Tình hình ứng dụng BIM trong xây cầu đường tại Liên bang Nga

Các nghiên cứu khảo sát địa chất, công nghệ scan bằng laze, chụp ảnh trên không… cho phép thể hiện rõ trên mặt bằng thi công các hệ thống hạ tầng sẵn có, và tính toán hệ thống này trong quá trình thiết kế dựa theo các quy định, các tiêu chuẩn hiện hành. Chẳng hạn: để ống dẫn khí đốt áp suất thấp xuyên qua tối thiểu 02 m móng tường chống phục vụ việc làm đường tiếp theo sau đó, quan trọng là kịp thời nhận biết và xác định đường ống này trong thiết kế, hoặc tính toán được chi phí cho lớp vỏ bảo vệ bổ sung trong bản dự toán theo thiết kế, tránh ảnh hưởng của việc thi công tới hệ thống đường ống.

Môi trường làm việc thống nhất cho phép tính toán mọi đặc điểm của công trình tương lai, thậm chí dự báo những hệ quả có thể từ các thay đổi trong thiết kế. Hơn nữa, trong môi trường thống nhất, các vấn đề liên quan tới hợp đồng, hồ sơ tài liệu, ngân sách luôn rõ ràng và được giải quyết tốt.

Mô hình thiết kế thống nhất của công trình có thể tải vào hệ thống quản lý tự động “được vi tính hóa”. Hình ảnh trực quan giúp giảm tối đa nguy cơ xảy ra sự cố trên công trường thi công, giảm thời gian dừng của các máy móc thiết bị, kiểm soát chất lượng trong thi công mặt đường. Nhờ những thiết bị bổ trợ cơ động, nhờ các dữ liệu được truyền từ bộ cảm biến lắp đặt tại nơi thi công tới trung tâm điều khiển, các nhà xây dựng có thể trao đổi thông tin cũng như các quyết định có tính điều hành đối với các vấn đề phát sinh trong mọi giai đoạn xây dựng cầu đường

Ở giai đoạn khai thác vận hành (trung bình kéo dài tới 50 năm), khả năng tiếp cận toàn bộ hồ sơ thiết kế, và định hình thực trạng của từng kết cấu thuộc công trình là rất quan trọng, bởi từ đó, các công tác sửa chữa và bảo dưỡng kỹ thuật (theo đó là các chi phí tương ứng) mới được lên kế hoạch cụ thể bảo đảm hiệu quả. Trong trường hợp thất lạc tài liệu kỹ thuật, nhờ công nghệ 3D và ảnh kỹ thuật số, chỉ sau 1-2 ngày nhà xây dựng có thể nhận được thông tin cần thiết về hiện trạng của công trình và thực trạng công trường thi công. Ngoài kinh nghiệm ứng dụng BIM trong các thiết kế cầu đường, công ty KROK của Nga rất có kinh nghiệm xây dựng mô hình 3D các công trình di sản văn hóa cần được phục chế.

Không thể không nhắc tới ưu điểm cơ bản nhất của công nghệ BIM – quá trình thiết kế được thực hiện trong không gian 3 chiều, tức là biểu thị trực quan tới từng tiểu tiết các giai đoạn thi công công trình / hạng mục hạ tầng, gần thực tế ở mức tối đa. Những thiết kế 3D tránh được sự cố đọc hiểu khác nhau mà các thiết kế 2D thường mắc phải, và luôn dễ hiểu đối với các nhà đầu tư, các nhà quản lý, các nhà quy hoạch.

Một dự án xây dựng giao thông thành công thuộc về Tập đoàn quốc gia Avtodor (KROK đóng vai trò tư vấn thiết kế) - thiết kế cầu Aksay mới có 3 làn đường một hướng, với quy trình thiết kế trực quan nhờ công nghệ BIM. Cầu bắc qua sông Đông đoạn qua thành phố Rostov trên sông Đông, nằm cạnh cây cầu cũ 2 làn đường được xây dựng từ năm 1964, và cũng được đưa vào dự án cải tạo của Avtodor. Hiện nay mỗi ngày có tới hơn 30 nghìn lượt xe qua cầu, với tải trọng trục tới 8 tấn. 

Kinh nghiệm của Vương quốc Anh

Ngành xây dựng, trong đó có xây dựng giao thông đang chuyển sang công nghệ số trên quy mô toàn cầu. Vương quốc Anh bắt đầu chuyển đổi sang các tiêu chuẩn BIM từ đầu năm 2016, cụ thể, chỉ các nhà thầu ứng dụng công nghệ này trong dự án mới được phép tham gia đấu thầu cấp quốc gia. Bởi vậy, tất cả các thành viên thị trường - không chỉ các nhà quản lý mà cả các tổ chức thầu xây dựng - đều tích cực tham gia quá trình hoàn thiện các tiêu chuẩn và tiêu chí BIM. Khả năng tiết kiệm tới 20% chi phí không cần thiết trong mỗi dự án xây dựng là tiền đề cơ bản để Anh thúc đẩy mạnh mẽ hơn quá trình chuyển đổi này. Anh không phải là quốc gia châu Âu duy nhất áp dụng các điều luật bắt buộc ứng dụng BIM trong thiết kế. Bắt đầu từ năm 2018, Tây Ban Nha bắt buộc thực hiện các dự án xây dựng ở cấp quốc gia phải ứng dụng BIM, tiếp sau đó là Pháp và CHLB Đức.

Khả năng BIM giúp nâng cao hiệu quả kinh tế trong các dự án xây dựng giao thông tại Anh được chứng minh bằng dự án nổi tiếng Crossrail - dự án đường sắt ngầm dưới lòng Thủ đô London có chiều dài (đường ngầm) hơn 20 km. Ở độ sâu 40m dưới lòng đất, Crossrail kết nối các khu vực ngoại ô tới trung tâm Thủ đô London và sân bay quốc tế Heathrow. Sau khi hoàn thành vào năm 2017, mỗi năm có khoảng 200 triệu hành khách được phục vụ trên tuyến đường này. Theo Bộ Giao thông vận tải Anh, Crossrail được đưa vào sử dụng đã giúp thời gian di chuyển từ các nhà ga tại trung tâm London tới những địa điểm đầu - cuối giảm tối đa khoảng 16 phút/chuyến; công suất vận chuyển đường sắt nội đô của London sẽ tăng thêm 10%; đảm bảo lợi ích kinh tế dài lâu cho cả London và vùng Đông Nam nước Anh. Để thực hiện dự án, sự phối hợp chặt chẽ đã được điều phối giữa tất cả các bên tham gia dự án trong tất cả các giai đoạn (thiết kế trong không gian thống nhất, quản lý hiệu quả hoạt động của các nhà thầu phụ, cung cấp thông tin cần thiết và kịp thời trong giai đoạn thi công và thiết lập mô hình 3D của công trình cho giai đoạn khai thác vận hành tiếp theo).

Ngoài dự án Crossrail, Tập đoàn Bentley Systems còn tham gia dự án cải tạo 35 km tuyến đường sắt phía Tây và 50 km tuyến đường sắt phía Đông nước Anh. Với việc ứng dụng BIM, thời gian thi công từng nhà ga riêng biệt được rút ngắn hơn một phần ba thông qua việc tối ưu hóa quy trình thiết kế. Lịch trình tiến độ dự kiến riêng cho giai đoạn thiết kế là 4 tháng rưỡi. Nhờ năng lực của hệ ProjectWise, công việc đã hoàn tất chỉ trong chưa đầy 3 tháng.

 Dự án xây dựng tuyến đường vòng có ứng dụng BIM đã được thực hiện tại Rochester (bang New York, Mỹ); rủi ro trong thi công giảm hẳn, hiệu quả công việc được cải thiện rõ rệt. Để lập mô hình với mức độ rủi ro trong thi công tối thiểu, công nghệ trắc quang và scan bằng laze được áp dụng. Các công nghệ này cho phép tối ưu hóa các kết cấu cầu hoặc hiệu chỉnh các mô hình đường hầm. Trong dự án Crossrail, trước tiên các nhà xây dựng cũng lập các thiết kế scan laze đường hầm thực tế, sau đó chuyển sang số hóa với độ chính xác tới phần mười milimet.

Các chuyên gia Bentley khuyến nghị không nên dự tính chỉ dựa vào một căn cứ duy nhất. Cốt lõi của công nghệ BIM là một hệ điều hành tổng thể - từ quản lý xây dựng tới quản lý kiến thức, mọi thông tin thiết kế cũng như toàn bộ vòng đời công trình. Còn giám sát việc thi công trên công trường xây dựng sẽ rất thuận lợi nhờ các thiết bị bay không người lái, kỹ thuật xây dựng thông minh, các thiết bị di động...

Ở dự án Crossrail, trong quá trình thiết kế, hơn một triệu mô hình ứng dụng BIM cho 650 nghìn hạng mục đã được thiết lập và kết nối. Trong môi trường làm việc thống nhất, hơn 10 nghìn nhân công tích cực hoạt động. Bản thân bên đặt hàng ghi nhận điều này tạo ra khả năng giảm chi phí và nâng cao năng lực quản lý trong dự án. Tất cả các thành viên tham gia dự án, từ các kỹ sư, nhà quản lý dự án tới các luật sư, nhà tài trợ, tổng thầu, người cung cấp đều có thể tiếp cận dễ dàng nguồn thông tin thống nhất. Số tiền tiết kiệm được từ việc giảm chi phí phụ trội đã đạt 13 triệu bảng Anh - điều này nhờ có BIM. Bên cạnh đó, BIM tạo điều kiện tối đa tránh các lỗi nghiêm trọng trong thiết kế.

Để thực hiện thành công các dự án với quy mô cụ thể, trước hết cần xây dựng hệ thống quản lý thiết kế hiệu quả, tạo sự kết nối chất lượng tất cả các đề xuất, các thông tin, qua đó mọi thành viên đều cảm nhận được mình là một “mắt xích” không thể thiếu trong một không gian thống nhất. Việc trực quan hóa các dữ liệu chi tiết cũng rất quan trọng – khi các dữ liệu được truyền tới trung tâm điều khiển, việc chỉ đạo đề ra các giải pháp thiết kế cũng đơn giản hơn rất nhiều. Đó chính là bài toán hiệu quả kinh tế mà BIM là chìa khóa thành công .

Nguồn: Tạp chí Vật liệu Xây dựng, Thiết bị & Công nghệ thế kỷ XXI (Nga)

ND: Lệ Minh