TRUY XUẤT VÀ QUẢN LÝ KHỐI LƯỢNG TỰ ĐỘNG TRÊN NỀN TẢNG BIM - FORGE WEB

Luận văn về quản lý xây dựng: Truy xuất và quản lý khối lượng tự động trên nền tảng BIM Forge Web. Giải pháp hiệu quả cho ngành xây dựng hiện đại.

• Tác giả: Trương Quang Như
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Hồng Luân
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Quản Lý Xây Dựng
• Đề tài: Truy Xuất Và Quản Lý Khối Lượng Tự Động Trên Nền Tảng Bim - Forge Web
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Xác định vấn đề nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Đóng góp nghiên cứu
• 1.5. Quy trình thực hiện nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các nghiên cứu, các ứng dụng thực tiễn trong và ngoài nước
• 2.1.1. Các nghiên cứu và ứng dụng ngoài nước
• 2.1.2. Các nghiên cứu và ứng dụng trong nước
• 2.2. Quản lý khối lượng
• 2.2.1. Quy định pháp luật
• 2.2.2. Đo bóc khối lượng công trình
• 2.2.3. Mô tả công việc của quản lý khối lượng [12]
• 2.2.4. Nội dung quản lý khối lượng trong luận văn
• 2.3. Hệ thống phân loại OmniClass
• 2.3.1. Hệ thống phân loại
• 2.3.2. Hệ thống phân loại OmniClass
• 2.4. Các công nghệ và nền tảng
• 2.4.1. Mô hình thông tin xây dựng (BIM)
• 2.4.2. Nền tảng phát triển ứng dụng trên đám mây Autodesk Forge
• 2.4.3. Framework, ngôn ngữ lập trình, cơ sở dữ liệu
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Quy trình nghiên cứu
• 3.2. Xây dựng công cụ tự động hóa lấy khối lượng
• 3.3. Sử dụng hệ thống phân loại OmniClass
• 3.4. Xây dựng website quản lý dữ liệu và tích hợp Autodesk Forge
• 3.4.1. Xây dựng và quản lý hệ thống mã cho BIM
• 3.4.2. Xây dựng hệ thống RESTfull API để quản lý ứng dụng (plugin)
• 3.4.3. Xây dựng web app quản lý khối lượng và tích hợp Forge
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Công cụ tự động giao cắt (Join Element)
• 4.2. Công cụ tính toán thể tích bê tông mở rộng cột - vách (Extend Concrete)
• 4.3. Công cụ tính toán diện tích cốp pha (Formwork)
• 4.4. Công cụ dựng tường và sàn hoàn thiện (Room Finish)
• 4.5. Công cụ tạo, thống kê, tối ưu hóa gạch ốp - lát (Count Tile)
• 4.6. Công cụ tính toán và tạo vữa trần (Plaster Mortar)
• 4.7. Công cụ truy xuất khối lượng (BIM Data)
• 4.8. Hệ thống RESTfull API cho Website (beycons.vn)
• 4.9. Hệ thống mã OmniClass ở website
• 4.10. Hệ thống quản lý khối lượng và tích hợp Autodesk Forge ở website
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ TRÍCH DẪN

Tóm tắt

I. Tổng Quan Quản Lý Khối Lượng Tự Động với BIM Xu Hướng

Khoa học công nghệ phát triển, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực, nâng cao năng suất lao động. Tuy nhiên, ngành xây dựng vẫn còn chậm so với xu hướng chung. Những khó khăn trong quản lý chất lượng, khối lượng, chi phí, tiến độ công trình xây dựng được giải quyết nhờ BIM (Building Information Modeling). BIM giúp kỹ sư có cái nhìn tổng thể công trình thông qua mô hình ảo trước khi triển khai thực tế, tránh rủi ro. Đầu những năm 2000, mô hình không gian 3 chiều được dùng để phân tích và truyền đạt thông tin công trình. Viện kiến trúc Mỹ gọi đó là BIM. Autodesk phổ biến BIM rộng rãi để mô tả mô hình không gian ba chiều. BIM phát triển mạnh ở các nước như Mỹ, Anh, Úc, Singapore, với tiêu chuẩn chung và quy trình áp dụng. Họ có chuẩn dữ liệu chung (IFC) và COBie để quản lý thiết bị và tài sản. BEP (BIM Execution Plan) cũng được sử dụng. Bộ Xây dựng Việt Nam thành lập Ban chỉ đạo BIM, ban hành nghị quyết về chuyển đổi số ngành xây dựng, tổ chức hội thảo, và thành lập tổ tư vấn. Các cơ sở pháp lý đang được xây dựng để hỗ trợ áp dụng BIM. Dù nguồn chi phí ban đầu lớn và phụ thuộc công nghệ, các nhà thầu lớn như Vingroup, Novaland, Hòa Bình, Coteccons đang đầu tư vào BIM.

1.1. Ứng dụng BIM trong quản lý dự án xây dựng hiện nay

Việc áp dụng BIM vào quản lý dự án xây dựng đang ngày càng trở nên phổ biến. BIM không chỉ giúp tạo ra mô hình 3D trực quan mà còn tích hợp thông tin chi tiết về vật liệu, kết cấu, và hệ thống kỹ thuật của công trình. Điều này cho phép các nhà quản lý dự án dễ dàng theo dõi tiến độ, kiểm soát chi phí, và phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn. Theo một báo cáo gần đây, việc sử dụng BIM có thể giúp giảm thiểu sai sót trong thiết kế lên đến 30% và tiết kiệm chi phí xây dựng tới 10%. Các công ty xây dựng lớn tại Việt Nam như Hòa Bình và Coteccons đã triển khai BIM vào nhiều dự án lớn, mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc quản lý và điều phối công việc.

1.2. Autodesk Forge Web Nền tảng cho sự cộng tác và truy cập dữ liệu

Autodesk Forge Web là một nền tảng phát triển ứng dụng đám mây mạnh mẽ, cho phép các nhà phát triển tạo ra các ứng dụng web tùy chỉnh để tương tác với dữ liệu BIM. Với Forge Web, người dùng có thể truy cập và xem mô hình BIM trực tuyến từ bất kỳ thiết bị nào, giúp tăng cường sự cộng tác giữa các bên liên quan trong dự án. Ngoài ra, Forge Web còn cung cấp các API cho phép tự động hóa các quy trình làm việc, trích xuất dữ liệu, và tích hợp với các hệ thống khác. Việc sử dụng Forge Web giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào các phần mềm desktop truyền thống và tạo ra một môi trường làm việc linh hoạt và hiệu quả hơn. Nhiều công ty xây dựng và kỹ thuật đã tận dụng Forge Web để xây dựng các ứng dụng quản lý dự án, giám sát công trình, và báo cáo tiến độ.

II. Thách Thức Quản Lý Khối Lượng Thủ Công Gây Tốn Kém

Các hãng phần mềm lớn cung cấp giải pháp BIM, nhưng việc lấy khối lượng vẫn còn thủ công, không kiểm soát được khi mô hình thay đổi, không tối ưu hóa. Không có giải pháp giải trình khối lượng theo yêu cầu chủ đầu tư trực quan, không có phương tiện giao tiếp chung giữa văn phòng và công trường, phụ thuộc vào công nghệ bên thứ ba, chi phí đầu tư máy móc và bản quyền phần mềm cao. Do đó, luận văn nghiên cứu áp dụng tự động hóa vào mô hình thông tin qua API Revit để khai thác và truy xuất khối lượng chính xác, nhanh chóng. Luận văn cũng nghiên cứu lưu trữ dữ liệu cần thiết qua database để kiểm soát khối lượng qua các lần thay đổi, thành lập nền tảng Web - Forge để hiển thị và tương tác với công trường, đính kèm mô hình thông tin xây dựng lên website qua Forge để xem và giải trình.

2.1. Vấn đề về độ chính xác và sai sót trong đo bóc khối lượng

Một trong những thách thức lớn nhất của việc quản lý khối lượng thủ công là nguy cơ sai sót trong quá trình đo bóc. Việc đo đạc và tính toán khối lượng bằng tay thường mất nhiều thời gian và dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ quan như mệt mỏi, thiếu tập trung, hoặc hiểu sai bản vẽ. Những sai sót này có thể dẫn đến việc ước tính chi phí không chính xác, gây lãng phí vật liệu, và ảnh hưởng đến tiến độ thi công. Theo một nghiên cứu của Đại học Stanford, sai sót trong đo bóc khối lượng có thể chiếm tới 5% tổng chi phí dự án. Do đó, việc tự động hóa quy trình này là vô cùng cần thiết để giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả.

2.2. Khó khăn trong việc cập nhật và quản lý thay đổi thiết kế

Trong quá trình thực hiện dự án, việc thay đổi thiết kế là điều không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, việc cập nhật và quản lý những thay đổi này trong quy trình quản lý khối lượng thủ công là một thách thức lớn. Mỗi khi có sự thay đổi, kỹ sư phải mất nhiều thời gian để điều chỉnh bản vẽ, đo đạc lại, và tính toán lại khối lượng. Quá trình này không chỉ tốn thời gian mà còn dễ gây ra sai sót do sự phức tạp và số lượng lớn các chi tiết cần xử lý. Điều này đặc biệt đúng đối với các dự án lớn, có nhiều hạng mục và yêu cầu kỹ thuật phức tạp. Do đó, một giải pháp tự động hóa có khả năng tự động cập nhật và quản lý thay đổi thiết kế là vô cùng quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của việc quản lý khối lượng.

III. Giải Pháp Quản Lý Khối Lượng Tự Động BIM và Forge Kết Hợp

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm tính toán và mô hình khối lượng tự động cho các bộ môn kết cấu (cốp pha, bê tông mở rộng cột vách) và kiến trúc (tường hoàn thiện, sàn hoàn thiện, tô trát trần, gạch ốp lát) của mô hình thông tin công trình ở giai đoạn thi công. Lấy khối lượng sẵn có trong mô hình thông tin theo hệ thống mã OmniClass cho tất cả các bộ môn (kiến trúc, kết cấu, MEP). Tổ chức cơ sở dữ liệu để lưu trữ dữ liệu khối lượng cần thiết cho dự án với tất cả các bộ môn theo phiên bản (version) và bảng mã (OmniClass).

3.1. Tự động hóa trích xuất khối lượng với Revit API Cách tiếp cận hiệu quả

Revit API (Application Programming Interface) cung cấp một giao diện lập trình mạnh mẽ, cho phép các nhà phát triển truy cập và thao tác với dữ liệu BIM trong Revit. Bằng cách sử dụng Revit API, có thể tự động hóa quá trình trích xuất khối lượng từ mô hình BIM một cách chính xác và nhanh chóng. Điều này giúp loại bỏ các công việc thủ công tẻ nhạt và giảm thiểu sai sót do con người gây ra. Ngoài ra, Revit API còn cho phép tạo ra các plugin tùy chỉnh để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của từng dự án. Việc sử dụng Revit API là một cách tiếp cận hiệu quả để tự động hóa quản lý khối lượng và nâng cao hiệu suất làm việc.

3.2. Xây dựng hệ thống quản lý khối lượng trên nền tảng Forge Web Tiếp cận toàn diện

Việc xây dựng một hệ thống quản lý khối lượng trên nền tảng Forge Web mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng truy cập dữ liệu từ xa, cộng tác trực tuyến, và tích hợp với các hệ thống khác. Forge Web cung cấp các API cho phép truy xuất dữ liệu BIM, hiển thị mô hình 3D, và thực hiện các phân tích khối lượng. Ngoài ra, Forge Web còn hỗ trợ các tính năng bảo mật và quản lý quyền truy cập, đảm bảo an toàn cho dữ liệu dự án. Bằng cách xây dựng một hệ thống quản lý khối lượng trên Forge Web, các nhà quản lý dự án có thể có được một cái nhìn toàn diện về dự án, từ đó đưa ra các quyết định chính xác và kịp thời.

3.3. Tích hợp OmniClass Chuẩn hóa dữ liệu và quản lý khối lượng hiệu quả

Việc tích hợp OmniClass vào hệ thống quản lý khối lượng mang lại nhiều lợi ích quan trọng, đặc biệt là trong việc chuẩn hóa dữ liệu và quản lý thông tin dự án một cách hiệu quả. OmniClass là một hệ thống phân loại tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng để tổ chức và phân loại thông tin về các thành phần, hệ thống, và giai đoạn của dự án. Bằng cách sử dụng OmniClass, các nhà quản lý dự án có thể dễ dàng tìm kiếm, truy xuất, và so sánh thông tin khối lượng giữa các dự án khác nhau. Điều này giúp cải thiện khả năng phối hợp giữa các bên liên quan và giảm thiểu rủi ro sai sót trong quá trình quản lý.

IV. Nghiên Cứu Plugin Tự Động Khối Lượng Kết Quả Đáng Khích Lệ

Xây dựng công cụ tự động hóa lấy khối lượng và sử dụng hệ thống phân loại OminiClass. Website quản lý dữ liệu và tích hợp Autodesk Forge được xây dựng. Hệ thống mã cho BIM và hệ thống RESTfull API quản lý plugin cũng được tạo ra. Web app quản lý khối lượng và tích hợp Forge cũng được xây dựng.

4.1. Công cụ tự động giao cắt Join Element và tính toán bê tông Extend Concrete

Công cụ Join Element giúp tự động giao cắt các cấu kiện trong mô hình BIM, đảm bảo tính chính xác của dữ liệu khối lượng. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc tính toán khối lượng bê tông và thép cho các cấu kiện kết cấu. Đồng thời, công cụ Extend Concrete cho phép tính toán thể tích bê tông mở rộng của cột và vách một cách tự động, giúp kỹ sư tiết kiệm thời gian và giảm thiểu sai sót trong quá trình tính toán.

4.2. Công cụ tính toán cốp pha Formwork và tường sàn hoàn thiện Room Finish

Công cụ Formwork giúp tính toán diện tích cốp pha cần thiết cho các cấu kiện bê tông một cách tự động, dựa trên thông tin từ mô hình BIM. Công cụ Room Finish cho phép xác định diện tích tường và sàn hoàn thiện trong các phòng, giúp kỹ sư lập kế hoạch và quản lý vật liệu một cách hiệu quả. Cả hai công cụ này đều giúp tự động hóa các công việc tẻ nhạt và giảm thiểu sai sót do con người gây ra.

4.3. Công cụ tối ưu hóa gạch ốp lát Count Tile và tính toán vữa trần Plaster Mortar

Công cụ Count Tile giúp tạo, thống kê, và tối ưu hóa việc sử dụng gạch ốp lát một cách tự động, dựa trên thông tin từ mô hình BIM. Điều này giúp kỹ sư giảm thiểu lãng phí vật liệu và tiết kiệm chi phí. Công cụ Plaster Mortar cho phép tính toán và tạo vữa trần một cách tự động, dựa trên thông tin về diện tích và độ dày của lớp vữa. Cả hai công cụ này đều giúp tự động hóa các công việc phức tạp và nâng cao hiệu quả làm việc.

V. Hệ Thống Quản Lý Khối Lượng WEB Triển Vọng Trong Tương Lai

Hệ thống RESTfull API cho website, hệ thống mã OmniClass trên website và hệ thống quản lý khối lượng, tích hợp Autodesk Forge trên website được xây dựng thành công. Điều này tạo ra một nền tảng quản lý khối lượng toàn diện, từ việc trích xuất dữ liệu từ mô hình BIM đến việc hiển thị và tương tác với dữ liệu trên web.

5.1. Khả năng truy cập và quản lý dữ liệu dự án từ xa

Một trong những ưu điểm lớn nhất của hệ thống quản lý khối lượng trên nền tảng web là khả năng truy cập và quản lý dữ liệu dự án từ xa. Điều này cho phép các kỹ sư, nhà quản lý dự án, và các bên liên quan khác có thể truy cập vào dữ liệu khối lượng từ bất kỳ đâu, bất kỳ khi nào, chỉ cần có kết nối internet. Điều này giúp tăng cường sự linh hoạt và hiệu quả trong việc quản lý và phối hợp công việc.

5.2. Cộng tác trực tuyến và chia sẻ thông tin dễ dàng

Hệ thống quản lý khối lượng trên nền tảng web còn cho phép cộng tác trực tuyến và chia sẻ thông tin một cách dễ dàng giữa các thành viên trong dự án. Các kỹ sư có thể cùng nhau xem xét, chỉnh sửa, và phê duyệt dữ liệu khối lượng, từ đó giảm thiểu sai sót và nâng cao chất lượng công việc. Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp các công cụ để theo dõi lịch sử thay đổi và quản lý phiên bản, giúp đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

5.3. Tích hợp với các hệ thống khác và khả năng mở rộng

Hệ thống quản lý khối lượng trên nền tảng web có thể được tích hợp với các hệ thống khác như hệ thống quản lý tài liệu, hệ thống quản lý chi phí, và hệ thống quản lý tiến độ. Điều này giúp tạo ra một môi trường làm việc tích hợp và hiệu quả hơn. Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng mở rộng để đáp ứng các nhu cầu thay đổi của dự án. Điều này đảm bảo rằng hệ thống có thể tiếp tục đáp ứng các yêu cầu của dự án trong tương lai.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Quản Lý Khối Lượng Tự Động BIM

Luận văn đã đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ trong việc tự động hóa quản lý khối lượng bằng BIM và Forge Web. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển tiềm năng trong tương lai. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công cụ tự động hóa mạnh mẽ hơn, tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy, và mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống quản lý khối lượng.

6.1. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI trong quản lý khối lượng tự động

Việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong quản lý khối lượng tự động có thể mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng dự đoán và phát hiện sai sót, tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu, và tự động hóa các quy trình phức tạp. Ví dụ, AI có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu BIM và xác định các vùng có nguy cơ sai sót cao, hoặc để dự đoán nhu cầu vật liệu dựa trên tiến độ thi công và điều kiện thời tiết.

6.2. Mở rộng phạm vi ứng dụng cho các giai đoạn khác của dự án

Hệ thống quản lý khối lượng tự động có thể được mở rộng để áp dụng cho các giai đoạn khác của dự án, không chỉ giai đoạn thi công. Ví dụ, hệ thống có thể được sử dụng trong giai đoạn thiết kế để đánh giá các phương án thiết kế khác nhau về mặt chi phí và khối lượng, hoặc trong giai đoạn vận hành để theo dõi và quản lý việc sử dụng vật liệu và năng lượng.

6.3. Tích hợp với các công nghệ mới như Digital Twin và IoT

Việc tích hợp hệ thống quản lý khối lượng tự động với các công nghệ mới như Digital Twin và IoT (Internet of Things) có thể mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng theo dõi và quản lý dự án trong thời gian thực, phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn, và tối ưu hóa hiệu suất làm việc. Ví dụ, các cảm biến IoT có thể được sử dụng để theo dõi lượng vật liệu đã sử dụng trên công trường và so sánh với dữ liệu trong mô hình BIM, từ đó phát hiện các sai lệch và điều chỉnh kế hoạch.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chuyển đổi số trong ngành xây dựng tại Việt Nam đang trở thành xu hướng tất yếu dưới sự định hướng của khung pháp lý quốc gia, tiêu biểu là Quyết định số 2500/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ và Quyết định số 1004/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng về kế hoạch chuyển đổi số giai đoạn 2020-2025. Tuy nhiên, công tác đo bóc và quản lý khối lượng thi công hiện nay vẫn phụ thuộc lớn vào phương pháp thủ công, dẫn đến nguy cơ sai lệch số liệu, kéo dài thời gian kiểm toán và khó kiểm soát biến động khi có thay đổi thiết kế.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Xây dựng với đề tài nghiên cứu về hệ thống truy xuất và quản lý khối lượng tự động trên nền tảng BIM kết hợp Autodesk Forge Web được thực hiện từ tháng 02/2020 đến tháng 12/2020 tại Thành phố Hồ Chí Minh. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng bộ công cụ tự động hóa đo bóc khối lượng trực tiếp từ mô hình Revit, đồng thời tổ chức cơ sở dữ liệu tập trung theo hệ thống phân loại OmniClass mở rộng và phát triển nền tảng ứng dụng web trực quan hóa 3D.

Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu được kiểm chứng tại các nhà thầu quy mô lớn trong top 10 doanh nghiệp xây dựng uy tín Việt Nam. Giải pháp giúp giảm khoảng 60% thời gian lập bảng tiên lượng khối lượng, hạn chế hơn 90% lỗi trùng lặp cấu kiện và cắt giảm đáng kể chi phí đầu tư bản quyền phần mềm xem mô hình chuyên dụng cho kỹ sư hiện trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết Mô hình thông tin công trình (BIM) theo chuẩn quốc tế của Viện Tiêu chuẩn Xây dựng Hoàng gia Anh (NBS) và các tập đoàn công nghệ hàng đầu như Autodesk, Trimble. BIM đóng vai trò là một quy trình kỹ thuật số tích hợp toàn diện thông tin công trình trong suốt vòng đời dự án.

Hệ thống phân loại xây dựng OmniClass (OCCS) gồm 15 bảng phân cấp chuyên biệt được ứng dụng để chuẩn hóa dữ liệu. Trọng tâm nghiên cứu khai thác Bảng 21 (Elements - kế thừa từ UniFormat) nhằm phân loại cấu kiện chức năng và Bảng 22 (Work Results - kế thừa từ MasterFormat) để quản lý kết quả công tác xây lắp theo định mức thực tế.

Mô hình kiến trúc phần mềm áp dụng cấu trúc Model - View - ViewModel (MVVM) giúp phân tách độc lập giữa tầng dữ liệu logic và giao diện người dùng. Công nghệ lập trình backend sử dụng ngôn ngữ C# trên nền tảng .NET Framework, WPF kết hợp với cơ sở dữ liệu quan hệ SQL Server, Entity Framework Core và giao thức truyền tải dữ liệu chuẩn RESTful API.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp nghiên cứu phát triển công cụ kết hợp kiểm nghiệm thực chứng (Action Research). Nguồn dữ liệu sơ cấp được trích xuất trực tiếp từ các tệp mô hình thông tin công trình Revit đa bộ môn gồm Kết cấu, Kiến trúc và Cơ điện (MEP).

Quy mô tập mẫu thử nghiệm bao gồm 100% các cấu kiện chịu lực, tường ngăn, lớp hoàn thiện sàn trần và gạch ốp lát của khối công trình thực tế thuộc dự án quy mô lớn Celadon City (Block M8) tại Thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling) được lựa chọn nhằm kiểm tra sức chịu tải của thuật toán trên các mô hình có độ phức tạp cao, dung lượng dữ liệu lớn và chứa nhiều chi tiết giao cắt phi quy chuẩn.

Lý do lựa chọn phương pháp phát triển plugin dựa trên Revit API và Autodesk Forge Web Service là nhằm khắc phục hạn chế cố hữu của phần mềm thương mại gốc, vốn không thể tự động bóc tách các đầu mục phức tạp như vữa trát trần, bê tông mở rộng đầu cột hay tối ưu hóa mạch cắt gạch ốp lát theo yêu cầu thi công thực tế tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã phát triển thành công hệ thống 6 công cụ tự động hóa chuyên biệt tích hợp trực tiếp vào phần mềm Revit:

• Công cụ Join Element tự động xử lý 100% các xung đột giao cắt cấu kiện theo thứ tự ưu tiên quy chuẩn: Cột và Vách được ưu tiên trước Dầm và Sàn; Sàn được ưu tiên trước Dầm.
• Công cụ Extend Concrete giải quyết chính xác thể tích bê tông chênh lệch mác tại vùng nút khung liên kết giữa cột, vách và dầm sàn, loại bỏ hoàn toàn các ước lượng gần đúng.
• Công cụ Formwork và Plaster Mortar tính toán diện tích ván khuôn và vữa tô trát trần căn hộ tự động, đồng thời trích xuất công thức diễn giải chi tiết phục vụ công tác bảo vệ khối lượng.
• Công cụ Count Tile tự động chia lưới gạch ốp lát, thống kê số lượng viên gạch nguyên, kích thước chính xác từng viên gạch cắt lẻ và giảm tỷ lệ hao hụt vật tư thực tế xuống dưới mức 5%.
• Công cụ BIM Data kết nối cơ sở dữ liệu SQL Server thông qua RESTful API, tự động trích xuất thuộc tính cấu kiện theo bảng mã OmniClass mở rộng.

Nền tảng website beycons.net tích hợp Autodesk Forge Web Viewer cho phép người dùng xem, lọc và truy vấn khối lượng tương tác trực tiếp với mô hình 3D trên trình duyệt với thời gian phản hồi dưới 2 giây mà không cần cài đặt phần mềm chuyên dụng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tạo nên sự vượt trội của hệ thống là việc chuyển đổi dữ liệu hình học phức tạp từ Revit API thành cấu trúc dữ liệu quan hệ được định danh chuẩn hóa theo từng mã công tác OmniClass. So sánh với các nghiên cứu truy vấn IFCXML trước đây vốn có tốc độ xử lý chậm và giao diện web thô sơ, giải pháp này mang lại tốc độ truy xuất nhanh hơn khoảng 3 lần và khả năng tương tác 3D mượt mà trên đa thiết bị.

Dữ liệu khối lượng được trình bày trực quan qua các bảng tổng hợp đa chiều và biểu đồ hình cột so sánh biến động khối lượng giữa các phiên bản thiết kế (version) hoặc yêu cầu thông tin (RFI). Cách trình bày này giúp các kỹ sư quản lý chi phí (QS) dễ dàng đối chiếu khối lượng thiết kế với khối lượng thi công thực tế theo đúng quy định tại Điều 33 Nghị định số 59/2015/NĐ-CP và Thông tư số 17/2019/TT-BXD.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa bộ mã phân loại cấu kiện doanh nghiệp: Các tổng công ty xây dựng cần thiết lập và ban hành bộ danh mục mã OmniClass mở rộng tương thích với hệ thống định mức xây dựng Việt Nam. Mục tiêu hoàn thiện quy chuẩn này trong vòng 3 tháng đầu áp dụng để đồng bộ 100% dữ liệu đầu vào.

2. Triển khai nền tảng quản lý khối lượng trực tuyến trên nền Web: Ban chỉ huy công trường và văn phòng kỹ thuật cần ứng dụng giải pháp web viewer dựa trên Autodesk Forge nhằm cắt giảm khoảng 40% chi phí mua sắm bản quyền phần mềm và trang thiết bị phần cứng cấu hình cao trong vòng 6 tháng.

3. Mở rộng tích hợp tiến độ 4D và chi phí 5D: Đội ngũ phát triển công nghệ của doanh nghiệp cần tiếp tục nâng cấp hệ thống RESTful API, kết nối dữ liệu khối lượng tự động với tiến độ thi công và kế hoạch giải ngân thực tế, hướng tới mục tiêu nâng cao 30% hiệu quả dự báo dòng tiền dự án trong 12 tháng tiếp theo.

4. Đào tạo kỹ sư quản lý khối lượng theo mô hình kỹ thuật số: Các trường đại học và viện nghiên cứu cần lồng ghép chương trình giảng dạy lập trình ứng dụng BIM API và quản lý dữ liệu vào chương trình đào tạo kỹ sư QS, đặt mục tiêu đào tạo ít nhất 200 chuyên viên thành thạo công nghệ mỗi năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư Quản lý chi phí và Khối lượng (QS): Nắm bắt phương pháp tự động hóa bóc tách các đầu mục công việc phức tạp như ván khuôn, vữa trát, gạch hoàn thiện; tiết kiệm khoảng 70% thời gian xử lý hồ sơ dự toán và thanh quyết toán công trình.
• Ban chỉ huy công trường và Kỹ sư hiện trường: Sử dụng giải pháp mô hình 3D trên nền web để kiểm tra nhanh khối lượng, giải trình nghiệm thu trực quan với các bên mà không phụ thuộc vào máy trạm đồ họa chuyên dụng.
• Chủ đầu tư và Đơn vị Tư vấn Quản lý Dự án: Thiết lập công cụ kiểm soát minh bạch các phát sinh khối lượng qua từng phiên bản điều chỉnh thiết kế, theo dõi lịch sử cập nhật số liệu chính xác theo từng giai đoạn dự án.
• Lập trình viên và Nhà phát triển ứng dụng Xây dựng: Tham khảo mô hình kiến trúc phần mềm MVVM, phương thức kết nối Revit API, Entity Framework Core và quy trình nhúng Autodesk Forge API vào hệ thống quản lý dự án thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống xử lý bài toán trùng lặp thể tích bê tông khi các cấu kiện giao cắt nhau như thế nào? Công cụ Join Element tự động thiết lập thuật toán thứ tự ưu tiên không gian: Cột và Vách luôn được giữ nguyên thể tích chuẩn, Dầm và Sàn khi giao cắt sẽ tự động bị khấu trừ phần thể tích chiếm chỗ. Quy trình này giúp loại bỏ hoàn toàn 100% các sai số trùng lặp khối lượng bê tông thường gặp trong bóc tách thủ công.

Tại sao giải pháp nền tảng Web Autodesk Forge lại tiết kiệm chi phí hơn phần mềm truyền thống? Phần mềm mô hình hóa chuyên dụng đòi hỏi chi phí bản quyền hàng nghìn USD mỗi năm cùng máy tính cấu hình cao. Nền tảng web Forge cho phép nhúng mô hình 3D lên trình duyệt web thông thường, giúp tiết kiệm hơn 70% chi phí đầu tư phần mềm và thiết bị cho lực lượng kỹ sư giám sát tại hiện trường.

Hệ thống phân loại OmniClass được điều chỉnh như thế nào để phù hợp với định mức Việt Nam? Hệ thống kết hợp Bảng 21 để quản lý thuộc tính đối tượng hình học và Bảng 22 để định danh công tác xây lắp, sau đó mở rộng thêm các nhánh mã con tương ứng với danh mục định mức dự toán xây dựng công trình hiện hành của Bộ Xây dựng.

Công cụ Count Tile hỗ trợ kiểm soát hao hụt vật tư gạch ốp lát ra sao? Công cụ tự động hóa việc chia lưới viên gạch theo mặt bằng thực tế, phân loại chính xác số viên gạch nguyên và kích thước chi tiết của từng viên gạch cắt lẻ tại các góc biên, giúp kỹ sư lập kế hoạch đặt hàng sát thực tế và duy trì tỷ lệ hao hụt dưới 5%.

Hệ thống quản lý sự thay đổi khối lượng giữa các lần điều chỉnh thiết kế bằng cách nào? Mọi dữ liệu khối lượng trích xuất đều được gắn kèm mã định danh cấu kiện và lưu trữ theo từng phiên bản cập nhật trên cơ sở dữ liệu SQL Server. Khi có yêu cầu thay đổi thiết kế hoặc RFI mới, hệ thống tự động xuất bảng so sánh chênh lệch giữa hai phiên bản tức thì.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán tự động hóa đo bóc khối lượng kết cấu và hoàn thiện trên phần mềm Revit thông qua bộ công cụ phát triển chuyên sâu.
• Chuẩn hóa thành công cấu trúc dữ liệu quản lý khối lượng công trình dựa trên hệ thống phân loại OmniClass mở rộng phù hợp với thực tiễn xây dựng tại Việt Nam.
• Thiết lập nền tảng ứng dụng web beycons.net tích hợp Autodesk Forge, giúp trực quan hóa mô hình 3D và truy xuất số liệu khối lượng linh hoạt trên môi trường trực tuyến.
• Xây dựng hệ thống quản lý lịch sử biến động khối lượng theo từng phiên bản thiết kế, nâng cao tính minh bạch trong công tác nghiệm thu và thanh quyết toán.
• Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững cho các doanh nghiệp xây dựng trong lộ trình chuyển đổi số giai đoạn 2021-2025 theo định hướng quốc gia.

Các đơn vị nhà thầu, tư vấn và chủ đầu tư nên sớm tiếp cận và ứng dụng các giải pháp tự động hóa BIM Web để tối ưu hóa nguồn lực quản lý và nâng cao năng lực cạnh tranh trong kỷ nguyên số.