Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu các khái niêm cơ bản, đầu tiên nhất về mô hình BIM trong xây dựng. Từ đó có cái nhì tổng quan và các hiểu biết cơ bản để bước vào thế giới của BIM.

BIM không phải là một phần mềm hoặc công nghệ cụ thể, mà là một quy trình thu thập, xử lý và phân tích thông tin. Mục đích của việc sử dụng BIM là để tối ưu hóa quy trình làm việc, trong đó thông tin được tạo ra có thể được tái sử dụng một cách hiệu quả và không cần tạo lại.

BIM được xem như một nền tảng quản lý thông tin, giúp tối ưu hóa phương thức thực hiện dự án. Điều quan trọng nhất của BIM là khả năng quản lý và tái sử dụng thông tin cho nhiều đối tượng sử dụng với các mục đích khác nhau trong các giai đoạn của quá trình tạo lập, quản lý và vận hành công trình.

Các mô hình cũng có thể chứa thông tin cần thiết để phân tích mức tiêu thụ năng lượng và không gian, đáp ứng nhu cầu tích hợp với các công nghệ hiện đại trong quản lý, vận hành, bảo trì và bảo dưỡng công trình.

Dựa trên khái niệm BPM, Mô hình xây dựng chung (Generic Building Model – GBM) đã được giới thiệu và được mở rộng để tích hợp thông tin trong suốt quá trình xây dựng. Kết quả là GBM đã được sử dụng trong toàn bộ vòng đời của dự án để cải thiện thông tin và tăng cường tính hợp nhất giữa các hoạt động xây dựng.

Tuy nhiên, theo thời gian, ngành xây dựng đặt ra nhiều yêu cầu phức tạp và thách thức hơn, đòi hỏi việc áp dụng CNTT rộng rãi nhằm đạt được hiệu suất cao hơn và đảm bảo các kỳ vọng của các dự án. Vì vậy, Mô hình Thông tin Công trình (Building Information Modeling – BIM) đã được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu này của ngành, và đã được triển khai tại nhiều quốc gia trên thế giới như Hoa Kỳ, Phần Lan, Hong Kong, Úc và cả Malaysia.

Vào năm 2000, khái niệm BIM được định nghĩa là một mô hình có cấu trúc đại diện cho các yếu tố của công trình. Sau đó, việc sử dụng BIM đã được mở rộng từ giai đoạn tiền xây dựng đến giai đoạn sau xây dựng.

Vào năm 2005, BIM được định nghĩa là việc phát triển và sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng quá trình xây dựng và vận hành công trình.

BIM được sử dụng như một công cụ để kiểm soát và tổ chức thông tin, nhiệm vụ và quy trình cần thiết trong toàn bộ vòng đời của dự án xây dựng, từ giai đoạn lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng, bảo trì cho đến phá dỡ.

Năm 2006, BIM được định nghĩa là một phương pháp quản lý và tăng hiệu suất trong việc thực hiện và quản lý các dự án xây dựng.

Vào năm 2008, định nghĩa của BIM đã được mở rộng để bao gồm mô hình 3 chiều (3D) của công trình, được liên kết và tích hợp với thông tin cần thiết trong suốt các giai đoạn của dự án.

Từ năm 2008 đến năm 2013, BIM đã trở thành một cuộc cách mạng công nghệ thay đổi cách các dự án được lên ý tưởng, thiết kế, xây dựng và vận hành.

Cách áp dụng khái niệm BIM được xem là một sự thay đổi mô hình quản lý và thực hiện trong lĩnh vực đầu tư xây dựng, giúp tăng cường hiệu quả. BIM cung cấp bộ công cụ kỹ thuật số hỗ trợ quản lý các dự án xây dựng bằng cách tối ưu quy trình lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng và vận hành.

Ngoài ra, BIM còn được biết đến như một cách tiếp cận thông tin mới, dựa trên sự hợp tác giữa các bên để trích xuất, cập nhật và sửa đổi thông tin.

Mô hình tham số: là một loại mô hình dựa trên đối tượng thay vì các nét vẽ. Thay vì chỉ đơn giản là vẽ, mô hình tham số cho phép thay đổi tất cả các đối tượng trong một mô hình thông qua việc chỉnh sửa tệp tham chiếu cho đối tượng đó. Khi có sự thay đổi, mô hình tham số cũng cho phép cập nhật tự động trên tất cả các góc nhìn khác nhau của mô hình. Điều này mang lại nhiều tiện ích cho việc thiết kế và quản lý các dự án xây dựng.

Integrated Project Delivery (IPD): là phương thức thực hiện dự án bằng cách hợp tác giữa các đơn vị thiết kế, nhà thầu thi công, đơn vị quản lý xây dựng, nhà cung ứng và nhà chế tạo.

Mục tiêu của IPD là tạo ra môi trường hợp tác thuận lợi, giúp quyết định được đưa ra kịp thời, tối ưu hóa kết quả thực hiện dự án bằng cách cải thiện chất lượng, năng suất, đảm bảo tiến độ xây dựng, khả năng xây dựng, thẩm mỹ và quản lý toàn bộ vòng đời của dự án.

Khả năng tương tác: Khả năng của các công cụ BIM khác nhau có thể trao đổi và sử dụng dữ liệu mô hình công trình. Việc trao đổi này được thực hiện trong khi vẫn giữ được độ chính xác và toàn vẹn của dữ liệu.

Hai chiều (2D): Một công trình thường được biểu thị bằng các bản vẽ truyền thống, thể hiện các chiều rộng, chiều cao, hoặc chiều sâu của không gian ở các góc nhìn khác nhau. Các loại bản vẽ phổ biến bao gồm mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt, và bản vẽ chi tiết.

Ba chiều (3D): tạo ra khung nhìn kết hợp cả chiều cao, chiều rộng và chiều sâu của không gian trong một mô hình. Mô hình 3D là nền tảng cho việc mô phỏng công trình, cung cấp một cái nhìn chân thực hơn về công trình trong không gian, dễ hiểu cho cả người có hoặc không có chuyên môn trong lĩnh vực này.

Bốn chiều (4D): tích hợp yếu tố thời gian (tiến độ thi công) vào mô hình 3D. Việc này cho phép hiển thị tiến độ thi công một cách trực quan và dễ hiểu thông qua hình ảnh, video về công trình trong các giai đoạn thực hiện trước khi bắt đầu xây dựng trong thực tế. Mô hình có thể cho thấy quá trình thi công ở các thời điểm khác nhau trong quá trình xây dựng.

Năm chiều (5D): của BIM tích hợp khối lượng và chi phí vào mô hình 3D. Tích hợp này cho phép tính toán khối lượng và chi phí xây dựng nhanh chóng và chính xác hơn từ mô hình. Đáng lưu ý là BIM 5D có thể được thực hiện mà không cần BIM 4D.

Phối hợp 3D: là một phương pháp trong BIM được sử dụng để phát hiện xung đột giữa các đối tượng trong mô hình và đưa ra quyết định về giải pháp xử lý trước khi tiến hành thi công trên công trường. Đây là một phần rất quan trọng trong việc áp dụng BIM, mang lại nhiều lợi ích cho quá trình thiết kế và xây dựng.

Trước đây, việc tạo ra bản vẽ 2D thường được thực hiện thủ công bằng các loại bút và thước. Tuy nhiên, sau đó các công ty thiết kế đã chuyển sang sử dụng phương pháp thiết kế trên máy tính với sự hỗ trợ của phần mềm thiết kế trợ giúp máy tính (Computer-aided design – CAD 2D). Cả hai phương pháp này đều dựa trên bản vẽ trên giấy để thể hiện các chi tiết của công trình trong môi trường 2D.

Tuy nhiên, các thông tin trong các bản vẽ 2D thường bị thiếu hoặc không chính xác, và không được liên kết với nhau, đặc biệt là khi các bộ phận kết cấu, kiến trúc và cơ điện (MEP) được thiết kế trên các bản vẽ riêng biệt. Để phối hợp giữa các bộ phận, các bản vẽ 2D được chồng lên nhau để tìm kiếm các vấn đề giao cắt hoặc phối hợp vị trí của các hệ thống khác nhau. Mặc dù vậy, nhiều xung đột không được phát hiện cho đến khi thi công trên công trường, dẫn đến việc giải quyết các xung đột mất nhiều thời gian và chi phí hơn nhiều.

Hiện nay, trong ngành xây dựng, việc sử dụng các mô hình 3D đã trở nên rất phổ biến. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các mô hình này thiếu dữ liệu hoặc được tạo ra một cách không nhất quán, chỉ được sử dụng như là một giải pháp trực quan.

Sự khác biệt cơ bản giữa các mô hình này và mô hình BIM là mô hình BIM được xây dựng một cách nhất quán, với đầy đủ dữ liệu được liên kết với nhau, đóng vai trò như một nguồn dữ liệu phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong toàn bộ vòng đời của dự án.

Một điểm khác biệt đáng kể giữa CAD và BIM là mô hình BIM bao gồm các thông tin liên quan đến hình học cũng như các thông tin khác. Nhờ đó, các bên liên quan có thể phân tích, nghiên cứu và dự đoán các thay đổi trong quá trình xây dựng. Các thông tin này có thể được cung cấp cho chủ đầu tư, các đơn vị quản lý vận hành và các bên liên quan khác để hỗ trợ trong quá trình ra quyết định.

Một điểm quan trọng của ứng dụng BIM trong dự án là tạo lập cơ sở dữ liệu cho công trình. Dữ liệu đó có thể được sử dụng lại cho nhiều mục đích khác nhau bởi các bên tham gia dự án. Lượng thông tin và dữ liệu được cập nhật vào mô hình BIM sẽ tăng theo thời gian.

Trong thực tế triển khai với CAD, việc thể hiện hình học của công trình qua các hình chiếu sẽ không đủ để các bên có thể truy cập hoặc trích xuất thông tin cần thiết để sử dụng trong quản lý vận hành và bảo trì dài hạn của công trình.

Ta có bảng so sánh cụ thể như sau:

Thông tin có được từ mô hình BIM có thể được ứng dụng trong các trường hợp sau:

• Lập mô hình thông tin hiện trạng công trình: Sử dụng BIM để ghi lại hiện trạng công trình trước khi tiến hành cải tạo, phá dỡ hoặc để lập thông tin kiểm tra đánh giá (so sánh với hồ sơ lưu trữ) ngay từ giai đoạn bắt đầu dự án.
• Lập mô hình thiết kế: Xây dựng mô hình BIM theo yêu cầu của công tác thiết kế giúp tất cả các bên hiểu rõ ý đồ thiết kế, kiểm soát tốt hơn ý tưởng thiết kế, giảm sai sót, thay đổi và thúc đẩy nhanh quá trình thẩm tra, thẩm định của các cơ quan có thẩm quyền.
• Phân tích kết cấu: Sử dụng mô hình thiết kế BIM để hỗ trợ tính toán, phân tích và kiểm tra hệ thống kết cấu.
• Phân tích hệ thống chiếu sáng: Sử dụng mô hình BIM thiết kế để xác định đặc điểm và yêu cầu đối với hệ thống chiếu sáng. Mô phỏng hoạt động của hệ thống chiếu sáng giúp nâng cao chất lượng thiết kế và khả năng vận hành của hệ thống trong suốt vòng đời của công trình.
• Phân tích năng lượng: Sử dụng mô hình BIM để đánh giá năng lượng cho giải pháp thiết kế, kiểm tra sự tương thích với các tiêu chuẩn về sử dụng năng lượng và tìm kiếm, lựa chọn các phương án để tối ưu hóa thiết kế và giảm chi phí vận hành và hoạt động của các hệ thống trong toàn bộ vòng đời của công trình.
• Phối hợp 3D: BIM được sử dụng để xác định các xung đột và giao cắt giữa các bộ phận của công trình để loại bỏ lỗi thiết kế trước khi thi công. Việc sử dụng mô hình trước khi thi công giúp giảm chi phí tái thiết kế trên công trường.

• Lập dự toán chi phí trong BIM: BIM cho phép xuất khối lượng các cấu kiện trực tiếp từ mô hình để dự toán sơ bộ về chi phí. Việc xác định khối lượng được thực hiện nhanh hơn và chính xác hơn so với phương pháp truyền thống.
• Lập tiến độ thi công: BIM giúp mô phỏng quá trình thi công xây dựng theo thời gian, giúp lập kế hoạch thi công sát hơn với thực tế.
• Phân tích công trường: BIM và hệ thống thông tin địa lý được sử dụng để đánh giá, phân tích công trường và xác định vị trí hợp lý để bố trí các hạng mục phục vụ thi công, lên các phương án thi công và đảm bảo an toàn công trường.
• Thiết kế công trình tạm, công trình phụ trợ: BIM được sử dụng để thiết kế hệ thống cho các công trình tạm hoặc phụ trợ, đặc biệt là đối với các hệ thống, hạng mục hoặc công tác phức tạp.
• Hỗ trợ chế tạo sẵn: BIM được sử dụng để chế tạo sẵn các cấu kiện công trình, thường là các cấu kiện chế tạo dạng kim loại tấm, kết cấu thép.
• Phân tích hệ thống: BIM được sử dụng để so sánh giữa hệ thống vận hành thực tế của một công trình với thiết kế của nó, từ đó đề xuất mô phỏng thay đổi phương án vận hành hoặc thay thế vật liệu, thiết bị để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống. Ví dụ: việc vận hành hệ thống thiết bị (thông gió, điều hòa, ánh sáng) kèm theo mức tiêu hao năng lượng so với thiết kế.

Xem thêm: Quy trình BIM và tiến trình tổng quát khi áp dụng