Tổng quan nghiên cứu

Ngành xây dựng đóng vai trò then chốt trong phát triển kinh tế của Việt Nam, với giá trị ngành xây dựng tăng trưởng song hành cùng GDP từ năm 2005 đến 2017, đạt mức hàng nghìn tỷ đồng. Tuy nhiên, trong giai đoạn 2018-2019, ngành này đối mặt với nhiều thách thức như cạnh tranh gay gắt, áp lực pháp lý và yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, tiến độ thi công. Quản lý khối lượng thực hiện dự án xây dựng là một trong những công tác quan trọng nhằm đảm bảo tiến độ, chất lượng và kiểm soát chi phí. Thực trạng quản lý khối lượng bằng phương pháp truyền thống còn nhiều hạn chế như mất nhiều thời gian, độ chính xác thấp và dễ gây tranh cãi giữa các bên liên quan.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá thực trạng quản lý khối lượng thực hiện, đề xuất quy trình ứng dụng mô hình BIM (Building Information Modeling) kết hợp công nghệ 3D Laser Scanning nhằm nâng cao độ chính xác, tiết kiệm thời gian và chi phí trong công tác nghiệm thu khối lượng thi công. Nghiên cứu tập trung vào các công tác điển hình trong dự án xây dựng nhà cao tầng như bê tông cột vách, ốp lát gạch, xây tường và thi công trần. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong năm 2019 tại một dự án thực tế tại TP. Hồ Chí Minh.

Việc ứng dụng BIM và 3D Laser Scanning được kỳ vọng giúp cải thiện các chỉ số hiệu quả quản lý như giảm thời gian xác định khối lượng xuống khoảng 30-40%, tăng độ chính xác lên gần 98%, đồng thời giảm thiểu sai sót và tranh chấp trong nghiệm thu. Nghiên cứu góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành xây dựng, phù hợp với xu hướng Cách mạng công nghiệp 4.0.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  • Mô hình BIM (Building Information Modeling): Là mô hình kỹ thuật số 3D chứa thông tin chi tiết về cấu kiện, vật liệu, kích thước và các đặc tính kỹ thuật của công trình. BIM hỗ trợ quản lý dữ liệu tập trung, tự động cập nhật khi có thay đổi thiết kế, tăng cường phối hợp giữa các bên và giảm thiểu rủi ro trong thi công.

  • Công nghệ 3D Laser Scanning: Sử dụng tia laser để thu thập dữ liệu không gian ba chiều với độ chính xác cao (dưới 2mm), tạo ra đám mây điểm (Point cloud) mô tả chi tiết hiện trạng công trình. Công nghệ này giúp đo đạc nhanh, chính xác, đặc biệt hiệu quả trong các khu vực khó tiếp cận hoặc phức tạp.

Các khái niệm chính bao gồm: đo bóc khối lượng, nghiệm thu khối lượng thực hiện, Point cloud, tích hợp BIM và 3D Laser Scanning, quản lý dự án xây dựng, và quy trình nghiệm thu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ khảo sát thực tế tại một dự án xây dựng nhà cao tầng ở TP. Hồ Chí Minh, kết hợp với dữ liệu Point cloud thu được từ thiết bị Leica RTC360 và mô hình BIM xây dựng trên phần mềm Revit.

  • Cỡ mẫu: Khảo sát hơn 200 kỹ sư và nhà quản lý dự án xây dựng qua bảng câu hỏi trực tuyến về nhận thức và ứng dụng BIM, 3D Laser Scanning.

  • Phương pháp lấy mẫu: Lấy mẫu thuận tiện và chọn mẫu có chủ đích nhằm tập trung vào các công tác điển hình như bê tông cột vách, ốp lát gạch, xây tường, thi công trần.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích định lượng so sánh khối lượng đo bóc theo phương pháp truyền thống và phương pháp BIM kết hợp 3D Laser Scanning; phân tích định tính qua khảo sát nhận thức và đánh giá hiệu quả ứng dụng.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 2/2019 đến tháng 12/2019, gồm các bước: đánh giá thực trạng, xây dựng quy trình ứng dụng, triển khai thử nghiệm tại dự án minh họa, đánh giá kết quả và hoàn thiện báo cáo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng quản lý khối lượng truyền thống còn nhiều hạn chế:

    • Thời gian xác định khối lượng trung bình mất khoảng 7-10 ngày cho một giai đoạn nghiệm thu.
    • Độ chính xác khối lượng đo bóc chỉ đạt khoảng 85-90%, dễ gây tranh cãi giữa các bên.
    • Sai sót phổ biến gồm tính thừa, thiếu khối lượng, nhầm đơn vị đo và mô tả thiếu đầu mục công việc.

  2. Hiệu quả của quy trình ứng dụng BIM và 3D Laser Scanning:

    • Thời gian xác định khối lượng giảm xuống còn khoảng 4-6 ngày, tiết kiệm 30-40%.
    • Độ chính xác khối lượng đo bóc tăng lên gần 98%, giảm thiểu sai sót và tranh chấp.
    • Khả năng cập nhật dữ liệu tự động khi có thay đổi thiết kế giúp giảm công sức và rủi ro sai sót.

  3. Đánh giá nhận thức và rào cản ứng dụng:

    • 62% kỹ sư cho rằng BIM cải thiện phân tích và quản lý công trường.
    • 56% đánh giá 3D Laser Scanning giúp xây dựng mô hình 3D chính xác.
    • Rào cản lớn nhất là chi phí đầu tư thiết bị (68%) và thiếu kinh nghiệm sử dụng (khoảng 30%).

  4. So sánh kết quả đo bóc khối lượng giữa hai phương pháp:

    • Khối lượng bê tông cột vách đo bằng BIM-3D Laser Scanning sai số chỉ khoảng 1.5% so với thực tế, trong khi phương pháp truyền thống sai số lên đến 7%.
    • Khối lượng ốp lát gạch và xây tường cũng có sai số giảm từ 6-8% xuống dưới 2%.

Thảo luận kết quả

Việc ứng dụng BIM kết hợp 3D Laser Scanning đã giải quyết được các hạn chế của phương pháp truyền thống như mất nhiều thời gian, sai sót do nhập liệu thủ công và khó cập nhật khi thiết kế thay đổi. Dữ liệu Point cloud thu thập từ thiết bị Leica RTC360 với độ chính xác dưới 2mm giúp mô hình BIM phản ánh sát thực trạng công trình, từ đó nâng cao độ tin cậy trong nghiệm thu khối lượng.

Kết quả khảo sát cho thấy sự chấp nhận và nhận thức tích cực của nhân viên quản lý dự án về lợi ích của công nghệ mới, mặc dù chi phí đầu tư và đào tạo vẫn là thách thức cần giải quyết. So sánh số liệu đo bóc khối lượng giữa hai phương pháp được trình bày qua bảng và biểu đồ sai số, minh họa rõ ràng hiệu quả vượt trội của quy trình đề xuất.

Nghiên cứu phù hợp với các báo cáo quốc tế về ứng dụng BIM và 3D Laser Scanning trong xây dựng, đồng thời góp phần bổ sung tài liệu thực tiễn tại Việt Nam. Việc áp dụng quy trình này không chỉ nâng cao hiệu quả quản lý khối lượng mà còn hỗ trợ kiểm soát tiến độ, chi phí và chất lượng dự án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai đào tạo chuyên sâu về BIM và 3D Laser Scanning cho kỹ sư và quản lý dự án:

    • Mục tiêu nâng cao năng lực sử dụng công nghệ, giảm thiểu sai sót do thiếu kinh nghiệm.
    • Thời gian: 6-12 tháng.
    • Chủ thể: Các trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành xây dựng, doanh nghiệp xây dựng.

  2. Đầu tư trang thiết bị và phần mềm hiện đại phục vụ công tác đo đạc và mô hình hóa:

    • Ưu tiên thiết bị có độ chính xác cao như Leica RTC360.
    • Thời gian: 12 tháng.
    • Chủ thể: Chủ đầu tư, nhà thầu, các công ty tư vấn xây dựng.

  3. Xây dựng và chuẩn hóa quy trình ứng dụng BIM và 3D Laser Scanning trong quản lý khối lượng thực hiện:

    • Tạo khung pháp lý và hướng dẫn kỹ thuật cụ thể để áp dụng rộng rãi.
    • Thời gian: 6 tháng.
    • Chủ thể: Bộ Xây dựng, các hiệp hội ngành nghề.

  4. Khuyến khích áp dụng quy trình vào các dự án xây dựng quy mô lớn và phức tạp:

    • Đánh giá hiệu quả thực tế, thu thập dữ liệu để hoàn thiện quy trình.
    • Thời gian: 1-2 năm.
    • Chủ thể: Chủ đầu tư, nhà thầu, đơn vị tư vấn giám sát.

  5. Tăng cường nghiên cứu phát triển công nghệ tích hợp và tự động hóa trong đo bóc khối lượng:

    • Phát triển các thuật toán phân tích dữ liệu Point cloud, tự động cập nhật mô hình BIM.
    • Thời gian: 2-3 năm.
    • Chủ thể: Các viện nghiên cứu, trường đại học, doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và quản lý dự án xây dựng:

    • Học hỏi quy trình ứng dụng BIM và 3D Laser Scanning để nâng cao hiệu quả quản lý khối lượng, giảm thiểu sai sót và tranh chấp trong nghiệm thu.

  2. Chủ đầu tư và nhà thầu thi công:

    • Áp dụng công nghệ mới giúp kiểm soát tiến độ, chi phí và chất lượng dự án, đảm bảo giải ngân vốn chính xác và kịp thời.

  3. Các đơn vị tư vấn thiết kế và giám sát:

    • Sử dụng mô hình BIM và dữ liệu Point cloud để phối hợp chặt chẽ, phát hiện sớm các xung đột thiết kế và thi công.

  4. Các nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực quản lý xây dựng:

    • Tham khảo tài liệu thực tiễn về tích hợp công nghệ hiện đại trong quản lý khối lượng, làm cơ sở phát triển nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. BIM là gì và tại sao nó quan trọng trong quản lý khối lượng xây dựng?
    BIM là mô hình thông tin xây dựng kỹ thuật số 3D giúp quản lý dữ liệu tập trung, tự động cập nhật khi thiết kế thay đổi, tăng độ chính xác và phối hợp giữa các bên. Nó giúp giảm sai sót và tiết kiệm thời gian trong đo bóc khối lượng.

  2. Công nghệ 3D Laser Scanning hoạt động như thế nào?
    Thiết bị phát tia laser quét khu vực cần đo, thu thập hàng triệu điểm dữ liệu không gian ba chiều (Point cloud) với độ chính xác dưới 2mm, mô phỏng chính xác hiện trạng công trình để xây dựng mô hình BIM.

  3. Ứng dụng BIM và 3D Laser Scanning giúp tiết kiệm thời gian như thế nào?
    Thay vì đo đạc thủ công mất 7-10 ngày, quy trình tích hợp giúp rút ngắn xuống còn 4-6 ngày, giảm khoảng 30-40% thời gian nhờ tự động hóa và cập nhật dữ liệu nhanh chóng.

  4. Chi phí đầu tư cho công nghệ này có cao không?
    Chi phí ban đầu khá lớn do thiết bị và phần mềm chuyên dụng, cùng với đào tạo nhân lực. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài về độ chính xác, tiết kiệm thời gian và giảm tranh chấp giúp bù đắp chi phí này.

  5. Làm thế nào để áp dụng quy trình này vào dự án thực tế?
    Cần xây dựng quy trình chuẩn, đào tạo nhân sự, đầu tư thiết bị và phần mềm, sau đó triển khai thử nghiệm trên các công tác điển hình như bê tông, xây tường, ốp lát để đánh giá và điều chỉnh phù hợp.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã đánh giá thực trạng quản lý khối lượng xây dựng truyền thống còn nhiều hạn chế về thời gian và độ chính xác.
  • Đã xây dựng và đề xuất quy trình ứng dụng mô hình BIM kết hợp công nghệ 3D Laser Scanning nhằm nâng cao hiệu quả quản lý khối lượng thực hiện.
  • Ứng dụng quy trình vào dự án thực tế cho thấy giảm 30-40% thời gian xác định khối lượng và tăng độ chính xác lên gần 98%.
  • Nghiên cứu góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành xây dựng, phù hợp với xu hướng Cách mạng công nghiệp 4.0.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo, đầu tư thiết bị, chuẩn hóa quy trình và nghiên cứu phát triển công nghệ để mở rộng ứng dụng trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị xây dựng và quản lý dự án nên bắt đầu triển khai đào tạo và đầu tư công nghệ BIM, 3D Laser Scanning để nâng cao năng lực cạnh tranh và hiệu quả quản lý.