Tổng quan nghiên cứu

Ngành xây dựng luôn đối mặt với tỷ lệ tai nạn lao động cao, chiếm khoảng 15% tổng số vụ tai nạn trong các ngành nghề, theo báo cáo của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội năm 2019. Đặc biệt, thi công tầng hầm là một trong những công đoạn phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp của nhiều loại máy móc và nhân lực, tiềm ẩn nhiều nguy cơ tai nạn nghiêm trọng do va chạm giữa người và thiết bị. Do đó, việc đảm bảo an toàn lao động trong thi công tầng hầm là vô cùng cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) 4D để hỗ trợ quản lý an toàn lao động trong thi công tầng hầm, bao gồm mô phỏng không gian làm việc, phát hiện và giải quyết xung đột không gian, tích hợp phân tích mối nguy công tác (JHA) nhằm hỗ trợ lập kế hoạch an toàn trực quan và cập nhật kịp thời thông tin an toàn tại công trường. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình nhà cao tầng có tầng hầm thi công bằng phương pháp bottom-up tại thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn gần đây.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu tai nạn lao động, nâng cao hiệu quả quản lý an toàn, tiết kiệm thời gian và chi phí khắc phục hậu quả tai nạn. Việc ứng dụng BIM 4D giúp các bên liên quan nhận diện rủi ro một cách trực quan, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa phù hợp, góp phần nâng cao chất lượng và an toàn thi công trong các dự án xây dựng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: Mô hình Thông tin Công trình (BIM) và Phân tích Mối nguy Công tác (Job Hazard Analysis - JHA).

  • BIM 3D và 4D: BIM 3D cung cấp mô hình ba chiều chứa thông tin hình học và phi hình học của công trình, hỗ trợ thiết kế và kiểm tra xung đột. BIM 4D tích hợp thêm yếu tố thời gian vào BIM 3D, giúp mô phỏng tiến độ thi công và quản lý không gian làm việc theo thời gian thực, từ đó phát hiện xung đột không gian và thời gian giữa các công tác thi công.

  • Phân tích Mối nguy Công tác (JHA): Là kỹ thuật phân tích chi tiết từng công việc để xác định các mối nguy tiềm ẩn, đánh giá mức độ rủi ro và đề xuất biện pháp kiểm soát phù hợp nhằm giảm thiểu tai nạn lao động.

Các khái niệm chính bao gồm: không gian làm việc (workspace), xung đột không gian (spatial conflict), rủi ro an toàn lao động (safety risk), và kế hoạch an toàn (safety plan).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp định lượng kết hợp mô hình hóa và phân tích dữ liệu thực tế từ một công trình thi công tầng hầm tại TP. Hồ Chí Minh.

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm bản thiết kế BIM 3D của công trình, tiến độ thi công từ MS Project, dữ liệu phân tích mối nguy công tác (JHA) thu thập từ hiện trường và tài liệu hướng dẫn OSHA 3071.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Autodesk Revit để xây dựng mô hình BIM 3D, Dynamo BIM để tạo không gian làm việc và liên kết dữ liệu tiến độ thi công, Synchro Pro để phát triển mô hình BIM 4D tích hợp thông tin tiến độ và không gian làm việc. Phân tích xung đột không gian được thực hiện dựa trên mô hình BIM 4D, kết hợp với dữ liệu JHA để đánh giá rủi ro và đề xuất biện pháp an toàn.

  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu áp dụng trên một công trình nhà cao tầng có tầng hầm thi công bằng phương pháp bottom-up, với dữ liệu thu thập trong suốt quá trình thi công từ năm 2019 đến 2021. Cỡ mẫu bao gồm toàn bộ các công tác thi công tầng hầm và các mối nguy liên quan được phân tích chi tiết.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mô phỏng không gian làm việc hiệu quả: Mô hình BIM 4D đã mô phỏng chính xác không gian làm việc của các công tác thi công tầng hầm như Larsen, Kingpost, Shoring, bao gồm cả không gian máy móc và công nhân. Qua đó, phát hiện được khoảng 25% các xung đột không gian làm việc giữa các công tác cùng thời điểm, giúp giảm thiểu nguy cơ va chạm và tai nạn.

  2. Phát hiện và giải quyết xung đột không gian: Việc kiểm tra xung đột không gian làm việc trên mô hình BIM 4D cho thấy có tới 18% các xung đột có mức độ nghiêm trọng cao, cần được điều chỉnh tiến độ hoặc bố trí lại không gian làm việc. So với phương pháp truyền thống, BIM 4D giúp giảm 30% thời gian phát hiện và xử lý xung đột.

  3. Tích hợp phân tích mối nguy công tác (JHA): Các mối nguy được phân loại theo ma trận rủi ro 5x5 dựa trên tiêu chuẩn quốc tế, với 40% mối nguy có mức độ nghiêm trọng trung bình đến cao. Việc tích hợp JHA vào mô hình BIM 4D giúp ban an toàn và chỉ huy dự án lập kế hoạch an toàn trực quan, cập nhật kịp thời các biện pháp phòng ngừa, giảm 20% số vụ tai nạn trong quá trình thi công.

  4. Ứng dụng thực tế tại công trình: Áp dụng quy trình nghiên cứu vào công trình thực tế tại TP. Hồ Chí Minh cho thấy, việc sử dụng BIM 4D kết hợp JHA giúp tiết kiệm khoảng 15% thời gian lập kế hoạch an toàn, đồng thời nâng cao nhận thức an toàn của công nhân và các bên liên quan.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các xung đột không gian làm việc là do nhiều công tác thi công cùng diễn ra trong không gian hạn chế của tầng hầm, dẫn đến chồng chéo vị trí và thời gian. Việc mô phỏng không gian làm việc bằng BIM 4D cho phép trực quan hóa và điều chỉnh kịp thời, giảm thiểu rủi ro va chạm. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng BIM trong quản lý an toàn xây dựng.

Việc tích hợp JHA vào mô hình BIM 4D là bước tiến quan trọng, giúp chuyển đổi dữ liệu phân tích mối nguy thành các cảnh báo và biện pháp phòng ngừa cụ thể, trực quan trên mô hình. Điều này hỗ trợ ban an toàn trong việc giám sát và cập nhật thông tin an toàn nhanh chóng, phù hợp với thực tế thi công phức tạp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố mức độ rủi ro của các mối nguy, bảng thống kê số lượng xung đột không gian theo từng công tác, và sơ đồ mô phỏng không gian làm việc 4D thể hiện các thời điểm xung đột. Những biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của việc ứng dụng BIM 4D trong quản lý an toàn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi BIM 4D trong quản lý an toàn thi công: Các chủ đầu tư và nhà thầu nên áp dụng BIM 4D để mô phỏng không gian làm việc và tiến độ thi công, nhằm phát hiện sớm xung đột không gian và giảm thiểu tai nạn. Thời gian thực hiện: trong vòng 1 năm cho các dự án mới.

  2. Tích hợp phân tích mối nguy công tác (JHA) vào BIM 4D: Ban an toàn cần phối hợp với bộ phận kỹ thuật xây dựng để cập nhật dữ liệu JHA vào mô hình BIM 4D, giúp lập kế hoạch an toàn trực quan và kịp thời điều chỉnh biện pháp phòng ngừa. Chủ thể thực hiện: Ban an toàn và kỹ thuật dự án, trong vòng 6 tháng.

  3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho nhân lực thi công: Tổ chức các khóa đào tạo về sử dụng BIM 4D và nhận diện mối nguy công tác cho công nhân và cán bộ quản lý nhằm nâng cao hiệu quả quản lý an toàn. Thời gian: liên tục trong quá trình thi công.

  4. Phát triển phần mềm hỗ trợ tích hợp BIM và JHA: Các đơn vị nghiên cứu và phát triển công nghệ cần xây dựng các công cụ phần mềm tích hợp BIM 4D với dữ liệu JHA, hỗ trợ tự động hóa cảnh báo rủi ro và đề xuất biện pháp an toàn. Thời gian: 2 năm.

  5. Xây dựng quy trình chuẩn cho quản lý an toàn dựa trên BIM 4D: Các cơ quan quản lý nhà nước và ngành xây dựng nên ban hành hướng dẫn, quy chuẩn áp dụng BIM 4D trong quản lý an toàn thi công, tạo cơ sở pháp lý và chuẩn mực cho các dự án. Thời gian: 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng: Giúp nâng cao hiệu quả quản lý an toàn, giảm thiểu rủi ro tai nạn và chi phí phát sinh do sự cố trong thi công tầng hầm.

  2. Ban an toàn lao động và kỹ sư quản lý dự án: Cung cấp công cụ trực quan để lập kế hoạch an toàn, giám sát và điều chỉnh kịp thời các biện pháp phòng ngừa rủi ro.

  3. Chuyên gia BIM và kỹ sư thiết kế: Hỗ trợ tích hợp dữ liệu tiến độ và an toàn vào mô hình BIM, nâng cao chất lượng mô hình và khả năng phối hợp giữa các bên.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng, quản lý dự án: Là tài liệu tham khảo về ứng dụng công nghệ BIM 4D kết hợp phân tích mối nguy công tác trong quản lý an toàn xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. BIM 4D là gì và có vai trò gì trong quản lý an toàn thi công?
    BIM 4D là mô hình BIM 3D tích hợp yếu tố thời gian, giúp mô phỏng tiến độ thi công và không gian làm việc theo thời gian thực. Nó hỗ trợ phát hiện xung đột không gian và thời gian, từ đó giảm thiểu rủi ro tai nạn và nâng cao hiệu quả quản lý an toàn.

  2. Phân tích mối nguy công tác (JHA) được thực hiện như thế nào?
    JHA phân tích chi tiết từng công việc để xác định các mối nguy tiềm ẩn, đánh giá mức độ rủi ro và đề xuất biện pháp kiểm soát. Quá trình dựa trên quan sát thực tế, kinh nghiệm và dữ liệu tai nạn để xây dựng kế hoạch an toàn phù hợp.

  3. Làm thế nào để tích hợp JHA vào mô hình BIM 4D?
    Thông tin về các mối nguy và biện pháp an toàn được gán vào từng công tác trong mô hình BIM 4D, giúp ban an toàn và chỉ huy dự án dễ dàng theo dõi, cập nhật và điều chỉnh kế hoạch an toàn trực quan và kịp thời.

  4. Ứng dụng BIM 4D và JHA có giúp giảm tai nạn lao động không?
    Theo kết quả nghiên cứu và áp dụng thực tế, việc sử dụng BIM 4D kết hợp JHA giúp giảm khoảng 20% số vụ tai nạn lao động nhờ phát hiện sớm rủi ro và lập kế hoạch an toàn hiệu quả.

  5. Những thách thức khi triển khai BIM 4D trong quản lý an toàn là gì?
    Bao gồm chi phí đầu tư phần mềm và đào tạo nhân lực, sự phối hợp giữa các bên tham gia dự án, và việc cập nhật dữ liệu chính xác, kịp thời trong quá trình thi công. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài về an toàn và hiệu quả thi công là rất lớn.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình ứng dụng BIM 4D kết hợp phân tích mối nguy công tác (JHA) để quản lý an toàn thi công tầng hầm.
  • Mô hình BIM 4D giúp mô phỏng không gian làm việc và phát hiện xung đột không gian hiệu quả, giảm thiểu rủi ro tai nạn.
  • Tích hợp JHA vào BIM 4D hỗ trợ lập kế hoạch an toàn trực quan, cập nhật kịp thời và nâng cao nhận thức an toàn cho công nhân.
  • Áp dụng thực tế tại công trình cho thấy tiết kiệm thời gian lập kế hoạch và giảm thiểu tai nạn lao động đáng kể.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi BIM 4D trong quản lý an toàn, phát triển phần mềm hỗ trợ và xây dựng quy chuẩn ngành để nâng cao hiệu quả quản lý an toàn xây dựng.

Để nâng cao hiệu quả quản lý an toàn thi công, các bên liên quan nên bắt đầu áp dụng BIM 4D kết hợp JHA ngay từ giai đoạn lập kế hoạch dự án. Liên hệ chuyên gia BIM và an toàn lao động để được tư vấn triển khai phù hợp với dự án của bạn.