Tóm tắt: BIM (Building Information Modeling) phát triển dựa trên nền tảng công nghệ số kỷ nguyên 4.0 hiện được áp dụng rộng rãi tại nhiều nước phát triển trên thế giới tạo điều kiện thuận lợi trong trao đổi, hợp tác giữa các bên tham gia, nâng cao hiệu quả, tối ưu hóa việc thiết kế, thi công và quản lý công trình xây dựng tuy nhiên còn tương đối mới và còn những khó khăn nhất định khi áp dụng tại Việt Nam dù đang được thúc đẩy mạnh mẽ. Trong đô thị, điều kiện thi công các nút giao thông trong đó có các công trình cầu vượt là rất phức tạp với đặc thù và điều kiện riêng, bài báo này sẽ giới thiệu giải pháp áp dụng BIM giúp các bên liên quan có thể làm việc đồng bộ trên cùng một mô hình 3D, phân tích dự báo xung đột tự động, lập kế hoạch thi công 4D, tích hợp thông tin vật liệu, thiết bị, số hóa hồ sơ từ đó đảm bảo tính chính xác, tối ưu hóa và tăng cường hiệu quả thi công trong dự án cầu vượt đô thị.

Từ khóa: Mô hình thông tin xây dựng, thi công cầu vượt đô thị, xung đột, quản lý công trình.

Abstract: BIM (Building Information Modeling), developed based on digital technology in the era of Industry 4.0, has been widely adopted in many developed countries. It has fostered favorable conditions for collaboration among stakeholders while enhancing the effectiveness and optimization of design, construction, and project management. However, despite vigorous promotion, its application in Vietnam remains relatively novel and presents certain challenges. In urban areas, the construction conditions of interchanges, overpass are intricate and distinct due to their specific characteristics and requirements. This paper aims to introduce solutions for implementing BIM, allowing stakeholders to collaboratively engage with a shared 3D model, automatic clash analysis, 4D construction planning, as well as the integration of material and equipment data. Consequently, this approach ensures accuracy, maximizes optimization, and enhances the efficiency of construction in urban bridge projects.

Keywords: BIM, urban bridge construction, clash, construction management.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Công tác thi công xây dựng công trình cầu trong khu vực đô thị đối mặt với nhiều thách thức đặc biệt là không gian hạn hẹp, cần giảm thiểu các rủi ro, ngăn ngừa các sự cố ảnh hưởng đến các công trình đã hiện hữu và giao thông mật độ cao, thời gian thi công hạn chế và công tác quản lý khó khăn, hạn chế ảnh hưởng môi trường. Vấn đề xung đột là một trong những rủi ro phổ biến trong xây dựng, đặc biệt là đối với công trình phức tạp như cầu trong đô thị, xảy ra khi xuất hiện các yếu tố không phù hợp hoặc chồng chéo nhau, dẫn đến phải điều chỉnh và thay đổi trong quá trình thi công, gây lãng phí thời gian, chi phí cao và tăng nguy cơ xảy ra tai nạn, sự cố công trình.

Việc phát hiện sớm các xung đột và giải quyết xung đột đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quá trình xây dựng thuận lợi, nhanh chóng và hiệu quả. Akponeware [1] đã chỉ ra các nguyên nhân dẫn đến xung đột công trình, Tulke [2] chỉ ra ba dạng xung đột cơ bản là xung đột kết cấu, xung đột mặt bằng và xung đột do trùng lặp.  Áp dụng giải pháp BIM giải quyết xung đột có thể giúp phát hiện sớm, đưa ra giải pháp, đem lại hiệu quả cao [2, 3, 4], BIM hiện được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng tại các nước phát triển trên thế giới tuy nhiên còn tương đối mới và còn những khó khăn nhất định khi áp dụng tại Việt Nam [5, 6, 7] dù đang được thúc đẩy mạnh mẽ.

Bài báo này trình bày giải pháp ứng dụng công nghệ BIM giúp giảm thiểu xung đột thông qua kết hợp mô hình 3D của công trình cầu vượt trong đô thi với trình tự và tiến độ thi công, cho phép mô phỏng và hiển thị quá trình xây dựng từng giai đoạn theo thời gian tạo ra mô hình 4D chính xác và chi tiết. Bằng cách sử dụng khả năng cộng tác, mô phỏng xung đột và phân tích trực quan hóa của BIM, phân tích lập lịch và quản lý dự án, nhà thầu và các bên liên quan có thể phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn xung đột từ đó có thể tìm ra giải pháp thực hiện các điều chỉnh và tối ưu hóa quá trình thi công, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thi công xây dựng công trình. Ví dụ ứng dụng với dự án cụ thể cũng sẽ được phân tích để làm rõ hiệu quả thực tế của mô hình BIM 4D đề xuất.

2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BIM 4D TRONG THI CÔNG CẦU VƯỢT ĐÔ THỊ

2.1. Xác định yêu cầu áp dụng BIM trong giai đoạn thi công

Trong quá trình thực hiện, dự án chuyển sang các giai đoạn khác nhau, lượng thông tin của dự án sẽ tăng cả về số lượng lẫn mức độ chi tiết. Tính năng của phần mềm BIM và khả năng tương tác, trao đổi và sử dụng của các dữ liệu trong BIM cho phép các nhà thầu khác nhau ứng dụng BIM với nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của các bên. Ngoài ra, ứng dụng BIM có thể bao gồm quản lý vật liệu và thiết bị, kiểm soát tự động hóa công trình, phối hợp các bộ môn, theo sát tiến độ dự án, dự toán chi phí và tích hợp các thông số kỹ thuật thi công.

Quy trình để áp dụng BIM trong thi công dự án có thể theo 3 bước sau:

– Xác định các yêu cầu tối thiểu của chủ đầu tư trong các hợp đồng với các đơn vị cung cấp dịch vụ (lập kế hoạch, thi công, vận hành…) và các đơn vị tham gia khác dựa trên cách thức triển khai dự án.

– Xác định các vai trò và nhiệm vụ của các bên tham gia chính và yêu cầu mô hình hóa thông tin.

– Lập kế hoạch triển khai dự án bằng việc phối hợp giữa các bên tham gia.

– Quản lý để tuân thủ với các yêu cầu trong Bản kế hoạch triển khai dự án và hợp đồng, bao gồm cả cách thức chuyển giao mô hình và dữ liệu thông qua các buổi kiểm tra định kỳ.

2.2. Đề xuất mô hình thông tin BIM trong giai đoạn thi công cầu vượt đô thị

Mô hình BIM 4D xây dựng để giải quyết xung đột trong thi công gồm 4 bước:

Để minh họa các bước chúng tôi sử dụng các kết quả mô hình thực tế ở cầu vượt nút giao ở Bình Dương là kết cấu cầu liên tục dầm hộp thép liên hợp gồm 5 nhịp 40m, bề rộng cầu 16m [8].

(1)  Kiểm tra mô hình BIM ở bước thiết kế (thông tin hình học)

+ So sánh với hồ sơ bản vẽ được duyệt, nếu không trùng khớp phải cần chỉnh sửa.

Hình 2. Công trình thực tế và mô hình BIM

Mô hình BIM thể hiện một cách chính xác mức độ rõ ràng về thông tin và độ chi tiết của kết cấu dầm chủ, mố, trụ, cọc… thể hiện rõ về số lượng, kích thước, hình dáng, vị trí, hướng và sự liên kết với các hệ thống khác trong công trình [8]. Mô hình 3D cũng giúp kiểm tra và sửa các lỗi trong quá trình thiết kế. Một số lỗi đã được tìm thấy trong thiết kế cấu tạo trụ, được sửa đổi trực tiếp trên mô hình 3D với tọa độ, kích thước và thuộc tính chính xác mà ở bản vẽ 2D truyền thống còn nhiều hạn chế [8, 9].

(2) Thể hiện trình tự thi công

Các thông tin phi hình học như đặc tính sản phẩm, thông số kỹ thuật sẽ được đưa vào mô hình tại bước thiết kế kỹ thuật thi công (LOD 350) [9]. Cung cấp đủ thông tin để bóc tách khối lượng chính xác và xuất đầy đủ các bản vẽ 2D và được phân chia các giai đoạn thi công. Cấu tạo chi tiết dầm thép ở bước thiết kế kỹ thuật thi công với các thông số kỹ thuật về số lượng sườn tăng cường, đinh neo, diện tích đường hàn, cung cấp đủ thông tin để thực hiện thi công tại công trường.

Mô hình mố cầu được bố trí cốt thép chi tiết bằng việc sử dụng lập trình Dynamo và phần mềm Revit [9, 10]. Có thể thực hiện Video mô phỏng quá trình thi công tổng quát, trình chiếu cho nhà thầu xem giúp trực quan hơn trong buổi họp kiểm tra xung đột.

(2) Thể hiện trình tự thi công

Các thông tin phi hình học như đặc tính sản phẩm, thông số kỹ thuật sẽ được đưa vào mô hình tại bước thiết kế kỹ thuật thi công (LOD 350) [9]. Cung cấp đủ thông tin để bóc tách khối lượng chính xác và xuất đầy đủ các bản vẽ 2D và được phân chia các giai đoạn thi công. Cấu tạo chi tiết dầm thép ở bước thiết kế kỹ thuật thi công với các thông số kỹ thuật về số lượng sườn tăng cường, đinh neo, diện tích đường hàn, cung cấp đủ thông tin để thực hiện thi công tại công trường.

Mô hình mố cầu được bố trí cốt thép chi tiết bằng việc sử dụng lập trình Dynamo và phần mềm Revit [9, 10]. Có thể thực hiện Video mô phỏng quá trình thi công tổng quát, trình chiếu cho nhà thầu xem giúp trực quan hơn trong buổi họp kiểm tra xung đột.

Hình 3. Thể hiện trình tự thi công các hạng mục và phát hiện xung đột

Ngoài ra có thể tách riêng trình tự thi công cho mỗi hạng mục.

(3) Phối hợp giải quyết xung đột thiết kế trước khi thi công

Tổ chức buổi họp kiểm tra xung đột trước khi thi công ở mỗi hạng mục, thành phần buổi họp bao gồm Nhà thầu, Tư vấn giám sát: Trình chiếu mô phỏng thi công tổng quát tích hợp tiến độ; Kiểm tra mô hình Revit trực quan, nêu ra các xung đột của hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công với mô hình thực tế; Kiểm tra xung đột theo ma trận xung đột bằng phần mềm Navisworks [9, 11].

Các vấn đề đã phát hiện như sai lệch thống kê số lượng và chiều dài cốt thép, cao độ thiết kế đã được phát hiện và cập nhật kịp thời.

Bảng 1. Ví dụ Ma trận kiểm tra xung đột các hạng mục thi công

Kiểm tra mô hình, so sánh với bản vẽ thi công, so sánh kết cấu thực tế tại hiện trường. Khi thi công cần thực hiện các chỉnh sửa ở buổi họp kiểm tra xung đột để giúp quá trình thi công chuẩn xác, đúng tiến độ. Các xung đột va chạm đã kịp thời phát hiện và xử lý như: bản thép xử lý dốc đáy dầm va chạm cứng với đáy dầm thép, ụ chống xô va chạm cứng với dầm thép, va chạm dẫn đến xử lý bổ sung khoan vào sườn tăng cường tại vị trí va chạm…

Hình 4. Ví dụ Xung đột chồng lấn cốt thép và va chạm

(4) Tích hợp tiến độ thi công trên mô hình

Mô phỏng tiến độ thi công tổng quát, trình chiếu cho các bên về tiến độ dự kiến, tiến độ thực tế, phát hiện và xử lý các xung đột phát sinh về mặt bằng, trùng lặp, va chạm…

Hình 5. Tiến độ thi công trên mô hình

3. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ VÀ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI ÁP DỤNG

3.1. Hiệu quả khi sử dụng BIM trong giai đoạn thi công cầu vượt đô thị

– Áp dụng BIM vào thi công giúp cho nhà thầu nhận thấy lợi ích lớn mà BIM đem lại, các xung đột được phát hiện và xử lý kịp thời [9, 11].

– Việc lựa chọn, kết hợp mô hình BIM quản lý dự án xây dựng trên nền tảng Cloud – Autodesk BIM 360, phần mềm Autodesk Navisworks [9, 10] thể hiện hiệu quả tốt trong thi công công trình cầu vượt đô thị cụ thể với điều kiện thực tế tương đối phức tạp.

– Áp dụng BIM có thể giúp giảm thiểu được các xung đột tồn tại từ giai đoạn thiết kế, xung đột phát sinh khi thi công cầu vượt đô thị hỗ trợ đưa ra giải pháp khắc phục giảm thiểu rủi ro, sự cố.

3.2. Vấn đề lưu ý khi sử dụng BIM trong giai đoạn thi công cầu vượt đô thị

– Cần cải thiện quy trình làm việc, thống nhất giữa các thành viên tham gia dự án áp dụng BIM, việc nghiêm ngặt áp dụng BIM trong giai đoạn thi công dự án để đạt được hiệu quả tốt nhất. Thống nhất các biểu mẫu chuẩn của dự án phù hợp điều kiện thực tế.

– Lên kế hoạch cụ thể, chi tiết, cần có kỹ năng quản lý mô hình, đặc biệt là dành cho phần cập nhật thông tin phi hình học.

– Các xung đột, những thay đổi giữa hồ sơ thiết kế và thực tế mô hình cần được ghi nhận đầy đủ, kịp thời để kiến nghị điều chỉnh kịp thời theo quy định.

3.3. Phân tích các xung đột phổ biến trong giai đoạn thi công cầu vượt đô thị

– Các xung đột phổ biến trong giai đoạn thi công: Sai lệch thống kê số lượng và chiều dài cốt thép;  Sai lệch cao độ thiết kế; Xung đột chồng lấn cốt thép; Va chạm kết cấu;…

– Giải pháp:

+ Về sai lệch thống kê cấu kiện: Điều chỉnh thống kê thực tế ngoài công trường để kiểm soát được khối lượng cốt thép theo từng hạng mục.

+ Về sai lệch cao độ thiết kế: Điều chỉnh ngoài công trường để cấu kiện khớp cao độ, tọa độ.

+ Về xung đột chồng lấn cốt thép: Xử lý cốt thép ngoài công trường để tránh chồng lấn.

+ Về va chạm kết cấu: Khi phát hiện va chạm cứng cần xử lý để tránh va chạm, điều chỉnh cấu kiện từ nhà xưởng trước khi thi công thực tế.

4. KẾT LUẬN

   Nghiên cứu ứng dụng công nghệ BIM trong xây dựng cầu vượt đô thị nhằm giảm thiểu xung đột khi thi công đã chỉ ra hiệu quả thực tế rõ rệt thông qua các xung đột được phát hiện và xử lý kịp thời thông qua mô hình 4D chính xác và chi tiết. BIM 4D giúp tích hợp tạo ra một cơ sở dữ liệu trực quan và tương tác cho toàn bộ quá trình thi công cho phép các bên liên quan kiểm tra và phân tích các yếu tố liên quan, xác định và giảm thiểu các xung đột tiềm năng có thể dẫn đến sự cố từ trước khi bắt đầu thi công, rút ngắn thời gian và giảm công sức để điều chỉnh và sửa lỗi trong quá trình thi công thực tế, ngăn ngừa rủi ro và giảm trừ chi phí phát sinh.

Việc sử dụng mô hình 4D, mô phỏng phát hiện xung đột, phân tích lập lịch, quản lý dự án và hồ sơ tự động từ mô hình BIM có thể đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và hiệu quả trong quá trình xây dựng cầu vượt đô thị tuy nhiên việc áp dụng cần thực hiện theo quy trình, kế hoạch cụ thể, lựa chọn giải pháp phần mềm, mô hình phù hợp, thống nhất các bên trong phối hợp các bên để đạt được hiệu quả tốt nhất.

Xin cảm ơn!

PGS.TS. ĐÀO DUY LÂM – Trường Đại học Giao thông vận tải

KS. TRƯƠNG CÔNG HIẾU – Công ty Cổ Phần Đầu Tư và Phát Triển Hòa Phong E&C

ThS. HOÀNG TRUNG DŨNG – Cục Đường bộ Việt Nam

Đã gửi đến chúng tôi bài viết này!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Akponeware, A.O. and Adamu, Z.A., 2017. Clash detection or clash avoidance? An investigation into coordination problems in 3D BIM. Buildings, 7(3), p.75. 
2. Tulke, J., 2018. BIM-based design coordination. In Building Information Modeling (pp. 317-327). Springer, Cham.
3. Mehrbod, S., Staub-French, S., Mahyar, N. and Tory, M., 2019. Beyond the clash: investigating BIM-based building design coordination issue representation and resolution. J. Inf. Technol. Constr., 24(2019), pp.33-57.
4. Chahrour, R., Hafeez, et al., 2021. Cost-benefit analysis of BIM-enabled design clash detection and resolution. Construction Management and Economics, 39(1), pp.55-72.

5. Tạp chí Xây dựng, 2022. Kỷ yếu hội thảo “Áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng – Hiện trạng, lộ trình và giải pháp”.
6. Bộ Xây dựng, 2021. Quyết định số 348/QĐ-BXD ngày 02 tháng 4 năm 2021 công bố hướng dẫn chung áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM).
7. Ban chỉ đạo Đề án áp dụng BIM cho Việt Nam website: bim.gov.vn

1. Staub-French S and Khanzode A, 2007. 3D and 4D modeling for design and construction coordination: issues and lessons learned, ITcon Vol. 12, pg. 381-407, https://www.itcon.org/2007/26.
2. Hồ sơ dự án công trình cầu vượt ngã tư 550, TP Dĩ An, Bình Dương

10. Eastman , et al , 2011.  BIM  handbook:  A  guide  to  building  information  modeling  for  owners,  managers, designers, engineers and contractors, John Wiley & Sons.
11. Petr Matejka, Daniel Sabart, 2018. Categoriza of clashes and their impacts on Construction Projects, Engineering for rural development.