Luận văn thạc sĩ: Quản lý xây dựng và mô hình thông tin công trình lịch sử HBIM cho bảo trì di sản

• Tác giả: Lê Mỹ Uy Như
• Người hướng dẫn: Dr. Lê Hoài Long
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Construction Management
• Đề tài: Xây dựng và đánh giá cơ sở dữ liệu cho mô hình thông tin công trình lịch sử HBIM trong quản lý và bảo trì di sản
• Loại tài liệu: master’s thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• TÓM TẮT
• AUTHOR’S COMMITMENT
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Scope of Study
• 1.2. Scientific and practical significance
• 2. CHAPTER 2: THEORETICAL BASIC AND RELATED RESEARCH
• 2.1. Definitions and concepts
• 2.2. Definition of Culture Heritage (CH)
• 2.3. Legal Document Related to Facility Management in Culture Heritage
• 2.4. The situation of Vietnamese Architectural Heritage (VAH)
• 2.5. Definition of Building Information Modeling (BIM)
• 2.6. Definition of BIM in Facility Management
• 2.7. The Level of Development (LOD) Specification
• 4. CHAPTER 4: FREQUENCY OF USING INFORMATION MODELING ON OPERATION AND MANAGEMENT OF CULTURAL HERITAGE IN VIETNAM
• 4.1. Synthesize information about survey subjects
• 4.2. General information about the survey
• 4.3. General Information of Surveyor. Information related to conservation and restoration of relics integrated with current technologies
• 4.4. Frequency of using the information of components in the management and operation of historical monuments
• 5. CHAPTER 5: DEMAND FOR THE INFORMATION DEVELOPMENT LEVEL OF FACILITIES IN HISTORICAL MONUMENTS
• 5.1. Synthesize information about survey subjects
• 5.2. Evaluation and Conclusion
• 6. CHAPTER 6: HBIM DATABASE APPLICATION IN CASE STUDY
• 6.1. The project used to apply the database to the HBIM-FM model
• 6.2. The process of applying the database to the HBIM-FM model
• 6.3. Evaluation and conclusion
• 7. CHAPTER 7: CONCLUSION AND SUGGESTION
• 7.1. Limitation and Suggestion
• APPENDIX 1: QUESTIONAIRE SURVEY 1
• APPENDIX 2: QUESTIONAIRE SURVEY 2
• APPENDIX 3: QUESTIONAIRE SURVEY RESULTS

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh bảo tồn di sản văn hóa, việc xây dựng và đánh giá cơ sở dữ liệu cho mô hình thông tin công trình lịch sử (HBIM) đóng vai trò quan trọng trong quản lý di sản. Luận văn này nhằm mục đích tạo ra một cơ sở dữ liệu cho các công trình lịch sử, không chỉ tập trung vào phương pháp khảo sát hình học mà còn vào thông tin đo lường liên quan đến việc bảo tồn, thử nghiệm và giám sát. Việc áp dụng HBIM trong quản lý di sản không chỉ giúp cải thiện hiệu quả trong việc bảo trì mà còn nâng cao khả năng phục hồi của các công trình di sản. Theo UNESCO, việc bảo vệ di sản văn hóa là một nghĩa vụ quốc tế, và nghiên cứu này góp phần vào nỗ lực toàn cầu đó.

1.1. Tầm quan trọng của HBIM

HBIM là một công cụ mạnh mẽ giúp quản lý thông tin liên quan đến di sản. Việc áp dụng công nghệ HBIM cho phép tạo ra các mô hình 3D chính xác của các công trình lịch sử, giúp cho việc khảo sát và bảo trì trở nên dễ dàng hơn. Theo tài liệu nghiên cứu, HBIM không chỉ hỗ trợ trong việc quản lý thông tin mà còn cung cấp nền tảng cho việc phát triển các kế hoạch bảo trì và phục hồi hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Việt Nam, nơi mà kiến trúc truyền thống đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc bảo tồn.

II. Cơ sở lý thuyết và nghiên cứu liên quan

Phần này tập trung vào việc định nghĩa các khái niệm cơ bản liên quan đến di sản văn hóa và mô hình thông tin xây dựng. Đặc biệt, việc phân tích tình hình di sản kiến trúc Việt Nam cho thấy sự đa dạng và phong phú trong các kiểu dáng kiến trúc, điều này đòi hỏi một cách tiếp cận linh hoạt trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu. Mô hình hóa thông tin xây dựng (BIM) cung cấp một khung làm việc cho việc quản lý và bảo trì các công trình di sản, cho phép các nhà quản lý có thể truy cập thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả. Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu HBIM không chỉ giúp lưu trữ thông tin mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ và phối hợp giữa các bên liên quan trong quá trình bảo tồn.

2.1. Khái niệm về di sản văn hóa

Di sản văn hóa bao gồm các công trình kiến trúc, nghệ thuật và các yếu tố văn hóa khác phản ánh lịch sử và bản sắc dân tộc. Việc bảo tồn di sản văn hóa không chỉ là bảo vệ các công trình vật chất mà còn là duy trì các giá trị văn hóa và lịch sử. HBIM được coi là một công cụ hiệu quả trong việc quản lý di sản, cho phép các nhà nghiên cứu và quản lý dễ dàng theo dõi và phân tích tình trạng của các công trình di sản. Từ đó, có thể đưa ra các quyết định chính xác hơn về việc bảo trì và phục hồi.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp khảo sát để thu thập dữ liệu về tần suất sử dụng thông tin trong quản lý và bảo trì các công trình di sản. Đánh giá cơ sở dữ liệu được thực hiện thông qua việc phân tích các mẫu khảo sát và phỏng vấn các chuyên gia trong lĩnh vực quản lý di sản. Kết quả khảo sát cho thấy nhu cầu cao về thông tin chi tiết liên quan đến các yếu tố cấu thành của công trình, từ đó đề xuất một mô hình thông tin phù hợp cho việc quản lý di sản. Công nghệ thông tin đóng vai trò then chốt trong việc thu thập và phân tích dữ liệu, giúp nâng cao hiệu quả trong công tác bảo tồn.

3.1. Thiết kế nghiên cứu

Thiết kế nghiên cứu bao gồm việc xác định đối tượng khảo sát và phương pháp thu thập dữ liệu. Sử dụng bảng hỏi để thu thập thông tin từ các chuyên gia và người quản lý di sản, nghiên cứu này nhằm mục đích phân tích nhu cầu thông tin và mức độ phát triển thông tin trong các công trình di sản. Kết quả thu được sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức mà cơ sở dữ liệu HBIM có thể được tối ưu hóa để phục vụ cho việc quản lý và bảo trì hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng của cơ sở dữ liệu HBIM

Phần này sẽ trình bày ứng dụng cụ thể của cơ sở dữ liệu HBIM trong việc quản lý và bảo trì các di sản văn hóa, với một nghiên cứu điển hình tại Đền Hùng. Việc áp dụng HBIM không chỉ giúp cải thiện quy trình quản lý mà còn nâng cao khả năng phục hồi của di sản. Các mô hình HBIM cho phép theo dõi tình trạng của công trình theo thời gian, từ đó có thể đưa ra các biện pháp bảo trì kịp thời. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc đảm bảo rằng các công trình di sản được bảo tồn một cách bền vững và hiệu quả.

4.1. Nghiên cứu điển hình tại Đền Hùng

Nghiên cứu điển hình tại Đền Hùng cho thấy việc áp dụng HBIM trong quản lý di sản đã mang lại những kết quả tích cực. Mô hình HBIM được xây dựng giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình trạng của công trình, từ đó có thể đưa ra các quyết định hợp lý về việc bảo trì và phục hồi. Kết quả khảo sát cho thấy rằng việc sử dụng cơ sở dữ liệu HBIM đã cải thiện đáng kể hiệu quả trong công tác quản lý và bảo trì, đồng thời nâng cao nhận thức của cộng đồng về giá trị của di sản văn hóa.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có hơn 41.000 di tích kiến trúc, trong đó có 112 di tích quốc gia đặc biệt và 8 di sản thế giới, tập trung chủ yếu ở các vùng đồng bằng sông Hồng và các thành phố lớn như Hà Nội, Huế, Đà Lạt, Hội An, và TP. Hồ Chí Minh. Việc bảo tồn và quản lý các di tích lịch sử này đang đối mặt với nhiều thách thức do sự đa dạng kiến trúc truyền thống, tình trạng xuống cấp và thiếu hụt công nghệ quản lý hiện đại. Mô hình Thông tin Công trình Di sản (HBIM) được xem là giải pháp tiên tiến nhằm số hóa, lưu trữ và quản lý thông tin di tích một cách hiệu quả, hỗ trợ công tác vận hành và bảo trì. Luận văn tập trung xây dựng và đánh giá cơ sở dữ liệu HBIM phục vụ quản lý vận hành và duy tu bảo dưỡng di tích lịch sử, với nghiên cứu điển hình tại Đền Hùng (TP. Hồ Chí Minh). Mục tiêu cụ thể gồm: (1) đề xuất quy trình Scan-to-HBIM và bộ dữ liệu thông tin phù hợp với đặc thù di tích Việt Nam; (2) khảo sát tần suất sử dụng và nhu cầu thông tin các thành phần cấu kiện để xác định mức độ phát triển thông tin (LOD); (3) xây dựng mô hình HBIM ứng dụng trong quản lý vận hành và bảo trì. Nghiên cứu có phạm vi khảo sát tại TP. Hồ Chí Minh, tập trung vào các di tích kiến trúc truyền thống, trong khoảng thời gian từ năm 2020 đến 2022. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả quản lý di tích, giảm thiểu rủi ro xuống cấp, đồng thời thúc đẩy nhận thức xã hội về giá trị văn hóa và bảo tồn di sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình Thông tin Công trình (BIM): BIM là công nghệ số hóa mô hình 3D kết hợp lưu trữ dữ liệu đa dạng, hỗ trợ toàn bộ vòng đời công trình từ thiết kế, thi công đến vận hành và bảo trì. BIM được ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng hiện đại và đang được mở rộng sang lĩnh vực quản lý di sản văn hóa.

• Mô hình Thông tin Công trình Di sản (HBIM): HBIM là sự phát triển của BIM, tập trung vào các công trình di tích lịch sử với đặc thù kiến trúc phức tạp, không chuẩn hóa, đòi hỏi mô hình hóa chi tiết và lưu trữ thông tin đa chiều về vật liệu, cấu kiện, tình trạng bảo tồn.

• Mức độ Phát triển Thông tin (LOD): LOD xác định mức độ chi tiết và độ tin cậy của các thành phần trong mô hình HBIM, từ mô hình khái quát đến mô hình chi tiết phục vụ thi công và bảo trì.

• Quản lý Cơ sở vật chất (Facility Management - FM): FM là quá trình quản lý vận hành, bảo trì công trình nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả, an toàn và bền vững. BIM/FM tích hợp giúp nâng cao hiệu quả quản lý trong giai đoạn vận hành.

Các khái niệm chính bao gồm: Scan-to-HBIM (quy trình chuyển đổi dữ liệu quét 3D thành mô hình HBIM), Level of Information (LOI - mức độ thông tin), Asset Information Model (AIM), và các tiêu chuẩn quốc tế ISO 19650 về quản lý thông tin công trình.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ khảo sát thực địa tại Đền Hùng (TP. Hồ Chí Minh), sử dụng công nghệ quét laser 3D (TLS), ảnh chụp quang học, và các tài liệu lưu trữ liên quan đến di tích. Ngoài ra, khảo sát ý kiến chuyên gia gồm kiến trúc sư, nhà quản lý di tích, kỹ sư bảo trì, và các chuyên gia khảo cổ.

• Phương pháp phân tích: Kết hợp phân tích định lượng và định tính. Phân tích tần suất sử dụng thông tin các thành phần cấu kiện trong quản lý vận hành, đánh giá nhu cầu thông tin theo mức LOD và LOI. Xây dựng cơ sở dữ liệu HBIM dựa trên kết quả khảo sát và dữ liệu quét 3D. Mô hình HBIM được xây dựng và kiểm thử trên phần mềm chuyên dụng, đánh giá tính khả thi và hiệu quả ứng dụng.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Khảo sát 50 chuyên gia và cán bộ quản lý có kinh nghiệm trong lĩnh vực bảo tồn và quản lý di tích tại TP. Hồ Chí Minh. Phương pháp chọn mẫu theo tiêu chí chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong 24 tháng (2020-2022), gồm các giai đoạn: thu thập dữ liệu (6 tháng), xây dựng mô hình và cơ sở dữ liệu (9 tháng), khảo sát và đánh giá (6 tháng), tổng hợp và hoàn thiện luận văn (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tần suất sử dụng thông tin các thành phần cấu kiện trong quản lý vận hành: Kết quả khảo sát cho thấy các thành phần như kết cấu nền móng, tường bao, mái nhà có tần suất sử dụng thông tin cao nhất, đạt khoảng 85-90%. Các thành phần nội thất và hệ thống kỹ thuật có tần suất sử dụng thấp hơn, khoảng 40-60%.

2. Nhu cầu mức độ phát triển thông tin (LOD) cho các thành phần: Phần lớn các chuyên gia đề xuất mức LOD từ 300 đến 400 cho các thành phần kết cấu chính, đảm bảo đủ chi tiết để phục vụ công tác bảo trì và phục hồi. Các thành phần phụ trợ và nội thất được đề xuất mức LOD thấp hơn, khoảng 200-300.

3. Hiệu quả của quy trình Scan-to-HBIM: Việc áp dụng công nghệ quét laser 3D kết hợp photogrammetry giúp thu thập dữ liệu chính xác với sai số dưới 5mm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng mô hình HBIM chi tiết và đầy đủ thông tin.

4. Ứng dụng mô hình HBIM trong quản lý vận hành Đền Hùng: Mô hình HBIM giúp quản lý thông tin về tình trạng cấu kiện, lịch sử bảo trì, và kế hoạch duy tu bảo dưỡng một cách trực quan và hiệu quả, giảm thiểu rủi ro xuống cấp và tăng cường khả năng dự báo sự cố.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của việc tập trung nhu cầu thông tin vào các thành phần kết cấu chính xuất phát từ vai trò quan trọng của chúng trong việc đảm bảo an toàn và ổn định của di tích. So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng HBIM trong bảo tồn di sản, nhấn mạnh mức độ chi tiết cần thiết cho từng loại cấu kiện. Việc sử dụng công nghệ quét 3D hiện đại đã nâng cao độ chính xác và hiệu quả thu thập dữ liệu, giúp giảm thời gian và chi phí khảo sát truyền thống. Mô hình HBIM không chỉ hỗ trợ quản lý vận hành mà còn tạo nền tảng cho các hoạt động quảng bá, giáo dục về di sản. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tần suất sử dụng thông tin theo từng thành phần, bảng phân loại mức LOD đề xuất, và mô hình 3D tương tác minh họa tình trạng di tích.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng và triển khai hệ thống cơ sở dữ liệu HBIM chuẩn hóa: Thiết lập bộ dữ liệu chuẩn với mức LOD và LOI phù hợp cho từng loại cấu kiện di tích, đảm bảo tính đồng bộ và dễ dàng cập nhật. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: Sở Văn hóa - Thể thao, các viện nghiên cứu chuyên ngành.

2. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên gia quản lý di tích về công nghệ HBIM: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật quét 3D, xây dựng và vận hành mô hình HBIM cho cán bộ quản lý và kỹ thuật viên. Thời gian: 6-9 tháng. Chủ thể: Trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành.

3. Ứng dụng HBIM trong công tác bảo trì và phục hồi di tích: Áp dụng mô hình HBIM để lập kế hoạch bảo trì định kỳ, giám sát tình trạng cấu kiện, và hỗ trợ quyết định can thiệp kỹ thuật. Thời gian: 18 tháng. Chủ thể: Ban quản lý di tích, đơn vị thi công bảo trì.

4. Tăng cường hợp tác quốc tế và nghiên cứu phát triển công nghệ mới: Hợp tác với các tổ chức quốc tế để cập nhật công nghệ, tiêu chuẩn quản lý di sản hiện đại, đồng thời phát triển các công cụ phần mềm HBIM phù hợp với đặc thù di tích Việt Nam. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Bộ Văn hóa, các viện nghiên cứu, doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ quản lý di tích và bảo tồn văn hóa: Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu và phương pháp quản lý vận hành hiện đại, giúp nâng cao hiệu quả bảo tồn và duy trì di tích.

2. Chuyên gia, kỹ sư xây dựng và kiến trúc sư: Tham khảo quy trình Scan-to-HBIM, các tiêu chuẩn LOD, LOI để áp dụng trong thiết kế, phục hồi và bảo trì công trình di sản.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Quản lý xây dựng, Kiến trúc, Di sản văn hóa: Tài liệu tham khảo khoa học về ứng dụng BIM trong lĩnh vực di sản, phương pháp nghiên cứu và phân tích dữ liệu thực tiễn.

4. Các cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức phi chính phủ: Hỗ trợ xây dựng chính sách, kế hoạch phát triển công nghệ số hóa và quản lý di sản văn hóa hiệu quả, bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. HBIM khác gì so với BIM thông thường?
   HBIM tập trung vào các công trình di sản lịch sử với kiến trúc phức tạp, không chuẩn hóa, đòi hỏi mô hình hóa chi tiết và lưu trữ thông tin đa chiều về vật liệu, cấu kiện, tình trạng bảo tồn, trong khi BIM thông thường chủ yếu phục vụ công trình mới.

2. Quy trình Scan-to-HBIM gồm những bước nào?
   Quy trình bao gồm thu thập dữ liệu bằng quét laser 3D và photogrammetry, xử lý dữ liệu điểm (point cloud), chuyển đổi thành mô hình tham số, xây dựng cơ sở dữ liệu với các mức LOD và LOI phù hợp, và tích hợp mô hình vào hệ thống quản lý vận hành.

3. Mức độ phát triển thông tin (LOD) có vai trò gì trong HBIM?
   LOD xác định mức độ chi tiết và độ tin cậy của các thành phần trong mô hình HBIM, giúp phân loại thông tin phù hợp với từng giai đoạn quản lý, từ khảo sát đến bảo trì và phục hồi.

4. HBIM có thể hỗ trợ gì trong công tác bảo trì di tích?
   HBIM cung cấp mô hình 3D chi tiết kèm theo dữ liệu về tình trạng cấu kiện, lịch sử bảo trì, giúp lập kế hoạch bảo trì định kỳ, giám sát và dự báo sự cố, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và giảm chi phí.

5. Làm thế nào để triển khai HBIM tại các di tích ở Việt Nam?
   Cần xây dựng cơ sở dữ liệu chuẩn, đào tạo nhân lực chuyên môn, áp dụng công nghệ quét 3D hiện đại, phối hợp giữa các cơ quan quản lý, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ để phát triển và vận hành hệ thống HBIM phù hợp với đặc thù di tích Việt Nam.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công cơ sở dữ liệu HBIM với bộ dữ liệu LOD và LOI phù hợp cho quản lý vận hành và bảo trì di tích lịch sử tại Việt Nam, điển hình là Đền Hùng (TP. Hồ Chí Minh).
• Quy trình Scan-to-HBIM kết hợp công nghệ quét laser 3D và photogrammetry cho phép thu thập dữ liệu chính xác, hỗ trợ xây dựng mô hình tham số chi tiết.
• Kết quả khảo sát cho thấy nhu cầu thông tin tập trung vào các thành phần kết cấu chính với mức LOD từ 300 đến 400, đảm bảo hiệu quả quản lý và bảo tồn.
• Mô hình HBIM ứng dụng giúp nâng cao hiệu quả quản lý vận hành, giảm thiểu rủi ro xuống cấp và hỗ trợ công tác quảng bá di sản.
• Đề xuất các giải pháp triển khai hệ thống HBIM chuẩn hóa, đào tạo nhân lực, ứng dụng công nghệ và hợp tác quốc tế để phát triển bền vững công tác bảo tồn di tích.

Next steps: Triển khai thử nghiệm hệ thống HBIM tại các di tích khác, mở rộng phạm vi nghiên cứu, và phát triển phần mềm hỗ trợ quản lý vận hành di sản.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và chuyên gia trong lĩnh vực bảo tồn di sản cần phối hợp triển khai ứng dụng HBIM để nâng cao hiệu quả bảo tồn và phát huy giá trị văn hóa lịch sử quốc gia.