Mô hình thông tin công trình (BIM) đã và đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi vào việc thực hiện và quản lý các dự án đầu tư xây dựng trên thế giới, và Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ngoài các ứng dụng phổ biến trong các hoạt động thiết kế như mô hình hóa, tạo môi trường trực quan, dò tìm xung đột, quản lý tiến độ, chi phí, chất lượng, xuất bản vẽ chế tạo, phân tích mô hình và mô phỏng…BIM còn có ứng dụng liwsn trong việc thiết kế tổng mặt bằng xây dựng, như nhiều nghiên cứu đã chỉ ra.

Do các dự án đầu tư xây dựng ngày càng phức tạp, quá trình thi công các công trình của dự án tiềm ẩn nhiều rủi ro, việc sử dụng BIM để thiết kế tổng mặt bằng xây dựng không chỉ giúp thiết kế được tổng mặt bằng xây dựng phù hợp với các yêu cầu về môi trường làm việc an toàn, hiệu quả, đảm bảo tiến độ, chất lượng cho hoạt động xây dựng diễn ra trên công trường xây dựng cũng như bảo vệ môi trường, mà còn giúp mô phỏng, hình dung trực quan tổng mặt bằng trong quá trình thi công để nhận dạng và từ đó có giải pháp hạn chế tối đa các rủi ro có khả năng nảy sinh trong quá trình thi công xây dựng. Việc sử dụng BIM còn đặc biệt phù hợp với các công trình sử dụng tổng mặt bằng động. Tuy nhiên, do mỗi giai đoạn thiết kế tổng mặt bằng đòi hỏi các mức độ chi tiết khác nhau, do đó yêu cầu thông tin chi tiết đối với các thành phần của tổng mặt bằng xây dựng cũng khác nhau theo các giai đoạn thiết kế tổng mặt bằng xây dựng.

Khi sử dụng BIM, mỗi thành phần của tổng mặt bằng xây dựng được thể hiện bằng các đối tượng BIM, trong khi mức độ chi tiết yêu cầu về thông tin của các đối tượng BIM được thể hiện thông qua thông số là LOD (level of developmen). LOD dùng để đánh giá mức độ phát triển của mô hình trong quá trình thiết kế, LOD bao gồm nhiều mức độ khác nhau, theo Viện Kiến trúc sư Hoa Kỳ, LOD được phân chia thành 6 mức (LOD 100, LOD 200, LOD 300, LOD 350, LOD 400, LOD 500). Cùng với thông tin hình học, thông tin phi hình học của đối tượng BIM cần thiết cho việc thiết kế tổng mặt bằng xây dựng có sự khác biệt nhất định trong mỗi giai đoạn thiết kế, vì vậy mỗi đối tượng BIM này cần chứa những thông tin cụ thể liên quan đến mục tiêu của giai đoạn thiết kế đó, tức là có LOD khác nhau. 

Có nhiều mức độ LOD khác nhau như đã đề cập, trong bài viết này tác giả đề xuất LOD 300 cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật và LOD 350 cho giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công.

Đối với LOD 300: Các đối tượng BIM được thể hiện bằng đồ họa, chính xác về số lượng, kích thước, hình dạng, vị trí và hướng. Các thông tin phi hình học cũng có thể được đưa vào các đối tượng trong mô hình với LOD 300. Số lượng, kích thước, hình dạng, vị trí và hướng của các đối tượng được thiết kế trực tiếp từ mô hình mà không cần tham chiếu các ghi chú, chỉ dẫn. Các đối tượng trong mô hình BIM với LOD 300 thể hiện các thông tin đã được tính toán và phân tích phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn xây dựng áp dụng cho công trình xây dựng, phù hợp với giai đoạn thiết kế kỹ thuật.

Đối với LOD 350: Các đối tượng BIM được thể hiện chính xác bằng đồ họa tạo thành một hệ thống cụ thể, các đối tượng thể hiện rõ về số lượng, kích thước, hình dạng, vị trí, hướng và sự liên kết với các hệ thống khác trong công trình. Các thông tin phi hình học cũng có thể được đưa vào các đối tượng với LOD 350. Với LOD 350 các bộ phận cần thiết cho sự phối hợp giữa các bộ môn và các hệ thống liên quan được thể hiện chính xác, các phần này sẽ bao gồm các chi tiết hỗ trợ hoặc chờ kết nối. Số lượng, kích thước, hình dạng, vị trí và hướng của các đối tượng được thiết kế có thể đo được trực tiếp từ mô hình mà không cần tham chiếu các cghi chú, chỉ dẫn. LOD 350 cho thấy các thông tin trong các đối tượng phải chính xác và đầy đủ để phù hợp với giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công.

Nghiên cứu này hướng đến việc xác định yêu cầu thông tin cho các đối tượng BIM đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng theo LOD dựa trên đặc điểm kỹ thuật của các thành phần đó. Bài viết nghiên cứu chỉ ra các mức độ LOD khác nhau có thể phù hợp tương ứng với công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công.

2. Thiết kế tổng mặt bằng xây dựng

* Khái niệm và thành phần của tổng mặt bằng xây dựng

Tổng mặt bằng xây dựng là một “hệ thống sản xuất” bao gồm các cơ sở vật chất kỹ thuật, các nguyên liệu, vật liệu, các phương tiện và con người trong một không gian và thời gian nhất định, nhằm thực hiện một quá trình sản xuất xây dựng, kể cả nước, trong và sau thời gian thi công xây lắp.

Tổng mặt bằng xây dựng dược phân loại theo nhiều cách khác nhau. Theo giai đoạn thiết kế, tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật, tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế bản vẽ thii công/tổ chức thi công (lập trong các giai đoạn thiết kế, do đơn vị thiết kế hoặc nhà thầu thi công thực hiện) và tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thi công, do nhà thầu thi công thực hiện). Nói chung, tổng mặt bằng ở các giai đoạn trước có mức độ chi tiết thấp hơn, nhằm định hướng cho giai đoạn sau. Tuy nhiên, theo cách tiếp cận của Việt Nam về thiết kế thì thiết kế bản vẽ thi công là “thiết kế thể hiện đầy đủ các thông số kỹ thuật, vật liệu sử dụng và chi tiết cấu tạo phù hợp với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật được áp dụng, bảo đảm đủ điều kiện để triển khai thi công xây dựng công trình” (Điều 3 Luật Xây dựng). Do đó, sự khác biệt về yêu cầu chi tiết của các thành phần tổng mặt bằng giữa hai giai đoạn thiết kế tổ chức thi công không nhiều. Cái khác biệt giữa hai loại tổng mặt bằng này về nội dung là giai đoạn sau sẽ thể hiện thông tin chi tiết hơn về chủng loại máy móc thiết bị được huy động, chi tiết về các công trình tạm theo điều kiện thực tế của công trường mà tổng mặt bằng giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công chưa thể hiện được. Một số cách phân loại khác phân chia tổng mặt bằng xây dựng thành tổng mặt bằng tĩnh và động, tổng mặt bằng công trường và tổng mặt bàng công trình.

Trên tổng mặt bằng sau khi định vị xong các công trình xây dựng, các thành phần của tổng mặt bằng xây dựng bao gồm:

- Máy móc thiết bị xây dựng;

- Hệ thống giao thông;

- Kho bãi tạm;

- Xưởng sản xuất và phụ trợ;

- Cơ sở cung cấp vật liệu xây dựng;

- Nhà tạm;

- Mạng lưới cấp thoát nước;

- Mạng lưới cấp điện;

- Hệ thống an toàn, bảo vệ môi trường.

* Nội dung thiết kế tổng mặt bằng xây dựng

Việc thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở tất cả các giai đoạn thiết kế đều bao gồm các nội dung sau:

- Xác định vị trí cụ thể các công trình đã được quy hoạch trên khu đất được cấp để xây dựng;

- Bố trí máy móc, thiết bị xây dựng;

- Thiết kế hệ thống giao thông phục vụ cho công trường;

- Thiết kế các kho bãi vật liệu, cấu kiện;

- Thiết kế cơ sở cung cấp nguyên vật liệu xây dựng;

- Thiết kế các xưởng sản xuất và phụ trợ;

- Thiết kế nhà tạm trên công trường;

- Thiết kế mạng lưới cấp thoát nước;

- Thiết kế mạng lưới cấp điện;

- Thiết kế hệ thống an toàn, bảo vệ môi trường.

* Thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật

Thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật do cơ quan thiết kế lập, nằm trong phần thiết kế “Tổ chức xây dựng” trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật. Ở giai đoạn thiết kế này tổng mặt bằng xây dựng chỉ cần thiết kế tổng quát với các chỉ dẫn chính, khẳng định với một mặt bằng như vậy, có thể tổ chức xây dựng đảm bảo chất lượng, đúng thời gian kế hoạch, an toàn lao động và vệ sinh môi trường.

* Thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/giai đoạn tổ chức thi công

Thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công có thể do nhà tư vấn thiết kế hoặc do các nhà thầu xây dựng thực hiện. Khi thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công, cần thể hiện ở trình độ tổ chức công trường với đầy đủ vật chất kỹ thuật, phương tiện, con người, nhằm đảm bảo thực hiện đúng hợp đồng theo các yêu cầu của chủ đầu tư. Về nội dung thiết kế và hình thức thể hiện, tất cả các công trình tạm phải được bố trí chi tiết với đầy đủ kích thước và chỉ dẫn cần thiết, để có thể thi công được ở hiwwjn trường.

3. Xác định mức LOD phù hợp cho các thành phần của tổng mặt bằng xây dựng

Như trên đã đề cập, để dựng mô hình tổng mặt bằng xây dựng, cần tạo lập các đối tượng BIM đại diện cho các thành phần của tổng mặt bằng xây dựng chứa các thông tin phù hợp cho mỗi giai đoạn thiết kế xây dựng. Những thông tin này liên quan đến từng thành phần của tổng mặt bằng xây dựng được mô hình hóa nhằm đáp ứng các yêu cầu thiết kế tổng mặt bằng xây dựng, vì vậy những thông tin cần có của các đối tượng BIM đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng cần được phân loại theo LOD phù hợp.

Trên thực tế, không có đủ các đối tượng BIM có sẵn đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng như máy móc, thiết bị để phục vụ công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng, nhiều đối tượng BIM thiếu những thông tin cần thiết. Những thông tin cung cấp bởi các nhà sản xuất máy móc, thiết bị được lựa chọn để mô hình hóa các đối tượng BIM đại diện cho mỗi thành phần của tổng mặt bằng xây dựng. Do đó, mỗi đối tượng BIM đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng tương ứng phải bao gồm những thông tin của các nhà sản xuất.

Công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng được thực hiện trong nhiều giai đoạn thiết kế như trên đã đề cập. Ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật chưa thể quyết định loại thành phần của tổng mặt bằng xây dựng nào sẽ được sử dụng mà chỉ để thể hiện tổng quát, trong khi thiết kế bản vẽ thi công/ tổ chức thi công thể hiện rõ ràng các thành phần của tổng mặt bằng xây dựng được sử dụng và mô tả các khu vực làm việc cụ thể. Do đó, trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, đáp ứng LOD 300 sẽ thỏa mãn yêu cầu mức độ chi tiết, trong khi giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công cần có mức độ chi tiết tương ứng với LOD 350.

Theo đó, ở bảng 1 thông tin của đối tượng BIM ở LOD 300 chỉ mang tính đại diện cho nhiều loại máy móc, thiết bị. Trong khi đó, đối tượng BIM ở LOD 350 đại diện cho một loại máy móc thiết bị cụ thể được lựa chọn.

(Bảng 1: LOD cho “Tháp cần cẩu”)

4. Yêu cầu thông tin cho các đối tượng BIM tương ứng với các thành phần chính của tổng mặt bằng xây dựng

Mỗi thành phần của tổng mặt bằng xây dựng được mô hình hóa theo LOD bằng cách sử dụng các công cụ lập mô hình BIM thông dụng như Autodesk Revit, ArchiCAD…Các thông tin được khai báo dưới dạng tham số của mô hình. Việc này giúp tạo ra một đối tượng BIM phù hợp cho việc thiết kế tổng mặt bằng xây dựng trong mỗi giai đoạn thiết kế khác nhau, đồng thời dễ dàng trong việc quản lý thông tin của đối tượng BIM.

4.1. Yêu cầu thoongtin cho đối tượng BIM đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật

Đối tượng BIM được lập theo LOD 300 phục vụ cho việc thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật để đáp ứng các yêu cầu về tiến độ, chi phí và an toàn. Vì trong giai đoạn thiết kế này chưa có sự xuất hiện của các nhà thầu thi công xâp lắp, nên việc lựa chọn máy móc, thiết bị phải xem xét đến loại máy móc, thiết bị nào phù hợp với công việc sẽ được thực hiện, nhưng không phải là máy móc, thiết bị cụ thể sẽ được lựa chọn bởi nhà thầu thi công xây lắp. Các giải pháp thiết kế được lựa chọn không phải là giải pháp cuối cùng mà là một giải pháp khả thi. Vì những lí do này, các thành phần mặt bằng xây dựng trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật là chung chung vì nó phải đại diện cho nhiều loại máy móc, thiết bị khác nhau nhưng cùng một loại. Hơn nữa, mỗi máy móc, thiết bị được mô hình hóa trong giai đoạn thiết kế này cũng cần mô phỏng công dụng của nó.

Quá trình mô hình hóa ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật là đơn giản vì khối lượng thông tin được biểu diễn không quá phức tạp như ở giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công. Tuy nhiên, việc tham số hóa những thông tin hình học cho đối tượng BIM phải đại diện cho nhiều giải pháp trong một mô hình duy nhất. Trong thực tế, ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật, các laoij thiết bị cần phải đại diện cho một loại các giải pháp có tính khả thi. Các tham số của nó cần được lựa chọn theo công việc sẽ được thực hiện và theo vị trí trên tổng mặt bằng xây dựng.

Theo đó, Bảng 2 thể hiện việc xác định yêu cầu thông tin cho đối tượng BIM theo LOD 300 đáp ứng yêu cầu trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật.

(Bảng 2: Yêu cầu thông tin cho đối tượng BIM theo LOD 300)

4.2. Yêu cầu thông tin cho đối tượng BIM đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công

Thiết kế bản vẽ thi công có thể do nhà thầu nhưng cũng có thể do tư vấn thiết kế lập, thiết kế tổ chức thi công sẽ do nhà thầu thi công trực tiếp lập. Tuy nhiieen như đã nói, sự khác biệt về yêu cầu chi tiết của các thành phần tổng mặt bằng giữa hai giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công và thiết kế tổ chức thi công được thực hiện nhằm xác định phạm vi xây dựng trên công trường sẽ được quản lý bởi một hoặc một vài nhà thầu thi công xây lắp và do đó đối tượng BIM được tạo lập theo LOD 350 được sử dụng trong giai đoạn thiết kế này. Theo đó, đối tượng BIM được tạp lập theo LOD 350 cung cấp thông tin cần thiết của một loại máy móc, thiết bị đã được chỉ định do một nhà sản xuất cung cấp. Sau đó loại máy móc, thiết bị này sẽ được mô hình hóa giống với loại máy móc, thiết bị do nhà sản xuất cung cáp và chưa tất cả thông tin cần thiết cho giai đoạn thiết kế này. Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng, khác với các LOD 300, những thông tin này đại diện chô một loại máy móc, thiết bị cụ thể và những thuộc tính cụ thể của nó. Các thông tin duy nhất mà có thể thay đổi được các thông tin cấu hình khác nhau của máy móc, thiết bị đó.

Theo đó, Bảng 3 thể hiện việc xác định yêu cầu thông tin cho đối tượng BIM theo LOD đáp ứng yêu cầu trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/tổ chức thi công. Ví dụ, cần cẩu di động có các thông tin có thể thay đổi được liên quan đến các bộ phận di động vì chúng cho phép thể hiện nhiều cấu hình vận hành khác nhau của bộ phận cẩu trục và hệ thống đối trọng. Như đã thấy, thông tin hình học biểu diễn mô hình của cần cẩu di động ở nhiều dạng cấu hình khác nhau. Bản thân mô hình cần phải đảm bảo sự thích hợp giữa tính đại diện và khả năng sử dụng của mô hình trong quá trình thiết kế tổng mặt bằng xây dựng. Đây là lí do mà tại sao một số chi tiết của thành phần sẽ bị bỏ qua để tránh các chi tiết này sẽ làm cho mô hình trở nên phức tạp.

(Bảng 3: Yêu cầu thông tin cho đối tượng BIM theo LOD 350)

5. Kết luận

Công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng đặt ra yêu cầu phải tạo ra các đối tượng BIM phù hợp. Mục tiêu của các đối tượng BIM này không phải là để tạo ra toàn bộ các thành phần của tổng mặt bằng xây dựng để đáp ứng hết các yêu cầu của các thành phần đó, vì đó là một việc rất phức tạp. Thay vào đó, các đối tượng BIM đại diện cho thành phần của tổng mặt bằng xây dựng được tạo ra với một số lượng hợp lý và đươc cung cấp các thông tin cần thiết cũng như cấu hình hoạt động được sử dụng trong công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng ở mỗi giai đoạn thiết kế. Việc tạo ra các đối tượng BIM này đã đem lại hiệu quả trong việc thiết kế tổng mặt bằng xây dựng, giúp giảm thời gian thiết kế, độ chính xác cao, dễ dàng thay đổi phương án thiết kế. Thông tin của các đối tượng BIM được xác định theo LOD cũng giúp cho công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng được thực hiện dễ dàng hơn, giảm thời gian tìm kiếm thông tin và mô hình hóa lại các đối tượng này.

Bài viết nêu ra một số yêu cầu cho các đối tượng BIM theo LOD phục vụ công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng, đề xuất LOD 300 cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật và LOD 350 cho giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công/ tổ chức thi công. Tuy nhiên, ngoài việc yêu cầu thông tin cho các đối tượng BIM phục vụ công tác thiết kế tổng mặt bằng xây dựng thì cần thực hiện cho công tác tổ chức thi công xây lắp, các ứng dụng khác, như việc đo bóc khối lượng, quản lý vận hành công trình…

(Nguồn: Tạp chí Kinh tế Xây dựng, Số 4/2019)