốn.
  • Đối với các Nhà thầu thi công: Cung cấp phương pháp xác định thời gian thực hiện công việc dựa trên phân phối thực tế thay vì phụ thuộc cứng nhắc vào định mức; hỗ trợ nhận diện các công việc có chỉ số đường găng (CI) và chỉ số rủi ro (CRI) cao để tập trung máy móc, nhân lực nhằm giảm thiểu rủi ro chậm tiến độ trên công trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao luận án lựa chọn phương pháp mô phỏng Monte-Carlo thay thế cho phương pháp PERT truyền thống?

Phương pháp PERT ước lượng thời gian qua 3 trị số ($a, m, b$) nhưng ngầm giả định các biến thời gian độc lập và chỉ tập trung phân tích xung quanh một đường găng duy nhất. Trong thực tế ngẫu nhiên, khi các công việc chịu tác động của rủi ro, các công việc không găng hoàn toàn có thể trở thành găng và làm thay đổi toàn bộ tiến trình dự án. Mô phỏng Monte-Carlo cho phép tính toán sự biến thiên ngẫu nhiên của toàn bộ các mắt xích công việc, xác định tần suất xuất hiện đường găng động qua từng lần lặp và cung cấp đường cong xác suất hoàn thành toàn diện cho dự án.

2. Sáu nhóm nhân tố rủi ro gây chậm tiến độ thi công công trình thủy lợi, thủy điện được luận án xác định qua phân tích EFA là những nhóm nào?

Trải qua 4 lần phân tích nhân tố khám phá (EFA) và kiểm định thang đo Cronbach's Alpha, 6 nhóm nhân tố rủi ro được trích xuất gồm:

  1. Nhóm nhân tố liên quan đến kỹ thuật của nhà thầu;
  2. Nhóm nhân tố liên quan đến các tác động bất thường trên công trường;
  3. Nhóm nhân tố liên quan đến thiết kế;
  4. Nhóm nhân tố liên quan đến vấn đề quy trình thực hiện;
  5. Nhóm nhân tố liên quan đến con người;
  6. Nhóm nhân tố liên quan đến pháp lý.

3. Quy luật phân phối xác suất thời gian thi công thực tế của các công tác chính được thiết lập dựa trên nguyên lý nào?

Tác giả so sánh thời gian thực tế ($T_t$) với thời gian định mức ($T_đ$) của các công việc xây lắp chính tại các công trình thực tế, chia thành hai tập dữ liệu: giá trị thấp hơn định mức (tỷ lệ $a%$) và cao hơn định mức (tỷ lệ $b%$). Từ đó, thời gian thi công được mô hình hóa theo phân phối xác suất dạng tam giác với 3 giá trị: $t_a = a% \times t_m$, $t_m$ (thời gian tính theo định mức thiết kế) và $t_b = (b% + r) \times t_m$ (trong đó $r$ là mức độ tác động của rủi ro tính từ phương trình hồi quy).

4. Các chỉ số CI, SSI và CRI được tính toán từ mô phỏng Monte-Carlo có vai trò gì trong quản lý tiến độ?

Các chỉ số này lượng hóa mức độ rủi ro của từng công việc:

  • CI (Criticality Index): Cho biết xác suất một công việc nằm trên đường găng qua hàng nghìn kịch bản mô phỏng;
  • SSI (Schedule Sensitivity Index): Đo lường độ nhạy của tiến độ đối với sự biến thiên thời gian của công việc;
  • CRI (Cruciality Index): Đo lường mối tương quan giữa sự thay đổi thời gian của công việc với sự thay đổi tổng thời gian hoàn thành dự án. Các công việc có chỉ số cao là đối tượng trọng tâm cần ưu tiên kiểm soát rủi ro.

5. Kết quả kiểm nghiệm thực tế tại công trình Hồ Thác Chuối đã chứng minh điều gì?

Tại công trình Hồ Thác Chuối, tác giả đã lập sơ đồ mạng, tích hợp các nhân tố rủi ro thực tế của công trường vào mô hình và chạy mô phỏng Monte-Carlo trên phần mềm Matlab. Kết quả tính toán các chỉ số CI, SSI, CRI đã chỉ ra chính xác các mắt xích công việc có nguy cơ gây nghẽn tiến độ cao nhất. Đối chiếu với dữ liệu kiểm toán và thực tế thi công đã diễn ra tại Hồ Thác Chuối cho thấy sự phù hợp, khẳng định tính chính xác và khả thi của phương pháp luận lập tiến độ theo lý thuyết độ tin cậy.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn Sơn đã giải quyết bài toán bất định trong lập và quản lý tiến độ thi công công trình thủy lợi, thủy điện tại Việt Nam bằng việc chuyển đổi từ tư duy định mức tiền định sang phương pháp tiếp cận độ tin cậy ngẫu nhiên. Công trình đã lượng hóa 6 nhóm nhân tố rủi ro bằng thống kê đa biến, xây dựng phân phối thời gian thực nghiệm và thiết lập quy trình mô phỏng Monte-Carlo trên nền tảng phần mềm Matlab để đánh giá độ tin cậy tiến độ qua các chỉ số CI, SSI và CRI. Kết quả kiểm chứng tại công trình Hồ Thác Chuối cho thấy mô hình hoàn toàn đáp ứng yêu cầu thực tế, cung cấp công cụ khoa học cho các cơ quan quản lý, chủ đầu tư và nhà thầu trong việc dự báo chính xác tiến độ và chủ động quản lý rủi ro thi công.