Đặt vấn đề Những năm gần đây, nhờ sự phát triển nhanh chóng về khoa học và công nghệ, nhiều công nghệ mới đã đƣợc phát triển và đƣợc ứng dụng vào trong ngành Xây dựng. Những công nghệ mới này, ở các mức độ khác nhau, giúp tăng năng suất lao động, tăng tính hiệu quả của công việc, giảm lãng phí trong xây dựng. Trong số đó, Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling, viết tắt là BIM) đã đƣợc ngành xây dựng của nhiều quốc gia và đƣợc các học giả hàng đầu đánh giá đang và sẽ là công nghệ chủ đạo của ngành xây dựng trong nhiều thập niên sắp tới, đồng thời có khả năng giúp lĩnh vực thiết kế, xây dựng và quản lý công trình giải quyết đƣợc các vấn đề lãng phí, năng suất thấp và thiếu hiệu quả đang tồn tại phổ biến hiện nay. Theo kinh nghiệm áp dụng của các quốc gia trong khu vực và trên thế giới, tuỳ thuộc vào mức độ áp dụng trong dự án đầu tƣ xây dựng và loại hình dự án, BIM có thể giúp tiết kiệm đƣợc 5% tới 20% tổng chi phí đầu tƣ ban đầu và có thể giúp tiết kiệm đƣợc tới 30% tổng chi phí vận hành bảo trì trong giai đoạn sử dụng.
Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ BIM là một xu hƣớng công nghệ tiên tiến, đang nhanh chóng thâm nhập vào Việt Nam và việc sớm làm chủ công nghệ này có ý nghĩa quan trọng đối với việc nâng cao khả năng cạnh tranh của các công ty tƣ vấn thiết kế hạ tầng nói riêng , các nhà thầu đến các đơn vị quản lý vận hành dự án xây dựng nói chung. Do các lợi ích to lớn của BIM mà các nƣớc tiên tiến đều đang đẩy mạnh việc ứng dụng BIM với kỳ vọng nâng cao đáng kể hiệu suất của ngành xây dựng. Một số nƣớc tiên phong về BIM nhƣ Hoa Kỳ, Phần Lan, UK, Singapore… thậm chí đã luật hóa việc áp dụng BIM cho các công trình xây dựng của mình. Điều này chứng tỏ xu hƣớng chuyển từ CAD sang BIM đang là xu hƣớng rất sôi động trong ngành xây dựng trên thế giới.
Để BIM đƣợc áp dụng nhanh và hiệu quả trong một quốc gia thì các tiêu chuẩn, lộ trình về BIM cần đƣợc ban hành từ sớm. Chiến lƣợc và lộ trình rõ ràng cùng với các biện pháp hỗ trợ phù hợp đƣa ra từ các cơ quan quản lý xây dựng là những yếu tố chủ đạo đảm bảo sự thành công cho việc áp dụng BIM ở Việt Nam. Vì vậy đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn mô hình thông tin công trình cầu của Mỹ cho công tác thiết kế cầu ở VIỆT NAM” là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Mục ti u nghi n cứu - Tổng quan về tình hình nghiên cứu áp dụng BIM cho thiết kế công trình cầu ở Việt Nam.
- Phân tích, đánh giá tiêu chuẩn BrIM-FHWA-HIF-16-011 của Mỹ và đề xuất áp dụng cho công tác thiết kế cầu. - Áp dụng lập mô hình thông tin công trình cầu (BrIM), trong công tác thiết kế cho cầu qua kênh D1- Bình Dƣơng. Đối tƣợng và phạm vi nghi n cứu - Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ BIM trong công tác thiết kế cầu. - Áp dụng lập mô hình thông tin công trình cầu (BrIM), trong công tác thiết kế cho cầu qua kênh D1- Bình Dƣơng.
Phƣơng ph p nghi n cứu - Thu thập, phân tích tiêu chuẩn của Mỹ từ đó kiến nghị các nội dung phù hợp ứng dụng ở Việt Nam. - Ứng dụng các phần mềm BIM, mô hình thông tin một công trình cầu thực tế tại Việt Nam. 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BIM CHO THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẦU Ở VIỆT NAM 1. Khái niệm BIM BIM (Building Information Modeling) là một quy trình dựa trên mô hình 3D thông minh, cung cấp cho các chuyên gia kiến trúc, kỹ thuật và xây dựng (AEC) cái nhìn sâu sắc và các công cụ để lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng và quản lý các toà nhà và cơ sở hạ tầng hiệu quả hơn.
(Nguồn: https://www.com/solutions/bim) Hình 1: Tiến tr nh IM i n quan đến các bên tham gia trong toàn bộ vòng đời dự án (Nguồn: http://kientrucvietnam.vn/cong-nghe-thong-tin-truyen- thong-trong -thiet-ke-xay-dung/) [14] Programming: Lập dự án Construction 4D/5D : xây dựng tiến độ / Conceptual Design: Thiết kế sơ bộ khối ƣợng Detailed Design: Thiết kế chi tiết Construction Logistics: Hậu cần Analysis: Phân tích Operation and Maintenance: Vận hành Documentation: Thiết kế thi công Demolitition: Phá dỡ Fabrication: Chế tạo 2 Những mẫu thiết kế này bao gồm sự kết hợp giữa mô hình thông minh 2D và 3D trƣớc đây sử dụng để lập bản vẽ thiết kế công trình, cùng với các yếu tố ngoại vi nhƣ vị trí địa lý và điều kiện thực tế ở địa phƣơng, cho đến dữ liệu ảo của công trình cung cấp nguồn cho mọi thông tin phục vụ việc thiết kế công trình. „‟Sự thông minh‟‟ đƣợc đƣa vào vật thể bao gồm giá trị biến đồ họa xác định trƣớc và thông tin phi đồ họa, cung cấp cho kiến trúc sƣ, kĩ sƣ cơ – điện – nƣớc, và nhà thầu khả năng biểu diễn hình học và mối quan hệ giữa các yếu tố công trình liên quan. Thông tin này khi đƣa vào hệ thống dữ liệu tích hợp sẽ đƣợc cập nhật vào toàn bộ các bản vẽ thiết kế và danh mục của dự án. Khi dự án có một thay đổi đƣợc phê duyệt và tích hợp vào mô hình kết quả của BIM, tất cả các góc nhìn đồ họa (sơ đồ, kiến trúc, chi tiết, và các bản vẽ cấu trúc khác), cũng nhƣ các thông tin phi đồ họa nhƣ tài liệu thông tin về kiến trúc và các danh mục sẽ tự động phản hồi và cập nhật các thay đổi đó.
Nguồn: http://36corp.com/chuyen-de-ve-mo-hinh-thong-tin-cong-trinh-bim-ky-1-bim- la-gi/) [10] Để hoạt động hiệu quả, BIM yêu cầu năm yếu bao gồm: Quy trình, chính sách, con ngƣời, thông tin và công nghệ. Hình 2: Các yếu tố của BIM (Nguồn: https://www.net/blogs/what-is-bim/) [13] Processes (Quy trình): Đề cập đến thứ tự của các hoạt động công việc từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc phải xác định rõ r ng các đầu v o v đầu ra của từng gi i đoạn. Policies (Chính sách): Đề cập đến các nguyên tắc và luật lệ để hƣớng dẫn quá trình xây dựng diễn r đúng quy định.Các chính sách đƣợc b n h nh để phát triển các tiêu chuẩn xây dựng và thực tiễn tốt nhất để giảm thiểu tranh chấp giữa các bên liên quan. 3 People (Con ngƣời): Con ngƣời tạo ra sự khác biệt, là yếu tố quan tr ng nhất.
Quản lý hiệu quả bởi con ngƣời thì BIM mới thành công. Những ngƣời quan tr ng trong dự án BIM bao gồm: Chủ dự án BIM, Quản BIM Tƣ vấn BIM, Kỹ thuật viên BIM. Information (Thông tin): Có 2 loại thông tin: mô hình và tài liệu. Mô hình là dữ liệu đƣợc biểu diễn cách đơn giản hóa của một đối tƣợng nhƣ nh cửa, cầu đƣờng … đƣợc ƣu ở định dạng tệp và có thể tr o đổi, chia sẻ để hỗ trợ quá trình ra quyết định cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng, nh ….T i iệu là phiên bản kỹ thuật số của giấy tờ, bản vẽ, bản in, hình ảnh, video.
Technologies (Công nghệ): Đề cập đến các công cụ phần mềm và phần cứng đƣợc sử dụng để quản các gi i đoạn khác nhau của quy trình BIM. BIM giúp cho các đối tác và các chủ thể liên quan đến công trình xây dựng có thể kết nối với nhau, chia sẻ thông tin một cách chính xác, kịp thời bằng hình ảnh Trực quan 3D (trƣớc đây mất thời gian in ấn, chuyển đi, hiện nay xem trực tiếp thông qua môi trƣờng CDE). Facility Manager: Ngƣời quản lý dự án Owner: Chủ đầu tƣ General Contractor: Nhà thầu Architect: Kiến trúc sƣ Structural Engineer: Kỹ sƣ ết cấu Detailer: Ngƣời triển khai chi tiết Mechanical Engineer: Kỹ sƣ cơ hí Fabricator: Nhà chế tạo Site Manager: Quản lý công trình Hình 3: Mô tả c c đối tácErector: cùng thamXâygia BIM dựng (Nguồn: https://www.net/en/bim-collaboration-2/) [12] 4 - Nhờ sự trao đổi, chia sẻ thông tin một cách chính xác và nhanh chóng giữa các đối tác và các chủ thể, BIM đã mang lại cho ngành xây dựng những lợi ích nhƣ sau: Hình 4: Lợi ích hàng đầu của BIM (Nguồn:https://www.net/blogs/what-is-bim/) [13] Đặc điểm của BIM là mô hình tổng hợp toàn diện các thông tin công trình, đƣợc số hóa và trình bày qua hình ảnh 3 chiều, đa luồng dữ liệu, cung cấp cho ngƣời dùng cái nhìn trực quan và cho khả năng tƣ duy gần với suy nghĩ tự nhiên nhất của con ngƣời. BIM cho phép mô hình hóa công trình để phản ánh chính xác cấu tạo cùng các thuộc tính của công trình trên thực tế sẽ đƣợc hình thành trong tƣơng lai.
Bằng cách này, các đối tác tham gia dự án có thể xem xét trƣớc và đánh giá hiệu quả của nó trƣớc khi thực hiện, kiểm soát đƣợc các xung đột, độ chính xác của bản thiết kế, giải quyết đƣợc các vấn đề liên quan ngay ở giai đoạn đầu của dự án, đạt đƣợc kết quả tiết kiệm đáng kể về mặt thời gian, chi phí và năng lƣợng. Những phần mềm đƣợc tích hợp và ứng dụng BIM hiện nay: -Kiến trúc: Revit, Allplan, ArchiCad, Grasshopper 3D, Rhinoceros, Lumion,… -Kết cấu: Revit, Tekla, Robot Structural Analysis, Bentley, Staad pro,… -Cơ điện: Revit, Cadewa,… -Phân tích năng lƣợng: Equest, Energy +, Ecotect, GBS, Vasari,… -Quản lý dự án: Navisworks Manage (+iConstruct+Synchro), TeklaBimsight,… -Dự toán: Vico, CostX,… 5 Để phục vụ các phần mềm tích hợp nhƣ trên đòi hỏi kèm theo đó là những cấu hình máy tính phải phù hợp, trình độ chuyên môn cao,… 1. Các tiêu chuẩn BIM Hiện nay BIM đang ngày một trở nên phổ biến trên thế giới. Nhiều nƣớc nhƣ Anh, Mỹ, Đức, Nhật, Úc, Braxin, Canada, Pháp, New Zealand, Hàn Quốc, Singapore, Hồng Kông, Nga, Trung Quốc,… đã áp dụng BIM ở nhiều mức độ khác nhau, qua đó nâng cao năng suất, sức cạnh tranh của ngành xây dựng nƣớc mình.
Hình 5: Những cấp độ của BIM (Nguồn:https://www.net/blogs/what-is-bim/) [13] Level 0 (Cấp độ 0): Chƣ ứng dụng BIM chƣ c sự liên kết các đối tác, dùng bản vẽ 2D. Level 1 (Cấp độ 1): Bắt đầu ứng dụng bản vẽ 2D-3D để tr o đổi liên kết các đối tác. Level 2 (Cấp độ 2): Hoàn toàn ứng dụng các mô hình tr o đổi thông tin thông qua các dự án 4D-5D giữ các đối tác. Level 3 (Cấp độ 3): Áp dụng hệ mở của BIM và ứng dụng 6D tính toán các chỉ số năng ƣợng v o tr o đổi thông tin dự án.