Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành xây dựng và kỹ thuật cơ điện (MEP) hiện đại đang chuyển dịch mạnh mẽ sang chuyển đổi số, việc tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM - Building Information Modeling) trở thành tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc nhằm nâng cao độ chính xác trong thiết kế, tối ưu hóa công tác phối hợp đa bộ môn và quản lý vòng đời dự án. Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ BIM thiết kế hệ thống điện cho tòa nhà The Nexus Tower 3" do nhóm sinh viên Dương Hoàng Đức, Cao Thị Trà My và Bùi Nhựt Tấn (ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Trọng Nghĩa vào tháng 6 năm 2025, phản ánh trực tiếp nhu cầu cấp thiết này đối với các công trình cao tầng quy mô lớn.

Lý do lựa chọn đề tài xuất phát từ đặc điểm của các dự án văn phòng phức hợp hiện đại: mật độ phụ tải điện cao, hệ thống cơ điện ngầm và nổi chằng chịt, đòi hỏi tính liên tục trong cung cấp điện và sự phối hợp không gian chặt chẽ giữa hệ thống cơ điện với kiến trúc và kết cấu. Phương pháp thiết kế 2D truyền thống thường bộc lộ nhiều hạn chế về xung đột không gian (clashes), sai sót khi bóc tách khối lượng và thiếu sự liên kết trực quan với tiến độ thi công. Do đó, việc ứng dụng công nghệ BIM thông qua phần mềm Revit MEP kết hợp với Microsoft Project và Synchro Pro 4D giúp giải quyết đồng thời bài toán tính toán kỹ thuật chuyên ngành và quản trị dự án số hóa.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định rõ qua 4 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Đọc hiểu và phân tích bản vẽ kiến trúc, bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống điện của tòa nhà để phục vụ cho quá trình thiết kế và triển khai mô hình.
  2. Tính toán và thiết kế hệ thống điện theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo an toàn, tiết kiệm năng lượng, đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng điện cho công trình.
  3. Tìm hiểu, sử dụng thành thạo phần mềm Revit để xây dựng mô hình hệ thống điện theo mô hình BIM, bóc tách khối lượng vật tư – thiết bị một cách tự động và nâng cao độ chính xác.
  4. Nâng cao hiệu quả quản lý dự án bằng cách lập tiến độ thi công bằng Microsoft Project và kết hợp với mô hình 3D để xây dựng mô hình BIM 4D bằng phần mềm Synchro.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân phối và cung cấp điện của công trình và quy trình tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM 3D, 4D). Phạm vi không gian của đề tài là công trình The Nexus Tower 3 (còn gọi là Lotus Tower, giai đoạn 2 của tổng thể dự án The Nexus Tower) tọa lạc tại số 3A – 3B Tôn Đức Thắng, phường Bến Ngé, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh. Đây là tòa tháp văn phòng phức hợp hạng A do Công ty Bất Động Sản Trung Việt làm chủ đầu tư và Công ty Cổ phần Xây dựng Coteccons làm tổng thầu, có tổng diện tích khu đất là 31.984 m², tổng diện tích sàn xây dựng là 63.422 m², diện tích sàn điển hình là 1.396 m², bao gồm 5 tầng hầm (B1 – B5) và 39 tầng nổi (trong đó tầng 1 – 1a là trung tâm thương mại; tầng 2 – 3 là khách sạn; tầng 4 – 18 và tầng 20 – 36 là văn phòng cho thuê; tầng 19 là trung tâm thể hình/gym; 1 tầng kỹ thuật và 1 tầng mái). Thời gian dữ liệu khảo sát và thiết kế tương ứng với giai đoạn thi công năm 2024–2025.

Giới hạn đề tài tập trung vào các phạm vi kỹ thuật cốt lõi:

  • Thiết kế hệ thống chiếu sáng và tính toán phụ tải tiêu thụ cho công trình.
  • Tính toán và lựa chọn dung lượng máy biến áp, máy phát điện dự phòng, hệ thống tụ bù nâng cao hệ số công suất.
  • Tính toán chọn thanh dẫn Busway, dây dẫn, cáp điện trung – hạ thế và kiểm tra tổn thất điện áp.
  • Tính toán dòng ngắn mạch ba pha và chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ.
  • Thiết kế hệ thống chống sét và mạng nối đất an toàn.
  • Dựng mô hình kiến trúc, hệ thống điện và hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) trên phần mềm Autodesk Revit MEP; kiểm tra xung đột không gian.
  • Lập tiến độ thi công bằng Microsoft Project và mô phỏng tiến độ bằng mô hình BIM 4D trên phần mềm Synchro Pro 4D.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý kỹ thuật cung cấp điện công trình cao tầng, kỹ thuật chiếu sáng công nghiệp và quy chuẩn quản lý thông tin xây dựng. Hệ thống tính toán và lựa chọn thiết bị được đối chiếu nghiêm ngặt với các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành:

  • Về chiếu sáng: Tiêu chuẩn TCVN 7114-1:2008 (ISO 8995-1:2002/Cor 1:2005) về ecgônômi chiếu sáng nơi làm việc trong nhà; Quy chuẩn QCVN 22/2016/BYT về mức cho phép chiếu sáng nơi làm việc; Tiêu chuẩn TCVN 7722-2-22:2013 (IEC 60598-2-22:2008) về yêu cầu cụ thể cho đèn chiếu sáng khẩn cấp.
  • Về tính toán phụ tải và lắp đặt hạ thế: Tiêu chuẩn TCVN 7447:2010 về hệ thống lắp đặt điện hạ áp; Tiêu chuẩn TCVN 9206:2012 về đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng.
  • Về trạm biến áp và phân phối điện: Tiêu chuẩn IEC 60076:2011 về công suất máy biến áp; Tiêu chuẩn TCVN 6306-1:2006 về máy biến áp điện lực; Quy phạm trang bị điện 11TCN-20:2006 (Phần III - Trang bị phân phối và trạm biến áp).
  • Về an toàn tiếp địa: Sơ đồ nối đất hạ thế mạng TN-S.

Phương pháp tính toán thực tế được triển khai như sau:

  • Phương pháp tính toán chiếu sáng: Sử dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông (Lumen method) để xác định số lượng bộ đèn cần thiết: $$n_d = \frac{E_y \cdot S_p}{n_b \cdot F_b \cdot CU \cdot LLF}$$ Trong đó $E_y$ là độ rọi yêu cầu (lux), $S_p$ là diện tích phòng ($m^2$), $n_b$ là số bóng trong một bộ đèn, $F_b$ là quang thông của đèn (lm), $CU$ là hệ số sử dụng (phụ thuộc vào chỉ số phòng $i = \frac{S_p}{H_{tt}(D_1 + D_2)}$ và hệ số phản xạ của trần, tường, sàn), và $LLF$ là hệ số mất mát ánh sáng tổng hợp tính theo công thức $LLF = LLD \cdot LLD \cdot BF \cdot RSD$. Kết quả tính toán bằng tay được đối chiếu và kiểm chứng thông qua phần mềm mô phỏng chiếu sáng Dialux Evo.
  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Áp dụng phương pháp công suất tính toán theo hệ số sử dụng ($k_{ui}$) và hệ số đồng thời ($K_s$). Công suất biểu kiến tính toán ($S_{tt}$) được tổng hợp từ công suất tác dụng ($P_{tt}$) và phản kháng ($Q_{tt}$) qua biểu thức $S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$, hoặc tính trực tiếp từ công suất định mức nhân hệ số đồng thời và hệ số sử dụng.
  • Phương pháp lựa chọn máy biến áp: Công suất định mức của máy biến áp ($S_T$) được chọn theo điều kiện $S_T \ge S_{tt}$, kết hợp tính toán chế độ vận hành tối ưu ở mức tải 70–80% công suất danh định, tương đương việc dành khoảng 20% dung lượng dự phòng cho sự phát triển phụ tải trong tương lai.
  • Phương pháp tính toán ngắn mạch: Tính toán dòng ngắn mạch ba pha đối xứng từ nguồn trung thế qua máy biến áp đến thanh cái hạ thế MSB để làm căn cứ lựa chọn khả năng cắt ngắn mạch của thiết bị đóng cắt (máy cắt không khí ACB, aptomat khối MCCB).

Hệ phương pháp nghiên cứu của đồ án bao gồm: phương pháp khảo sát – thu thập dữ liệu (thu thập bản vẽ CAD kiến trúc, kết cấu và thông số quy hoạch dự án); phương pháp phân tích – tổng hợp (hệ thống hóa các chỉ tiêu kỹ thuật điện và cơ sở tiêu chuẩn); phương pháp tính toán kỹ thuật giải tích; phương pháp mô hình hóa công nghệ số (ứng dụng Autodesk Revit MEP để dựng không gian 3D, Dialux Evo mô phỏng độ rọi, Microsoft Project lập tiến độ Gantt, Synchro Pro 4D đồng bộ thời gian); và phương pháp so sánh – đánh giá kết quả. Nguồn dữ liệu sơ cấp lấy từ hồ sơ thiết kế công trình The Nexus Tower 3 do Coteccons và Bất Động Sản Trung Việt quản lý, cùng tài liệu hỗ trợ kỹ thuật từ phòng GE và Khoa Điện – Điện tử.

Thiết kế kỹ thuật và triển khai mô hình BIM

Hệ thống kỹ thuật của công trình The Nexus Tower 3 được nhóm tác giả thiết kế và mô hình hóa thành một thể thống nhất từ hạ tầng nguồn điện đến mạng lưới phân phối và kiểm soát va chạm:

Cấu trúc hệ thống cung cấp điện công trình

  • Nguồn cấp trung thế: Sử dụng điện áp 3 pha 24 kV / 50 Hz nhận từ lưới điện của Công ty Điện lực Sài Gòn. Tuyến cáp trung thế ngầm đi vào tầng hầm B1, đi qua máng cáp đến tủ phân phối trung thế đặt tại phòng kỹ thuật điện hầm B1, sau đó cấp điện tới các máy biến áp.
  • Trạm biến áp: Bố trí 3 máy biến áp loại khô chống cháy nổ tại tầng hầm B1 nhằm bảo đảm phòng chống cháy nổ và mỹ quan. Máy biến áp TX-1 cấp điện cho tủ điện tổng MSB1 (phụ trách hệ thống điều hòa không khí trung tâm HVAC); máy biến áp TX-2 cấp điện cho MSB2 (phụ trách khối trung tâm thương mại và các tầng chức năng); máy biến áp TX-3 cấp điện cho MSB3.
  • Nguồn dự phòng: Hệ thống máy phát điện hạ thế đặt tại tầng hầm B1, liên kết với các tủ điện tổng MSB thông qua các bộ chuyển nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switch) nhằm đảm bảo cấp điện liên tục cho các phụ tải loại 1, hệ thống PCCC, thang máy thoát hiểm và chiếu sáng sự cố khi lưới điện 24 kV gặp sự cố.
  • Trục dẫn hạ thế: Phân phối từ tủ MSB lên các tầng bằng hệ thống thanh dẫn Busway xuyên tầng kết hợp máng cáp (cable tray) cấp tới các tủ phân phối chính (MSSB) và tủ phân phối tầng (DB).
  • Hệ thống tiếp địa và chống sét: Mạng tiếp địa áp dụng sơ đồ hạ áp TN-S với dây bảo vệ (PE) và dây trung tính (N) tách biệt hoàn toàn; hệ thống chống sét sử dụng kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) kết hợp bộ cắt lọc sét lan truyền sử dụng công nghệ TDS/MOV.

Triển khai mô hình 3D trên Revit MEP và kiểm tra va chạm

Quá trình dựng mô hình số trên phần mềm Autodesk Revit MEP tuân theo quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt:

  • Khởi tạo kiến trúc: Liên kết các file CAD mặt bằng kiến trúc và mặt cắt các tầng (từ hầm B5 đến tầng mái); tiến hành dựng kết cấu tường, sàn, trần và định vị cao độ chính xác.
  • Khởi tạo hệ thống điện: Cài đặt cấp điện áp trong mục Voltage Definitions (24 kV, 380 V, 220 V) và cấu hình hệ thống phân phối trong mục Distribution Systems. Bố trí family máy biến áp, máy phát điện, tủ trung thế, tủ MSB, tủ DB.
  • Bố trí thiết bị tiêu thụ: Bố trí đèn chiếu sáng, đèn thoát hiểm (Exit), đèn khẩn cấp (Emergency), ổ cắm điện theo tọa độ thiết kế; kết nối connector điện học, gán tải vào các pha và cân bằng pha cho các tủ điện (ví dụ: cân pha cho tủ LP-LZ-6).
  • Dựng hệ thống dẫn: Vẽ mô hình đường ống luồn dây (conduit), máng cáp và các tuyến Busway trục đứng.
  • Phối hợp mô hình PCCC và kiểm tra xung đột: Nhóm tác giả thực hiện dựng mô hình đường ống chữa cháy (ống PCCC, cài đặt vật liệu và màu sắc nhận diện). Sau đó, tích hợp mô hình 3D hệ điện và hệ PCCC để tiến hành kiểm tra va chạm (clash detection), phát hiện các vị trí giao cắt giữa máng cáp, busway với đường ống cấp nước chữa cháy để hiệu chỉnh cao độ trực tiếp trên mô hình trước khi xuất bản vẽ thi công.
  • Tự động hóa thống kê: Thiết lập các bảng thống kê khối lượng (Schedules) để bóc tách tự động danh mục thiết bị đóng cắt, cáp điện, đèn và máng dẫn, phục vụ cho công tác lập dự toán.

Quản lý tiến độ 4D với Microsoft Project và Synchro Pro 4D

Quy trình quản lý tiến độ số hóa được thực hiện bằng cách kết nối mô hình hình học không gian với trục thời gian:

  • Lập tiến độ trên Microsoft Project: Thiết lập thời gian làm việc mặc định, ngày bắt đầu của dự án, cơ cấu phân chia công việc (WBS), thiết lập mối quan hệ phụ thuộc giữa các công tác lắp đặt điện, PCCC và xuất sơ đồ tiến độ Gantt Chart.
  • Tích hợp mô hình 4D trên Synchro Pro: Xuất file 3D từ Revit sang định dạng tương thích và nhập vào Synchro Pro; đồng bộ file tiến độ từ Microsoft Project; gán tài nguyên 3D (3D Resources) tương ứng với từng đầu việc trong WBS; thiết lập thanh Animation Editor để xuất video mô phỏng tiến độ thi công thực tế theo thời gian.

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục của đồ án bao gồm 6 chương chuyên biệt với các nội dung trọng tâm:

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương này phân tích tính cấp thiết của việc áp dụng mô hình BIM vào lĩnh vực cơ điện tại Việt Nam, nêu bật mục tiêu, giới hạn và phương pháp nghiên cứu. Tác giả trình bày chi tiết tổng quan dự án The Nexus Tower 3 (Lotus Tower) về quy mô, diện tích khu đất (31.984 m²), tổng diện tích sàn (63.422 m²), cấu trúc phân tầng chức năng (5 hầm, 39 tầng nổi) và vị trí tọa độ tiếp giáp hai mặt tiền Tôn Đức Thắng – Lê Lợi nối dài. Chương 1 cũng công bố sơ đồ quy trình tổng quát thực hiện đề tài gồm các mắt xích từ thu thập dữ liệu, tính toán kỹ thuật, mô hình hóa 3D đến mô phỏng 4D.

Chương 2: Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà The Nexus Tower 3

Đây là chương nội dung kỹ thuật trọng tâm nhất của đồ án, bao gồm toàn bộ chuỗi tính toán chuyên ngành:

  • Quy trình thiết kế và yêu cầu kỹ thuật: Bảo đảm an toàn điện, ổn định liên tục, tối ưu năng lượng và tính thẩm mỹ cho tòa nhà văn phòng hạng A.
  • Thiết kế chiếu sáng: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông và kiểm tra lại bằng Dialux Evo cho tầng điển hình 5 – 18. Xác định kích thước sảnh thang máy ($S = 27,2\text{ m}^2$, dài 3,4 m, rộng 8 m, trần cao 2,5 m, mặt phẳng làm việc 0,8 m), chọn đèn Philips CoreLine SlimDownlight DN145B 1xLED20S/840 O (22,5 W, 2.100 lm, 4000 K), tính ra 3,46 bộ và chọn 4 bộ đèn bố trí dạng lưới 2x2. Chiếu sáng khẩn cấp được bố trí với nguồn pin dự phòng hoạt động tối thiểu 2 giờ, cường độ sáng ban đầu trung bình $\ge 10\text{ lux}$, nhận diện chữ thoát hiểm ở khoảng cách 30 m.
  • Tính toán phụ tải: Tính toán phụ tải các tủ MSSB-LZ-5-AHU, tủ DB-LZ-5 và tổng hợp công suất các khối tủ MSB. Tủ MSB1 (khối ĐHKK trung tâm) có tổng công suất biểu kiến $\sum S_{tt} = 716,8\text{ kVA}$, sau khi áp dụng hệ số đồng thời $K_s = 0,8$, tổng công suất tính toán đạt $S_{tt} = 573\text{ kVA}$.
  • Lựa chọn thiết bị nguồn: Dựa trên $S_{tt} = 573\text{ kVA}$ của MSB1 và điều kiện dự phòng 20% ($S_T \ge 1,2 \times 573 = 688\text{ kVA}$), nhóm tác giả chọn 1 máy biến áp khô Thibidi công suất 800 kVA. Tính toán phụ tải cho tủ MSB2 (khối TTTM và văn phòng) gồm 14 tủ MSSB-LZ-AHU công suất 16,32 kVA mỗi tủ và các tủ PAU, hầm B5.
  • Thiết kế các hệ thống phụ trợ: Tính toán dung lượng bù cos $\varphi$, chia cấp bù nền và bù ứng động; lựa chọn thông số kỹ thuật thanh dẫn Busway xuyên tầng, cáp ngầm trung thế 24 kV, cáp phân phối hạ thế cho tủ DB-B5; tính dòng ngắn mạch từ máy biến áp TX-1 để chọn thiết bị đóng cắt ACB/MCCB; tính toán hệ thống tiếp địa an toàn mạng TN-S và kim thu sét ESE.

Chương 3: Ứng dụng Revit MEP triển khai bản vẽ 3D, xuất bản vẽ

Chương này ghi lại toàn bộ quy trình số hóa thiết kế:

  • Giới thiệu giao diện và quy trình thiết lập dự án Revit MEP.
  • Dựng không gian kiến trúc The Nexus Tower 3 từ các bản vẽ 2D CAD liên kết.
  • Triển khai mô hình hệ điện: cài đặt Voltage Definitions và Distribution Systems; bố trí thiết bị phòng trạm biến áp, phòng máy phát điện tầng hầm B1; bố trí tủ điện trung thế, tủ MSB, tủ DB tầng; bố trí mạng lưới đèn, công tắc, ổ cắm; tạo mạch tải logic, kiểm tra thông số connector và đặt tên lộ dây (circuit line).
  • Dựng mô hình máng cáp (cable tray), ống luồn dây (conduit) và trục Busway.
  • Dựng mô hình hệ thống PCCC: thiết lập đường kính ống chữa cháy, màu sắc, kiểu nét vẽ vật liệu.
  • Phối hợp mô hình 3D hệ điện và PCCC để chạy công cụ kiểm tra xung đột không gian (clash detection), giải quyết các điểm va chạm cơ điện.
  • Thiết lập Schedule để trích xuất khối lượng vật tư và đóng khung xuất bản vẽ kỹ thuật.

Chương 4: Ứng dụng phần mềm Microsoft Project và Synchro Pro 4D vào quản lý tiến độ dự án

Nội dung chương 4 tập trung vào bước chuyển từ mô hình 3D sang mô hình 4D:

  • Sử dụng Microsoft Project: Thiết lập ngày bắt đầu dự án, cấu hình lịch làm việc chuẩn, nhập danh mục công việc, phân bổ thời lượng và thiết lập quan hệ tiến độ để tạo biểu đồ Gantt.
  • Tích hợp trên Synchro Pro 4D: Xuất mô hình 3D từ Revit và nhập vào Synchro Pro; liên kết dữ liệu tiến độ từ Microsoft Project; thực hiện gán các đối tượng hình học (vật tư, thiết bị điện, đường ống) làm tài nguyên cho từng đầu việc tiến độ; sử dụng công cụ Animation Editor để xuất video diễn họa tiến trình lắp đặt thực tế của hệ thống cơ điện công trình.

Chương 5: Lập dự trù vật tư, khối lượng

Chương này trình bày phương pháp lập dự toán xây lắp điện dựa trên bảng khối lượng tự động bóc tách từ mô hình Revit MEP. Tác giả thực hiện tính toán chi phí cụ thể và lập bảng dự toán chi tiết cho các hạng mục thiết bị, cáp và phụ kiện thuộc tủ điện đóng cắt chính MSB3.

Chương 6: Kết luận

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả định lượng đạt được đối chiếu với 4 mục tiêu ban đầu, xác định rõ các hạn chế tồn tại do phạm vi đề tài tốt nghiệp và đề xuất các định hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn các nội dung tính toán kỹ thuật và triển khai số hóa hệ thống điện cho tòa nhà The Nexus Tower 3. Toàn bộ các kết quả chính có dữ liệu định lượng cụ thể trong văn bản bao gồm:

Kết quả tính toán chiếu sáng tầng điển hình (Tầng 5 – 18)

Bảng tổng hợp kết quả tính toán chiếu sáng cho các khu vực chức năng chính trên một mặt sàn tầng điển hình:

Khu vực chức năng Diện tích ($m^2$) Độ rọi yêu cầu $E_{yc}$ (lux) Loại đèn sử dụng Quang thông bộ đèn ($lm$) Số bộ đèn tính toán Số bộ đèn lựa chọn
Sảnh thang máy 27,20 100 D1 (22,5 W) 2.100 3,46 4
Sảnh đệm 16,80 100 D1 (22,5 W) 2.100 0,91 1
Phòng ELEC & ELV 5,60 300 B2 (40 W) 4.100 0,69 1
WC Nam 18,20 200 B2 (40 W) 4.100 1,49 2
WC Nữ 13,50 200 B2 (40 W) 4.100 0,81 1
Hành lang 55,50 200 R1 (36 W) 3.600 32,80 35
Văn phòng 890,00 500 R1 (36 W) 3.600 104,50 110
Phòng AHU 38,40 200 B2 (40 W) 4.100 2,75 3

Ghi chú số liệu: Đèn chiếu sáng khẩn cấp tại tầng 5–18 bố trí gồm 14 đèn khẩn cấp âm trần (3 W, hoạt động 2 giờ) và 4 đèn chỉ dẫn thoát hiểm (3 W) cho khu vực văn phòng; hành lang bố trí 5 đèn khẩn cấp và 4 đèn thoát hiểm.

Kết quả tính toán phụ tải và nguồn cung cấp

  • Tủ MSB1 (Khối điều hòa không khí):
    • Phụ tải gồm các khối quạt làm mát MSSB-B1-CWF (225,44 kVA), MSSB-L19-CWF (78,2 kVA) và các nhánh ĐHKK khác, cho tổng công suất $\sum S_{tt} = 716,8\text{ kVA}$.
    • Hệ số đồng thời $K_s = 0,8$.
    • Tổng công suất tính toán sau đồng thời: $S_{tt} = 573\text{ kVA}$.
    • Máy biến áp lựa chọn: Chọn 1 máy biến áp khô Thibidi có công suất định mức $S_T = 800\text{ kVA}$ ($800\text{ kVA} \ge 1,2 \times 573\text{ kVA} = 688\text{ kVA}$), vận hành ở dải tải tối ưu.
  • Tủ MSB2 (Khối trung tâm thương mại và phụ tải tầng):
    • Cung cấp cho các phụ tải: tủ bơm hầm HSSB-B5-P (46,02 kVA), hút mùi MSSB-L2-EX (66,8 kVA), MSSB-LZ-1-AHU (8,81 kVA), MSSB-LZ-2-PAU (8,6 kVA), MSSB-LZ-4-AHU (16,4 kVA), 14 tủ AHU tầng thấp MSSB-LZ-5-AHU (mỗi tủ 16,32 kVA), 16 tủ AHU tầng cao MSSB-HZ-20-AHU (mỗi tủ 16,4 kVA), và các khối PAU tầng 19.

Đóng góp thực tiễn và học thuật của đồ án

So với phương pháp thiết kế truyền thống được nhóm tác giả đối chiếu trong văn bản, đồ án đạt được các đóng góp sau:

  1. Chuẩn hóa quy trình khép kín từ tính toán lý thuyết kỹ thuật điện (theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN, IEC) đến triển khai bản vẽ số hóa trên môi trường BIM 3D.
  2. Xử lý triệt để bài toán phối hợp không gian liên ngành giữa hệ thống phân phối điện (máng cáp, Busway) và hệ thống phòng cháy chữa cháy thông qua tính năng kiểm tra xung đột (clash detection) trong Revit MEP, giúp loại bỏ các sai sót trước giai đoạn thi công ngoài hiện trường.
  3. Tự động hóa công tác trích xuất khối lượng thiết bị, đường ống, cáp dẫn từ mô hình thông tin, tạo cơ sở chính xác cho bảng dự toán vật tư (minh chứng qua bảng dự toán tủ MSB3).
  4. Thiết lập thành công mô hình BIM 4D trên Synchro Pro kết nối với Microsoft Project, cung cấp công cụ trực quan hóa tiến trình thi công theo thời gian cho các kỹ sư quản lý dự án.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được tác giả xác định do giới hạn về mặt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp và kinh nghiệm thực tế của sinh viên:

  • Phạm vi tính toán chi tiết chiếu sáng và bố trí phụ tải nhánh tập trung điển hình vào mặt bằng tầng 5 – 18 và một số lộ tủ chính (MSB1, MSB2, MSB3, DB-B5, MSSB-LZ-5-AHU), chưa mở rộng chi tiết toàn bộ từng phòng ban chuyên biệt của tất cả 39 tầng nổi và 5 tầng hầm.
  • Mô hình kiểm tra va chạm liên ngành trong Revit MEP mới chỉ tập trung xử lý giữa hệ thống điện và hệ thống phòng cháy chữa cháy, chưa tích hợp đầy đủ hệ thống thông gió - điều hòa không khí (HVAC ducting) và cấp thoát nước (Plumbing) chi tiết trên toàn tòa nhà.
  • Việc ứng dụng công nghệ BIM trong đồ án dừng lại ở mức độ BIM 3D (hình học, thuộc tính) và BIM 4D (tiến độ thi công), chưa phát triển đến mức BIM 5D (tích hợp đơn giá chi tiết theo thời gian thực) và BIM 6D/7D (vận hành và bảo trì tòa nhà).

Hướng phát triển tiếp theo được đề xuất:

  • Tiếp tục hoàn thiện mô hình cơ điện đầy đủ bằng việc dựng chi tiết các phân hệ HVAC và cấp thoát nước vào mô hình BIM tổng thể của The Nexus Tower 3 để phát hiện xung đột không gian toàn diện.
  • Nghiên cứu ứng dụng BIM 5D nhằm tự động hóa tính toán chi phí dòng tiền dự án theo tiến độ thi công từ Synchro 4D.
  • Phát triển mô hình hoàn công hướng đến BIM 7D (Facility Management), gắn dữ liệu vòng đời, thông số bảo dưỡng máy biến áp, máy phát điện và tủ phân phối để chuyển giao cho đơn vị quản lý vận hành tòa nhà.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Kỹ thuật Cơ điện công trình (MEP), Kiến trúc và Quản lý xây dựng: Tham khảo một đồ án mẫu về quy trình tính toán hệ thống cung cấp điện nhà cao tầng tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế hiện hành.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện mới vào nghề: Cung cấp tài liệu chỉ dẫn các bước tính toán hệ số sử dụng chiếu sáng, phụ tải biểu kiến theo hệ số sử dụng/đồng thời, lựa chọn dung lượng máy biến áp có dự phòng, chọn Busway và kiểm tra độ sụt áp.
  • Cán bộ kỹ thuật và quản lý BIM: Cung cấp quy trình từng bước (workflow) triển khai dự án điện trên Revit MEP (từ cài đặt điện áp, liên kết file CAD, vẽ máng cáp/ống conduit, kết nối connector, kiểm tra va chạm với PCCC) và quy trình gán tiến độ thi công từ Microsoft Project sang Synchro Pro 4D để tạo video diễn họa.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình The Nexus Tower 3 có quy mô kiến trúc như thế nào và nguồn điện trung thế được cấp từ đâu?
Công trình The Nexus Tower 3 (Lotus Tower) gồm 5 tầng hầm (B1 – B5) và 39 tầng nổi, tổng diện tích khu đất 31.984 m², tổng diện tích sàn xây dựng 63.422 m². Nguồn điện trung thế 3 pha 24 kV / 50 Hz được cấp ngầm từ lưới điện của Công ty Điện lực Sài Gòn vào phòng tủ điện trung thế đặt tại tầng hầm B1 của công trình.

2. Tiêu chuẩn và phương pháp nào được sử dụng để tính toán chiếu sáng tầng văn phòng điển hình?
Nhóm tác giả sử dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông (Lumen method) kết hợp phần mềm mô phỏng Dialux Evo, tuân thủ các tiêu chuẩn: TCVN 7114-1:2008, QCVN 22/2016/BYT và TCVN 7722-2-22:2013. Đối với khu vực văn phòng tầng 5–18, độ rọi yêu cầu là 500 lux, sử dụng 110 bộ đèn mã R1 (công suất 36 W, quang thông 3.600 lm).

3. Công suất tính toán của tủ điện tổng MSB1 là bao nhiêu và máy biến áp tương ứng được chọn như thế nào?
Tủ MSB1 phục vụ hệ thống điều hòa không khí có tổng công suất các nhánh là 716,8 kVA. Với hệ số đồng thời $K_s = 0,8$, công suất tính toán là $S_{tt} = 573\text{ kVA}$. Áp dụng hệ số tải an toàn dự phòng 20% ($S_T \ge 1,2 \times 573 = 688\text{ kVA}$), nhóm tác giả chọn 1 máy biến áp khô chống cháy nổ của hãng Thibidi công suất 800 kVA đặt tại tầng hầm B1.

4. Quy trình liên kết mô hình BIM 4D trong đồ án được thực hiện qua các công cụ nào?
Quy trình thực hiện bằng cách dựng mô hình hình học 3D của hệ điện và kiến trúc trên Autodesk Revit MEP, xuất dữ liệu hình học sang phần mềm Synchro Pro 4D; song song đó, lập biểu đồ tiến độ thi công và phân bổ thời gian trên Microsoft Project rồi import vào Synchro Pro; cuối cùng, gán các cấu kiện 3D làm tài nguyên cho từng đầu việc tiến độ và dùng Animation Editor để xuất video mô phỏng tiến độ thi công.

5. Hệ thống nối đất hạ áp và chống sét của tòa nhà được thiết kế theo giải pháp kỹ thuật nào?
Hệ thống nối đất hạ áp của tòa nhà được thiết kế theo sơ đồ mạng TN-S với dây bảo vệ PE và dây trung tính N riêng biệt nhằm đảm bảo an toàn. Hệ thống chống sét sử dụng kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) đặt trên tầng mái kết hợp hệ thống thiết bị chống sét lan truyền công nghệ TDS và biến trở oxit kim loại (MOV).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ BIM thiết kế hệ thống điện cho tòa nhà The Nexus Tower 3" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết thành công bài toán tính toán kỹ thuật hệ thống cung cấp điện cho một cao ốc phức hợp quy mô 39 tầng nổi và 5 tầng hầm theo đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Đề tài thể hiện rõ tính thực tiễn thông qua việc kết hợp tính toán giải tích nguồn điện, máy biến áp khô 800 kVA, chiếu sáng, phụ tải và ngắn mạch với mô hình số hóa 3D trên Revit MEP. Đồng thời, việc xử lý xung đột không gian với hệ thống PCCC và xây dựng mô hình quản lý tiến độ thi công BIM 4D bằng Synchro Pro và Microsoft Project đã khẳng định giá trị ứng dụng cao của công nghệ BIM trong toàn bộ quy trình thiết kế và thi công cơ điện hiện đại.