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.
