Ứng dụng công nghệ BIM trong xử lý giao cắt kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị

ThS. Trương Thụy Minh Hoàng KS. Nguyễn Văn Hùng KS. Nguyễn Mạnh Quân KS. Nguyễn Văn Việt KS. Vũ Văn Khu Công ty Cổ phần Ðầu tư và Phát triển Hòa Phong E&C Người phản biện: PGS. TS. Tống Trần Tùng

TÓM TẮT: Việc thiết kế kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị được chia thành nhiều hệ thống như hệ thống thoát nước, hệ thống hào kỹ thuật, hệ thống điện và viễn thông... Mặc dù vậy, sự giao cắt giữa các loại hình kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị luôn là vấn đề nhức nhối khó giải quyết. Bài báo được giới thiệu ứng dụng công nghệ BIM (sử dụng phần mềm Revit) trong quá trình triển khai thiết kế và thi công để xử lý triệt để những xung đột bằng mô hình 3D trực quan trong kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị.

TỪ KHÓA: BIM (Building Information Modeling), xử lí giao cắt, Revit, thiết kế kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị.

ABSTRACT: The design of technical urban infrastructure is categorized into different systems such as drainage system, technical dyke system, electrical and communication system etc. However, the interference among infrastructure systems is always one the the greatest challenging issue  This article aims to introduce the application of BIM (REVIT software particularly) during design and construction stages to thoroughly resolve the interference by applying the visual 3D models in technical urban infrastructure.

Keywords: BIM (building information modeling), handling crossings, revit, designing technical infrastructure of urban.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, việc sử dụng Autocad 2D để thể hiện các bản vẽ thiết kế hạ tầng kỹ thuật đô thị là rất thông dụng và được áp dụng một cách đại trà tại Việt Nam. Quy trình truyền thống áp dụng cho việc thiết kế và xử lý giao cắt trong kết cấu hạ tầng kĩ thuật đô thị được thể hiện như Hình 1.1 dưới đây:

Hình 1.1: Sơ đồ quy trình làm việc thông thường

Trong quy trình này, hệ thống Cad 2D vẫn còn tồn tại một số hạn chế:

Trước hết, việc thay đổi trong khâu thiết kế là khó tránh khỏi xuyên suốt trong mỗi dự án. Người kĩ sư sẽ phải thực hiện lặp đi lặp lại nhiều lần gây lãng phí về mặt thời gian và công sức, dẫn tới chất lượng đôi lúc không như mong muốn.

Tiếp đến, khi có thông tin dữ liệu cần chỉnh sửa, việc truyền đạt thông tin giữa người thực hiện trước và người thực hiện sau có thể gây ra sự nhầm lẫn, kéo theo đó là sự khó khăn trong việc phối hợp thiết kế và thi công tại hiện trường.

Do thiết kế độc lập mỗi loại kết cấu hạ tầng kỹ thuật nên khi tổng hợp, điều chỉnh, sửa chữa thiết kế có thể phát sinh nhiều vấn đề khó kiểm soát. Điều này đòi hỏi một giám đốc dự án nhiều kinh nghiệm, có khả năng nắm bắt được toàn thể công trình.

Với những hình ảnh 2D thông thường, khách hàng đôi lúc khó cảm nhận và hình dung thực tế về sản phẩm, từ đó dẫn tới những khó khăn trong việc quyết định để tin tưởng lựa chọn sản phẩm.

Trong bất kì dự án nào, nhà thầu và chủ đầu tư đều nắm trong tay khối lượng lớn những bản vẽ 2D. Việc quản lí hiệu quả công trình hiện tại, duy tu bảo dưỡng trong tương lai luôn là thách thức lớn đối với tất cả các bên liên quan trong toàn bộ vòng đời dự án.

Để giải quyết những vấn đề nêu trên, công nghệ BIM (cụ thể là phần mềm Revit) đã được áp dụng thông qua việc xây dựng mô hình 3D chân thực nhằm kiểm tra và xử lí triệt để những loại hình giao cắt trong kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị.

2. GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH HÓA THÔNG TIN TRONG XÂY DỰNG KẾT CẤU HẠ TẦNG KỸ THUẬT ĐÔ THỊ VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

2.1. Mô hình BIM

Khái niệm về BIM đã tồn tại từ thập kỷ 1970 [1]. Tuy nhiên, thuật ngữ BIM không được sử dụng phổ biến cho đến 10 năm sau đó, khi hãng Autodesk phát hành một cuốn sách với tựa đề “Building Information Modeling” [2]. Jerry Laiserin (chuyên gia phân tích công nghiệp) đã giúp phổ biến thuật ngữ này và đã thiết lập tiêu chuẩn cho thuật ngữ thể hiện cho sự “biểu diễn mô hình” dưới dạng không gian 3 chiều [3].

Mô hình thông tin xây dựng (BIM) là một quá trình thông minh dựa trên mô hình, giúp thực hiện thiết kế, kỹ thuật dự án và thông tin vận hành trở nên chính xác, dễ dàng tiếp cận và sử dụng cho các công trình [4].

BIM cho thấy mô hình kỹ thuật số nhưng mô tả chân thực nhất công trình khi hoàn thành ở tương lai nên các kiến trúc sư, kĩ sư cơ-điện-nước, nhà thầu và chủ đầu tư ở mỗi khâu khác nhau trong vòng đời của công trình có thể thêm thông tin vào nó, xuất thông tin từ nó hoặc chỉnh sửa thông tin trong nó để hỗ trợ cho công việc của họ. BIM tạo ra cơ hội cho các thành viên trong dự án để trao đổi ý tưởng, phát hiện những ý tưởng mới cũng như việc đưa ra quyết định phù hợp trước khi xây dựng để giảm thiểu những rủi ro, chậm tiến độ, giảm chi phí xây dựng và quan trọng là chất lượng sản phẩm luôn ở mức tốt nhất [5].

2.2. Phần mềm Revit

Revit ra đời là phần mềm rất mạnh được phát triển của hãng Autodesk được sản xuất theo khuynh hướng BIM. Phần mềm Revit dựa trên công nghệ mô hình xây dựng tham số [6]. Sản phẩm là công trình được xây dựng bằng các mô hình số hóa 3D gồm các thành phần ảo chứa các thông số như hình học, vật liệu, tính toán, giá thành và rất nhiều thông số khác.

Revit thể hiện được từ tổng thể đến chi tiết bản vẽ mặt bằng, khối dáng 3D, dễ dàng xuất các mặt cắt 2D một cách chính xác. Revit là một công cụ thuận tiện, tiết kiệm thời gian khi mỗi một thành viên trong dự án có thể triển khai từng khâu riêng biệt, cho phép chỉnh sửa hay thay đổi thiết kế tại bất cứ công đoạn nào của dự án để tạo ra một sản phẩm hoàn hảo.

3. QUY TRÌNH THỰC HIỆN XỬ LÝ GIAO CẮT KẾT CẤU HẠ TẦNG KỸ THUẬT ĐÔ THỊ

Để đáp ứng yêu cầu về việc phát hiện và xử lý giao cắt giữa các loại hình kết cấu hạ tầng kỹ thuật triệt để, công nghệ BIM đã được ứng dụng vào việc quản lý mô hình, cụ thể là việc sử dụng phần mềm Revit thông qua quy trình làm việc dưới đây:

Hình 3.1: Quy trình thực hiện xử lý giao cắt

3.1. Dữ liệu đầu vào

Đối với mô hình mặt đường dùng thông tin trong mặt trắc ngang tại các cọc, trắc dọc tim đường và mặt bằng tuyến. Đối với kết cấu hạ tầng kỹ thuật thoát nước thải, thoát nước mưa, kết cấu hạ tầng kỹ thuật cấp nước và hào kỹ thuật, hạ tầng kỹ thuật cấp điện, hạ tầng kỹ thuật cấp viễn thông dùng thông tin trên trắc dọc tuyến, mặt bằng định vị tuyến và chi tiết các hố ga, đường ống dẫn để mô hình chi tiết các hố ga, đồng thời cần tiêu chuẩn kỹ thuật của các kết cấu hạ tầng sẽ cho biết điều kiện được coi là có giao cắt.

3.2. Quy trình xử lý giao cắt

Nguyên tắc xử lý được thống nhất giữa các bên về mức độ ưu tiên của hạ tầng. Ở đây, nguyên tắc được áp dụng: Đường ® cấp - thoát nước ® điện ® viễn thông. Khi xảy ra giao cắt, theo mức độ ưu tiên đã thống nhất, hạ tầng có mức độ ưu tiên thấp sẽ được thay đổi để tránh giao cắt với hạ tầng có mức độ ưu tiên cao hơn. Mô hình chi tiết được thể hiện trong sơ đồ Hình 3.2.

Hình 3.2: Quy trình kiểm tra xử lý giao cắt

Mô hình gồm 3 phần chính: Phần dữ liệu 2D sử dụng để dựng mô hình kiểm tra, phần dựng mô hình, phát hiện, xử lý giao cắt và phần dữ liệu 3D đầu ra hoàn chỉnh đã xử lý giao cắt. Trong đó, phần dựng hình kiểm tra giao cắt gồm mô hình mặt đường và bốn vòng kiểm tra của các kết cấu hạ tầng.Với mỗi tuyến hạ tầng được dựng lên sẽ tiến hành kiểm tra với các hạ tầng trước đó. Khi một vòng kiểm tra của một tuyến kết thúc thì tất cả các giao cắt của tuyến đó đã được xử lý triệt để từ đó sẽ không có giao cắt bị sót.

Như vậy, nhìn vào sơ đồ quy trình chúng ta thấy sẽ thực hiện kiểm tra lần lượt các vòng, kết thúc mỗi vòng thì hạ tầng đó đã được sửa chữa giao cắt và sẽ chuyển sang hạ tầng tiếp theo mà không xảy ra hiện tượng chồng chéo. Đồng thời, do sửa chữa trên mô hình 3D nên có thể thấy hình ảnh giao cắt trực quan và thấy được ngay ảnh hưởng sau khi sửa chữa với phần kết cấu hạ tầng xung quanh.

Trong trường hợp đặc biệt phát sinh giao cắt mà kết cấu hạ tầng điện, viễn thông không thể điều chỉnh xử lý giao cắt thì sẽ quay trở lại điều chỉnh phần kết cấu hạ tầng cấp - thoát nước.

3.3. Dữ liệu đầu ra

Để xử lý giao cắt thông tin đầu ra phải đảm bảo đúng, đủ, nhanh chóng và trực quan. Mô hình hạ tầng bằng Revit đảm bảo được tất cả các tiêu chí thông qua việc xuất bản vẽ bằng hình ảnh 3D, xuất mặt cắt, trắc dọc ở bất kỳ vị trí nào chỉ bằng thao tác đơn giản, nhanh chóng.

4. KẾT QUẢ

- Theo phương pháp truyền thống, việc kiểm tra giao cắt sẽ lặp đi lặp lại nhưng theo quy trình trên việc mô hình hóa bằng phần mềm Revit sẽ khắc phục được sự kiểm tra chồng chéo và có điểm kết thúc.

- Tự động cập nhật dữ liệu khi ta thay đổi một mô hình trong bất kỳ bản vẽ nào (Hình 4.1 và Hình 4.2).

Hình 4.1: Mô hình 3D trước và sau khi xử lý giao cắt

 

a) Mặt cắt trước khi xử lý                                                      b) Mặt cắt sau khi xử lý Hình 4.2

 

- Về mặt phối hợp giữa thiết kế và thi công cho phép phối kết hợp các kỹ thuật thiết kế và thi công cùng thời điểm. Ví dụ dưới đây cho ta thấy hạ tầng điện được thiết kế theo nguyên tắc ban đầu, tuy nhiên xảy ra giao cắt với ống thoát nước. Việc điều chỉnh thay đổi đường đi của hạ tầng theo tiêu chuẩn để tránh giao cắt được tiến hành và tạo ra trên mô hình nhằm mô tả trạng thái thực tế nhất của công trình khi thi công (Hình 4.3).

Hình 4.3: Điều chỉnh đường đi của hạ tầng khi xảy ra giao cắt

 

- Mô hình hóa được thông tin và thể hiện được trên mô hình 3D nên việc nắm bắt thông tin về mô hình đó gần như phổ thông với tất cả mọi người, do vậy không cần thiết phải thuê chuyên gia hay một giám đốc dự án nhiều kinh nghiệm.

Hình 4.4: Thông tin của loại hạ tầng trong mô hình 3D

- Từ mô hình 3D ta có thể thấy rõ được vị trí cũng như những giao cắt trực quan. Ví dụ, khi quan sát trên mặt bằng 2D thì không thể thấy khu vực hào kỹ thuật bị giao cắt với mặt đường (Hình 4.5). Tuy nhiên, khi quan sát trên mô hình 3D sẽ thấy ngay phạm vi giao cắt của hào kỹ thuật với đường được thể hiện bằng màu khác nhau (Hình 4.6).

Hình 4.5: Mặt bằng kiểm tra không thể hiện giao cắt

Hình 4.6: Nhìn mô hình 3D trực quan

 

- Khi công trình được đưa vào sử dụng, những vấn đề hỏng hóc hay xảy ra sự cố cần phải duy tu bảo dưỡng ta có thể quan sát được trên mô hình, từ đó tìm ra vị trí chính xác, cũng như cao độ để không ảnh hưởng đến các hạ tầng khác bằng việc xuất mặt cắt ở vị trí bất kỳ (Hình 4.7).

Hình 4.7: Mặt bằng

 

Hình 4.8: Mặt cắt

5. KẾT LUẬN

Từ nghiên cứu trên cho thấy, việc thiết kế giao cắt kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị theo cách thủ công truyền thống, triển khai một cách riêng lẻ dẫn đến việc xảy ra xung đột khó kiểm soát sẽ được khắc phục bằng cách áp dụng BIM để có được cơ sở dữ liệu chung, mô hình chứa đựng đầy đủ thông tin các loại hình giao cắt kết cấu hạ tầng này nhằm xử lí chúng dễ dàng và kịp thời.

Không những thế, BIM đang ngày càng được áp dụng vào các công trình lớn. Việc ứng dụng BIM rộng rãi và phổ biến sẽ đem lại những thay đổi mang tính cách mạng trong việc tạo ra, thể hiện và sử dụng thông tin của công trình xuyên suốt các quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành. Khả năng hợp nhất thông tin từ tất cả các công đoạn làm BIM ngày càng trở thành xu hướng tất yếu của ngành Xây dựng để tối ưu hóa việc thiết kế, thi công và quản lý công trình.

Tài liệu tham khảo

[1]. Eastman, Charles; Fisher, David; Lafue, Gilles; Lividini, Joseph; Stoker, Douglas; Yessios, Christos (1974), An Outline of the Building Descripiton System, Institute of Physical Planning,Carnegie-Mellon University.

[2]. Van Nederveen, G.A.; Tolman, F.P. (1992), Modelling multiple views on buildings, Automation in Construction 1.

[3]. Autodesk (2003), Building Information Modeling, San Rafael, CA, Autodesk.Inc.

[4]. Thanh Huyền (2016), Hiểu về BIM để nâng cao chất lượng công trình, Báo điện tử của Bộ Xây dựng.

[5]. Nguyễn Thị Nha Trang, Tài liệu nghiên cứu phục vụ cho giảng viên khoa Kinh tế và Quản lý Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng.

[6]. Nguyễn Văn Thiệp (2014), Revit Architecture - Phần mềm thiết kế Kiến trúc 3D R2014-2015.