Ứng dụng của BIM trong các dự án hạ tầng giao thông
Thuật ngữ BIM tồn tại trong ngành xây dựng trong một thời gian khá lâu; trong khi rất nhiều quan niệm cho rằng chữ “B” trong BIM là Building hiểu theo nghĩa công trình xây dựng thì thực tế chữ “Building” được hiểu theo nghĩa rộng hơn bao gồm các công trình nhà, đường xá và hạ tầng.
Được chấp nhận nhiều nơi trên thế giới bởi các tổ chức khác nhau, khái niệm BIM được Uỷ ban Tiêu chuẩn BIM tại Mỹ (NBIMS) định nghĩa như sau: “Mô hình thông tin công trình – BIM là sự biểu diễn bằng cách số hóa các thuộc tính vật lý và chức năng của công trình, chia sẻ nguồn tri thức các thông tin của công trình, tạo một cơ sở đáng tin cậy cho các quyết định trong suốt vòng đời từ ý tưởng ban đầu cho đến khi dỡ bỏ nó”.
Tekla Structures là một giải pháp tích hợp trong việc mô hình hóa tham số cho công trình cầu (BrlM) cho thiết kế tất cả các dạng, kích thước và vật liệu của cầu. Với sự hài lòng ở mức độ cao, khách hàng của chúng tôi khẳng định rằng Tekla Structures là giải pháp BrIM mạnh mẽ nhất và hiệu quả nhất hiện nay. Điều này là do mô hình được xây dựng theo phương pháp tiếp cận phối hợp các công cụ và các quy trình, từ đó cung cấp cho khách hàng cả những thiết kế phức tạp như cầu theo đường cong đôi.
I. Ứng dụng BIM trong giai đoạn thiết kế
1. Thiết kế các công trình hạ tầng
Trong quy trình thiết kế truyền thống bản vẽ CAD 2D là công cụ chính để thể hiện ý đồ thiết kế, các bản vẽ 2D thường không có liên hệ về mặt không gian và quản lý. Để thể hiện thiết kế của một công trình các kỹ sư dùng các bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, các ghi chú.
Với công nghệ BIM, công trình xây dựng được thể hiện trên môi trường 3D; các đối tượng có thuộc tính về hình học và vật liệu; bản vẽ 2D sẽ được taọ từ mô hình 3D.
Các bộ phận thiết kế, thi công, giám sát có thể truy cập và cập nhật dữ liệu chung duy nhất. Các thay đổi trên mô hình luôn được cập nhật cho tất cả các bộ phận.
Mô hình trực quan
Với công nghệ BIM, cốt lõi của dự án là mô hình số 3D, một mô hình mà tất cả các kỹ sư và nhà thiết kế có thể thể hiện các ý đồ thiết kế. Từ mô hình tất cả các bản vẽ được khởi tạo theo yêu cầu. Mô hình sẽ được cập nhật trong suốt quá trình thiết kế để đạt được mô hình thiết kế cuối cùng. Vì thế các xung đột và lỗi thiết kế sẽ được phát hiện sớm và được sửa chữa. Các lỗi trong quá trình thi công sẽ gây ra phát sinh chi phí rất lớn nên việc phát hiện sớm ngay trong giai đoạn thiết kế đóng vai trò vô cùng quan trọng.
Thêm vào đó, một mô hình trực quan giúp giải quyết các vấn đề về đọc bản vẽ 2D mà trước đây thường mắc phải đặc biệt với các bộ phận tham gia không có nền tảng kỹ thuật như các bộ phận quản lý. Với mô hình trực quan trên 3D, các mặt của vấn đề dễ dàng hơn được xem xét bởi các bộ phận quản lý công, chính phủ.
Khả năng phối hợp:
Không giống như phương pháp thiết kế truyền thống trên 2D mô tả các đối tượng qua các đường line (đường thẳng, cong, polyline…); mô hình BIM mô tả các đối tượng có thuộc tính. Các đối tượng có thể được tiêu chuẩn hóa, lấy từ thư viện hoặc internet. Các kỹ sư thuộc các bên khác nhau mô hình các đối tượng theo nhiệm vụ của mình và có thể chia sẻ, phối hợp làm việc trên nền tảng dữ liệu chung.
Hiện tại trên thế giới các định dạng dữ liệu chung được sử dụng phổ biến cho công trình cơ sở hạ tầng là LandXML và IFC.
Thông qua một nền tảng dữ liệu chung các mô hình được ghép lại thành một mô hình duy nhất để kiểm tra xung đột và phân tích. Theo cách đó các xung đột hay lỗi thiết kế được phát hiện từ sớm.
Mô hình BIM là công cụ vô cùng có giá trị để giảm chi phí do lỗi thiết kế. Thống kê từ Na Uy cho thấy ít nhất 4% tổng chi phí các dự án hạ tầng là do lỗi thiết kế. Với BIM chi phí này liên tục được giảm xuống.
Phối hợp các mô hình BIM trên phần mềm TeklaBIMsight bởi công ty tư vấn HNTB Corporation, dự án tuyến đường bang Seatle số 99- Hoa Kỳ, chiều dài 2,8km, đường kính hầm 16m
Dễ dàng quan sát mô hình 3D thông qua tạo các mặt cắt trên mô hình phối hợp BIM
Đây là dự án có tính phức tạp cao kết hợp cơ sở hạ tầng, kết cấu, kiến trúc, hệ thống cơ điện và quản lý giao thông. HNTB đã sử dụng mô hình BIM trong tất cả các buổi họp dự án hàng tuần. Tất cả các mô hình từ các bộ phận khác nhau (hầm, kiến trúc, cơ điện) được kết hợp trong mô hình TeklaBIMsight, HNTB dễ dàng phát hiện các xung đột và các thay đổi thiết kế có thể xảy ra.
2. Thiết kế các công trình cầu, hầm
Trong lĩnh vực thiết kế các công trình cầu, hầm các đối tượng thiết kế mang tính kết cấu như kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép. Phần mềm Tekla Structures của hãng Tekla Corp là giải pháp BIM hàng đầu trong lĩnh vực này.
Phát hiện và ghi chú xung đột giữa kết cấu và đường ống cơ điện trên phần mềm TeklaBIMsight
Tại Dự án Cầu Rào II có tổng mức đầu tư 661 tỷ đồng, trong đó khoản vay vốn ODA Phần Lan là 24,45 triệu EUR (600 tỷ đồng), bà Trần Thị Minh Thu, Trưởng nhóm Thiết kế tại Việt Nam của Công ty MTHojgaard (Đan Mạch) cho hay, mô hình 3D giúp cho tất cả các bên tiết kiệm thời gian một cách đáng kể. MTHojgaard đã thực hiện nhiều buổi họp trực tuyến với các bộ phận từ các nước khác nhau và trao đổi thông tin trên mô hình dự án đã sử dụng.
Dự án Cầu Rào II sử dụng BIM cho thiết kế bản vẽ thi công kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu thép và trao đổi thông tin giữa các bộ phận công trường, văn phòng thiết kế. Các phiếu yêu cầu thông tin được phản hồi nhanh chóng cho nhà thầu tại công trường dựa trên mô hình 3D. Việc thiết kế trên mô hình 3D BIM đã giúp nhà thầu tránh được các xung đột giữa cốt thép và các kết cấu chờ, giữa cốt thép và kết cấu thép, bản vẽ thiết kế chính xác, đầy đủ, đảm bảo dự án thực hiện đúng tiến độ.
Trong kết cấu công trình cầu lượng thép bố trí lớn kết hợp các chi tiết chờ chôn sẵn cho neo cáp dễ dẫn đến xung đột trong quá trình thi công. Việc mô hình hóa 3D trở nên vô cùng cần thiết, giúp phát hiện sớm xung đột cũng như lường trước các trở ngại trong thi công.
II. Ứng dụng BIM trong giai đoạn gia công, chế tạo
Mô hình Tekla được sử dụng để xuất các bản vẽ gia công chế tạo và bản vẽ lắp dựng của kết cấu thép công trình cầu. Mô hình thiết kế trên 3D giúp đảm bảo tính chính xác trong chế tạo, các cấu kiện được định vị khớp nhau khi gia công.
Mô hình Tekla còn được dùng để xuất dữ liệu số (file NC) giúp các nhà gia công gia tăng mức độ tự động hóa trong chế tạo; giảm thời gian nhập dữ liệu đầu vào cho máy CNC.
Theo cách truyền thống, cốt thép được gia công và lắp đặt tại hiện trường. Điều này chịu ảnh hưởng của yếu tố thời tiết, không gian làm việc gây tốn kém thời gian và nhân lực, lãng phí vật tư. Một xu hướng mới trong xây dựng là cốt thép được cắt và buộc tại nhà máy. Việc này đòi hỏi công tác thiết kế chi tiết cốt thép phải chính xác.
Nhà sản xuất mô hình cốt thép 3D trên phần mềm Tekla Structures, tìm ra các lỗi thiết kế hoặc các trở ngại trong lắp dựng. Dữ liệu từ mô hình thiết kế 3D được kết nối với các phần mềm ERP và hệ thống sản xuất đưa xuống máy cắt, uốn cốt thép.
III. Ứng dụng BIM trong giai đoạn thi công
Người dùng có thể mô hình tất cả các thành phần từ kết cấu chính đến kết cấu phụ và kết cấu tạm như cần trục tháp, hàng rào bảo vệ, văn phòng công trường…trên mô hình BIM.
Mô hình BIM cũng được sử dụng cho lên kết hoạch và kiểm soát tiến độ.
1. Bóc tách khối lượng và mua sắm vật tư
Vì mô hình BIM chứa các thông tin về đối tượng từ kích thước hình học đến chủng loại, số lượng vật tư. Từ mô hình có thể trích xuất chính xác vật tư phục vụ thi công (thể tích bê tông, khối lượng cốt thép, diện tích ván khuôn). Đặc biệt với công trình cầu khi dạng hình học của đối tượng và cốt thép khá phức tạp, việc tự động trích xuất khối lượng từ mô hình BIM giúp làm giảm đáng kể thời gian và công sức của kỹ sư công trường.
Hình ảnh mô hình 3D cốt thép nhịp giữa cầu và bảng thống kê cốt thép tự động
2. Lập tiến độ và kết nối với mô hình
Theo cách truyền thống tiến độ thi công và bản vẽ không có sự kết nối. Kỹ sư tính toán khối lượng thủ công dựa trên bản vẽ 2D rồi nhập vào các phần mềm lập tiến độ như MSProject hoặc Primavera hoặc thực hiện bằng MSExcel.
Với mô hình BIM, tiến độ được kết nối với đối tượng trên mô hình nhờ đó đầu mục công việc kết nối với đối tượng, khối lượng công việc (thể tích bê tông, diện tích ván khuôn…) từ mô hình được cập nhật vào đầu mục công việc trên tiến độ.Tiến độ chi tiết cho từng hạng mục được tính ngược trở lại mô hình.
Hình ảnh tiến độ thi công kết nối với đối tượng trên mô hình
Trên mô hình các đối tượng được đặt màu tự động theo trạng thái thi công (đã thi công, chuẩn bị được thi công hay đã hoàn thành). Điều này cho phép kỹ sư hiện trường hay công nhân dễ dàng hình dung các công việc cần được triển khai; những bất hợp lý trong việc lập tiến độ cũng dễ được phát hiện.
Hình ảnh mô tả trạng thái thi công qua màu sắc (màu xanh: đúng tiến độ, màu đỏ: chậm tiến độ)
3. Biện pháp thi công và kho vận
Mô hình BIM được sử dụng làm công cụ bố trí vị trí cần cẩu, kết cấu tạm và bãi tập kết vật tư. Đặc biệt đối với các công trường có mặt bằng thi công chật hẹp với nhiều thiết bị xuất hiện, mô hình 3D giúp việc bố trí thiết bị trực quan tránh xung đột.
Hình trên: bố trí thiết bị thi công trên phần mềm Tekla Structures
Hình dưới: bản vẽ 2D xuất từ mô hình
4. Trắc đạc
Mô hình 3D BIM cho phép tạo ra các điểm định vị cần thiết trong công tác trắc đạc, dữ liệu trắc đạc được xuất ra từ mô hình 3D đảm bảo tính chính xác và giảm thời gian nhập liệu cho máy định vị.
IV. Kết luận và đánh giá
Bài viết đã trình bày khả năng ứng dụng của công nghệ BIM trong thiết kế và quản lý các công trình xây dựng cơ sở hạ tầng. So với cách thức thiết kế truyền thống, công nghệ BIM cho năng suất vượt trội với độ chính xác cao, việc giảm sai sót ngay từ khâu thiết kế đảm bảo việc thi công tại công trường được chính xác, đúng tiến độ. Việc ứng dụng công nghệ BIM còn vượt ra ngòai phạm vi công tác thiết kế, trong quản lý xây dựng và vận hành công trình.Tại các nước phát triển, chính phủ hỗ trợ ngân sách và khuyến khích việc ứng dụng công nghệ BIM như Phần Lan, Mỹ, Singapore để giảm giá thành xây dựng và tiết kiệm năng lượng, phát triển bền vững.
Rào cản lớn nhất đối với việc triển khai ứng dụng công nghệ BIM là chi phí đầu tư bản quyền phần mềm, chi phí và thời gian đào tạo nhân lực tiếp nhận công nghệ, hành lang pháp lý và các văn bản hướng dẫn.
Để việc triển khai công nghệ BIM được rộng rãi không những cần sự đầu tư thích đáng từ phía doanh nghiệp mà còn cần sự khuyến khích hỗ trợ từ các cơ quan quản lý nhà nước trong việc tạo ra các hành lang pháp lý, tài liệu hướng dẫn; khuyến khích hướng tới bắt buộc áp dụng trong các dự án công.
*HSD Việt Nam là đơn vị tư vấn, đào tạo và chuyển giao các sản phẩm phần mềm Tekla Structures, Vico Office của Hãng Trimble tại Việt Nam. Mọi thắc mắc hoặc thông tin có liên quan đến việc sử dụng trái phép phần mềm Tekla Structures, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi tại Hà Nội: 024.3512.2447 hoặc Tp.HCM: 028.3636.2923, hoặc email: info@hsdvn.com.vn
Cập nhật các tin tức và sự kiện Tekla:
“Thích” chúng tôi tại Facebook
Theo dõi chúng tôi trên YouTube
Tìm thấy chúng tôi trên LinkedIn
Tweet với chúng tôi trên Twitter