Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Xu hướng đô thị hóa tại Việt Nam khiến căn hộ chung cư trở thành loại hình nhà ở ngày càng phổ biến, đặc biệt ở các thành phố lớn. Diện tích phòng ngủ trong căn hộ chung cư thường bị hạn chế, trong khi nhu cầu bố trí không gian riêng tư, tiện nghi cho trẻ em ngày một được các gia đình coi trọng hơn. Khảo sát được trình bày trong đồ án cho thấy đa số gia đình trẻ hiện nay đề cao sự tự lập và riêng tư cho con cái, dẫn đến nhu cầu thực tế về các sản phẩm nội thất có khả năng tối ưu hóa không gian. Giường tầng được xác định là giải pháp phù hợp vừa tiết kiệm diện tích sàn, vừa tích hợp thêm không gian lưu trữ và học tập cho trẻ.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Thiết kế sản phẩm giường tầng cho trẻ em đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế.
- Lập quy trình gia công, chế tạo thành công sản phẩm và tính toán giá thành.
Nội dung nghiên cứu:
- Tìm hiểu các phong cách thiết kế giường tầng phổ biến và khả năng linh hoạt phù hợp với không gian sử dụng cụ thể.
- Khảo sát không gian chung cư thực tế.
- Thiết kế sản phẩm giường tầng và lựa chọn phương án phù hợp với hiện trạng, đảm bảo kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ, độ bền và yêu cầu nhân trắc học.
- Triển khai chi tiết bản vẽ sản xuất, lập quy trình và chế tạo sản phẩm.
- Tính toán thông số kỹ thuật và giá thành sản phẩm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là căn hộ chung cư 02 phòng ngủ, trong đó phòng ngủ nhỏ dành cho trẻ em có diện tích 8,32 m², đã có sẵn hệ tủ–bàn học và máy lạnh. Người sử dụng sản phẩm là hai bé gái, 4 tuổi và 10 tuổi. Vật liệu nghiên cứu gồm ván ghép thanh cao su và gỗ sồi. Địa điểm thực hiện là xưởng thực tập ngành Kỹ nghệ Gỗ và Nội thất, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện thuộc học kỳ 1 năm học 2023–2024, hoàn thành tháng 3/2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tài liệu tham chiếu:
Đồ án xây dựng cơ sở lý thuyết từ các tài liệu chuyên môn thuộc ngành Kỹ nghệ Gỗ và Nội thất, bao gồm: Khoa học Gỗ, Nguyên lý Thiết kế Nội thất, Công nghệ Vật liệu Gỗ, và nguyên lý sử dụng máy móc kỹ thuật. Hệ thống lý thuyết thiết kế sản phẩm gỗ được vận dụng với các nguyên tắc: tính công năng, tính nghệ thuật, tính công nghệ, tính khoa học, hài hòa với không gian và thân thiện với môi trường. Ergonomic (nhân trắc học) được áp dụng để xác định kích thước chuẩn của giường tầng, bao gồm công thức tính chiều rộng giường theo chiều rộng vai (W = 410 mm đối với nam làm chuẩn), công thức chiều dài giường theo chiều cao cơ thể (L = 1,05h + α + β), và tiêu chuẩn khoảng tĩnh giữa hai tầng (≥ 950 mm). Lý thuyết độ bền vật liệu được ứng dụng để kiểm tra bền uốn tĩnh các chi tiết chịu lực theo phương trình cân bằng tĩnh và điều kiện σU ≤ [σ].
Phương pháp nghiên cứu:
Đồ án sử dụng hai phương pháp chính:
- Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp tài liệu chuyên môn, vận dụng các công thức tính toán độ bền, chỉ tiêu kỹ thuật, lượng dư gia công, tỷ lệ lợi dụng gỗ và giá thành sản phẩm. Công cụ phần mềm gồm: Sketchup (thiết kế 3D, phác thảo ý tưởng), AutoCAD (triển khai bản vẽ 2D, hình chiếu sản phẩm), Artcam (xuất file CNC), Microsoft Word và Excel (trình bày và tính toán).
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát hiện trạng căn hộ thực tế; đo đạc, so sánh các sản phẩm tương tự trên thị trường; chế tạo sản phẩm tại xưởng thực tập gỗ sử dụng máy CNC, máy cưa bàn trượt, máy bào, máy rong cạnh, máy khoan.
Nguồn dữ liệu: Khảo sát hiện trạng phòng ngủ căn hộ chung cư thực tế; khảo sát ba mẫu sản phẩm giường tầng thương mại (IDP HOME, Maxtrix Kids, Oliver Furniture); số liệu từ Tổng cục Hải quan về kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ năm 2023–2024; tài liệu kỹ thuật ngành gỗ nội thất.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu
Chương này trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng nhu cầu nội thất tối ưu hóa không gian trong căn hộ chung cư, từ đó xác định mục tiêu, nội dung, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. Kết cấu đồ án 5 chương được giới thiệu tổng quát.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương cung cấp hai nhóm thông tin nền tảng. Nhóm thứ nhất là bức tranh ngành gỗ Việt Nam: năm 2023, kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ đạt 13,4 tỷ USD (giảm 16,2% so với năm 2022), trong đó sản phẩm gỗ đạt 9,2 tỷ USD; riêng tháng 12/2023 đạt 1,3 tỷ USD. Bốn thị trường xuất khẩu chính (Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc) chiếm 85% tổng kim ngạch tháng 1/2024. Nhóm thứ hai là khảo sát ba mẫu sản phẩm thương mại để làm cơ sở so sánh:
| Mẫu sản phẩm |
Kích thước (mm) |
Nguyên liệu |
Đặc điểm |
| IDP HOME |
D2520 × R2520 × C2700 |
MDF chống ẩm phủ Melamine |
Dạng ngôi nhà, có kệ sách, hộc kéo, cầu thang |
| Maxtrix Kids |
D2030 × R2720 × C1685 |
Gỗ thích, dái ngựa |
Cầu trượt, không gian vui chơi tích hợp |
| Oliver Furniture |
D1660 × R740 × C1320 |
Gỗ sồi + plywood veneer sồi |
Thiết kế nhỏ gọn, góc bo cong nhẹ |
Chương cũng hệ thống sáu phong cách thiết kế giường tầng trẻ em phổ biến: hiện đại, vintage, thần tiên, nghệ thuật và sáng tạo, thể thao và hoạt động, đơn giản và hiệu quả.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương trình bày đặc tính của các nhóm nguyên liệu chính: gỗ tự nhiên (gỗ sồi với đặc điểm độ cứng cao, chống mối mọt tốt, vân đẹp); ván công nghiệp (MFC, HDF, MDF, Plywood); ván ghép thanh cao su (giá thành thấp hơn gỗ tự nhiên 20–30%, không cong vênh sau xử lý hấp sấy); và các loại vật liệu phủ bề mặt (Melamine dày 0,1–0,4 mm, Laminate, Acrylic, Veneer). Các dạng liên kết cơ bản được mô tả gồm: liên kết mộng, liên kết ngàm, liên kết đường rãnh soi, liên kết rãnh, liên kết mộng âm dương, liên kết mộng đuôi én, liên kết chốt gỗ, liên kết chốt cam và liên kết bulong.
Phần kích thước ergonomic xác định: chiều rộng giường đơn ≥ 800 mm; chiều dài giường người lớn tiêu chuẩn 1920 mm; chiều cao giường từ 400–500 mm; chiều cao tĩnh giữa hai tầng ≥ 950 mm; khoảng cách từ mặt đất đến mặt giường dưới < 420 mm. Bảng kích thước chuẩn giường hai tầng quy định chiều dài mặt giường 1920–2020 mm, chiều rộng 720–1000 mm, chiều cao tầng 1 (không đệm) 400–500 mm, chiều cao tầng 2 (không đệm) 500–600 mm, chiều cao tấm chắn ≥ 200 mm.
Chương 4: Thiết kế, lập sơ đồ gia công sản phẩm
Đây là chương cốt lõi của đồ án. Căn cứ hiện trạng phòng ngủ 8,32 m² đã có hệ tủ–bàn học và máy lạnh cố định, nhóm đề xuất ba phương án phối cảnh 3D bằng Sketchup để khách hàng lựa chọn. Yêu cầu đặc biệt từ khách hàng là khung chắn giường tầng trên làm kịch trần (để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bé 4 tuổi) nhưng phải thông thoáng và không che máy lạnh.
Phương án được chọn sử dụng vật liệu ván ghép thanh cao su kết hợp gỗ sồi trắng. Kích thước sản phẩm được xác định:
| Bộ phận |
Kích thước DxRxC (mm) |
| Khung giường tổng thể |
2120 × 1500 × 2650 |
| Giường trên |
2020 × 1120 × 200 |
| Giường dưới |
2020 × 1500 × 350 |
| Cầu thang |
1500 × 400 × 1700 |
Chương trình bày đầy đủ: bản vẽ 3 hình chiếu sản phẩm (AutoCAD), kiểm tra bền nén các chi tiết khung xương ốp và chân, kiểm tra bền uốn ván mặt bậc cầu thang và vai giường dưới theo biểu đồ nội lực. Phần tính toán nguyên liệu lập bảng số lượng và kích thước tinh chế cho từng chi tiết modul cầu thang và modul giường, xác định lượng dư gia công theo từng chiều, tính thể tích gỗ sơ chế có tính tỷ lệ phế phẩm (K = 15%), hiệu suất pha cắt và tỷ lệ lợi dụng gỗ/ván. Dự toán chi phí được lập bao gồm chi phí nguyên liệu ván cao su, nguyên liệu gỗ sồi, vật tư phụ, khấu hao máy, tiền lương công nhân và lợi nhuận theo công thức: GT = GNL + GVT + GL + GKHM + GLN.
Sơ đồ gia công chung tách biệt quy trình cho vật liệu ván và vật liệu gỗ, gồm các công đoạn: cắt CNC, cắt ngắn, bào, rong, cắt chính xác, gia công cục bộ (khoan, bo cạnh, phay), trang sức bề mặt và đóng gói.
Chương 5: Chế tạo sản phẩm
Chương ghi lại toàn bộ quá trình thực thi tại xưởng. Quy trình chế tạo được chia theo từng cụm chi tiết: cụm khung cầu thang, cụm hộc kéo cầu thang, cụm giường trên, cụm khung trang trí, cụm giường dưới, cụm hông và hộc kéo. Quy trình lắp ráp gồm hai giai đoạn: lắp ráp tại xưởng thành các module và lắp đặt hoàn thiện tại công trình của khách hàng. Các chi tiết liên kết bằng vít gỗ, đinh thẳng và chốt cam. Sơn PU và sơn NC được ứng dụng cho công đoạn trang sức bề mặt.
Thiết kế và triển khai
Kiến trúc sản phẩm và công nghệ chế tạo:
Sản phẩm được cấu trúc theo dạng module hóa gồm hai module chính: module cầu thang (cụm khung cầu thang + cụm hộc kéo) và module giường (cụm giường trên + cụm giường dưới + cụm hông + cụm khung trang trí). Thiết kế module hóa cho phép vận chuyển và lắp đặt thuận tiện trong điều kiện không gian thang máy chung cư hạn chế.
Phần mềm thiết kế: Sketchup (mô hình 3D, phối cảnh phương án), AutoCAD (bản vẽ kỹ thuật 2D, hướng dẫn lắp đặt), Artcam (xuất file CNC gia công chi tiết chạm khắc và bo cạnh), Excel (tính toán nguyên vật liệu và giá thành).
Máy móc thiết bị sử dụng: Máy CNC (gia công chi tiết theo file Artcam), máy cưa bàn trượt (cắt ngắn và cắt chính xác), máy bào (bào mặt phẳng), máy rong cạnh, máy khoan để bàn và máy khoan cầm tay.
Các dạng liên kết trong sản phẩm: Liên kết chốt cam, liên kết bulong, liên kết vít gỗ và đinh thẳng được phối hợp tùy theo yêu cầu tháo lắp và độ bền của từng mối ghép.
Sơn hoàn thiện bề mặt: Sơn PU (tỉ lệ pha sơn PU : cứng : dung môi = 2:1:3) và sơn NC (tỉ lệ pha NC : dung môi = 1:1) được áp dụng theo quy trình nhiều lớp, có mài nhám giữa các lớp.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính:
Sản phẩm giường tầng hoàn thiện được chế tạo với kích thước khung tổng thể 2120 × 1500 × 2650 mm, phù hợp với phòng ngủ 8,32 m² của căn hộ chung cư thực tế. Giường tầng tích hợp hệ thống ngăn kéo (modul cầu thang và modul giường dưới) và kệ trang trí, tối ưu hóa không gian lưu trữ cho phòng ngủ trẻ em. Khung chắn giường tầng trên được thiết kế kịch trần đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bé 4 tuổi trong khi vẫn đảm bảo thông thoáng và không che máy lạnh sẵn có.
Quy trình tính toán kỹ thuật được hoàn thiện bao gồm: bảng kích thước tinh chế và sơ chế đầy đủ cho từng chi tiết modul cầu thang và modul giường; bảng sai số gia công; bảng lượng dư gia công theo vật liệu gỗ và ván; tổng hợp thể tích gỗ tinh chế và ván tinh chế của sản phẩm; bảng tính chi phí nguyên liệu ván cao su. Hiệu quả sử dụng nguyên liệu được đánh giá thông qua tỷ lệ lợi dụng gỗ/ván (P) tính theo công thức P = VTCSP/VNL × 100%.
Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất:
Nhóm kiến nghị ứng dụng kết hợp ván ghép thanh cao su (vật liệu chính) và gỗ sồi trắng (khung chịu lực) như một giải pháp tối ưu về chi phí và độ bền cho sản phẩm nội thất trẻ em tại căn hộ chung cư. Thiết kế module hóa được đề xuất như hướng đi phù hợp cho sản phẩm cần thi công trong điều kiện không gian hạn chế. Việc sử dụng phần mềm Artcam để xuất file CNC giúp nâng cao độ chính xác gia công và giảm sai số thủ công.
Đóng góp so với sản phẩm thị trường:
Khác với ba mẫu khảo sát (IDP HOME dùng MDF, Maxtrix Kids dùng gỗ thích/dái ngựa, Oliver Furniture có kích thước nhỏ hơn đáng kể), đồ án đề xuất phương án thiết kế theo yêu cầu thực tế của từng căn hộ cụ thể (custom-fit), kết hợp gỗ tự nhiên với ván ghép thanh và đáp ứng điều kiện ràng buộc khắt khe của không gian (máy lạnh, tủ học cố định, yêu cầu khung chắn kịch trần).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Đồ án được thực hiện trong thời gian có hạn và tại điều kiện trang thiết bị của xưởng thực tập, do đó có thể có những thiếu sót về chuyên môn như nhóm tác giả tự nhận trong lời cảm ơn. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở một căn hộ thực tế duy nhất với đối tượng sử dụng là hai bé gái cụ thể (4 tuổi và 10 tuổi), nên kết quả thiết kế và kích thước lựa chọn phản ánh tình huống đặc thù, chưa được tổng quát hóa cho nhiều loại căn hộ và độ tuổi khác nhau. Đồ án chưa trình bày kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm sau hoàn thiện theo tiêu chuẩn ngành (độ bền, độ ổn định kết cấu thực đo) hay thử nghiệm độ hài lòng người dùng. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng sang thiết kế giường tầng đa chức năng tích hợp bàn học, nghiên cứu cho các nhóm tuổi khác hoặc điều kiện phòng ngủ có diện tích và hình dạng đa dạng hơn.
Giá trị tham khảo
Đồ án có giá trị tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Kỹ nghệ Gỗ và Nội thất, đặc biệt trong các học phần Thiết kế sản phẩm gỗ, Công nghệ sản xuất đồ gỗ và Đồ án tốt nghiệp. Các phần có giá trị tham khảo cao nhất gồm:
- Chương 3: Hệ thống lý thuyết về đặc tính nguyên liệu (gỗ tự nhiên, các loại ván công nghiệp, ván ghép thanh), các dạng liên kết cơ bản, nguyên lý thiết kế sản phẩm gỗ nội thất và bảng kích thước ergonomic của giường tầng.
- Chương 4: Quy trình tính toán kỹ thuật từ kích thước tinh chế, lượng dư gia công, tỷ lệ phế phẩm đến thể tích nguyên liệu và dự toán giá thành — đây là quy trình mẫu có thể áp dụng cho các sản phẩm gỗ nội thất khác.
- Chương 5: Quy trình chế tạo và lắp ráp theo module, phù hợp tham khảo cho các đề tài thiết kế nội thất thực hành tại xưởng.
Đồ án cũng hữu ích cho sinh viên ngành Thiết kế Nội thất và những người thực hiện đề tài về sản phẩm gỗ nội thất cho không gian căn hộ chung cư có diện tích hạn chế.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án chọn kết hợp ván ghép thanh cao su và gỗ sồi thay vì dùng một loại nguyên liệu thống nhất?
Ván ghép thanh cao su được chọn làm nguyên liệu chính cho phần thân ván (mặt giường, vách hông, ván bậc cầu thang) vì giá thành thấp hơn gỗ tự nhiên 20–30%, không cong vênh sau xử lý hấp sấy công nghệ và đa dạng mẫu mã. Gỗ sồi trắng được dùng cho khung chịu lực nhờ độ cứng và độ bền cao, khả năng chống mối mọt tốt. Sự kết hợp này cân bằng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế đặt ra trong mục tiêu nghiên cứu.
2. Kích thước giường tầng được xác định như thế nào và dựa trên cơ sở nào?
Kích thước được xác định theo hai cơ sở: (1) tiêu chuẩn ergonomic — chiều rộng vai W = 410 mm làm chuẩn, chiều cao tĩnh giữa hai tầng ≥ 950 mm, khoảng từ mặt đất đến giường dưới < 420 mm; (2) khảo sát hiện trạng phòng ngủ thực tế 8,32 m² với các ràng buộc về hệ tủ, bàn học, máy lạnh cố định. Kích thước khung giường tổng thể 2120 × 1500 × 2650 mm, giường trên 2020 × 1120 × 200 mm, giường dưới 2020 × 1500 × 350 mm là kết quả tích hợp cả hai cơ sở này.
3. Khung chắn giường tầng trên được thiết kế như thế nào để đảm bảo an toàn cho bé 4 tuổi mà không che máy lạnh?
Đây là điều kiện ràng buộc đặc thù xuất phát từ yêu cầu khách hàng. Khung chắn được thiết kế kịch trần (chiều cao tổng thể của sản phẩm 2650 mm) để triệt tiêu nguy cơ bé leo ra ngoài theo chiều cao. Đồng thời, kết cấu khung trang trí được thiết kế dạng thông thoáng (không bịt kín) để không che máy lạnh đã lắp sẵn. Ba phương án phối cảnh 3D được lập bằng Sketchup để khách hàng đánh giá trước khi chốt phương án.
4. Quy trình gia công sản phẩm tại xưởng gồm những công đoạn nào và thiết bị chính là gì?
Quy trình gồm 8 công đoạn: cắt CNC (sử dụng máy CNC với file từ Artcam), cắt ngắn (máy cưa bàn trượt), bào (máy bào mặt), rong (máy rong cạnh), cắt chính xác (máy cưa bàn trượt), gia công cục bộ (khoan, bo cạnh, phay rãnh bằng máy khoan để bàn và máy khoan cầm tay), trang sức bề mặt (sơn PU hoặc NC nhiều lớp có mài nhám), và đóng gói. Riêng quy trình chia thành hai nhánh song song: nhánh vật liệu ván và nhánh vật liệu gỗ, mỗi nhánh có sơ đồ gia công cụ thể cho từng cụm module.
5. Ngành gỗ Việt Nam trong bối cảnh thực hiện đồ án (2023–2024) có đặc điểm gì nổi bật?
Năm 2023, kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ đạt 13,4 tỷ USD, giảm 16,2% so với năm 2022, chỉ đạt 79% kế hoạch đề ra đầu năm. Kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ đạt 9,2 tỷ USD, giảm 22,9% so với năm 2022. Nguyên nhân chủ yếu là các thị trường lớn như Mỹ và EU giảm chi tiêu hàng tiêu dùng không thiết yếu. Tuy nhiên, có tín hiệu phục hồi từ cuối năm 2023: tháng 12/2023 xuất khẩu đạt 1,3 tỷ USD, tăng 6,4% so với tháng 11; và tháng 1/2024, xuất khẩu sang Hà Lan tăng 93,8% so với cùng kỳ năm 2023.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ nghệ Gỗ và Nội thất này thực hiện đầy đủ hai mục tiêu đề ra: thiết kế và chế tạo thành công sản phẩm giường tầng cho phòng ngủ trẻ em trong căn hộ chung cư với kích thước khung tổng thể 2120 × 1500 × 2650 mm, sử dụng kết hợp ván ghép thanh cao su và gỗ sồi trắng. Quy trình kỹ thuật được triển khai có hệ thống từ khảo sát hiện trạng, lựa chọn phương án, tính toán độ bền, xác định thông số nguyên liệu đến chế tạo thực tế tại xưởng và lắp đặt tại công trình khách hàng. Đóng góp thực tiễn của đồ án nằm ở việc giải quyết bài toán thiết kế theo đặt hàng thực tế với các ràng buộc cụ thể về không gian, đối tượng sử dụng và yêu cầu an toàn, thay vì thiết kế theo mẫu chuẩn sẵn có trên thị trường.