Đề án ứng dụng quy trình BIM/CIM tại Nhật (CIM là cách gọi tại Nhật chỉ BIM áp dụng trong lĩnh vực hạ tầng đô thị) đã được khởi động từ năm 2012. Trải qua 9 năm thực hiện, BIM hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các công trình hạ tầng công cộng tại Nhật Bản.

Trong quá trình thực hiện đề án BIM, đã có nhiều cuộc thảo luận về lợi thế của việc sử dụng dữ liệu 3D so với sử dụng bản vẽ 2D trong quy trình dự án xây dựng truyền thống, và cách xử lý, tận dụng dữ liệu thuộc tính đi kèm với mô hình 3D hiệu quả.

Hiện, quan điểm mà đa số công ty trong ngành xây dựng thống nhất là so với bản vẽ 2D, mô hình 3D có ưu điểm là biểu diễn tốt các thông tin như chiều cao trong không gian 3D; tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là chủ đầu tư, nhà thầu hay bên nào hưởng lợi nhiều nhất từ việc ứng dụng 3D. Thực tế, các kỹ sư có câu trả lời khác nhau, tùy vào vị trí họ đang công tác.

Tuy nhiên, trong khi bản vẽ 2D giúp truyền đạt thiết kế đến nhà thầu thi công, thì dữ liệu mô hình 3D cho phép truyền tải thông tin trực quan, chính xác hơn. Như vậy, cả chủ đầu tư và đơn vị thiết kế đều được hưởng lợi từ việc áp dụng 3D.

Ở Nhật Bản, các công ty xây dựng, nhà thầu thi công phải hiểu chính xác thiết kế, thi công đúng chất lượng, yêu cầu và có trách nhiệm với sản phẩm đã hoàn thiện. Do đó, việc quyết định có nên ứng dụng mô hình 3D trong quy trình làm việc sẽ do tự chính các công ty xây dựng xem xét và quyết định.

Đây là việc rất phổ biến trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng. Vì thế, sau 9 năm xây dựng và đưa vào thực tiễn, các tiêu chuẩn liên quan đến xúc tiến ứng dụng BIM/CIM trong lĩnh vực cơ sở hạ tầng vẫn chỉ là một công cụ giúp chủ đầu tư và nhà thầu giao tiếp.

Năm 2021, các bộ ban ngành tại Nhật đưa ra khái niệm về "số hóa ngành xây dựng (Construction DX)", chú trọng về cách làm việc với BIM/CIM. Đã có rất nhiều ý kiến tranh luận từ góc độ kỹ thuật về các khái niệm 4D - biểu diễn quá trình thi công theo trục thời gian, và 5D - biểu diễn yếu tố chi phí xét đến quá trình thi công theo trục thời gian (4D) và các yếu tố môi trường xung quanh. Tuy nhiên, các ý kiến tranh luận từ góc độ mục đích, trường hợp ứng dụng của chúng lại đang thiếu.

Bài viết này sẽ giới thiệu về 4D và 5D, và làm rõ trường hợp nào cần thiết ứng dụng chúng.

4D là sự biểu diễn diễn tiến, sự thay đổi của các yếu tố trong môi trường 3D theo trục thời gian.

Bởi các dự án xây dựng đều bị chi phối bởi thời gian, để tối ưu hóa thời gian cho từng công đoạn thi công, nhiều ý kiến cho rằng cần "trực quan hóa mối quan hệ giữa thời gian và tác vụ để tối ưu chúng".

Do đó, các dự án xây dựng sẽ có nhân viên túc trực quản lý tại công trường để nắm được tình hình thi công, đồng thời tối ưu hóa việc tổ chức thi công.

Khi đó, bản vẽ, ảnh chụp, ghi chú công trình là các công cụ quản lý thường được sử dụng. Nhân viên của công ty xây dựng sẽ kiểm tra bản vẽ, kiểm tra tiến độ và đánh giá cách quản lý tiến trình thi công để duy trì hiệu quả công việc. Những nhân viên như vậy có kỹ năng và kinh nghiệm được tích lũy từ quá trình quản lý, giám sát công trường hàng ngày.

Việc tích lũy kiến thức dựa trên kinh nghiệm quản lý thi công tại hiện trường, và điều quan trọng là nhân viên phải có khả năng hình dung bản vẽ trong đầu, và mường tượng ra sự thay đổi theo từng giai đoạn thi công. Tất nhiên, họ sẽ phải dùng đầu óc để mường tượng, đồng thời họ sẽ tô vẽ, chú thích lên bản vẽ khi chia sẻ thông tin.

Các bản vẽ đang dần được thay thế bằng mô hình BIM, cho phép biểu diễn sự thay đổi của hiện trường công trình theo thời gian. Do đó, không chỉ quá trình thi công được diễn họa, mà qua đó chúng ta còn có thể nhận ra sự thay đổi của các điều kiện cần thiết cho quá trình thi công, cũng như nhận thức về việc chuẩn bị, tổ chức quá trình thi công sao cho hợp lý.

Thực ra, việc định nghĩa trục thời gian trong 4D không quan trọng bằng cách biểu diễn sự thay đổi của môi trường theo trục thời gian như thế nào, dữ liệu được chia sẻ cho những ai, ai được hưởng lợi ích từ chúng. Đó mới là cách làm "4D" chuẩn.

Để "tận dụng" tính năng 4D, bên cạnh việc thêm trục thời gian, cần chú ý biểu diễn sự thay đổi của môi trường xung quanh.

Hãy cùng xem ví dụ dưới đây để hiểu thêm về cách "tận dụng" dữ liệu 4D (xem hình 1).

4D ở đây biểu diễn quá trình thi công bằng cách liên kết biểu đồ Gantt (bảng phía dưới) với không gian 3D (phía trên). Như vậy, ở đây ta "tận dụng" tính năng 4D bằng cách biểu diễn sự thay đổi của môi trường 3D trong quá trình thi công.

Ngoài ra, như hình dưới, khả năng liên kết dữ liệu với quá trình thi công gồm trạng thái hoạt động của máy móc và tiến độ thi công nền móng cho phép kiểm tra tiến độ thi công, quản lý khối lượng đầu ra trực quan (hình 2).

Bằng cách này, 4D vừa được "tận dụng" để diễn họa quá trình thi công, vừa kết hợp để quản lý tiến trình với các công cụ khác.

Như vậy, chúng ta nên bứt phá khỏi cách nghĩ thông thường là sử dụng 4D để biểu diễn yếu tố thời gian, bởi chúng ta còn có thể "tận dụng" chúng để biểu diễn hiện trạng thi công tại hiện trường.

Hiện tại tại Nhật Bản, Ủy ban về BIM/CIM thuộc Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản (MLIT) đã phát hành "Hướng dẫn sử dụng mô hình 4D cho mục đích trao đổi thông tin giữa công đoạn thiết kế và thi công" vào tháng 3 năm 2020. Hướng dẫn này đã được cập nhật vào tháng 3 năm 2021.

Theo nội dung trong hướng dẫn, 4D cho phép truyền tải được ý đồ của đơn vị tư vấn thiết kế đến nhà thầu thi công, và việc nhà thầu thi công nắm bắt được ý đồ của bên thiết kế là vô cùng quan trọng.

Điều này đúng. Việc biểu diễn ý đồ thiết kế và truyền đạt đến nhà thầu, hay nói cách khác, xu hướng sử dụng 4D thay cho bản vẽ 2D truyền thống là một công cụ giao tiếp quan trọng trong lĩnh vực xây dựng. Bởi trong lĩnh vực này, các công đoạn khảo sát, lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng, quản lý, bảo trì đều được thực hiện bởi những người hoặc những đơn vị khác nhau. Để xúc tiến xu hướng mới này, doanh nghiệp cần phải phát triển và đưa các công cụ mới vào quy trình làm việc hiện tại.

Trước những xu hướng này, FORUM8 hiện đang nỗ lực triển khai các công cụ tương thích, hỗ trợ 4D nhằm giúp phía thiết kế và thi công giao tiếp tốt hơn, cũng như cho phép nhà thầu thi công tiếp nhận và kết hợp dữ liệu thi công với 4D. Tiềm năng của 4D dường như là vô hạn.

Như đã đề cập ở phần đầu bài viết, các kỹ sư làm việc tại các công ty xây dựng khi quản lý thi công phải chú ý đến tình hình tại công trường, kết hợp dữ liệu thi công với tiến độ thi công thực tế để nắm được tiến độ và khối lượng thi công của công trình. Đây là chỗ đòi hỏi kỹ năng của người kỹ sư rõ ràng nhất.

5D là khái niệm dùng để chỉ việc kết hợp dữ liệu thi công với 4D, nghĩa là thêm một biến dữ liệu.

Khi thêm biến thời gian và biến chi phí vào môi trường 3D ta được 5D, nhưng mục đích cuối cùng không chỉ là thêm dữ liệu về chi phí.

Việc đưa dữ liệu chi phí vào tùy thuộc vào tình hình và mục đích sử dụng của người dùng, và nên được tiến hành dưới sự đồng thuận giữa các bên (giữa các quốc gia, ngành).

Do đó, thay vì xem 5D là tính năng chứa "thông tin về chi phí", chúng ta nên xem đây là công cụ hữu dụng cho ngành xây dựng bởi nó thêm thông tin khác ngoài trục thời gian.

Bản chất của việc sử dụng công cụ BIM/CIM là để "tận dụng" chúng vì lợi ích trong công việc, thay vì để gói gọn giá trị của chúng trong khái niệm ban đầu.

Bài viết lần này đã cung cấp cái nhìn tổng thể về tình hình hiện tại, xu hướng của 4D trong các ngành kỹ thuật nói chung. Các sản phẩm của FORUM8 có thể đáp ứng được nhu cầu về 4D. Điều quan trọng trong tương lai là chia sẻ dữ liệu này với ai, và chia sẻ như thế nào.

Đối với 4D, việc sử dụng thông tin thuộc tính, đặc biệt là thuộc tính "thời gian" để biểu diễn quá trình thi công là cách tiếp cận thông minh, sẽ mang lại hiệu quả tích cực.

Điều quan trọng không phải là việc bạn có thể hay không thể thực hiện, mà là bạn sẽ thực hiện nó như thế nào. Thay vì chờ đợi ai đó bảo bạn phải làm gì, bạn nên tự nghiên cứu để cải thiện công việc và có quan điểm mới hơn về quản lý thi công.

Với cách làm như vậy, bạn sẽ là bên hưởng lợi nhất từ quy trình BIM.

(Up&Coming '21 Ấn bản mùa hạ)