Tổng quan nghiên cứu

Ngành xây dựng giữ vai trò trụ cột trong nền kinh tế quốc dân, thường xuyên đóng góp từ 10% đến 20% tổng sản phẩm quốc nội (GDP) và tạo dựng cơ sở vật chất kỹ thuật cho xã hội. Tuy nhiên, quy trình quản lý dự án xây dựng truyền thống dựa trên bản vẽ 2D CAD đơn tuyến bộc lộ nhiều hạn chế về tính kế thừa, dẫn đến tình trạng sai lệch dữ liệu giữa khâu thiết kế, dự toán và thi công thực tế. Báo cáo thực trạng ngành cho thấy khoảng 80% dự án tại Việt Nam gặp khó khăn trong việc xác định chính xác giá hợp đồng xây dựng, gây ra tình trạng đội vốn nghiêm trọng như tuyến đường sắt đô thị Bến Thành - Suối Tiên đội vốn hơn 126% hay tuyến Cát Linh - Hà Đông đội vốn 57%.

Vấn đề cốt lõi của công tác quản lý dự án hiện nay là sự thiếu hụt một cơ sở dữ liệu chung giữa chủ đầu tư, ban quản lý dự án, tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công. Mục tiêu của nghiên cứu là phân tích thực trạng quản lý đầu tư xây dựng, đánh giá khả năng tương thích của công nghệ Mô hình thông tin công trình (BIM) và đề xuất các giải pháp kỹ thuật, thể chế nhằm tối ưu hóa công tác quản lý dự án tại tỉnh Thái Bình. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các ban quản lý dự án chuyên ngành, khu vực và các công trình đầu tư công trên địa bàn tỉnh Thái Bình trong giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2021 theo định hướng của Đề án áp dụng BIM quốc gia.

Ứng dụng BIM mang lại giá trị định lượng vượt trội cho công tác quản trị xây dựng thông qua việc giảm bớt 40% các yêu cầu thay đổi thiết kế, rút ngắn 80% thời gian lập dự toán, giảm 7% tiến độ thi công tổng thể, tiết kiệm tới 10% tổng chi phí đầu tư và kiểm soát sai lệch quyết toán so với dự toán trong biên độ dao động chỉ từ dương 3% đến âm 3%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai nền tảng lý thuyết quản trị hiện đại: Lý thuyết Quản lý dự án theo chuẩn quốc tế PMI (Project Management Institute) và Lý thuyết Xây dựng tinh gọn (Lean Construction - LC). Mô hình nghiên cứu tập trung vào chuỗi giá trị thông tin công trình số hóa xuyên suốt vòng đời dự án từ chuẩn bị đầu tư, thiết kế kỹ thuật, thi công xây lắp đến bàn giao vận hành.

Khung khái niệm chính bao gồm:

  • Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM): Phương pháp làm việc cộng tác đa ngành dựa trên mô hình số hóa 3D chứa các thuộc tính vật lý và phi hình học.
  • Môi trường dữ liệu chung (Common Data Environment - CDE): Nền tảng đám mây tập trung chia sẻ, lưu trữ và đồng bộ hóa toàn bộ hồ sơ dự án giữa các bên tham gia.
  • Mức độ phát triển mô hình (Level of Development - LOD): Chuẩn phân cấp chi tiết cấu kiện từ LOD 100, LOD 200 đến LOD 300, LOD 350 và LOD 400.
  • Phát hiện xung đột (Clash Detection - CD): Công cụ phát hiện va chạm không gian giữa hệ thống kết cấu, kiến trúc và cơ điện (MEP) trước khi thi công ngoài hiện trường.
  • Chuẩn trao đổi dữ liệu mở IFC và hệ thống tiêu chuẩn quản lý thông tin xây dựng Anh Quốc PAS 1192-2:2013, PAS 1192-4:2014 (COBie).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp nguồn dữ liệu thứ cấp từ hệ thống văn bản pháp quy (Luật Xây dựng 2014, Luật Đấu thầu 2013, Nghị định 59/2015/NĐ-CP, Thông tư 06/2016/TT-BXD, Quyết định 2500/QĐ-TTg, Quyết định 79/QĐ-BXD) và các báo cáo khảo sát của Viện Kinh tế Xây dựng - Bộ Xây dựng. Dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua phiếu điều tra thực tế với cỡ mẫu gồm 120 kỹ sư, nhà quản trị dự án và chuyên gia xây dựng tại các doanh nghiệp nhà nước, doanh nghiệp tư nhân và các ban quản lý dự án. Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích được áp dụng nhằm đảm bảo tính đại diện cho cả 3 nhóm chủ thể: chủ đầu tư, tư vấn thiết kế và nhà thầu xây lắp.

Phương pháp phân tích định lượng thống kê mô tả được sử dụng để xử lý dữ liệu khảo sát, kết hợp với phương pháp phân tích tình huống thực nghiệm (case study) so sánh giữa công trình Cầu vượt Lê Hồng Phong - Hải Phòng (tổng mức đầu tư 310 tỷ đồng) và dự án VietinBank Tower (tổng mức đầu tư 10.000 tỷ đồng) trong giai đoạn 2015 - 2017. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích tình huống kết hợp thống kê là nhằm đối chiếu những rào cản lý thuyết với thực tiễn triển khai công nghệ mới tại Việt Nam, làm rõ sự tương tác giữa 3 yếu tố cốt lõi: con người, quy trình và công nghệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích dữ liệu thực tế chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về thực trạng ứng dụng công nghệ số trong quản lý xây dựng:

Thứ nhất, mức độ hiểu biết sâu về BIM còn rất hạn chế dù độ nhận biết chung đạt mức cao. Tỷ lệ nhân sự trong ngành biết đến thuật ngữ BIM đạt 94%, tuy nhiên chỉ có 32% đối tượng hiểu rõ bản chất quy trình làm việc trên nền tảng BIM (chủ yếu tập trung ở các đơn vị có vốn đầu tư nước ngoài). Có tới 62% nhân sự thuộc các cơ quan nhà nước và doanh nghiệp nội địa chỉ hiểu biết ở mức sơ khai và chưa từng ứng dụng vào công việc điều hành thực tế.

Thứ hai, việc ứng dụng BIM bị lệch pha nghiêm trọng giữa các giai đoạn của dự án. Giai đoạn thiết kế ghi nhận tỷ lệ áp dụng tương đối cao với thiết kế kết cấu đạt 47%, thiết kế chi tiết đạt 40% và thiết kế kiến trúc đạt 39%. Ngược lại, giai đoạn xây dựng và quản lý điều hành có tỷ lệ triển khai thấp hơn hẳn: bóc tách khối lượng dự toán đạt 38%, quản lý khối lượng thi công đạt 32%, quản lý tiến độ thi công đạt 29% và lập biện pháp tổ chức thi công chỉ đạt 24%.

Thứ ba, các rào cản triển khai lớn nhất xuất phát từ nguồn lực và hành lang pháp lý. Kết quả đánh giá chỉ ra 43% đơn vị gặp khó khăn do thiếu hụt nguồn nhân lực được đào tạo bài bản, 43% gặp trở ngại vì thiếu hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật từ cơ quan quản lý nhà nước, trong khi 24% đơn vị thiếu hụt công cụ, hạ tầng phần mềm và thiết bị công nghệ chuyên dụng.

Thứ tư, có sự phân hóa sâu sắc theo hình thức sở hữu doanh nghiệp. Tỷ lệ ứng dụng BIM tại các doanh nghiệp nhà nước chỉ đạt 18% do sự e ngại về rủi ro thủ tục và cơ chế phê duyệt ngân sách. Trong khi đó, có tới 70% lãnh đạo doanh nghiệp tư nhân đã nhận thức sâu sắc giá trị tài chính của BIM và chủ động đầu tư công nghệ để nâng cao năng lực cạnh tranh.

Thảo luận kết quả

Sự tương phản giữa hai tình huống nghiên cứu thực tế làm sáng tỏ các nguyên nhân dẫn đến thành công và thất bại khi triển khai mô hình thông tin công trình. Dự án Cầu vượt nút giao Lê Hồng Phong - Nguyễn Bỉnh Khiêm (Hải Phòng) có tổng mức đầu tư 310 tỷ đồng, chiều dài 267,6m với nhịp vòm thép 99m đã ứng dụng thành công chuỗi công cụ Sketchup (kiến trúc), SCIA Engineer (phân tích nội lực) và Tekla Structures (kết cấu chi tiết, bóc tách khối lượng theo chuẩn IFC). Nhờ sự phối hợp đồng bộ và thống nhất đầu mối thiết kế, dự án đã rút ngắn tiến độ 2 tháng (tương đương giảm 20% thời gian thi công thực tế so với mục tiêu tối thiểu 10% do cơ quan chức năng đặt ra), trở thành công trình có tốc độ hoàn thành nhanh kỷ lục tại địa phương.

Ngược lại, dự án VietinBank Tower tại Hà Nội với quy mô tổ hợp tháp 68 tầng và 48 tầng, tổng mức đầu tư 10.000 tỷ đồng lại gặp bế tắc lớn. Mặc dù áp dụng các công nghệ BIM 3D, 4D tiên tiến và hệ thống phát hiện va chạm, nhưng đến quý 2 năm 2017 khối lượng hoàn thành mới chỉ ước đạt khoảng 15% tổng mức đầu tư. Nguyên nhân cốt lõi là việc không áp dụng hình thức tổng thầu EPC mà phân chia thành nhiều liên danh tư vấn quốc tế và trong nước phức tạp. Việc thiếu một môi trường dữ liệu chung CDE chuẩn hóa và thiếu ràng buộc pháp lý về trách nhiệm chia sẻ thông tin giữa các bên đã dẫn đến sự đùn đẩy trách nhiệm khi xảy ra xung đột thiết kế.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa qua biểu đồ tròn phản ánh tỷ lệ hiểu biết BIM (32% hiểu rõ, 62% hiểu ít, 6% chưa biết) và bảng ma trận đối chiếu chỉ số hiệu quả giữa phương pháp quản lý truyền thống 2D với mô hình thông tin BIM. Các phát hiện khẳng định rằng BIM không đơn thuần là công cụ phần mềm đồ họa mà là một quy trình tái cấu trúc toàn diện chuỗi liên kết quản trị dự án xây dựng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tháo gỡ các điểm nghẽn và thúc đẩy ứng dụng công nghệ số vào công tác quản lý dự án xây dựng tại tỉnh Thái Bình, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

  1. Xây dựng và ban hành quy trình quản lý thông tin CDE cấp tỉnh: Ủy ban nhân dân tỉnh cùng Sở Xây dựng Thái Bình cần phối hợp ban hành sổ tay hướng dẫn thực hiện BIM địa phương dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế PAS 1192 và hướng dẫn của Bộ Xây dựng trước năm 2020. Mục tiêu đạt 100% các dự án nhóm A và nhóm B sử dụng vốn ngân sách trên địa bàn tỉnh thiết lập môi trường dữ liệu chung CDE, kiểm soát va chạm tự động từ giai đoạn chuẩn bị dự án, hạn chế tối thiểu 90% các xung đột kỹ thuật phát sinh tại hiện trường.

  2. Chuẩn hóa nguồn nhân lực và cấp chứng chỉ chuyên môn cho cán bộ quản lý: Sở Xây dựng và các ban quản lý dự án tỉnh Thái Bình cần phối hợp với các trường đại học chuyên ngành mở các chương trình đào tạo kỹ năng thực hành phần mềm chuyên sâu (Revit, Tekla, Navisworks, Synchro 4D). Phấn đấu đến giai đoạn 2018 - 2021, tối thiểu 80% cán bộ kỹ thuật và giám đốc quản lý dự án trực thuộc các ban quản lý khu vực tỉnh Thái Bình hoàn thành chứng chỉ hành nghề và nắm vững kỹ năng kiểm tra mô hình ở mức độ chi tiết từ LOD 300 đến LOD 350.

  3. Đổi mới cơ chế hợp đồng và áp dụng hình thức đấu thầu tích hợp Design - Build: Khuyến khích các chủ đầu tư chuyển đổi từ hình thức hợp đồng truyền thống sang mô hình Thiết kế - Xây lắp (DB) hoặc Tổng thầu EPC đối với các công trình có ứng dụng BIM. Đưa tiêu chí năng lực mô hình hóa thông tin vào hồ sơ mời thầu, quy định rõ ràng quyền sở hữu trí tuệ mô hình kỹ thuật số, đảm bảo biên độ sai lệch giữa quyết toán và dự toán công trình duy trì dưới mức 3%.

  4. Đầu tư đồng bộ hạ tầng phần cứng, phần mềm và thiết bị số hóa hiện trường: Các ban quản lý dự án cần chủ động lập kế hoạch ngân sách hàng năm để trang bị máy trạm đồ họa chuyên dụng (kinh phí ước tính từ 1.500 USD/bộ) và máy quét laser 3D hiện trường (khoảng 35.000 USD/máy) phục vụ công tác nghiệm thu hình học. Lộ trình triển khai phân bổ từ năm 2018 đến 2020 do các đơn vị chủ đầu tư công chủ trì thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính trong ngành xây dựng:

Thứ nhất, Ban Quản lý dự án chuyên ngành và Ban Quản lý dự án khu vực tại các địa phương. Các cán bộ quản lý có thể khai thác mô hình điều hành dựa trên môi trường CDE và quy trình kiểm soát tiến độ 4D để giảm thiểu từ 7% đến 20% thời gian thi công các công trình sử dụng vốn đầu tư công.

Thứ hai, các doanh nghiệp tư vấn thiết kế kiến trúc, kết cấu và cơ điện (MEP). Đơn vị tư vấn có thể áp dụng các tiêu chuẩn LOD từ LOD 100 đến LOD 350 nhằm tự động hóa công tác bóc tách tiên lượng dự toán, giúp giảm 80% thời gian lập dự toán và hạn chế 40% sai sót kỹ thuật trong hồ sơ thiết kế thi công.

Thứ ba, các nhà thầu thi công xây lắp và tổng thầu EPC. Đội ngũ chỉ huy trưởng và kỹ sư công trường có thể ứng dụng mô hình 3D phối hợp công nghệ thực tế tăng cường (AR) để phân đoạn thi công, lập biện pháp an toàn lao động và quản lý hao hụt vật tư chính xác theo thời gian thực.

Thứ tư, các cơ quan hoạch định chính sách thuộc Sở Xây dựng, Sở Giao thông Vận tải và sinh viên, học viên cao học ngành Quản lý xây dựng. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu học thuật, luận cứ thực tiễn và bài học kinh nghiệm từ các dự án lớn phục vụ công tác nghiên cứu, giảng dạy và xây dựng chính sách chuyển đổi số ngành xây dựng giai đoạn 2021 trở đi.

Câu hỏi thường gặp

Ứng dụng BIM giúp tối ưu hóa chi phí và tiến độ dự án như thế nào? Theo các số liệu nghiên cứu thực nghiệm, mô hình thông tin công trình giúp giảm 40% các yêu cầu thay đổi thiết kế, tiết kiệm tới 10% chi phí xây dựng, rút ngắn 80% thời gian bóc tách khối lượng và giảm 7% tiến độ tổng thể. Điển hình tại dự án Cầu vượt Lê Hồng Phong (Hải Phòng), việc áp dụng BIM đã giúp công trình hoàn thành sớm 2 tháng, tương đương giảm 20% thời gian thi công.

Những rào cản lớn nhất khi triển khai BIM tại các doanh nghiệp Việt Nam hiện nay là gì? Khảo sát thực tế chỉ ra 3 khó khăn hàng đầu gồm: 43% đơn vị thiếu hụt nhân sự có kỹ năng làm việc trên nền tảng BIM, 43% thiếu hệ thống quy chuẩn và khung pháp lý hướng dẫn chi tiết từ Nhà nước, và 24% gặp khó khăn về chi phí đầu tư mua sắm bản quyền phần mềm cũng như trang thiết bị phần cứng ban đầu.

Tại sao dự án VietinBank Tower gặp khó khăn dù đã ứng dụng các phần mềm BIM tiên tiến? Dự án VietinBank Tower quy mô 10.000 tỷ đồng sau 4 năm mới chỉ hoàn thành 15% khối lượng do chủ đầu tư thiếu kinh nghiệm điều phối CDE, phân chia các gói thầu cho nhiều liên danh tư vấn độc lập mà không áp dụng hình thức tổng thầu EPC, dẫn đến các xung đột giao diện thiết kế không được giải quyết kịp thời.

Lộ trình áp dụng BIM tại Việt Nam được Nhà nước quy định theo văn bản pháp lý nào? Theo Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 của Thủ tướng Chính phủ, lộ trình áp dụng BIM được triển khai qua các giai đoạn thí điểm và đào tạo chuẩn bị, hướng tới mục tiêu bắt buộc áp dụng từ năm 2021 đối với các dự án sử dụng vốn ngân sách nhà nước, công trình cấp 1 và các dự án quy mô lớn.

Mức độ chi tiết mô hình LOD nào là phù hợp nhất cho công tác quản lý thi công của Ban Quản lý dự án? Mức độ chi tiết phù hợp nhất cho giai đoạn thi công và nghiệm thu là từ LOD 300 đến LOD 350. Tại cấp độ này, các cấu kiện hình học được định vị tọa độ chính xác, hiển thị đầy đủ liên kết cốt thép, kích thước hình học và tích hợp thông tin phi hình học phục vụ bóc tách khối lượng quyết toán và quản trị vật tư.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận quản lý dự án xây dựng và khung kỹ thuật mô hình thông tin công trình BIM theo chuẩn quốc tế (PMI, Lean Construction, PAS 1192, chuẩn chi tiết LOD 100 - LOD 350).
  • Phân tích và cung cấp bức tranh định lượng rõ nét về thực trạng ứng dụng BIM tại Việt Nam với 94% tỷ lệ nhận biết nhưng chỉ có 32% hiểu sâu, trong đó 43% đơn vị đối mặt với rào cản thiếu nhân lực và 43% thiếu quy trình hướng dẫn.
  • Đánh giá sâu sắc 2 case study đối chứng điển hình tại Việt Nam (Cầu vượt Lê Hồng Phong 310 tỷ đồng hoàn thành vượt tiến độ 20% và VietinBank Tower 10.000 tỷ đồng chậm tiến độ đạt 15% sau 4 năm), chỉ rõ nguyên nhân thành công và thất bại trong điều phối quản trị.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp mang tính khả thi cao bao gồm: chuẩn hóa môi trường CDE, đào tạo nguồn nhân lực đạt tỷ lệ 80% chứng chỉ, đổi mới mô hình hợp đồng Design - Build và đầu tư thiết bị số hóa chuyên dụng cho tỉnh Thái Bình.
  • Định hướng hành động tiếp theo yêu cầu các Ban Quản lý dự án tại Thái Bình khẩn trương xây dựng đề án số hóa quy trình quản lý giai đoạn 2018 - 2021, chủ động tiếp cận công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư công và thúc đẩy phát triển bền vững hạ tầng địa phương.