Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành xây dựng tại Việt Nam ngày càng phát triển nhanh chóng, việc quản lý khối lượng thi công chính xác và hiệu quả trở thành một thách thức lớn. Theo ước tính, sai số trong việc bóc tách khối lượng thủ công có thể lên đến 10-15%, gây ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ và chi phí dự án. Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp truy xuất và quản lý khối lượng thi công tự động trên nền tảng BIM (Building Information Modeling) kết hợp với công nghệ Autodesk Forge Web, nhằm nâng cao độ chính xác và tiết kiệm thời gian trong công tác quản lý khối lượng xây dựng.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là: (1) tự động hóa việc tính toán khối lượng các hạng mục thi công như cốt pha, bê tông, tô trát, lát gạch dựa trên mô hình BIM; (2) xây dựng hệ thống phân loại khối lượng theo chuẩn OmniClass phù hợp với thực tiễn Việt Nam; (3) phát triển nền tảng web tích hợp Autodesk Forge để hiển thị và quản lý dữ liệu khối lượng trực quan; (4) lưu trữ và quản lý dữ liệu theo phiên bản để theo dõi lịch sử thay đổi. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh, với dữ liệu thu thập từ các dự án xây dựng áp dụng BIM trong giai đoạn 2020-2021.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý dự án xây dựng, giảm thiểu sai sót trong bóc tách khối lượng, đồng thời tiết kiệm chi phí và thời gian cho các bên liên quan. Việc ứng dụng công nghệ BIM và nền tảng web Forge giúp tăng cường khả năng truy xuất thông tin nhanh chóng, minh bạch và hỗ trợ ra quyết định chính xác hơn trong quản lý thi công.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: (1) Mô hình thông tin xây dựng (BIM) – một quy trình quản lý và tạo lập dữ liệu kỹ thuật số 3D cho công trình xây dựng, giúp đồng bộ hóa thông tin giữa các bên tham gia dự án; (2) Hệ thống phân loại OmniClass – chuẩn phân loại thông tin xây dựng đa chiều, bao gồm 15 bảng phân cấp, trong đó bảng mã công việc và bảng mã vật liệu được sử dụng để tổ chức và truy xuất dữ liệu khối lượng thi công.

Ba khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm:

  • Khối lượng thi công (Quantity Takeoff): Tổng hợp các số liệu về diện tích, thể tích vật liệu và công tác thi công dựa trên mô hình BIM.
  • Phiên bản dữ liệu (Versioning): Quản lý lịch sử thay đổi dữ liệu khối lượng theo từng phiên bản để theo dõi và kiểm soát.
  • Nền tảng Autodesk Forge: Bộ API web hỗ trợ hiển thị, tương tác và quản lý mô hình 3D trên trình duyệt, giúp truy xuất dữ liệu BIM trực quan.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các dự án xây dựng tại TP. Hồ Chí Minh áp dụng BIM trong giai đoạn từ tháng 12/2020 đến tháng 12/2021, với cỡ mẫu khoảng 10 dự án tiêu biểu. Dữ liệu bao gồm mô hình BIM được xây dựng trên phần mềm Revit, các bảng mã phân loại OmniClass, và các tài liệu quản lý dự án.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp:

  • Phân tích định lượng: Tự động trích xuất khối lượng thi công từ mô hình BIM qua các plugin lập trình bằng C# trên nền tảng Revit API, áp dụng chuẩn phân loại OmniClass để tổ chức dữ liệu.
  • Phân tích định tính: Đánh giá hiệu quả quản lý khối lượng qua nền tảng web tích hợp Autodesk Forge, khảo sát ý kiến người dùng về tính tiện lợi và độ chính xác.
  • Phát triển phần mềm: Xây dựng plugin tự động hóa tính toán khối lượng và nền tảng web quản lý dữ liệu với kiến trúc MVVM, sử dụng SQL Server làm cơ sở dữ liệu, ASP.NET Core và WPF cho giao diện.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline:

  • Tháng 12/2020 – 03/2021: Thu thập và phân tích dữ liệu dự án.
  • Tháng 04/2021 – 08/2021: Phát triển plugin và nền tảng web.
  • Tháng 09/2021 – 12/2021: Kiểm thử, đánh giá và hoàn thiện hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tự động hóa tính toán khối lượng thi công: Plugin phát triển cho phép trích xuất chính xác các khối lượng như diện tích cốt pha, thể tích bê tông cột-vách, diện tích tô trát, lát gạch với sai số dưới 2% so với phương pháp thủ công. Ví dụ, khối lượng bê tông cột-vách được tính toán tự động đạt độ chính xác 98%, tiết kiệm khoảng 70% thời gian so với phương pháp truyền thống.

  2. Áp dụng chuẩn phân loại OmniClass: Hệ thống phân loại khối lượng theo OmniClass được mở rộng và tùy chỉnh phù hợp với đặc thù công trình tại Việt Nam, giúp tổ chức dữ liệu hiệu quả, dễ dàng truy xuất và tổng hợp. Khoảng 95% các hạng mục thi công được phân loại chính xác theo bảng mã OmniClass.

  3. Quản lý dữ liệu theo phiên bản: Nền tảng web lưu trữ dữ liệu khối lượng theo từng phiên bản giúp theo dõi lịch sử thay đổi, hỗ trợ kiểm soát phát sinh và điều chỉnh kịp thời. Tính năng này giúp giảm 30% các tranh chấp liên quan đến khối lượng phát sinh trong dự án.

  4. Tích hợp Autodesk Forge: Việc tích hợp nền tảng Forge cho phép hiển thị mô hình 3D trực tuyến, hỗ trợ người dùng tương tác, giải trình khối lượng trực quan. Người dùng đánh giá tính năng này giúp tăng 40% hiệu quả trong việc truyền đạt thông tin giữa các bên liên quan.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của thành công là việc tận dụng tối đa dữ liệu BIM có cấu trúc, kết hợp với hệ thống phân loại chuẩn OmniClass giúp chuẩn hóa và tổ chức dữ liệu khối lượng một cách khoa học. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào trích xuất thủ công hoặc bán tự động, nghiên cứu này đã nâng cao tính tự động và độ chính xác, đồng thời giảm thiểu sai sót do con người.

Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo ngành xây dựng quốc tế về lợi ích của BIM trong quản lý khối lượng và chi phí. Việc quản lý dữ liệu theo phiên bản và tích hợp nền tảng web giúp tăng tính minh bạch và khả năng kiểm soát dự án, điều mà nhiều nghiên cứu trước đây chưa đề cập sâu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh thời gian và sai số giữa phương pháp thủ công và tự động, bảng tổng hợp tỷ lệ phân loại khối lượng theo OmniClass, cũng như biểu đồ thể hiện mức độ hài lòng của người dùng với nền tảng web Forge.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi plugin tự động hóa khối lượng: Khuyến nghị các nhà thầu và tư vấn áp dụng plugin tính toán khối lượng tự động trên nền tảng Revit để nâng cao hiệu quả và độ chính xác, mục tiêu giảm thời gian bóc tách khối lượng ít nhất 50% trong vòng 6 tháng.

  2. Chuẩn hóa dữ liệu theo hệ thống phân loại OmniClass: Các đơn vị quản lý dự án nên áp dụng chuẩn phân loại OmniClass đã được tùy chỉnh phù hợp với Việt Nam để đồng bộ hóa dữ liệu, giúp việc tổng hợp và báo cáo trở nên dễ dàng và chính xác hơn.

  3. Xây dựng nền tảng quản lý dữ liệu khối lượng theo phiên bản: Đề xuất phát triển và duy trì hệ thống quản lý dữ liệu theo phiên bản nhằm kiểm soát lịch sử thay đổi, giảm thiểu tranh chấp phát sinh, áp dụng trong vòng 1 năm cho các dự án lớn.

  4. Tăng cường đào tạo và hỗ trợ sử dụng nền tảng Autodesk Forge: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật và quản lý dự án về cách sử dụng nền tảng web tích hợp Forge để nâng cao khả năng tương tác và giải trình thông tin, dự kiến hoàn thành trong 3 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà thầu xây dựng: Giúp nâng cao hiệu quả quản lý khối lượng thi công, giảm sai sót và tiết kiệm thời gian trong công tác bóc tách khối lượng, từ đó tối ưu chi phí và tiến độ thi công.

  2. Tư vấn thiết kế và quản lý dự án: Cung cấp công cụ hỗ trợ kiểm soát khối lượng, theo dõi lịch sử thay đổi và phối hợp hiệu quả giữa các bên liên quan thông qua nền tảng web trực quan.

  3. Các chuyên gia BIM và phát triển phần mềm xây dựng: Tham khảo mô hình phát triển plugin tự động hóa và tích hợp nền tảng web Forge, áp dụng kiến thức về MVVM, API Revit và quản lý dữ liệu SQL Server.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước và các tổ chức nghiên cứu: Là tài liệu tham khảo để xây dựng các quy chuẩn, hướng dẫn áp dụng BIM trong quản lý khối lượng và chi phí xây dựng, góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tự động hóa tính toán khối lượng trên BIM có chính xác không?
    Nghiên cứu cho thấy sai số dưới 2% so với phương pháp thủ công, nhờ việc sử dụng dữ liệu kỹ thuật số chính xác từ mô hình BIM và chuẩn phân loại OmniClass.

  2. Nền tảng Autodesk Forge hỗ trợ gì trong quản lý khối lượng?
    Forge cho phép hiển thị mô hình 3D trực tuyến, tương tác và giải trình khối lượng một cách trực quan, giúp các bên liên quan dễ dàng kiểm tra và trao đổi thông tin.

  3. Làm thế nào để quản lý dữ liệu khối lượng theo phiên bản?
    Dữ liệu được lưu trữ và phân loại theo từng phiên bản trong hệ thống quản lý, giúp theo dõi lịch sử thay đổi, phát hiện sai lệch và điều chỉnh kịp thời.

  4. Plugin tự động hóa có áp dụng được cho tất cả các dự án xây dựng?
    Plugin được thiết kế linh hoạt cho các dự án áp dụng BIM trên phần mềm Revit, phù hợp với nhiều loại công trình và có thể tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể.

  5. Lợi ích kinh tế khi áp dụng giải pháp này là gì?
    Giảm thời gian bóc tách khối lượng khoảng 70%, giảm sai sót và tranh chấp, tiết kiệm chi phí mua thiết bị và phần mềm xem mô hình, đồng thời nâng cao hiệu quả quản lý dự án.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã phát triển thành công hệ thống tự động hóa truy xuất và quản lý khối lượng thi công trên nền tảng BIM kết hợp Autodesk Forge, nâng cao độ chính xác và hiệu quả quản lý.
  • Hệ thống phân loại OmniClass được tùy chỉnh phù hợp với thực tiễn Việt Nam, giúp tổ chức dữ liệu khoa học và dễ dàng truy xuất.
  • Quản lý dữ liệu theo phiên bản giúp kiểm soát lịch sử thay đổi, giảm thiểu tranh chấp và sai sót trong dự án.
  • Nền tảng web tích hợp Forge hỗ trợ hiển thị mô hình 3D trực tuyến, tăng cường khả năng tương tác và giải trình thông tin giữa các bên.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi giải pháp trong ngành xây dựng Việt Nam, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng tính năng và tích hợp với các hệ thống quản lý dự án khác.

Hành động tiếp theo là áp dụng thử nghiệm giải pháp tại các dự án thực tế trong 6 tháng tới để đánh giá hiệu quả và hoàn thiện hệ thống. Các nhà quản lý, kỹ sư BIM và nhà thầu xây dựng được khuyến khích tiếp cận và ứng dụng công nghệ này nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh và chất lượng dự án.