ThS. BÙI CÔNG ĐỘ

Ý kiến phản biện 17/03/2015 07:44

ThS. HOÀNG THÙY LINH

Trường Đại học Giao thông vận tải

Người phản biện: TS. Phạm Hoàng Kiên

TS. Nguyễn Quang Phúc

Tóm tắt: Thời gian gần đây, công nghệ 4D đã và đang trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho quá trình thiết kế và quản lý dự án trên máy tính. Dựa trên công nghệ này, mô hình ảo của công trình xây dựng được tạo ra với đầy đủ các thông tin về hình học cũng như sự cập nhật các biến đổi theo từng giai đoạn, cho phép các kỹ sư quan sát, theo dõi và quản lý trạng thái của công trình trong quá trình thi công: Từ khi bắt đầu đến khi hoàn thành, hoặc ở bất kỳ thời điểm nào cần quan tâm. Mô hình 4D giúp mô phỏng các phương án thiết kế, các phương án thi công để có những đánh giá, điều chỉnh hợp lý cũng như đề xuất các dự tính và giải pháp trong tương lai nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí. Điều này đặc biệt có ý nghĩa với những dự án trong thành phố, dự án cải tạo, nâng cấp do chúng tác động trực tiếp đến cuộc sống của người dân và hoạt động giao thông.

Abstract: The 4D technology has recently become an effective tool for civil engineering construction design and management. Based on this technology, the virtual model of building allows engineers to update project information as well as to check construction status and progress at any concerned time. By using 4D modeling, each project alternative can be simulated in detail to analyze and to find out appropriate modification and early solutions, thus saving cost and time for the project. This is really important for new and rehabilitation projects in center business districts due to their direct effects on residents’ daily activities and traffic movement.

1. Đặc điểm của dự án cải tạo giao thông đô thị

Với đặc điểm diễn ra trong đô thị với hiện trạng phức tạp về giao thông, hạ tầng xây dựng cũng như các dịch vụ đang khai thác, các dự án cải tạo giao thông đô thị đòi hỏi phải thỏa mãn các yêu cầu liên quan đến mặt kỹ thuật, quản lý, tổ chức thi công và thẩm mỹ công trình …

1.1. Đặc điểm trong thiết kế

Việc thiết kế cần chú ý vấn đề tổ chức thi công theo từng giai đoạn với sự chi tiết về nguồn lực và phối hợp các bên tham gia, bên cạnh đó còn cần xét đến các yếu tố hiện trạng cũng như đáp ứng rất nhiều yêu cầu khác nhau. Một dự án cải tạo giao thông tốt có thể được coi là dự án kết hợp được những thiết kế hiện đại nhưng vẫn hòa hợp với các yếu tố hiện tại của khu vực diễn ra dự án. Điều này tất nhiên sẽ tạo ra rất nhiều vấn đề phức tạp với nhiều phương án thiết kế mang tính tổng thể cũng như hàng loạt bản thiết kế có tính đặc thù của từng bộ phận. Hơn nữa, bản thiết kế cũng cần phù hợp và tôn trọng các hạ tầng khác đã, đang, hoặc sẽ được xây dựng như hạ tầng cấp thoát nước, điện, viễn thông, bãi đỗ xe, khu mua sắm…

1.2. Đặc điểm trong quản lý

Các dự án cải tạo giao thông đô thị bao gồm không chỉ những tổ chức, cá nhân liên quan trực đến dự án như các nhà thầu tham gia, ban quản lý, tư vấn… mà còn chịu ảnh hưởng của các cơ quan chức năng khác. Nếu các bên tham gia không có sự hiểu biết đầy đủ về dự án và các công việc liên quan thì quá trình thực thi dự án sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều về tiến độ và tài chính.

1.3. Đặc điểm trong thi công xây lắp

Với một dự án nâng cấp cải tạo giao thông đô thị, một yêu cầu tất yếu là quá trình thi công phải diễn ra mà không được ảnh hưởng quá lớn đến các hoạt động công cộng tại khu vực xây dựng.

Công tác thi công phụ thuộc nhiều vào việc tổ chức giao thông tại nút

Các công trình giao thông trong đô thị, đặc biệt tại những nút giao thông chính thì quá trình xây dựng công trình có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lưu thông của các phương tiện trong khu vực. Vì vậy, quá trình thiết kế thi công và tổ chức thi công cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng với các biện pháp thi công, tổ chức phân làn giao thông hoặc bố trí làn đường tạm phù hợp tại từng giai đoạn xây lắp.

Công tác thi công ảnh hưởng đến công cộng

Quá trình thi công tất yếu sẽ gây ảnh hưởng đến đời sống của các khu dân cư cũng như các hoạt động thương mại xung quanh với các vấn đề về tiếng ồn và khí thải. An toàn cũng là một vấn đề rất đáng xem xét: Không chỉ cho công nhân tại công trường mà còn cho người dân tham gia giao thông và các công trình gần kề với khu vực thi công.

Công tác thi công diễn ra trên diện tích công trường nhỏ

Quá trình thi công các dự án cải tạo giao thông thường được thực hiện trên mặt bằng thi công hạn hẹp. Do vậy, việc bố huy động các nguồn lực như vật liệu, máy móc và con người cần được tính toán kỹ lưỡng.

2. Mô phỏng 4D – Giải pháp cho thiết kế, tổ chức thi công và quản lý các dự án giao thông đô thị

Những đặc điểm chính về thiết kế, quản lý, thi công cho thấy các vấn đề phức tạp của dự án cải tạo giao thông đô thị. Tại Việt Nam, trong quá khứ cũng như phổ biến hiện nay, các đơn vị liên quan thường tham chiếu thông tin liên quan đến dự án thông qua các hồ sơ hoặc khối thông tin rời rạc như các bản vẽ công trình 2D, các bản vẽ kế hoạch, các thuyết minh, văn bản. Điều này dẫn tới việc hình dung và hiểu biết về dự án gặp khó khăn và có thể không đầy đủ và không nhất quán. Kết quả là, các phương án thiết kế đề ra không tối ưu, việc quản lý cũng như phối hợp tổ chức thực hiện tồn tại nhiều thiếu sót, quá trình thi công phát sinh các vấn đề làm chậm tiến độ và gây lãng phí. Giải pháp tối ưu được nêu ra để giải quyết các bất cập trên là xây dựng một mô hình thông tin thống nhất và toàn diện cho dự án với mô phỏng 3D của công trình, hiện trạng khu vực và được tích hợp với các dữ liệu liên quan đến tiến độ thi công (thời gian), tức là mô hình 4D. Hiện nay, với sự phát triển của khoa học máy tính và các công cụ phần mềm, việc mô phỏng 4D có tính khả thi cao và đặc biệt phù hợp với các dự án cải tạo giao thông đô thị.

3. Xây dựng mô hình 4D cho dự án cải tạo giao thông đô thị

3.1. Thu thập dữ liệu cho mô hình 4D

Dữ liệu luôn luôn là một trong những vấn đề cơ bản và quan trọng nhất khi xây dựng mô hình thông tin công trình xây dựng. Đồng thời, do việc ứng dụng máy tính và các phần mềm là tất yếu, các dữ liệu sau khi thu thập cần được tổ chức phù hợp với giải pháp phần mềm được chọn nhằm tạo sự tiện lợi cho việc tương tác với mô hình sẽ được xây dựng sau này. Ngoài ra, việc thu thập dữ liệu không chỉ được thu thập trong giai đoạn thiết kế hoặc xây dựng mô hình, mà còn được tiếp tục trong giai đoạn thi công thực tế nhằm cập nhật các thay đổi mới nhất của hiện trường so với thiết kế hoặc dự tính ban đầu. Nói cách khác, "công trình ảo" luôn sống động trong thời gian thực và phản ánh đúng các vấn đề tại hiện trường.

Với một dự án cải tạo giao thông đô thị, thành phần dữ liệu cơ bản cần thu thập là:

Các dữ liệu cho mô hình 3D:

- Các dữ liệu hình học về hiện trạng của khu vực diễn ra dự án như địa hình, mặt bằng khu vực, thông tin về các tuyến đường hiện tại, nhà cửa, các hạ tầng liên quan. Các dữ liệu này có thể ở dạng các bản vẽ 2D hoặc các mô tả bằng các thuyết minh, bảng thống kê trong các hồ sơ liên quan. Tuy nhiên, chúng cần được chuẩn hóa chặt chẽ trước khi sử dụng để xây dựng mô hình hiện trạng để đảm bảo tính đúng đắn khi tích hợp dữ liệu vào mô hình cũng như sự dễ dàng trong trao đổi dữ liệu.

- Các dữ liệu liên quan đến các phương án công trình hoặc các thay đổi được thực hiện trong dự án. Phần cơ bản của các dữ liệu này chính là các dữ liệu hình học của phương án thiết kế được thể hiện trong hồ sơ thiết kế. Các dữ liệu này có thể không được thu thập một lần duy nhất hoặc ở một khối duy nhất mà có thể được tổng hợp từ các dữ liệu bộ phận, hạng mục.

Dữ liệu về tiến độ:

Các dữ liệu tiến độ thể hiện trình tự thi công của công trình theo thời gian. Các dữ liệu này thường được thể hiện rõ trong các bản vẽ và các sơ đồ tiến độ trong hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công và cần phù hợp với giải pháp phần mềm lựa chọn để xây dựng mô hình 4D.

3.2. Xây dựng mô hình 3D

Sau khi có đầy đủ dữ liệu, các công việc để xây dựng mô hình 3D có thể là:

- Xác định giải pháp phần mềm phục vụ xây dựng mô hình số.

- Chuẩn kết nối dữ liệu: Các dữ liệu được tích hợp, cập nhật như thế nào; việc trao đổi, kết nối dữ liệu từ mô hình của các phần mềm khác tuân theo những yêu cầu nào.

Mô hình 3D của một tuyến đường được dựng bằng cách sử dụng những bộ phần mềm thiết kế đường chuyên dụng như Civil3D của AutoDesk, Microstation của Bentley, Novapoint của Vianova… Chức năng quan trọng nhất của chúng là khả năng dựng mô hình địa hình số (Digital Terrain Model – DTM) tích hợp với một số dữ liệu địa lý trong khu vực xây dựng công trình. Mô hình địa hình số với thông tin hiện trạng đầy đủ của tuyến đường cơ thể được coi là mô hình cơ sở của mô hình 3D toàn thể.

Các đối tượng khác nằm trên đường như cầu, cống… sẽ được dựng bởi những khối hình học 3D tối giản nhất trong phần mềm đồ họa 3D với mục đích là để tạo ra hình ảnh không gian cho công trình. Trong trường hợp các đối tượng công trình liên quan trực tiếp hoặc có ảnh hưởng lớn (hoặc cần chú ý) tới các hạng mục cải tạo, mô hình của các đối tượng đó có thể được xây dựng chi tiết hơn với các phần mềm chuyên dụng như Revit của Autodesk, ArchiCAD của Graphisoft… Sau đó, chúng sẽ được tích hợp vào mô hình cơ sở thông quá kết nối dữ liệu hoặc tích hợp mô hình.

Hình 3.1: Tích hợp các dữ liệu rời rạc trên bản vẽ 2D (trái) trong mô hình 3D (phải)

Hơn nữa, để kết hợp các yếu tố cảnh quan, những sản phẩm trên sẽ được chuyển sang các phần mềm hỗ trợ dựng mô hình 3D để thiết kế màu sắc, vật liệu và các thuộc tính khác cho các đối tượng hình học. Những phần mềm đó có thể kể đến AutoDeskViz, 3DSMax của AutoDesk hoặc Virtual Map trong bộ sản phẩm Novapoint.

3.3. Lập tiến độ

Việc lập tiến độ được thực hiện bởi những chuyên gia về lập thiết kế thi công để có thể đưa ra được một bản kế hoạch thể hiện từ tổng thể tới chi tiết việc thực hiện dự án công trình. Bản tiến độ cần được lập và lưu theo định dạng phù hợp để có thể thực hiện kết nối được với phần mềm khác.

Hình 3.2: Bảng tiến độ thi công công trình

3.4. Xây dựng mô hình 4D

Mô hình 4D – hay là sự kết hợp giữa mô hình hình học 3D với dữ liệu tiến độ (thời gian) trong đó mỗi hạng mục hay đối tượng của dự án cải tạo trong mô hình 3D sẽ được gắn các thông tin về tiến độ. Ở góc độ về thời gian, mô hình 4D sẽ gồm nhiều "pha" ứng với những giai đoạn thi công cụ thể. Thông qua các pha, người sử dụng có thể tham chiếu tới trạng thái của công trình tại một thời điểm: Có phát sinh thêm hay sửa đổi ở hạng mục nào, những thay đổi nào có thể xảy ra ảnh hưởng tới hiện trạng… Xuất phát từ nền tảng mô hình 3D, mô hình 4D – có thể được thiết lập theo nhiều cách tùy thuộc vào giải pháp phần mềm mà kỹ sư lựa chọn. Theo cách thủ công – cách mà tất cả các phần mềm mô phỏng 4D đều cung cấp, có thể thực hiện gán thêm thuộc tính cho các đối tượng hình học, hoặc biểu diễn bằng màu cho các nhóm đối tượng được tạo thành trong cùng một công tác thi công. Theo cách trao đổi dữ liệu, các thông tin về tiến độ sẽ được kết nối và tích hợp vào trong mô hình 3D thông qua các tập tin. Ví dụ, phần mềm Navisworks của AutoDesk với công cụ Timeliner là công cụ hỗ trợ kết nối tệp dữ liệu tổ chức thi công dưới định dạng bảng tính của MS Excel với mô hình 3D và biểu diễn sự hình thành của công trình theo từng giai đoạn của dự án.