Journal of Science and Technology 4(17) (2016) 68–74 Ứng dụng mơ hình thơng tin xây dựng (BIM) vào việc đo bóc khối lượng cơng trình xây dựng Applications of Building Information Modeling (BIM) for Construction Quantity Take-Off Hồ Văn Võ Sĩa , Hoàng Nhật Đứcb , Vũ Duy Thắngc , Nguyễn Thị Bích Thủyd a Khoa Sau Đại học, Đại học Duy Tân,Việt Nam The Graduate School, Duy Tan University, Vietnam b Viện Nghiên Cứu Và Phát Triển Công Nghệ Cao, Đại Học Duy Tân, Việt Nam Institute of Research and Development, Duy Tan University,Vietnam c Khoa Kiến Trúc, Đại Học Duy Tân, Việt Nam Faculty of Architecture, Duy Tan University, Vietnam d Khoa Xây Dựng, Đại Học Duy Tân, Việt Nam Faculty of Civil Engineering, Duy Tan University, Vietnam Tóm tắt Trong báo này, tác giả khảo sát phương án đo bóc khối lượng ứng dụng mơ hình thơng tin xây dựng, tên tiếng Anh Building Information Modeling (BIM) Kết nghiên cứu cho thấy phương pháp BIM công cụ hiệu để giải vấn đề đo bóc khối lượng cho cơng trình xây dựng Từ khóa: Đo bóc khối lượng, Quản lý xây dựng, Cơng nghệ thơng tin, Mơ hình thơng tin xây dựng Abstract In this work, the authors investigate a solution for quantity take-off using the Building Information Modeling (BIM) technology It can be shown that the BIM is an effective tool to solve the problem of interest Keywords: Quantity Take-Off, Construction Management, Information Technology, Building Information Modeling © 2015 Bản quyền thuộc Đại học Duy Tân Giới thiệu Trong lĩnh vực xây dựng, dự án xây dựng thường bao gồm nhiều hạng mục, hạng mục gồm nhiều công tác khác nhau, ứng với công tác có khối lượng tương ứng để hồn thành việc thi công [1] Các đặc điểm dự án xây dựng, ảnh hưởng thực địa thi công yếu Email: vosidn4389@gmail.com (Hồ Văn Võ Sĩ) tố khách quan khác thường dẫn tới dự án có thay đổi khác so với thiết kế ban đầu, việc thay đổi làm thay đổi khối lượng thi công ước lượng ban đầu, việc bóc tách, thống kê, kiểm sốt khối lượng khó tránh khỏi bị nhầm lẫn, chồng chéo thiếu sót [2] Trên phương diện chủ đầu tư nhà thầu thi cơng, đo bóc, kiểm sốt, thống kê khối Hồ Văn Võ Sĩ cộng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Duy Tân 4(17) (2016) 68–74 lượng cách cụ thể, xác, khoa học mang lại nhiều lợi ích [3] Cụ thể, chủ đầu tư, khối lượng tính giúp cơng tác triển khai dự tính theo chi phí đầu tư cho dự án dự án thực thi theo kế hoạch tiến độ thi công, hoạch định nguồn cung ứng vốn cho dự án Đối với nhà thầu, việc đo bóc khối lượng thực cách xác nhà thầu lập tiến độ dự án cách cụ thể, phương án thi công, phương án mua sắm, sử dụng, tập kết vật liệu, kế hoạch kho bãi cho vật liệu sát với thực tế Thêm vào đó, sở để nhà thầu lập hồ sơ hồn cơng hồ sơ thanh-quyết tốn Qua đó, thấy vai trị việc bóc, tách, thống kê khối lượng xác, nhanh khoa học quan trọng công tác quản lý dự án xây dựng [4] Hiện nay, có nhiều cách để đo bóc khối lượng cho cơng trình xây dựng, nhiên cách thức phổ biến dùng nhiều Việt Nam dựa vào hồ sơ thiết kế (bản vẽ thiết kế sở, thiết kế kỹ thuật thiết kế vẽ thi công (BVTC)) để làm sở tính tốn, sau kỹ sư dùng phần mềm hỗ trợ Microsoft Excel hay phần mềm dự toán lập Microsoft Excel để tính tốn Ưu điểm phương pháp dễ thực Tuy nhiên, chúng có nhược điểm tính linh động tự cập nhật thơng tin trình thực dự án xây dựng Đặc biệt dự án lớn, thiết kế hạng mục hay cơng tác bị thay đổi, việc cập nhật thông tin thay đổi không diễn liên tục, điều dẫn tới hao phí nhiều thời gian người lập, đo bóc khối lượng mà cịm dẫn tới trường hợp thiếu sót khối lượng Do đó, phương án để đo bóc, thống kê khối lượng cách đại có khả tự động hóa cao để khắc phục nhược điểm vô cần thiết cho ngành xây dựng Việt Nam Vì lý đó, chúng tơi khảo sát ứng dụng mơ hình thơng tin xây dựng (BIM) vào việc đo bóc khối lượng cho cơng trình xây dựng Trong bối cảnh nghiên cứu BIM ứng dụng công nghệ xây dựng Việt 69 Nam nhiều hạn chế, báo hy vọng đóng góp phần nhỏ bé vào việc thúc đẩy nhận thức công nghệ BIM ứng dụng tiềm công nghệ chủ dự án nhà thầu thi cơng Phần cịn lại báo tổ chức sau: công nghệ BIM việc đo bóc khối lượng cơng trình xây dựng trình bày phần thứ hai, ví dụ tính tốn mơ tả phần tiếp sau, kết luận nghiên cứu trình bày phần cuối báo Công nghệ BIM việc đo bóc khối lượng cơng trình xây dựng 2.1 Sự đời BIM Những năm đầu thập kỷ 70, công nghệ với thuật ngữ mơ hình thơng tin xây dựng, tên tiếng Anh Building Information Modeling (BIM) xuất ngành cơng nghiệp xây dựng Đó cơng nghệ sử dụng mơ hình ba chiều (3D) để khởi tạo, phân tích, truyền đạt thơng tin cơng trình [5-7] Theo Viện Kiến trúc Hoa Kỳ, tên gọi Building Information Modeling (BIM) Autodesk khởi xướng (Autodesk công ty lớn Mỹ, chuyên cung cấp phần mềm đồ họa phục vụ cho công tác thiết kế thi công xây dựng) phổ biến rộng rãi Jery Laiserin (một chun gia phân tích cơng nghiệp người Mỹ) để mơ tả mơ hình khơng gian ba chiều thiết lập cơng cụ máy tính để thể vật thể Cơng nghệ trợ giúp q trình trao đổi chia sẻ thơng tin cơng trình cách số hóa thơng tin cấu kiện cơng trình Các nhà tư vấn thiết kế nhà thầu xây dựng sử dụng phần mềm Autodesk Revit Architectural, Revit Structure, Revit MEP, để tạo nên mô hình BIM cơng trình máy vi tính mà mơ hình giống hệt cơng trình thực tế ngồi cơng trường Mơ hình khơng gian ba chiều liên kết với sở liệu thông tin dự án, thể tất mối liên hệ mặt không gian, thông tin hình học, kích thước, số lượng, cấu tạo vật liệu cấu kiện, phận công trình [8] Nó sử dụng để thể tồn vịng 70 Hồ Văn Võ Sĩ cộng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Duy Tân 4(17) (2016) 68–74 đời cơng trình xây dựng từ khâu thiết kế, thi công, khâu vận hành sử dụng Trong thực tế, cơng nghệ BIM khơng bó hẹp việc diễn tả thiết kế kiến trúc hay việc tạo mơ hình ba chiều trình bày phối cảnh cơng trình sau cơng trình thiết kế xong BIM khơng đơn mơ hình 3D mà tiến trình tạo dựng sử dụng mơ hình kĩ thuật số cho cơng việc thiết kế, thi cơng, q trình thực dự án Phần mềm đơn giản cấu để tiến trình BIM thực BIM chứa đựng thay đổi mang tính cách mạng việc thơng tin cơng trình xây dựng tạo ra, thể hiện, sau sử dụng trình xây dựng [9] Do hợp thông tin từ tất khía cạnh q trình xây dựng cơng trình nên BIM làm tăng hiệu sử dụng tính sẵn có thơng tin lên gấp nhiều lần Tiến trình BIM liên quan đến bên tham gia tồn vịng đời (life cycle) dự án (kiến trúc sư, kĩ sư, nhà thầu, chủ đầu tư, bên quản lý dự án, cung ứng vật tư, ), tất người xây dựng nên có nhu cầu trao đổi thông tin thiết kế dự án (xem Hình 1) tất vẽ liên quan (sơ đồ, kiến trúc, chi tiết, vẽ kết cấu khác) thông tin phi đồ họa tài liệu thông tin kiến trúc danh mục tự động phản hồi cập nhật cách tự động nhanh chóng 2.2 Phương pháp ứng dụng cơng nghệ BIM vào cơng tác đo bóc khối lượng Phương pháp nghiên cứu BIM vào đo bóc khối lượng thực thơng qua ba bước sau: Bước 1: Xây dựng mơ hình 3D phần mềm Autodesk Revit từ vẽ 2D Mô hình 3D CAD thiết lập từ vẽ 2D có sẵn (kiến trúc + kết cấu) Các thơng số có vẽ 2D vị trí, loại cấu kiện, kích thước, số lượng cấu kiện, xây dựng thể đầy đủ mơ hình 3D Cơng việc thực trợ giúp phần mềm Autodesk Revit 2015 Phần mềm quản lý phần tử dựa vào ID phân loại phần tử theo loại cấu kiện mà ta thường sử dụng (cột, dầm, sàn, cầu thang, ) Để ứng dụng nhận biết từ tự động xuất kết sang Excel, việc xây dựng mơ hình 3D phải tn thủ theo số nguyên tắc chung sau: • Các công cụ vẽ Revit phải chọn theo qui định (xem Hình 2) • Các phần tử mơ hình Revit phải chọn lựa từ Family tương ứng Hình Tiến trình BIM vịng đời dự án Những mẫu thiết kế dự án bao gồm kết hợp mơ hình thơng minh 2D 3D trước sử dụng để lập vẽ thiết kế cơng trình, với yếu tố ngoại vi vị trí địa lý điều kiện thực tế địa phương, liệu ảo cơng trình cung cấp nguồn cho thơng tin phục vụ việc thiết kế cơng trình Thơng tin đưa vào hệ thống liệu tích hợp cập nhật vào toàn vẽ thiết kế danh mục dự án Khi dự án có thay đổi phê duyệt tích hợp vào mơ hình kết BIM, Hình Cơng cụ vẽ, family mơ hình 3D dựng Autodesk Revit 2015 Hồ Văn Võ Sĩ cộng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Duy Tân 4(17) (2016) 68–74 Bước 2: Tùy chỉnh phần mềm Autodesk Revit để đưa đầu mục công việc, tên công tác liên quan phù hợp với TCVN Bước 3: Xuất liệu từ mơ hình 3D Revit sang phần mềm Microsoft Excel nhờ Revit API (xem Hình 3, Hình 4) Các thơng số cấu kiện (móng, cột, lõi tường, dầm, sàn, ) từ mơ hình 3D Autodesk Revit (tầng, kích thước, diện tích, thể 71 tích, ) xuất trực tiếp qua Microsoft Excel ứng dụng viết thêm, chạy môi trường Revit Từ bảng khối lượng có Microsoft Excel, người dùng sử dụng để xác định thời gian, tài nguyên cho cấu kiện đơn lẻ cách nhanh chóng, từ kết này ta làm để lên tiến độ thi công, dự trù kinh phí, vv Hình Bảng thống kê vật liệu cột (column) Autodesk Revit 2015 Autodesk Revit 2015 xuất liệu qua Excel Ví dụ áp dụng cơng nghệ BIM đo bóc khối lượng Hình Bảng thống kê vật liệu cột (column) từ Autodesk Revit 2015 xuất liệu qua Excel Hình 4Bảng thống kê vật liệu cột (column) từ 3.1 Tổng quan bối cảnh dự án FPT City Đà Nẵng dự kiến trở thành khu thị hồn chỉnh, đại với đầy đủ tiện ích cơng nghệ cao, phù hợp với cảnh quan môi trường, đầu đủ dịch vụ nhà ở, nghỉ ngơi, giải trí, làm việc, học hành Khu thị có sở hạ tầng kỹ thuật xã hội cấp cao, đồng bộ, mật độ xanh lớn, hệ số sử dụng đất tầng cao trung bình thấp, kết cấu gồm đại học FPT (25 ha) Trong phần báo, tính tốn khối nhà (Block) quần thể khu đô thị nêu 72 Hồ Văn Võ Sĩ cộng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Duy Tân 4(17) (2016) 68–74 3.2 Mơ hình 3D dựng hình lại từ vẽ 2D Từ vẽ 2D có sẵn (kiến trúc + kết cấu), mơ hình 3D cơng trình thiết lập, thơng số có vẽ 2D loại cấu kiện, vị trí, số lượng, thể đầy đủ mơ hình 3D trợ giúp phần mềm Autodesk Revit 2015 (xem Hình 5, Hình 6) Hình Mặt 2D- Móng nhà V5-Khu B2-31-Block01+02 Hình Mơ hình 3D dựng từ vẽ 2D - Nhà V5-Khu B2-31-Block01+02 3.3 Các kết tính tốn, thống kê mơ hình 3D liên kết thông tin với Excel Sau dựng mơ hình 3D từ vẽ 2D, bảng thống kê cho phần tử cấu kiện công trình khởi tạo hồn tồn tự động Trên công cụ, ta chọn View =>Schedules => Schedules/Quantities (Xem Hình 7, Hình 8) Sau đó, liệu bảng thống kê đo bóc khối lượng từ mơ hình xuất sang định dạng bảng Excel (Hình 9) Hình Thống kê cấu kiện mơ hình - Nhà V5Khu B2-31-Block01+02 Hồ Văn Võ Sĩ cộng / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Duy Tân 4(17) (2016) 68–74 73 Hình Bảng kết thống kê đo bóc khối lượng - Nhà V5-Khu B2-31-Block01+02 Hình Bảng kết thống kê đo bóc khối lượng từ mơ hình xuất liệu qua Excel 3.4 So sánh công nghệ BIM với phương pháp đo bóc thơng dụng Việt Nam Các phương pháp đo bóc khối lượng chủ yếu dùng Việt Nam dựa vào vẽ 2D giấy (bản cứng) kết hợp thêm file mềm (bản mềm thường file phần mềm Autodesk Autocad), sau tính tốn thống kê cách thủ công (nhập số từ bàn phím) phần mềm Microsoft Excel hay phần mềm dự tốn lập trình Excel Phương pháp truyền thống có ưu điểm dễ sử dụng Tuy nhiên, thực nghiệm, nhận định phương pháp cũ tồn nhiều nhược điểm sau: • Việc nhập liệu từ bàn phím vào phần mềm thủ cơng nên dễ có sai sót q trình tính tốn • Trong q trình tính tốn, vẽ thiết kế có thay đổi phải nhập lại liệu đầu vào, việc dễ gây nguy trùng lặp, thiếu sót khối lượng đo bóc • Làm người tính tốn hao tốn nhiều thời gian cơng sức cho việc kiểm tra q trình tính tốn Do đó, phương pháp ứng dụng mơ hình thơng tin xây dựng (BIM) vào việc đo bóc khối lượng cơng trình xây dựng có ưu điểm vượt trội so với phương pháp thơng dụng nêu trên: • Ngồi việc tự động tính tốn đo bóc khối lượng liên kết trao đổi thông tin chiều với phần mềm khác Microsoft Ecxel, Project, • Nếu q trình tính tốn có thay đổi thiết kế, phần mềm Revit 2015 điều chỉnh lại thay đổi khối lượng đo bóc tự động cập nhật thơng tin thay đổi • Bên cạnh đó, phương pháp lấy thơng tin mã hiệu từ định mức Bộ 74 Hồ Văn Võ Sĩ cộng / Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Duy Tân 4(17) (2016) 68–74 xây dựng ban hành (Thông tư 1776/ BXD-VP) để cập nhật thơng tin lập dự tốn cho cơng trình • Ngồi ra, phần mềm Revit có cơng cụ vẽ 3D mạnh triển khai vẽ 2D chi tiết (Shop Drawing) cách xác, tiết kiệm thời gian kết hợp với bảng tính khối lượng sở để làm hồ sơ toán Kết luận Đo bóc khối lượng có vai trị quan trọng nhu cầu thiết yếu triển khai dự án xây dựng Nghiên cứu trình bày phương pháp tiên tiến sử dụng cơng nghệ BIM; phương pháp có tiến so với phương pháp cũ để giải vấn đề đo bóc khối lượng cơng trình xây dựng Cơng nghệ BIM có nhiều tiềm cho việc nâng cao hiệu cơng tác đo bóc khối lượng cơng trình BIM giúp ích lớn cho việc tự động hóa tính tốn khối lượng cấu kiện Từ đó, thời gian cần thiết cho cơng tác đo bóc khối lượng giảm cách đáng kể Thêm vào đó, có thay đổi cấu kiện vẽ vẽ lại tự động cập nhập thơng số cấu kiện sai sót q trình xác định, tính tốn khối lượng cấu kiện giảm thiểu đến mức thấp View publication stats Tài liệu tham khảo [1] K Sears, G Sears, and R Clough, "Construction Project Management: A Practical Guide to Field Construction Management (5th Edition)," John Wiley and Son, Inc., Hoboken, New Jersey, 2008 [2] M.-Y Cheng and N.-D Hoang, "Interval Estimation of Construction Cost at Completion Using Least Squares Support Vector Machine," J Civ Eng Manag., vol 20, pp 223-236, 2013 [3] B Hardin and D McCool, "BIM and Construction Management, Second Edition," John Wiley & Sons, Inc., Indianapolis, Indiana, 2015 [4] D W Halpin and A B Senior, "Construction Management, fourth edition," John Wiley & Sons, Inc., Printed in the United States of America, 2011 [5] Y S Cho, S I Lee, and J S Bae, "Reinforcement Placement in a Concrete Slab Object Using Structural Building Information Modeling," Comput-aided Civ Inf., vol 29, pp 47-59, 2014 [6] S Zhang, J Teizer, J.-K Lee, C M Eastman, and M Venugopal, "Building Information Modeling (BIM) and Safety: Automatic Safety Checking of Construction Models and Schedules," Autom Constr., vol 29, pp 183-195, 1// 2013 [7] J Cheng and H Wang, "Application and Popularizing of BIM Technology in Project Management," in International Conference on E-Product E-Service and E-Entertainment (ICEEE), 2010, pp 1-4 [8] M R Kannan and M H Santhi, "Constructability Assessment of Climbing Formwork Systems Using Building Information Modeling," Procedia Engineering, vol 64, pp 1129-1138, // 2013 [9] D K Smith and M Tardif, "Building Information Modeling - A Strategic Implementation Guide," John Wiley & Sons, Inc., Printed in the United States of America, 2009 ... ng? ?nh xây d? ?ng Việt Nam V? ? lý đó, ch? ?ng tơi khảo sát ? ?ng d? ?ng mơ hình th? ?ng tin xây d? ?ng (BIM) v? ?o việc đo bóc khối lư? ?ng cho c? ?ng trình xây d? ?ng Trong bối cảnh nghiên cứu BIM ? ?ng d? ?ng c? ?ng nghệ... c? ?ng trình xây d? ?ng 2.1 Sự đời BIM Nh? ?ng năm đầu thập kỷ 70, c? ?ng nghệ v? ??i thuật ng? ?? mơ hình th? ?ng tin xây d? ?ng, tên ti? ?ng Anh Building Information Modeling (BIM) xuất ng? ?nh c? ?ng nghiệp xây d? ?ng. .. cách tự đ? ?ng nhanh ch? ?ng 2.2 Phư? ?ng pháp ? ?ng d? ?ng c? ?ng nghệ BIM v? ?o c? ?ng tác đo bóc khối lư? ?ng Phư? ?ng pháp nghiên cứu BIM v? ?o đo bóc khối lư? ?ng thực th? ?ng qua ba bước sau: Bước 1: Xây d? ?ng mơ hình