Quản lý rủi ro xây dựng ngầm bằng Ontology - Case study tại TPHCM

Nghiên cứu quản lý rủi ro xây dựng công trình ngầm bằng công nghệ Ontology & Semantic Web. Phân tích trường hợp áp dụng tại dự án ngầm hóa đô thị TP.HCM.

• Tác giả: Nguyễn Bá Tiến
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Ngọc Châu
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Quản lý Xây dựng
• Đề tài: Quản lý Rủi ro Xây dựng Sử dụng Công nghệ Ontology & Semantic Web - Trường hợp Nghiên cứu Áp dụng Dự án Ngầm hóa Đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Quản lý Rủi ro Công trình Ngầm

Quản lý rủi ro xây dựng công trình ngầm đô thị là một lĩnh vực quan trọng trong phát triển hạ tầng hiện đại. Các dự án ngầm hóa đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh và các thành phố lớn khác đang đối mặt với những thách thức phức tạp từ địa chất, môi trường, và yếu tố xã hội. Việc xác định và phân tích các nhân tố rủi ro trong quá trình thi công là nhiệm vụ thiết yếu để đảm bảo an toàn, tiến độ và hiệu quả kinh tế dự án. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ hiện đại như Ontology & Semantic Web trong quản lý rủi ro công trình ngầm sẽ giúp các bên tham gia dự án có công cụ đánh giá rủi ro hiệu quả và khoa học hơn, từ đó phòng ngừa, né tránh hoặc chuyển giao rủi ro kịp thời.

1.1. Tầm quan trọng của Quản lý Rủi ro trong Xây dựng Ngầm

Rủi ro xây dựng trong công trình ngầm bao gồm nhiều khía cạnh: rủi ro địa chất, rủi ro kỹ thuật, rủi ro tài chính và rủi ro môi trường. Việc phát hiện sớm các yếu tố rủi ro giúp tạo cơ hội để điều chỉnh kế hoạch, nâng cao chất lượng công việc và rút ngắn thời gian thi công. Quản lý rủi ro hiệu quả là chìa khóa thành công của dự án.

1.2. Vai trò của Công nghệ Ontology trong Quản lý Rủi ro

Công nghệ Ontology & Semantic Web cung cấp khung làm việc để xây dựng cơ sở dữ liệu tri thức về rủi ro. Công nghệ này cho phép truy xuất dữ liệu rủi ro một cách có cấu trúc, logic và hiệu quả, giúp các nhà quản lý dự án đưa ra quyết định chính xác dựa trên dữ liệu đầy đủ.

II. Xác định và Phân tích Nhân tố Rủi ro trong Công trình Ngầm Đô thị

Việc xác định nhân tố rủi ro trong dự án ngầm hóa đô thị yêu cầu phân tích chi tiết các khía cạnh kỹ thuật, pháp lý, tài chính và xã hội. Các yếu tố rủi ro chính bao gồm: điều kiện địa chất phức tạp, tiềm ẩn chứa nước ngầm, gần các công trình hiện có, ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt dân cư. Ngoài ra, còn có rủi ro liên quan đến công nghệ thi công, năng lực của các nhà thầu, và những không chắc chắn về chính sách pháp lý. Một cơ sở dữ liệu tri thức rủi ro được xây dựng từ các dự án trước giúp nhận diện và đánh giá rủi ro cho các dự án tương lai một cách khoa học và toàn diện.

2.1. Các Loại Rủi ro Chính trong Công trình Ngầm Hóa

Rủi ro địa chất bao gồm những biến động trong độ ổn định đất, sự hiện diện của các tầng phía dưới khó dự đoán. Rủi ro môi trường liên quan đến ô nhiễm không khí, tiếng ồn, rung lắc trong quá trình thi công. Rủi ro xã hội phát sinh từ sự phản đối của cộng đồng, ảnh hưởng đến giao thông. Việc nắm rõ các loại rủi ro này giúp xây dựng chiến lược quản lý phù hợp.

2.2. Phương pháp Phân tích Rủi ro sử dụng Ontology

Ontology & Semantic Web cho phép biểu diễn các nhân tố rủi ro dưới dạng các khái niệm có liên kết logic. Cách tiếp cận này giúp hệ thống tự động nhận diện mối quan hệ giữa các rủi ro khác nhau, từ đó đưa ra những cảnh báo và khuyến nghị phòng ngừa chính xác hơn.

III. Xây dựng Hệ thống Cơ sở Dữ liệu Tri thức Rủi ro

Cơ sở dữ liệu tri thức về rủi ro công trình ngầm được xây dựng dựa trên các thông tin thu thập từ các dự án đã hoàn thành, các báo cáo từ các bên tham gia dự án, và các nghiên cứu học thuật. Hệ thống này sử dụng Ontology để mô hình hóa các khái niệm, thuộc tính và mối quan hệ của các nhân tố rủi ro. Bằng cách tổ chức dữ liệu theo cấu trúc Semantic Web, các nhà quản lý có thể truy xuất thông tin rủi ro một cách hiệu quả, so sánh với các dự án tương tự, và dự đoán những rủi ro tiềm ẩn. Cơ sở dữ liệu tri thức này không chỉ lưu trữ thông tin mà còn chứa các tập luật truy xuất rủi ro giúp tự động phân tích và cảnh báo rủi ro.

3.1. Cấu trúc Ontology cho Rủi ro Công trình Ngầm

Ontology cho quản lý rủi ro bao gồm các lớp chính như: Rủi ro Kỹ thuật, Rủi ro Tài chính, Rủi ro Pháp lý, Rủi ro Môi trường. Mỗi lớp được chia thành các lớp con cụ thể hơn. Các mối quan hệ giữa các khái niệm được định nghĩa rõ ràng, tạo nên một mạng lưới tri thức toàn diện về yếu tố rủi ro trong dự án ngầm hóa.

3.2. Ứng dụng Semantic Web trong Truy xuất Dữ liệu Rủi ro

Semantic Web cho phép máy tính hiểu được ý nghĩa của dữ liệu, không chỉ đơn thuần là lưu trữ. Thông qua các truy vấn ngữ nghĩa, hệ thống có thể tìm ra những rủi ro tương tự từ các dự án khác, gợi ý các biện pháp phòng ngừa đã được áp dụng thành công, và dự báo những rủi ro mới dựa trên các mô hình đã học.

IV. Quy trình Quản lý Rủi ro và Áp dụng thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh

Quy trình quản lý rủi ro xây dựng trên nền tảng Ontology & Semantic Web bao gồm các bước: (1) Xác định rủi ro sử dụng cơ sở dữ liệu tri thức hiện có, (2) Phân tích mức độ và ảnh hưởng của rủi ro, (3) Lập kế hoạch ứng phó rủi ro, (4) Theo dõi và giám sát rủi ro trong quá trình thi công. Trong dự án ngầm hóa đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh, quy trình này được áp dụng để quản lý các rủi ro liên quan đến địa chất phức tạp, mật độ dân cư cao, và cơ sở hạ tầng hiện có dày đặc. Kết quả cho thấy việc sử dụng công nghệ Ontology & Semantic Web giúp giảm thiểu các sai sót, tăng cường sự phối hợp giữa các bên tham gia, và nâng cao hiệu quả quản lý rủi ro công trình ngầm.

4.1. Các Bước Thực hiện Quản lý Rủi ro trong Dự án Ngầm Hóa

Bước 1: Sử dụng cơ sở dữ liệu tri thức để xác định các rủi ro tiềm ẩn dựa trên các dự án tương tự. Bước 2: Đánh giá xác suất xảy ra và mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố rủi ro. Bước 3: Phát triển chiến lược ứng phó rủi ro phù hợp với từng loại rủi ro. Bước 4: Thực thi kế hoạch và theo dõi liên tục để điều chỉnh kịp thời.

4.2. Hiệu quả và Tiềm năng Áp dụng tại Thành phố Hồ Chí Minh

Áp dụng Ontology & Semantic Web trong quản lý rủi ro dự án ngầm hóa đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh đã cho thấy những kết quả khích lệ: giảm chi phí không lên kế hoạch, tăng đồng thuận giữa các bên tham gia, cải thiện an toàn thi công. Tiềm năng áp dụng rộng rãi cho các dự án công trình ngầm tương tự trong tương lai rất lớn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề; Chương 2: Tổng quan; Chương 3: Phương pháp nghiên cứu; Chương 4: Thu thập và phân tích dữ liệu; Chương 5: Xây dựng hệ thống dữ liệu tri thức trên Ontology và Semantic Web; Chương 6 Trường hợp áp dụng quản lý rủi ro trường hợp nghiên cứu dự án ngầm hóa đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh; Chương 7: Kết luận và kiến nghị GVHD: TS. Đặng Ngọc Châu &PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ HVTH: Nguyễn Bá Tiến Luận Văn Thạc Sỹ 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Định nghĩa Semantic Web (Web ngữ nghĩa) Web ngữ nghĩa là sự mở rộng của Web hiện tại mà trong đó thông tin được định nghĩa rõ ràng sao cho con người và máy tính có thể cùng làm việc với nhau một cách hiệu quả hơn. Mục tiêu của Web có ngữ nghĩa là để phát triển các chuẩn chung và công nghệ cho phép máy tính có thể hiểu được nhiều hơn thông tin trên Web, sao cho chúng có thể hỗ trợ tốt hơn việc khám phá thông tin, tích hợp dữ liệu (dữ liệu liên kết động), và tự động hóa các công việc [15]. Web ngữ nghĩa được phát triển bởi Tim- Berners Lee, cha đẻ của WWW, URIs, HTTP và HTML.

Theo Ông, ‘‘ Web ngữ nghĩa là sự mở rộng của Web hiện tại, cho phép người dùng có thể truy tìm, phối hợp, sử dụng lại và trích lọc thông tin một cách dễ dàng và chính xác ’’ [16]. 1 Cấu trúc phân tầng của Semantic Web [16] Semantic Web là một phương pháp cho phép máy tính hiểu được ý nghĩa của dữ liệu thông qua việc sử dụng các nguồn dữ liệu có cấu trúc và các nguồn tri thứC. Trong quản lý rủi ro, Semantic Web có thể được sử dụng để tạo ra các bộ tri thức và các quy tắc logic để phân tích dữ liệu liên quan đến rủi ro từ nhiều nguồn khác nhau. Các công nghệ Semantic Web như RDF (Resource Description Framework), OWL GVHD: TS.

Đặng Ngọc Châu &PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ HVTH: Nguyễn Bá Tiến Luận Văn Thạc Sỹ 7 (Web Ontology Language) và SPARQL (SPARQL Protocol and RDF Query Language) có thể được áp dụng để tổ chức, truy xuất và xử lý thông tin về rủi ro [17].2 Định nghĩa Ontology Ontology [18] cung cấp một bộ từ vựng chung dùng để mô tả một lĩnh vực nghĩa là một loại đối tượng hay khái niệm hiện hữu, cùng với các thuộc tính và quan hệ giữa chúng và lời đặc tả cho nghĩa của những từ trong bộ từ vựng. Vai trò của Ontology giúp chia sẻ sự hiểu biết chung giữa các ứng dụng và kiến thức con người, cho phép truy vấn sử dụng kiến thức, đưa ra các giả thiết giả lập rõ ràng, phân tách tri thức lĩnh lực và tri thức thao tác và phân tích tri thức lĩnh vực khởi tạo. Các thành phần của Ontology gồm: + Các cá thể (Individuals): Các cá thể là các thành phần cơ bản, nền tảng của một Ontology. + Các lớp (Classes): các lớp là các nhóm, tập hợp các đối tượng trừu tượng Chúng có thể chứa các cá thể, các lớp khác, hay là sự phối hợp của cả hai.

+ Các thuộc tính (Properties): các đối tượng trong Ontology có thể được mô tả thông qua việc khai báo các thuộc tính của chúng. Mỗi một thuộc tính đều có tên và giá trị của thuộc tính đó. Các thuộc tính được sử dụng để lưu trữ các thông tin mà đối tượng có thể có. + Các mối quan hệ (Relation): Một mối quan hệ là một thuộc tính có giá trị là một đối tượng nào đó trong Ontology.

Trong quản lý rủi ro, một ontology về rủi ro có thể được xây dựng để mô tả các khái niệm liên quan đến rủi ro, ví dụ như loại rủi ro, nguy cơ, biện pháp phòng ngừa, hậu quả, v. Ontology cung cấp một cấu trúc rõ ràng và chính xác cho việc biểu diễn và chia sẻ thông tin về rủi ro giữa các hệ thống khác nhau. Kết hợp giữa Ontology và Semantic Web trong quản lý rủi ro cho phép hệ thống tự động hóa việc thu thập, tổ chức và phân tích dữ liệu rủi ro từ các nguồn khác nhau. Nó có thể giúp đưa ra những quyết định dựa trên thông tin rủi ro chính xác và nhanh chóng, từ đó cung cấp sự hỗ trợ cho quá trình ra quyết định và quản lý rủi ro trong các lĩnh vực như tài chính, bảo hiểm, y tế, v.

Đặng Ngọc Châu &PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ HVTH: Nguyễn Bá Tiến Luận Văn Thạc Sỹ 8 2.3 Công trình ngầm đô thị Công trình ngầm [19] là những công trình nằm bên dưới mặt đất, trong lòng đất. Theo mục đích sử dụng có thể phân chia: - Công trình kỹ thuật giao thông ngầm gồm: hầm đường sắt, hầm đường bộ, hầm đi bộ, hầm vượt sông… - Công trình thủy lợi ngầm: hầm thủy lợi, hầm cấp thoát nước, hầm đường thủy - Công trình ngầm đô thị: hầm giao thông độ thị, hầm cấp thoát nước, cáp ngầm thông tin, hầm nhà để xe, hầm nhà dâ, hầm nhà máy, công trình cộng cộng (siêu thị, cửa hàng, chung cư.) - Công trình khai thác ngầm: hầm vận chuyển, hầm khai thác, hầm thông gió - Cấu trúc đặt biệt: Hầm chứa tàu, máy bay, nhà kho, nhà máy - Theo quy mô , các công trình ngầm có thể phân chia: + Công trình ngầm nhỏ: chiều rộng sử dụng dưới L<4m + Công trình ngầm trung bình: Chiều rộng 4m<L<10m + Công trình ngầm lớn: chiều rộng sử dụng L>10m - Theo phương pháp xây dựng tổng quát, có thể phân chia: + Công trình ngầm được xây dựng bằng phương pháp đào hố mở + Công trình ngầm được xây dựng bằng phương pháp đào kín (hạ dần) + Công trình ngầm được xây dựng bằng phương pháp hạ chìm Trong phạm vi nghiên cứu tại thành phố Hồ Chí Minh, đối tượng là các công trình ngầm đô thị với đa phương pháp xây dựng và những rủi ro khác nhau có thể gặp phải trong quá trình nghiên cứu. Theo nghị định số 39/2010/NĐ-CP [20] có giải thích từ ngữ, cụ thể như sau: - Công trình ngầm đô thị là những công trình xây dựng dưới mặt đất tại đô thị bao gồm: công trình cộng cộng ngầm, công trình giao thông ngầm, các công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật ngầm và phần ngầm của các công trình xây dựng trên mặt đất, công trình đường dây, cáp , đường ống kỹ thuật ngầm, hào tuy và tuy nen kỹ thuật - Công trình giao thông ngầm là các công trình đường tàu điện ngầm, nhà ga tàu điện ngầm, hầm đường bộ, hầm cho người đi bộ và các công trình phụ trợ kết nối GVHD: TS. Đặng Ngọc Châu &PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ HVTH: Nguyễn Bá Tiến Luận Văn Thạc Sỹ 9 - Công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật ngầm gồm: trạm cấp nước, trạm xử lý nước thải, trạm biến áp, trạm gas, được xây dựng dưới mặt đất.

- Phần ngầm của các công trình xây dựng trên mặt đất là tầng hầm (nếu có) và các bộ phận của công trình ngằm dưới mặt đất.4 Rủi ro xây dựng công trình ngầm đô thị Việc quản lý từ khảo sát, thiết kế, biển khai và xây dựng các công trình ngầm đô thị phức tạp, đặc biệt là những hợp đồng phải dùng những máy móc hiện đại và phức tạp như các máy khoan đào hầm - thường phải đụng chạm tới các biến số xảy ra phức tạp và phụ thuộc lẫn nhau. Những biến số này bao gồm các yếu tố xã hội của địa phương và của quốc gia, các chính sách công, các quy định pháp luật, sự tham gia của cộng đồng, sự chú ỷ của truyền thông, và sự luân thủ các quy định về môi trường. Những yếu tố sau đây, theo Reilly, J.J, 2000 [12] có ảnh hưởng đến các dự án và việc lập kế hoạch quản lý: - Các nhu cầu về cơ sở hạ tầng công cộng là thiết yếu và đang gia tăng tại tất cả các nước. - Kỳ vọng của công chúng là rất cao, đặc biệt là kỳ vọng về dịch vụ tốt với giá rẻ.

- Các quy định vể môi trường thường phúc tạp (ồn, chấn động, bụi, nước thải.) - Các yêu cầu mang tính chính trị xã hội cần phải được tính đến và đáp ứng đầy đủ. - Chi phí về vốn thường rất cao, trong khi các nguồn tài trợ thường khó kiếm và khó giữ. - Các chương trình thường đòi hỏi thời gian; các yêu cầu và ưu tiên thường thay đổi. - Các dự án thường được triển khai tại các khu đô thị đông đúc , gây ảnh hưởng đến ùn tắc giao thông và các công trình xung quanh.

- Các công trình ngầm thường tốn kém, khó quản lý, kiểm soát - Các quy định quá khắt khe sẽ làm giảm tính linh hoạt và cơ hội và làm gia tăng độ phức tạp. - Môi trường cạnh tranh đòi hỏi các nhà thầu phải kiểm soát nhiều rủi ro Trong quá trình xây dựng công trình ngầm ở các đô thị thường phải trải qua nhiều giai đoạn từ lúc hình thành và triển khai dự án tới khi kết thúc dự án, dưa vào GVHD: TS. Đặng Ngọc Châu &PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ HVTH: Nguyễn Bá Tiến Luận Văn Thạc Sỹ 10 khai thác và bảo trì công trình ngầm dều có thể gặp nhiều hoặc ít nguy hiểm tiềm ẩn và rủi ro, thường gặp các dạng rủi ro dưới đây [21]: - Rủi ro tài chính; - Sự chấp nhận của cộng đồng và dư luận của giới truyền thông đối vói công trình; - Sự thay đổi điều kiện địa chất; - Rủi ro trong thiết kế; - Rủi ro trong thi công; - Rủi ro trong hợp đồng; - Rủi ro về môi trường; - Rủi ro trong vận hành máy móc, thiết bị.5 Mức độ rủi nguy hiểm rủi ro xây dựng công trình ngầm Theo Reilly, J.J, 2000; Sopren Degn, 2006; [12][13] có 2 mức độ xem xét từ nguy hiểm đến rủi ro: Sự nguy hiểm: là tình trạng hoặc điều kiện có tiềm ẩn gây hậu quả ngoài ý muốn như: + Thương vong; + Hỏng tính năng sử dụng; + Phá hỏng môi trường; + Tổn thất kinh tế; + Chậm hoàn thành dự án. Một số nguy hiểm thường gặp: - Tranh chấp hợp đồng - Những vấn đề về pháp lý dự án - Mối quan hệ chủ quyền - Liên quan đến bên thứ ba của dự án Nguy hiểm đặc biệt: - Các sự cố - Những tính huống bất lợi - Thiết kế, chỉ dẫn kỹ thuật và kế hoạch không thích đáng - Hư hỏng các thiết bị chủ yếu GVHD: TS.

Đặng Ngọc Châu &PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ HVTH: Nguyễn Bá Tiến Luận Văn Thạc Sỹ 11 - Không theo tiêu chuẩn, trễ tiến độ hoặc sai lệch không cho phép Rủi ro (Risk): là tập hợp các tầng suất cùa các biến cố theo định nghĩa về nguy hiểm nói trên và các hậu quả của các biến cố.