Mô hình hóa công trình trong quản lý phát triển đô thị hiện đại: Yêu cầu tất yếu!

Bên cạnh đó, tháng 7.2025 Hà Nội và cả nước chính thức vận hành mô hình chính quyền địa phương 2 cấp, hướng tới 'tinh, gọn, mạnh, hiệu năng, hiệu lực, hiệu quả', do vậy việc sớm triển khai ứng dụng BIM và GIS đồng bộ sẽ hỗ trợ công tác quản lý, điều hành phát triển. Trong bối cảnh đó, việc cần đẩy mạnh xây dựng hệ thống thông tin địa lý và công trình xây dựng là cần thiết hơn bao giờ hết, đặc biệt đối với Hà Nội.

Người Đô Thị xin trân trọng giới thiệu bài viết sau đây của tác giả Hoàng Anh Tuấn, Đại diện Công ty Vircon Hồng Kông Ltd. tại Việt Nam, sẽ giúp cung cấp bạn đọc một cách nhìn dễ tiếp cận hơn về ứng dụng mô hình hóa công trình (BIM) trong quản lý phát triển đô thị hiện đại ngày nay, cũng như triển vọng ứng dụng tại Hà Nội.

Vì sao cần mô hình hóa thông tin công trình?

BIM (viết tắt của Building Information Modeling - mô hình hóa thông tin công trình) là một quy trình thông minh dựa trên mô hình 3D, cung cấp cho các chuyên gia kiến trúc, kỹ thuật và xây dựng (AEC) những hiểu biết và công cụ để lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng và quản lý hiệu quả hơn các tòa nhà và cơ sở hạ tầng.

Không chỉ đơn thuần là một mô hình 3D, BIM chứa đựng thông tin phong phú về mọi thành phần của công trình, bao gồm: Hình học (kích thước, hình dạng, vị trí của các đối tượng); thông số kỹ thuật (vật liệu, hiệu suất, chi phí, nhà sản xuất); thời gian (lịch trình xây dựng, thời gian hoàn thành); quan hệ (mối liên hệ giữa các đối tượng, ví dụ như tường kết nối với sàn hay mối quan hệ giữa các nhà sản xuất vật tư, thiết bị cung cấp để xây dựng  công trình)

Mô hình các tính năng cơ bản của BIM.

BIM thường được phân loại theo các cấp độ từ 0 đến 4, thể hiện mức độ trưởng thành và phức tạp việc triển khai:

BIM Level 0: Chủ yếu dựa trên bản vẽ CAD 2D, không có sự chia sẻ dữ liệu.

BIM Level 1: Sử dụng mô hình 3D, nhưng việc chia sẻ dữ liệu còn hạn chế.

BIM Level 2: Sử dụng các mô hình 3D riêng biệt cho từng bộ phận (kiến trúc, kết cấu, MEP), dữ liệu được chia sẻ thông qua một môi trường dữ liệu chung (CDE).

BIM Level 3: Sử dụng một mô hình BIM tích hợp duy nhất, tất cả các bên liên quan có thể truy cập và làm việc trên cùng một mô hình.

BIM Level 4: Mở rộng BIM Level 3 bằng cách tích hợp thêm thông tin về vòng đời của công trình, bao gồm vận hành, bảo trì và tái sử dụng.

Các cấp độ của BIM xuất hiện và phát triển qua từng giai đoạn tiến hóa.

Vào tháng 5.2016, Diễn đàn Kinh tế Thế giới đã công bố một báo cáo hơn 100 trang do tập đoàn tư vấn Boston Consulting Group (BCG) với tiêu đề Shaping the Future of Construction: A Breakthrough in mindset and technology (tạm dịch: Định hình tương lai ngành xây dựng: bước nhảy vọt trong tư duy và công nghệ).

Báo cáo của Diễn đàn Kinh tế Thế giới cho biết: Trong 48 năm qua (từ 1964 đến 2012), ngành xây dựng là ngành rất quan trọng của nền kinh tế (tiêu thụ nhiều tài nguyên thiên nhiên nhất, gây ô nhiễm nhiều nhất, tiêu thụ năng lượng lớn nhất, tạo hiệu ứng nhà kính nhiều nhất) nhưng mức độ áp dụng công nghệ còn rất hạn chế, trong khi các ngành khác đã áp dụng rộng rãi công nghệ tự động hoá, công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, năng lượng và vật liệu mới.

Khảo sát tại Mỹ (ảnh dưới), năng suất lao động ngành xây dựng (đường màu đỏ) còn giảm đi so với các ngành khác (đường màu xanh).

Khảo sát tại Mỹ: Chuyển đổi số của ngành xây dựng là BIM với việc đề xuất mô hình triển khai BIM là tầng trung gian giữa người dùng – phần mềm và máy móc trong xây dựng hệ thống chuỗi giá trị cho ngành xây dựng (Báo cáo của WEF).

Báo cáo của Diễn đàn Kinh tế Thế giới về tương lai ngành xây dựng (tháng 5.2016) – bạn đọc có thể quét mã QR để truy cập toàn bộ nội dung báo cáo).

Báo cáo (WEF) và Hiệp hội vận hành công trình quốc tế (IFMA) đã công bố hiệu quả áp dụng BIM  trong suốt vòng đời công trình.

Vai trò của ISO 19650 trong việc quản lý thông tin khi thực hành BIM

Về bản chất, BIM là quá trình phát triển và quản trị thông tin công trình trong suốt vòng đời của công trình đó. Việc thực hành BIM trong trong suốt vòng đời của một công trình (toàn bộ các giai đoạn từ khởi tạo dự án tới khi phá dỡ công trình) bản chất là việc phát triển dữ liệu công trình và quá trình này được quản lý theo các quy chuẩn nhất quán.

Mô hình BIM (BIM model) bao gồm 2 nội dung là mô hình (model) và dữ liệu (data)… nếu coi mô hình BIM là một khối rubic thì các khối vuông sẽ là mô hình xây dựng còn màu sắc của từng khối sẽ là thông tin xây dựng. Việc phát triển theo mô hình và thông tin phải đảm bảo các nguyên tắc nhất quán sao cho từng bộ phận của khối rubic (coi như là một hạng mục riêng biệt của công trình) sau khi được tách ra phát triển chi tiết và sau đó ghép lại thì tổng thể vẫn phải đảm bảo là một khối rubic đủ hình dạng và màu sắc. Từ đó, dẫn đến yêu cầu phải có một bộ quy chuẩn chung toàn cầu (ISO19650) trong việc quản lý thông tin khi thực hành BIM.

BIM là quá trình phát triển và quản trị dữ liệu trong suốt vòng đời công trình.

Áp dụng BIM trong toàn bộ chuỗi giá trị ngành xây dựng.

ISO 19650 là một bộ tiêu chuẩn quốc tế định nghĩa khái niệm và nguyên tắc về quản lý thông tin bằng cách sử dụng BIM trong suốt vòng đời của tài sản xây dựng, bao gồm cả giai đoạn lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì. Nó được phát triển dựa trên tiêu chuẩn PAS 1192 của Anh Quốc và được quốc tế công nhận.

Bộ tiêu chuẩn ISO 19650 cung cấp một khuôn khổ chung cho việc quản lý thông tin trong các dự án xây dựng, đóng vai trò như một ngôn ngữ thống nhất và quy trình rõ ràng nhằm hỗ trợ hiệu quả việc trao đổi thông tin giữa các bên liên quan. Việc quản lý thông tin chặt chẽ không chỉ giúp nâng cao khả năng ra quyết định kịp thời và chính xác, mà còn thúc đẩy sự hợp tác, chia sẻ thông tin một cách có hệ thống, từ đó giảm thiểu lãng phí thời gian, công sức và tài nguyên. Thông tin được tổ chức đầy đủ và chính xác cũng góp phần nâng cao chất lượng thiết kế và thi công công trình.

Bộ tiêu chuẩn này bao gồm nhiều phần, trong đó: ISO 19650-1:2018 xác định các khái niệm và nguyên tắc quản lý thông tin trong toàn bộ vòng đời của tài sản xây dựng, tập trung vào hai giai đoạn chính là giao hàng và vận hành; ISO 19650-2:2018 hướng dẫn chi tiết về quản lý thông tin trong giai đoạn giao hàng (bao gồm thiết kế và thi công); ISO 19650-3:2020 tập trung vào quản lý thông tin trong giai đoạn vận hành; ISO 19650-5:2020 đưa ra hướng dẫn về bảo mật thông tin khi sử dụng BIM.

Đáng chú ý, ISO 19650-6 đang trong quá trình soạn thảo, dự kiến sẽ cung cấp hướng dẫn liên quan đến an toàn lao động, sức khỏe và y tế tại công trường.

Tháng 12.2024, Việt Nam đã ban hành Tiêu chuẩn TCVN 14177-1:2024, được xây dựng dựa trên ISO 19650-1:2018 và TCVN 14177-2:2024, được xây dựng trên ISO 19650-2:2018. Ngày 30.12.2024, Chính phủ ban hành Nghị định 175/2024/NĐ-CP có quy định “các dự án nhóm B, công trình cấp 2 phải áp dụng BIM từ khi chuẩn bị dự án” (Điều 8).

Triển vọng phát triển trong các dự án lớn tại Hà Nội

Gần đây, ngành Xây dựng Việt Nam đã lập ban chỉ đạo BIM, nhiều hội thảo tọa đàm liên quan đến BIM được tổ chức, nhiều khóa đào tạo BIM, các tài liệu liên quan được phát hành, nhiều đơn vị tư vấn đã tuyển dụng nhân lực và đầu tư máy móc để lập hồ sơ BIM. Tuy nhiên, cho dù một số dự án đã được thiết kế định dạng BIM, nhưng sau đó lại phải chuyển đổi thành hồ sơ giấy để đi thẩm định và làm hồ sơ thiết kế giám sát thường… Ngay cả dự án đường sắt đô thị đã được tiếp cận BIM từ thiết kế nhưng trong quá trình thi công và vận hành lại chưa áp dụng… dẫn đến việc sắp tới đây có thể sẽ gặp không ít khó khăn trong việc lập phương án đầu tư để bảo trì trung tu, đại tu mà không có hồ sơ BIM cập nhật.

Từ rất sớm, các kiến trúc sư Hà Nội đã tiếp cận với Công ty VIRCON – chuyên giải pháp BIM từ Hồng Kông^(*). Giai đoạn 2015-2017 VIRCON đã được kết nối để tổ chức giới thiệu BIM tại Hội Kiến trúc sư Hà Nội. Năm 2018, Hội Kiến trúc sư cử đoàn tham quan tới  thăm và làm việc tại văn phòng VIRCON tại Hồng Kông.

VIRCON đã hỗ trợ các thành viên Hội Kiến trúc sư Hà Nội tham gia trao đổi thông tin BIM tại các dự án VIRCON hợp tác phát triển tại Đài Loan, Bangkok (Thái Lan), Singapore… Trong đó tập trung giới thiệu các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong việc phát triển BIM tại VIRCON. AI được áp dụng như là công cụ để tối ưu và tự động hoá quy trình làm việc, từ khảo sát, thiết kế, giám sát xây dựng đến vận hành duy tu bảo trì công trình.

Một số ví dụ tiêu biểu có thể thấy dưới đây:

VIRCON đã thực hiện phần lớn các khảo sát hiện trạng, mặt bằng trên cơ sở các thiết bị không người lái (UAV) hoặc không ảnh có độ phân giải lớn. Dữ liệu ảnh thu thập về sẽ được AI hỗ trợ xử lý, nhận dạng đối tượng (cây có tán, cây bụi, thảm cỏ, mặt nước, công trình,…) trên thực địa và đề xuất các phương án đền bù, thi công mặt bằng.

Ở giai đoạn thiết kế, AI hỗ trợ việc thu thập dữ liệu từ các phương án thiết kế,  so sánh giữa các phương án và hỗ trợ ra quyết định (ở cấp độ chủ đầu tư). Ví dụ, so sánh theo tiêu chí thời gian thi công và chi phí giữa 2 phương án thiết kế A và B như hình trên.

Từ kinh nghiệm thực tế, VIRCON nhận thấy BIM mang lại nhiều tác dụng đáng kể trong các dự án Transit-Oriented Development (TOD – đô thị định hướng giao thông) và Transit-Oriented Communities (TOC – cộng đồng định hướng giao thông), giúp tối ưu hóa quy hoạch, thiết kế, xây dựng và vận hành.

Đầu tiên, công nghệ BIM đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy hoạch tổng thể. Nhờ khả năng mô phỏng và phân tích dữ liệu phức tạp, BIM cho phép đánh giá toàn diện tác động của dự án đến hạ tầng giao thông, mật độ dân cư, môi trường và các yếu tố liên quan. Từ đó, các bên liên quan có thể đưa ra quyết định hợp lý nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực đến không gian đô thị.

Bên cạnh đó, việc mô phỏng luồng giao thông trong khu vực dự án bằng BIM giúp kiểm tra tính hiệu quả của các giải pháp giao thông công cộng và đề xuất các cải tiến cần thiết. Không chỉ dừng lại ở khả năng phân tích kỹ thuật, BIM còn đóng vai trò như một nền tảng phối hợp quy hoạch đa ngành, kết nối kiến trúc sư, kỹ sư, nhà quy hoạch và các bên liên quan trong một hệ sinh thái thông tin đồng bộ, góp phần nâng cao tính chính xác, hiệu quả và nhất quán trong toàn bộ quá trình quy hoạch.

Thứ hai, trong giai đoạn thiết kế chi tiết, BIM thể hiện rõ lợi thế trong việc nâng cao hiệu quả và độ chính xác của dự án. Một trong những ứng dụng quan trọng là khả năng phát hiện sớm các xung đột thiết kế giữa các hệ thống kỹ thuật như điện, cấp thoát nước, điều hòa không khí (HVAC) với kết cấu và kiến trúc công trình. Việc nhận diện và xử lý các xung đột này ngay từ đầu không chỉ giúp giảm thiểu sai sót trong thi công mà còn tiết kiệm đáng kể chi phí và thời gian sửa chữa.

Ngoài ra, BIM cho phép tập trung toàn bộ thông tin của dự án trong một mô hình tích hợp, giúp việc quản lý, truy xuất và cập nhật dữ liệu trở nên dễ dàng, minh bạch và nhất quán trong suốt vòng đời công trình. Đặc biệt, trong các dự án giao thông đô thị như nhà ga, tuyến đường sắt, bến xe buýt..., BIM hỗ trợ thiết kế chi tiết với độ chính xác cao, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và khả năng vận hành hiệu quả sau này.

Thứ ba, trong giai đoạn thi công, BIM tiếp tục phát huy vai trò như một công cụ hỗ trợ xây dựng tiết kiệm và chính xác. Nhờ khả năng mô phỏng và lập kế hoạch chi tiết, BIM giúp tối ưu hóa tiến độ thi công, hạn chế tối đa các gián đoạn và giảm thiểu lãng phí vật liệu thông qua việc dự báo khối lượng và trình tự thi công một cách chính xác. Đồng thời, hệ thống dữ liệu tích hợp của BIM hỗ trợ quản lý vật tư hiệu quả, đảm bảo đúng chủng loại và số lượng vật tư được sử dụng theo thiết kế, góp phần kiểm soát chi phí và hạn chế sai sót trong quá trình triển khai.

BIM còn đóng vai trò như một công cụ giám sát thi công thời gian thực, cho phép các bên liên quan theo dõi tiến độ và chất lượng công trình một cách chính xác, kịp thời phát hiện và xử lý các vấn đề phát sinh, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý dự án trên toàn tuyến.

BIM cho phép tập trung toàn bộ thông tin của dự án trong một mô hình tích hợp, giúp việc quản lý, truy xuất và cập nhật dữ liệu trở nên dễ dàng, minh bạch và nhất quán trong suốt vòng đời công trình. Ảnh minh họa: Znews

Thứ tư, sau khi công trình được đưa vào sử dụng, BIM tiếp tục phát huy hiệu quả trong công tác vận hành và bảo trì thông minh. Với khả năng lưu trữ và tích hợp thông tin chi tiết về toàn bộ tài sản trong dự án từ thiết bị kỹ thuật, vật liệu xây dựng đến hệ thống cơ điện, BIM trở thành công cụ hữu ích giúp các đơn vị vận hành dễ dàng tra cứu, theo dõi và thực hiện bảo trì định kỳ. Không những vậy, BIM còn cho phép mô phỏng hoạt động của các hệ thống bên trong tòa nhà, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất năng lượng, giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao trải nghiệm người sử dụng.

Đối với các dự án đô thị định hướng giao thông (TOD/TOC), BIM cung cấp một nền tảng dữ liệu phong phú phục vụ phân tích hiệu quả hoạt động, giúp các nhà quản lý đánh giá, điều chỉnh và cải tiến quy hoạch trong tương lai một cách chính xác và linh hoạt hơn.

Những lợi ích mà BIM mang lại có thể dễ dàng nhận thấy trong thực tiễn triển khai dự án. Tuy nhiên, giá trị cốt lõi của công nghệ này nằm ở vai trò như một công cụ đánh giá hiệu quả đầu tư ngay từ giai đoạn hình thành dự án. Nhờ khả năng minh bạch hóa và chuẩn hóa các thông số kinh tế – kỹ thuật, BIM đang trở thành tiêu chuẩn được các định chế tài chính toàn cầu sử dụng trong quá trình thẩm định và ra quyết định tài trợ.

Trong bối cảnh Hà Nội và các phường trung tâm đang khát vọng thu hút các nguồn vốn lớn cho những dự án hạ tầng chiến lược, việc làm chủ và ứng dụng hiệu quả công cụ BIM không chỉ là lựa chọn, mà là yêu cầu tất yếu.

Hoàng Anh Tuấn

_______________

(*) Công ty VIRCON, là tên viết tắt 2 từ tiếng Anh là Virtual (ảo) và Construction (Xây dựng), thành lập trên nền tảng phòng nghiên cứu xây dựng ảo thuộc Đại học Bách Khoa Hồng Kông từ năm 2004. Cho đến nay, VIRCON đã tham gia trên 500 dự án BIM quy mô lớn với nhiều loại hình công trình khác nhau tại Hồng Kông, Trung Quốc và nhiều quốc gia trên thế giới.