Tổng quan nghiên cứu

Trong phương thức quản lý khối lượng xây dựng truyền thống, kỹ sư đo bóc khối lượng (Quantity Surveyor - QS) phải dành từ 50% đến 80% tổng quỹ thời gian cho việc bóc tách số liệu thủ công từ bản vẽ 2D và nhập liệu vào các bảng tính. Đối với các công trình nhà cao tầng có quy mô lớn, tính chất kỹ thuật phức tạp và thường xuyên thay đổi thiết kế, cách làm này bộc lộ nhiều rủi ro về sai sót số liệu, kéo dài thời gian xử lý và gây chậm tiến độ nghiệm thu thanh toán. Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM) ra đời như một giải pháp đột phá, giúp tự động hóa quá trình tính toán khối lượng, đồng bộ dữ liệu tập trung và hạn chế xung đột kỹ thuật.

Tại Việt Nam, hành lang pháp lý cho việc ứng dụng BIM đã được định hình rõ nét thông qua Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án áp dụng BIM trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình, cùng các quy định quản lý khối lượng tại Điều 33 Nghị định số 59/2015/NĐ-CP và hướng dẫn đo bóc tại Quyết định số 451/QĐ-BXD ngày 23/05/2017. Mặc dù vậy, đa số nhà thầu thi công tại Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay chỉ mới ứng dụng BIM cho công tác kiểm tra xung đột và triển khai bản vẽ thi công, trong khi việc ứng dụng vào quản lý khối lượng vẫn còn rời rạc và hiệu quả chưa cao.

Nghiên cứu của học viên Võ Đại Phong được thực hiện từ tháng 09/2018 đến tháng 12/2018 tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM nhằm khảo sát thực trạng, nhận diện các nhân tố rào cản và đề xuất quy trình ứng dụng mô hình BIM vào công tác quản lý khối lượng thi công nhà cao tầng. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực hành chuẩn mực giúp nhà thầu cắt giảm đáng kể thời gian bóc tách, nâng cao độ chính xác dữ liệu dự toán và kiểm soát hao hụt vật tư minh bạch.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết mô hình thông tin công trình (BIM) đa chiều theo định nghĩa của Azhar (2012), tiếp cận BIM không chỉ dưới góc độ công nghệ phần mềm mà còn là quy trình quản lý thông tin tích hợp xuyên suốt vòng đời dự án. Đi cùng với đó là lý thuyết quản lý dự án xây dựng theo phương thức truyền thống Thiết kế - Đấu thầu - Thi công (Design-Bid-Build - DBB). Khung lý thuyết của đề tài xoay quanh 4 khái niệm và chuẩn mực kỹ thuật cốt lõi:

Thứ nhất là cấp độ phát triển thông tin (Level of Development - LOD) theo tiêu chuẩn của BIMForum (2013), phân định rõ 5 cấp độ từ LOD 100 đến LOD 500 nhằm xác định độ chính xác hình học và thuộc tính dữ liệu gắn trong từng cấu kiện mô hình. Thứ hai là hệ thống phân loại dữ liệu công trình (Classification Systems) như MasterFormat, UniFormat, OmniClass và Uniclass 2015, đóng vai trò ngôn ngữ chuẩn hóa cấu trúc đối tượng phục vụ trích xuất khối lượng. Thứ ba là môi trường dữ liệu chung (Common Data Environment - CDE), vận hành trên nền tảng điện toán đám mây như Autodesk A360 hoặc máy chủ nội bộ giúp các bên trao đổi dữ liệu tập trung. Thứ tư là mô hình 5D BIM và định dạng dữ liệu mở IFC (Industry Foundation Classes), cho phép tích hợp dữ liệu chi phí và trao đổi thông tin linh hoạt giữa các phần mềm độc lập.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng qua 3 giai đoạn chặt chẽ. Dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua kỹ thuật phỏng vấn chuyên sâu và khảo sát bằng bảng hỏi trực tuyến gửi đến các kỹ sư QS và chuyên viên BIM đang trực tiếp làm việc tại các tổng thầu thi công nhà cao tầng ở TP.HCM. Phương pháp chọn mẫu thuận tiện (Convenience Sampling) kết hợp phát triển mẫu kiểu quả cầu tuyết (Snowball Sampling) được áp dụng nhằm tiếp cận các nhân sự có chuyên môn sâu trong bối cảnh các nhà thầu có mức độ bảo mật thông tin dự án cao.

Trong giai đoạn khảo sát chính thức kéo dài từ tháng 11/2018 đến tháng 12/2018, tác giả đã phát đi 90 phiếu khảo sát, thu về 55 phản hồi (đạt tỷ lệ 61%). Sau quá trình sàng lọc loại bỏ các phản hồi không thuộc đối tượng nhà thầu, mẫu nghiên cứu chính thức đạt 51 mẫu hợp lệ (tỷ lệ 56,7%), thỏa mãn quy tắc cỡ mẫu tối thiểu bằng 4 đến 5 lần số biến quan sát theo chuẩn phương pháp luận của Hoàng và Chu (2008).

Dữ liệu được xử lý bằng phương pháp thống kê mô tả (Descriptive Statistics) trên phần mềm SPSS và Microsoft Excel, đồng thời kiểm định độ tin cậy thang đo thông qua hệ số Cronbach's Alpha. Sau khi tổng hợp thực trạng, nghiên cứu xây dựng quy trình triển khai chuẩn và tiến hành thực nghiệm trên mô hình công trình thực tế bằng phần mềm Autodesk Revit 2018 kết hợp Add-in trao đổi dữ liệu hai chiều với Excel để đánh giá tính khả thi.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích thống kê từ 51 mẫu khảo sát hợp lệ đã mang lại 4 phát hiện quan trọng về thực trạng ứng dụng công nghệ tại các dự án nhà cao tầng:

Thứ nhất, tỷ lệ nhân sự có hiểu biết về quản lý khối lượng thi công đạt mức tuyệt đối 100% (trong đó 71% áp dụng ở mức hạn chế và 29% áp dụng thành thạo). Song song đó, mức độ nhận biết về BIM đạt 96% (73% biết và áp dụng hạn chế, 24% thành thạo và chỉ có 4% hoàn toàn chưa tiếp cận). Điều này chứng minh nguồn nhân lực ngành xây dựng tại TP.HCM đã có nền tảng nhận thức rất cao về công nghệ số.

Thứ hai, về kinh nghiệm làm việc, 84% đối tượng tham gia khảo sát có trên 2 năm kinh nghiệm trong ngành. Đáng chú ý, tỷ lệ nhân sự có kinh nghiệm thực tế với phương pháp BIM chiếm tới 61%, cao vượt trội so với 23% nhân sự chỉ thuần túy làm việc với bản vẽ 2D truyền thống, tạo độ tin cậy vững chắc cho các đánh giá chuyên môn.

Thứ ba, khảo sát chỉ ra thực trạng chênh lệch lớn trong các mục tiêu ứng dụng BIM. Đa số doanh nghiệp xây dựng tập trung khai thác BIM cho công tác kiểm tra xung đột thiết kế và triển khai bản vẽ thi công (Shopdrawing), trong khi hạng mục quản lý khối lượng phục vụ thanh toán chỉ chiếm tỷ trọng thấp và chủ yếu áp dụng cho các cấu kiện hình học đơn giản.

Thứ tư, nghiên cứu đã nhận diện và xếp hạng 12 nhân tố rào cản chính ảnh hưởng đến việc áp dụng BIM trong quản lý khối lượng. Trong đó, 3 rào cản lớn nhất gồm: chi phí đầu tư phần cứng, phần mềm và đào tạo nhân lực chuyên sâu; thiếu quy trình chuẩn hóa về phân loại và gán tham biến thông tin vào mô hình; sự kháng cự thay đổi thói quen làm việc từ phương thức 2D sang 3D của đội ngũ kỹ sư truyền thống.

Thảo luận kết quả

Thực trạng bóc tách khối lượng tại các tổng thầu hiện nay phản ánh rõ khoảng cách giữa thiết kế ý tưởng và thi công thực tế. Trong quy trình 2D, sự thiếu đồng bộ giữa bản vẽ kiến trúc, kết cấu và cơ điện (M&E) dẫn đến phát sinh hàng loạt yêu cầu thông tin (RFI) trên công trường, làm chậm tiến độ bóc tách của QS. Khi ứng dụng BIM, mô hình 3D tạo ra môi trường kiểm soát trực quan, nhưng nếu người dựng hình không hiểu nghiệp vụ đo bóc dự toán thì mô hình sẽ thiếu các tham số định danh vật tư, gây khó khăn cho việc phân loại chi phí.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với nghiên cứu của Cartlidge (2011) tại Anh khi ghi nhận có tới 61% đơn vị QS chưa mặn mà tham gia vào BIM do rào cản quy chuẩn, cũng như các cảnh báo của Monteiro và Martins (2013) về tính phức tạp trong việc xử lý dữ liệu trích xuất tự động. Để nâng cao tính trực quan trong báo cáo quản lý, dữ liệu khảo sát nên được trình bày thông qua biểu đồ tròn (Pie Chart) thể hiện cơ cấu kinh nghiệm chuyên môn và biểu đồ thanh ngang (Horizontal Bar Chart) so sánh mức độ ảnh hưởng của 12 nhân tố rào cản. Quy trình trích xuất dữ liệu mẫu trên phần mềm Autodesk Revit 2018 cũng được tổng hợp thành bảng đối chiếu thông số tham biến, minh chứng rằng mô hình hóa chi tiết giúp giảm thiểu trên 90% lỗi thiếu sót khối lượng so với cách tính thủ công.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực chứng, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm thúc đẩy ứng dụng BIM trong quản lý khối lượng thi công nhà cao tầng:

Thứ nhất, chuẩn hóa kế hoạch thực hiện BIM (BIM Execution Plan - BEP) ngay từ đầu dự án. Ban chỉ huy công trường và phòng BIM của nhà thầu cần ban hành tài liệu BEP trước thời điểm khởi công tối thiểu 30 ngày. Quy chuẩn này phải quy định rõ hệ thống đặt tên cấu kiện (Type Name), mã vật tư và mức độ phát triển LOD 300 đến LOD 400 nhằm bảo đảm mục tiêu tự động hóa trích xuất trên 90% khối lượng bê tông, ván khuôn và tường xây.

Thứ hai, triển khai tích hợp công cụ trao đổi dữ liệu hai chiều giữa Revit và Excel. Đội ngũ kỹ sư dự án cần ứng dụng các Add-in chuyên dụng kết nối mô hình Revit với bảng tính Microsoft Excel và Google Sheets trong vòng 2 tuần đầu triển khai thi công. Giải pháp này giúp rút ngắn 60% thời gian cập nhật dữ liệu khối lượng phát sinh từ hiện trường, loại bỏ hoàn toàn việc nhập liệu lặp lại thủ công.

Thứ ba, đẩy mạnh công tác đào tạo kỹ năng phối hợp liên bộ phận giữa kỹ sư QS và kỹ sư BIM. Ban Giám đốc các doanh nghiệp xây dựng cần tổ chức các chương trình đào tạo nội bộ kéo dài 3 đến 6 tháng, đặt mục tiêu 100% nhân sự phòng đấu thầu và công trường làm chủ kỹ thuật gán tham biến quản lý hao hụt, phân chia đợt đổ bê tông và quản lý vật tư qua mã phản hồi nhanh (QR Code) trên bản vẽ Shopdrawing.

Thứ tư, hoàn thiện hành lang pháp lý và hướng dẫn kỹ thuật đo bóc 5D BIM cấp quốc gia. Cơ quan quản lý nhà nước như Bộ Xây dựng cần sớm cập nhật các quy chuẩn đo bóc khối lượng công trình theo hướng tương thích với mô hình dữ liệu số trong lộ trình 1 đến 2 năm tới, nâng cấp tính chất hướng dẫn tham khảo của Quyết định 451/QĐ-BXD thành các tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc cho toàn ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị khoa học và cẩm nang ứng dụng thực tế cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm trong ngành xây dựng:

Nhóm thứ nhất là Kỹ sư Quản lý Khối lượng (QS) và Kỹ sư Dự toán. Luận văn cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách thiết lập tham số, khai thác tính năng Schedule/Quantities trên phần mềm mô hình hóa và liên kết dữ liệu tự động, giúp kỹ sư QS giảm thiểu tới 70% thời gian tính toán và loại trừ hoàn toàn các sai số số học đơn thuần.

Nhóm thứ hai là Chuyên viên và Quản lý BIM (BIM Coordinator / BIM Manager). Tài liệu giúp định hình rõ yêu cầu thông tin phi hình học cần tích hợp vào mô hình ngay từ giai đoạn thiết kế thi công, từ đó tối ưu hóa cấu trúc Family, kiểm soát chất lượng mô hình đáp ứng chuẩn xác mục tiêu bóc tách khối lượng của dự án.

Nhóm thứ ba là Ban Chỉ huy Công trường và Giám đốc Quản lý Dự án. Tài liệu cung cấp quy trình điều phối thông tin trực quan, phương pháp quản lý mã vật tư nhập - xuất và kiểm soát tỷ lệ hao hụt vật liệu theo từng tầng điển hình thông qua thiết bị di động, nâng cao hiệu quả điều hành hiện trường đạt mức 100% minh bạch.

Nhóm thứ tư là Giảng viên, Học viên Cao học và Sinh viên chuyên ngành Quản lý Xây dựng. Đây là tài liệu tham khảo học thuật giá trị, kết hợp hài hòa giữa phương pháp luận nghiên cứu định lượng chuẩn mực và quy trình thực nghiệm phần mềm chuyên ngành tại các đô thị lớn như TP.HCM.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp quản lý khối lượng bằng mô hình BIM giúp tiết kiệm bao nhiêu thời gian so với phương pháp 2D truyền thống?
Theo kết quả nghiên cứu và đối chiếu với dữ liệu từ Hannon (2017), phương pháp bóc tách 2D khiến kỹ sư QS mất 50% đến 80% thời gian vào việc đo đếm và nhập số liệu thủ công. Khi ứng dụng quy trình BIM chuẩn hóa, thời gian trích xuất khối lượng và lập bảng dự toán BOQ được rút ngắn từ 50% đến 60%, đặc biệt giúp cập nhật tự động bảng khối lượng chỉ sau vài phút mỗi khi có điều chỉnh thiết kế.

Cấp độ phát triển thông tin (LOD) nào là phù hợp nhất để phục vụ công tác quản lý khối lượng thi công?
Trong giai đoạn thi công nhà cao tầng, mức độ phát triển LOD 300 đến LOD 400 là phù hợp nhất. Theo tiêu chuẩn của BIMForum, tại cấp độ này, các đối tượng hình học như cột, dầm, sàn, tường xây được xác định chính xác về kích thước thực tế, vị trí không gian và được tích hợp đầy đủ các tham biến thuộc tính vật liệu, đơn giá và giai đoạn thi công phục vụ bóc tách chuẩn xác trên 95%.

Những rào cản lớn nhất khi nhà thầu triển khai BIM cho công tác QS tại Việt Nam hiện nay là gì?
Dữ liệu khảo sát từ 51 chuyên gia chỉ ra rằng rào cản lớn nhất đến từ chi phí đầu tư ban đầu cho bản quyền phần mềm và phần cứng máy tính. Bên cạnh đó, sự thiếu hụt nhân sự am hiểu song song cả chuyên môn đo bóc dự toán lẫn kỹ năng phần mềm BIM, cùng thói quen làm việc độc lập của hơn 70% kỹ sư xây dựng truyền thống cũng là những điểm nghẽn cốt lõi cần tháo gỡ.

Làm thế nào để xử lý việc đồng bộ dữ liệu khối lượng từ mô hình BIM sang phần mềm Microsoft Excel?
Nghiên cứu minh họa giải pháp tối ưu bằng cách sử dụng các Add-in chuyên dụng kết nối với Autodesk Revit 2018 để xuất toàn bộ bảng khối lượng sang định dạng Excel và Google Sheets. Các tham biến quản lý được đồng bộ hóa hai chiều, cho phép kỹ sư nhập trực tiếp các thông số nghiệm thu hoặc hao hụt vật tư trên bảng tính rồi cập nhật ngược lại vào mô hình 3D một cách chính xác 100%.

Mô hình BIM hỗ trợ kiểm soát khối lượng phát sinh ngoài hợp đồng trong các dự án DBB như thế nào?
Trong các dự án Design-Bid-Build (DBB), việc thay đổi thiết kế thường gây tranh chấp khối lượng. Mô hình BIM giúp phát hiện sớm xung đột không gian trước khi lắp đặt, ghi nhận tự động các điều chỉnh kích thước cấu kiện và xuất bảng so sánh khối lượng sai khác tức thì, giúp chủ đầu tư và nhà thầu cắt giảm hơn 80% thời gian thương thảo phê duyệt chi phí phát sinh.

Kết luận

Đề tài nghiên cứu của tác giả Võ Đại Phong đã mang lại những đóng góp toàn diện cả về mặt lý luận khoa học lẫn thực tiễn thi công:

• Phân tích sâu sắc bức tranh thực trạng ứng dụng BIM tại TP.HCM dựa trên dữ liệu khảo sát thực chứng từ 51 chuyên gia đầu ngành.
• Nhận diện chuẩn xác 12 nhân tố rào cản chi phối khả năng ứng dụng BIM cho công tác đo bóc dự toán công trình.
• Xây dựng hoàn chỉnh quy trình phối hợp thông tin và kế hoạch BEP chuẩn hóa cho công tác quản lý khối lượng thi công nhà cao tầng.
• Thực nghiệm thành công quy trình trên mô hình thực tế, chứng minh tính khả thi của việc trích xuất tự động và đồng bộ hóa hai chiều dữ liệu Revit - Excel.
• Khẳng định vai trò hạt nhân của BIM trong việc hiện đại hóa quản trị chi phí, giảm thiểu lãng phí và thúc đẩy chuyển đổi số ngành xây dựng.

Đóng góp cốt lõi của luận văn là tạo lập cẩm nang hướng dẫn thực thi thực tế cho các tổng thầu xây dựng trong bối cảnh toàn ngành đang đẩy mạnh thực hiện Quyết định số 2500/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Trong lộ trình giai đoạn 2019-2025, các doanh nghiệp xây dựng cần nhanh chóng chuẩn hóa quy trình nội bộ và mở rộng ứng dụng BIM sang chiều kích 5D quản lý dòng tiền dự án. Hãy tải ngay toàn văn tài liệu luận văn thạc sĩ để áp dụng quy trình BIM tối ưu vào công tác quản lý khối lượng cho các dự án xây dựng của bạn.