Ứng dụng BIM trong thiết kế công trình giao thông và một số vấn đề đặt ra

Những năm gần đây, với việc tích hợp thực hiện chuyển đổi số trong ngành GTVT, mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM) đã được áp dụng và ngày càng trở nên phổ biến, đem lại hiệu quả tích cực trong triển khai dự án đầu tư xây dựng hạ tầng giao thông. Bài viết chủ yếu đề cập đến lợi ích khi áp dụng BIM trong bước khảo sát thiết kế hoặc công cụ giám sát từ xa về tiến độ trong giai đoạn thi công xây dựng. Các mô hình vật thể 3D trong BIM trở thành tiêu chuẩn để điều khiển robot thi công xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông.

Khái quát về mô hình thông tin công trình BIM

Mô hình thông tin công trình (BIM) là tiến trình tạo dựng, sử dụng và quản lý mô hình kỹ thuật số đặc trưng cho cả vòng đời công trình (từ giai đoạn thiết kế phương án - thiết kế chi tiết - phân tích - thi công - vận hành - kết thúc).

BIM dựa trên hai nền tảng là các công cụ tạo mô hình thông tin công trình (BIM Tools) và môi trường dữ liệu chung (CDE) để quản lý các mô hình thông tin công trình. Hiện nay, phần mềm tạo và quản lý mô hình thông tin công trình thường do một số hãng phần mềm lớn cung cấp như: Autodesk, Trimble, Bentley…

Lịch sử ra đời của BIM được ghi nhận từ cuối những năm 1970 bởi GS. Charles Eastman của Trường Kiến trúc thuộc Viện Công nghệ Georgia (Mỹ).

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, đến nay, BIM đã áp dụng rất thành công và phổ biến ở nhiều quốc gia.

Hiệu quả khi áp dụng BIM đã được chứng minh ở nhiều quốc gia. Ví dụ, Trung tâm Nghiên cứu xây dựng hạ tầng tích hợp thuộc Đại học Stanford (Mỹ) đã chứng minh khi áp dụng BIM giảm được 40% thay đổi và điều chỉnh thiết kế, sai lệch giữa quyết toán và dự toán còn 3%, giảm 80% thời gian lập dự toán, giảm 10% chi phí xây dựng, giảm 7% tiến độ thi công.

Hình 1: BIM được sử dụng trong suốt vòng đời công trình

Ở Việt Nam, trước yêu cầu của công cuộc chuyển đổi số, BIM đã được đề cập dưới khái niệm hệ thống thông tin tại Điều 4 Luật Xây dựng số 50/2014/QH13. Năm 2016, Chính phủ ban hành Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 phê duyệt Đề án áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình. Năm 2021, BIM được quy định trong Nghị định số 10/2021/NĐ-CP về quản lý chi phí đầu tư xây dựng và Nghị định số 10/2021/NĐ-CP về quản lý dự án. Bộ Xây dựng cũng ban hành Quyết định số 347/QĐ-BXD và 348/QĐ-BXD ngày 02/4/2021 hướng dẫn áp dụng BIM. Đặc biệt năm 2023, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 258/QĐ-TTg ngày 17/3/2023 Phê duyệt lộ trình áp dụng BIM, theo đó bắt buộc áp dụng BIM từ năm 2023 đối với công trình cấp I và cấp đặc biệt, năm 2025 tiếp tục mở rộng bắt buộc áp dụng BIM đối với công trình cấp II.

Áp dụng BIM trong thiết kế công trình giao thông

Năm 2018, tại Quyết định số 362/QĐ-BXD ngày 02/4/2018 của Bộ Xây dựng đã công bố danh sách áp dụng thí điểm BIM, trong đó lĩnh vực xây dựng công trình giao thông gồm các công trình: Nhà ga hành khách (Cảng Hàng không quốc tế Phú Bài - Huế), cầu Cửa Đại (Quảng Ngãi), cầu sông Chùa (Phú Yên), tuyến đường 7B đến khu công nghiệp Bàu Bàng (Bình Dương).

Hình 2: Mô hình cầu Cửa Đại

Việc áp dụng BIM trong thiết kế công trình giao thông có nhiều ưu điểm so với phương pháp thiết kế 2D truyền thống như:

- Thể hiện rất trực quan phương án và giải pháp thiết kế trên các bản vẽ 3D;

- Dễ dàng kiểm tra các xung đột giữa các hạng mục thiết kế;

- Cho phép mô phỏng phương án tổ chức thi công ngay trong giai đoạn thiết kế, giúp tối ưu hóa phương án tổ chức thi công, đặc biệt có ý nghĩa với các dự án phức tạp và có nhiều hạng mục công trình cùng triển khai thi công;

- Chất lượng hồ sơ thiết kế được nâng cao, giảm khối lượng và thời gian điều chỉnh thiết kế trong quá trình thi công;

- Tăng cường liên kết giữa các bên thông qua quá trình thiết kế, làm việc trên môi trường dữ liệu chung (CDE); cho phép rút ngắn thời gian trao đổi, thống nhất, thẩm tra, thẩm định và phê duyệt thiết kế…

Một số khó khăn và giải pháp để áp dụng hiệu quả BIM trong thiết kế công trình giao thông

Theo TS. Nguyễn Văn Chính, Trưởng phòng Nghiên cứu ứng dụng BIM thuộc Công ty TNHH Tư vấn và Xây dựng thuộc Trường Đại học GTVT, việc áp dụng BIM trong thiết kế công trình giao thông có một số khó khăn như:

- Các tiêu chuẩn khảo sát hiện nay được xây dựng cho phương thức thiết kế 2D truyền thống, chưa có tiêu chuẩn về khảo sát phục vụ thiết kế 3D theo BIM, đặc biệt là tiêu chuẩn khảo sát đối với công trình dạng tuyến;

- Chưa có hướng dẫn và quy định cụ thể về mức độ yêu cầu BIM của chủ đầu tư (EIR) và mức độ phát triển thông tin (LOD) đối với đặc thù khi thiết kế công trình giao thông;

- Chưa có quy định rõ về chi phí tư vấn thiết kế, thẩm tra thiết kế, quản lý dự án khi áp dụng BIM;

- Khi áp dụng BIM đòi hỏi các kỹ sư phải thay đổi cách triển khai thiết kế, đặc biệt phải có kỹ năng làm việc nhóm, phối hợp, chia sẻ, tuân thủ quy tắc chuẩn hóa dữ liệu, tuân thủ quy trình triển khai;

- Chưa có quy định đầy đủ về bản quyền sở hữu trí tuệ đối với mô hình thông tin công trình và bảo mật thông tin; việc sử dụng công cụ môi trường dữ liệu chung (CDE) do công ty nước ngoài cung cấp với máy chủ đặt ở nước ngoài tiềm ẩn nguy cơ về an toàn dữ liệu và vấn đề chủ quyền quốc gia trên không gian mạng;

- Thiếu nguồn nhân lực được đào tạo chuyên sâu để triển khai BIM trong thiết kế công trình giao thông;

- Chưa có quy định về chuẩn hóa phần mềm BIM để tạo mô hình thông tin và quản lý mô hình thông tin, chuẩn hóa về phần cứng máy tính, hạ tầng mạng Internet…

Để áp dụng hiệu quả BIM trong thiết kế công trình giao thông cần thực hiện các giải pháp:

- Đẩy mạnh đào tạo nguồn nhân lực chuyên sâu về BIM, thực hiện đào tạo mới đối với sinh viên trong trường đại học và đào tạo cập nhật kiến thức BIM đối với kỹ sư, cán bộ quản lý…;

- Sửa đổi, bổ sung, điều chỉnh các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến công tác khảo sát, thiết kế tạo mô hình thông tin trong lĩnh vực khảo sát, thiết kế công trình giao thông;

- Hoàn thiện khung pháp lý và công cụ trong xây dựng, quản lý dữ liệu BIM;

- Có chính sách khuyến khích các đơn vị tư vấn và chủ đầu tư chủ động cập nhật, áp dụng thí điểm BIM phù hợp với điều kiện thực tế.

Như vậy, mục tiêu của lộ trình áp dụng BIM đối với chủ đầu tư, tư vấn nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm thiết kế. Việc sử dụng BIM có thể giúp thiết kế các công trình xây dựng sao cho phù hợp với quy hoạch và môi trường xung quanh. BIM cũng giúp quản lý việc sử dụng tài nguyên và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, giảm lượng chất thải xây dựng sinh ra trong quá trình xây dựng và vận hành công trình. Trong giai đoạn thiết kế, việc tạo dựng mô hình 3D giúp chủ đầu tư có cái nhìn trực quan, rõ ràng công trình hình thành trong tương lai, từ đó yêu cầu đơn vị tư vấn điều chỉnh thiết kế phù hợp một cách nhanh chóng và dễ dàng. Việc định hình thách thức và giải pháp để ứng dụng BIM hiệu quả hiện vô cùng cần thiết. Để mô hình BIM đi vào đời sống một cách hiệu quả không chỉ trong phạm vi mảng thiết kế, các cơ quan chức năng, doanh nghiệp cần chủ động tháo gỡ những khó khăn như hoàn thiện khung pháp lý, đào tạo, đào tạo lại..., từ đó góp phần tạo hiệu quả từ mô hình này.

Bảo Châu