Ứng dụng bim trong quản lý an toàn thi công xây dựng

Untitled 02 2021 ISSN 2734 988846 Ứng dụng BIM trong quản lý an toàn thi công xây dựng * Trường Đại học Xây dựng > TS NGUYỄN QUỐC TOẢN* C ông nghệ xây dựng đã có những tiến bộ mạnh mẽ trong thời gian[.]

MƠ H ÌNH T H ƠNG T IN C ƠNG T R ÌNH B IM Ứng dụng BIM quản lý an tồn thi cơng xây dựng > TS NGUYỄN QUỐC TOẢN* C ơng nghệ xây dựng có tiến mạnh mẽ thời gian gần vấn đề an tồn xây dựng có cải thiện Xây dựng ngành nguy hiểm môi trường làm việc khắc nghiệt có tính rủi ro cao Tỷ lệ tử vong thương tật tai nạn lao động (TNLĐ) ngành Xây dựng toàn cầu cao gấp hai lần so với mức trung bình ngành khác Mặc dù vấn đề quản lý an tồn thi cơng (ATTC) trọng năm gần đây, tỷ lệ tai nạn ngành Xây dựng tiếp tục mức cao Huấn luyện an tồn khơng hiệu quả, lập kế hoạch giám sát công việc không phù hợp, không đầy đủ, trao đổi thông tin an tồn khơng kịp thời vấn đề cộm quản lý ATTC xây dựng Gần đây, nghiên cứu có quan tâm đáng kể việc cải thiện an tồn nơi làm việc thơng qua quản lý an tồn sử dụng mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) Mơ hình cho phép đánh giá trực quan điều kiện nơi làm việc nhận mối nguy hiểm Mô kế hoạch triển khai thi công sử dụng 4D yêu cầu kết nối kế hoạch thi công đến đối tượng 3D thiết kế, mơ trình tự thi cơng thể cơng trình mặt xây dựng kết hợp điểm ứng với thời điểm định Mô hỗ trợ đưa đánh giá cho công trình xây dựng hàng ngày, thể vấn đề huy động nguồn lực phương án điều chỉnh (mặt bằng, lao động, công cụ, xung đột khơng gian, vấn đề an tồn… ỨNG DỤNG BIM QUẢN LÝ AN TỒN TRONG THI CƠNG XÂY DỰNG BIM 3D 4D sử dụng quản lý ATTC với vai trò nguồn cung cấp thơng tin cơng trình đầu vào cách đầy đủ, chi tiết, trực quan số hóa cho cơng nghệ phần mềm khác xử lý Những ứng dụng BIM 3D 4D quản lý ATTC xây dựng tóm tắt lĩnh vực: Huấn * Trường Đại học Xây dựng 46 02.2021 ISSN 2734-9888 luyện an toàn, xác định mối nguy, giám sát công trường, trao đổi hợp tác Huấn luyện an toàn Hiệu huấn luyện ATTC cải thiện đáng kể trực quan hóa cơng trình cho phép người lao động tương tác hợp tác mơ hình cơng trình mà tham gia thi cơng Do đó, nhiều nhà nghiên cứu sử dụng BIM cơng cụ kết hợp với cơng nghệ VR, cơng nghệ trị chơi nhằm huấn luyện an toàn BIM VR kết hợp để tạo nên công trường xây dựng ảo nhằm hỗ trợ huấn luyện an tồn Tính tương tác hợp tác phương thức huấn luyện tăng lên thơng qua việc tích hợp BIM cơng nghệ chị trơi trực tuyến cơng nhân thực hoạt động họ cách sử dụng máy tính kết nối với mạng Internet, giao tiếp hợp tác với thời gian thực Tích hợp liệu q trình thi cơng vào mơ hình BIM 4D kết hợp để tạo mơ q trình xây dựng (Hình1) Dựa mơ hình này, đội thi cơng thực mô phương án khác mơi trường ảo, tìm phương pháp thỏa đáng điều kiện đặt Xác định mối nguy BIM 3D sử dụng để hỗ trợ nhân viên an toàn xác định mối nguy họp an toàn Để tự động hóa quy trình xác định mối nguy, nghiên cứu tiến hành mã hóa quy định pháp luật an toàn lao động (ATLĐ) sử dụng BIM nguồn để lấy thông tin kết cấu, vị trí nguy hiểm, tiến độ thi cơng nhằm xác định mối nguy thông qua hệ thống kiểm tra quy định tự động (automated rule checking system) Trước đây, có thơng tin cơng trình xem xét trình xác định mối nguy, nghiên cứu đề xuất bổ sung thêm thông tin liên quan đến công trường, kho bãi, nhà tạm, thiết bị,… hỗ trợ xác định tồn diện mối nguy BIM 4D cung cấp yếu tố thời gian không gian hoạt động nhằm làm tăng độ xác việc xác định khả xung đột Kết cấu cơng trình kết cấu tạm phục vụ Hình 1: Q trình mơ 4D BIM chứa đựng đầy đủ thông tin suốt vịng đời cơng trình xây dựng thi cơng, ví dụ giàn giáo mối nguy tiềm chúng cần phải đủ ổn định để tránh sụp đổ sau xây dựng 4D CAD, BIM phần mềm phân tích kết cấu tích hợp để mơ phân tích sụp đổ xảy Khi tích hợp BIM với cảm biến oxy nhiệt độ, thông tin mơi trường nguy hiểm xác định đánh dấu mơ hình ảo Giám sát cơng trường Thơng tin vị trí cơng nhân, máy móc thi cơng vật liệu xây dựng công trường nhận từ công nghệ định vị RFID, GIS, GPS chuyển đến mơ hình BIM cho phép trực quan hóa việc theo dõi trường hợp tiềm xảy tai nạn thời gian thực Trao đổi hợp tác BIM cho phép giao tiếp phổ biến thông tin dễ dàng cách vượt qua ranh giới ngôn ngữ thường tồn dự án xây dựng (DAXD) đa quốc gia Trực quan hóa thơng tin cơng trình giúp khả tiếp cận thông tin giống người chức vụ, khả đọc hiểu ngơn ngữ Các mơ hình BIM phương tiện truyền thơng đa năng, ví dụ giúp thảo luận trình xây dựng chuyên gia hay để hội thảo thông tin cho bên liên quan dự án Cách tiếp cận làm quy trình xây dựng trở nên dễ hiểu với người khơng có tảng xây dựng BIM chứa mối liên hệ logic mặt khơng gian, kích thước, số lượng, vật liệu phận cơng trình Giúp tích hợp thơng tin vật lý phận cơng trình với thông tin khác (vật liệu, tiến độ thi cơng…) nhằm tối ưu hóa thiết kế, thi cơng, quản lý vận hành bảo trì cơng trình BIM nguồn lưu trữ cung cấp thông tin để làm sở vững cho việc định suốt vịng đời cơng trình xây dựng Quy trình cho phép phối hợp nhiều mơn từ nhiều đơn vị tham gia nhiều giai đoạn khác dự án hình BIM cho mục đích quản lý ATTC là: chất lượng mơ hình 3D khả quan sát đối tượng; công cụ thiết lập mơ hình cảnh quan; thư viện đối tượng 3D mở rộng; cơng cụ tính tạo BIM-4D; cơng cụ để phân tích rủi ro ATTC từ khâu thiết kế lập kế hoạch và, khả trao đổi liệu Chất lượng mơ hình 3D khả lựa chọn màu Các mơ hình kết cấu thường có màu sắc khác nhau, màu sắc cấu kiện đại diện cho thuộc tính mặt kết cấu chúng, mầu sắc gán theo chủ quan người quản lý Tuy nhiên, số trường hợp trao đổi, trình bày vấn đề an tồn, mơ hình nên giống thật để cung cấp thơng điệp dễ hiểu nhanh chóng Mặt khác, cần làm bật vấn đề mơ hình cách sử dụng màu tương phản, ví dụ: phần không liên quan đặt màu làm bật vấn đề cách sử dụng màu sáng, tương phản với mà chọn Đó lý phần mềm cần cho phép người dùng lựa chọn màu sắc mà khơng có giới hạn phạm vi màu Cơng cụ để mơ hình hóa cảnh quan, địa hình cơng trường Hiện nay, liệu địa hình ngày cung cấp nhiều với hỗ trợ công nghệ quét laser 3D, GIS Từ quan điểm an toàn, phần mềm thiết bị hỗ trợ thiết lập mơ hình BIM mơ tả xác điều kiện địa hình, mốc cao độ tạm thời mặt đất, kết cấu giai đoạn thi công, giúp tiết kiệm thời gian, hạn chế lao động sai sót Thư viện đối tượng 3D mở rộng Các dự án phải xây dựng từ phận hợp thành, phận lại cấu tạo từ nhiều thành tố, đối tượng Đối với mơ hình BIM, đối tượng gọi BIM Objects (BIM Components) Đây yếu tố để tạo nên mơ hình, mang đầy đủ thơng tin hình học phi hình học phục vụ cho trình thiết kế, thi công,… Những phầm mềm thiết kế ứng dụng BIM cho phép người dùng tự tạo BIM Objects phù hợp với dự án tạo Family Revit; Components ArchiCAD, Sketchup; Part Builder Civil3D… Nếu ứng dụng có thư viện đối tượng 3D sẵn có hầu hết LỰA CHỌN CƠNG CỤ XÂY DỰNG MƠ HÌNH BIM PHÙ HỢP CHO QUẢN LÝ AN TỒN THI CƠNG XÂY DỰNG Các đặc trưng quan trọng phần mềm thiết lập mơ ISSN 2734-9888 02.2021 47 MƠ H ÌNH T H ÔNG T IN C ÔNG T R ÌNH B IM thiết bị thi công công trường thường sử dụng tạo điều kiện thuận lợi lập kế hoạch an tồn Các cơng cụ phân tích rủi ro an toàn thiết kế kế hoạch Hiện tại, khơng có cơng cụ độc lập phù hợp để phân tích ATTC xây dựng theo BIM Tuy nhiên, tích hợp số kỹ thuật phân tích mối nguy an tồn mơ hình BIM 4D để phân tích rủi ro an tồn thi cơng xây dựng Cơ quan Quản lý an toàn sức khỏe nghề nghiệp Hoa Kỳ (The Occupational Safety and Health Administration (OSHA)) khuyến nghị thực kỹ thuật JHA (Job hazard analysis) cho hoạt động xây dựng để làm bật phản ứng với mối nguy tiềm ẩn - hay JSA (Job Safety Analysis) - phân tích mối nguy cơng tác, kỹ thuật tập trung vào bước thực công tác để xác định trước mối nguy xảy JHA tập trung vào mối quan hệ công nhân, công tác, công cụ môi trường làm việc Thực JHA giúp xác định mối nguy bước loại bỏ giảm nhẹ mối nguy tới mức chấp nhận trước tiến hành thi công Kiviniemi (2011) phát triển phương pháp phân tích mối nguy ATLĐ thơng qua trợ giúp mơ hình cơng trường xây dựng ảo BIM 4D công nhận công nghệ trung tâm cho hoạt động lập kế hoạch an tồn cơng trường, cho phép hình dung bố trí an toàn dự án xây dựng (DAXD) thời điểm khác Bansal (2011) ứng dụng công nghệ GIS để lập tiến độ DAXD theo phương pháp đường găng (CPM) liên kết hoạt động với thành phần tương ứng mơ hình BIM 3D phát triển Liên kết giúp người quản lý phát khơng đầy đủ, lỗi logic lịch trình dự án Khả quản lý sở liệu GIS sử dụng để trì cập nhật sở liệu xây dựng (loại số lượng vật liệu, yêu cầu lao động, khuyến nghị kiểm soát chất lượng an toàn, v.v.) để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập DAXD Điều giúp cảnh báo vị trí cơng tác có nhiều nguy xảy TNLĐ, mối nguy TNLĐ kết nối với tiến độ Hadikusumo (2004) phát triển công cụ DFSP (Design For Safety Process) nhằm hỗ trợ cán quản lý phát mối nguy tai nạn lao động (TNLĐ) ứng với cấu kiện quy trình thi công Cơ sở liệu DFSP bao gồm loại cấu kiện, nguy TNLĐ, sở liệu cảnh báo sớm Công cụ 4D Các phần mềm cần có sẵn cơng cụ / thủ tục để xếp cơng trường tạm thời, ví dụ thiết bị an toàn Ngoài ra, khả người dùng chọn độ xác hình ảnh 4D (các bước giai đoạn trực quan hóa) khả chọn quy tắc thể (phần trình bày màu tương ứng) hình ảnh 4D tính có liên quan theo quan điểm an tồn Trao đổi liệu Khả nhập mơ hình từ phần mềm khác, đặc biệt sử dụng định dạng tệp IFC khả xuất liệu định dạng IFC để kết hợp sử dụng mơ hình phần mềm BIMbase khác Các định dạng tệp sử dụng khác bao gồm ví dụ 48 02.2021 ISSN 2734-9888 3d-dwg Các hình dạng mơ hình tích hợp sử dụng mơ hình khác định dạng 3d-dwg, khơng chứa sản phẩm thơng minh thông tin tập tin IFC Các phần mềm cho phép thiết lập mơ hình BIM 3D phổ biến bao gồm: Google SketchUp (Google), ArchiCAD (Graphisoft), Tekla Structuresvà Tekla Construction Management (Tekla), Navisworks (Autodesk) Solibri Model Checker (Solibri Inc.) Chúng coi khả thi để sử dụng lập kế hoạch ATTC, vấn đề an toàn nên xem giai đoạn thiết kế, mơ hình tạo giai đoạn thiết kế sử dụng giai đoạn thi công làm nguồn thông tin sở để lập kế hoạch sản xuất với trợ giúp phần mềm tương tự tương thích, ngồi ra, nhân viên chịu trách nhiệm lập kế hoạch an tồn khơng sẵn sàng sử dụng nhiều phần mềm riêng biệt DAXD họ Cả hai phần mềm Tekla có chứa cơng cụ 4D Một lợi đặc biệt khác việc sử dụng phần mềm Tekla để lập kế hoạch an toàn hội sử dụng mơ hình kết cấu tịa nhà làm sở cho kế hoạch an tồn Mơ hình tương ứng với công tác xây dựng công trường Tuy nhiên, nghiên cứu phát triển thêm cần thiết để tìm cách áp dụng phần mềm chọn cho mục đích liên quan đến an tồn đề xuất Từ quan điểm an toàn, điểm mạnh phần mềm mơ hình kiến trúc ArchiCAD Revit bao gồm cơng cụ phù hợp để mơ hình hóa cảnh quan trực quan hóa cao độ theo kế hoạch thi công, điểm yếu thiếu hạn chế tính 4D Google SketchUp đạt mức độ phổ biến tương đối cao sử dụng chuyên nghiệp, đặc biệt phác thảo kiến trúc Tại Mỹ, số nhà thầu sử dụng để lập kế hoạch an tồn hỗ trợ truyền thông dự án (Google Sketchup 2010) Tính phổ biến Google SketchUp dựa chi phí thấp, dễ sử dụng, trực quan hóa cao độ theo kế hoạch thi công hỗ trợ để dễ dàng chia sẻ cấu kiện 3D người dùng mơ hình hóa với giúp đỡ Internet-based 3D Warehouse Ngồi ra, tính đặc biệt hội chuyển mơ hình 3D tịa nhà lên Google Earth BIM sử dụng công trường mơ hình kết hợp, ví dụ nhờ trợ giúp phần mềm Navis Tỷ lệ ứng dụng giải pháp BIM Works trình kiểm tra mơ hình Solibri Chúng khơng bao gồm cơng cụ lập mơ hình sử dụng để kết hợp mơ hình bên thiết kế khác để tạo mô hình kết hợp có kích thước tệp nhỏ, để xem xét thiết kế tòa nhà kết hợp này, để kiểm tra xung đột tạo trực quan hóa Hiện nay, thị trường Việt Nam có nhiều giải pháp BIM khác Tuy nhiên, có số giải pháp ứng dụng phổ biến giải pháp phù hợp khơng phù hợp giai đoạn khác dự án Việc lựa chọn cơng cụ để lập kế hoạch an tồn phụ thuộc vào thực tế, ví dụ loại mơ hình lấy từ nhà thiết kế, loại kỹ công cụ mà nhà thầu/người tiến hành lập kế hoạch an toàn sở hữu cách sử dụng kết mơ hình Lập kế hoạch an tồn thường dựa mơ hình kiến trúc kết cấu BIM, theo cách khác kết hợp mơ hình làm sở cho kế hoạch an toàn dựng lại từ đầu THÁCH THỨC KHI ỨNG DỤNG BIM TRONG QUẢN LÝ AN TỒN TRONG THI CƠNG XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM Pháp lý Mơ hình thơng tin cơng trình thường tạo chuyên gia với đa dạng chương trình phần mềm sử dụng bên khác Sai sót việc sử dụng thơng tin mơ hình cơng trình dẫn đến tổn hại đáng kể, việc khiếu nại trở nên phức tạp trách nhiệm không rõ ràng Thêm vào đó, việc quy định truy cập bảo mật thơng tin mơ hình cơng trình, quyền sở hữu bảo vệ liệu, bảo hiểm, giao thức… phải giải Việc thiếu hành lang pháp lý, khiến cho bên thận trọng ứng dụng BIM Ứng dụng BIM cần thời gian để tạo hiệu cơng việc tốt Do đó, chưa có hỗ trợ từ phía Chính phủ, doanh nghiệp cân nhắc việc có nên “mạo hiểm” đầu tư nguồn lực vào BIM Một số nội dung liên quan đến BIM đề cập Luật Xây dựng 2014 Đây coi bước tiến việc ứng dụng BIM Việt Nam Ngồi ra, Nhà nước cần cơng bố tiêu chuẩn (BIM standards) hướng dẫn cụ thể (BIM guides) phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội Việt Nam cho doanh nghiệp ứng dụng BIM Việt Nam học tập kinh nghiệm nước phát triển Vương quốc Anh nước tiên phong dẫn đầu việc áp dụng BIM ngành Xây dựng Các tiêu chuẩn, hướng dẫn BIM Anh ban hành hầu hết các nội dung xây dựng thông qua tiêu chuẩn PAS 1192 ứng dụng BIM, có riêng tiêu chuẩn PAS 1192-6 - 2017 ATLĐ sử dụng BIM Cơng nghệ Các gói phần mềm tảng BIM cịn gọi cơng cụ BIM (BIM tools) có số vấn đề chưa phát triển hoàn thiện, thiếu tiêu chuẩn giao thức, v.v Hạn chế phần mềm dựa tảng BIM vấn đề làm giới hạn khả ứng dụng ngành Xây dựng nói chung quản lý an tồn thi cơng xây dựng nói riêng Để áp dụng BIM lập kế hoạch an toàn cịn số hạn chế: phần mềm thiết lập mơ hình BIM 3D thiếu đối tượng liên quan đến biện pháp an toàn lưới chống vật rơi, loại giáo công tác khác nhau, Các công cụ BIM chưa thể cung cấp đầy đủ tất hình dạng kết cấu khác nhau, chưa thể mô thông tin mối nguy (điện, sử dụng thiết bị lao động, vệ sinh, cháy nổ,…) nên cần phối hợp nhiều giải pháp trình mơ hình hóa phải mơ hình hóa cách thủ công Để khắc phục điều này, hợp tác để xây dựng hệ thống thư viện ngày đa dạng cần thiết Chi phí Những chi phí đề cập đến bao gồm chi phí phần mềm phần cứng cho BIM, giảng dạy… Theo khảo sát năm 2008 McGraw-Hill, chi phí vấn đề đào tạo rào cản lớn ứng dụng BIM xây dựng Tại Việt Nam, kinh phí cho ứng dụng BIM lý quan trọng khiến đơn vị chưa dám đầu tư Theo khảo sát Viện Kinh tế xây dựng, có đến 29% đơn vị hỏi có ý kiến chi phí cho ứng dụng BIM lớn nguyên nhân chưa ứng dụng BIM doanh nghiệp Quản lý Vấn đề quản lý đề cập đến quy trình giới hạn liên quan đến tổ chức, bao gồm thái độ bên tham gia với ứng dụng BIM, thiếu trường hợp thành công tiêu chuẩn quản lý liên quan, chất phân mảnh ngành Xây dựng, khơng phù hợp mơ hình doanh nghiệp thiếu hợp tác từ đối tác Sự phân mảnh vấn đề lớn ảnh hưởng đến suất hiệu suất DAXD Tuy nhiên, nghiên cứu cho hầu hết đơn vị dự dùng BIM chất phân mảnh quy trình xây dựng khác biệt dự án Nhân lực Triển khai quản lý an tồn thi cơng xây dựng sử dụng BIM cần thơng qua mơ hình 3D, 4D Các nhà thiết kế có khả mơ hình hóa có phần mềm cần thiết phần đơng họ khơng có kiến thức ATTC xây dựng thực tế Mặt khác, tương tác rời rạc bên liên quan, đặc biệt đơn vị tư vấn thiết kế với nhà thầu thi công, ngắt quãng giai đoạn đầu tư Việt Nam làm cho hiệu trao đổi hợp tác xây dựng mơ hình BIM quản lý an tồn thi cơng xây dựng trở nên khó khăn Vì vậy, thúc đẩy nâng cao nhận thức tham gia bên tham gia cần thiết KẾT LUẬN Quản lý an tồn thi cơng xây dựng dựa BIM 4D thay kế hoạch an tồn mơ hình BIM 3D có liên quan đến tiềm để thực kế hoạch an toàn theo thời gian thực kết nối kế hoạch an toàn với kế hoạch thi cơng Để hồn thiện cơng tác quản lý ATTC với trợ giúp công nghệ BIM, công cụ phương pháp làm việc cần phải phát triển Ngồi ra, cần có thêm kinh nghiệm thực tế lập kế hoạch an toàn BIM cần nâng cao lực DAXD để sử dụng phương pháp công cụ BIM v ISSN 2734-9888 02.2021 49 ... hình BIM quản lý an tồn thi cơng xây dựng trở nên khó khăn Vì vậy, thúc đẩy nâng cao nhận thức tham gia bên tham gia cần thi? ??t KẾT LUẬN Quản lý an tồn thi cơng xây dựng dựa BIM 4D thay kế hoạch an. .. hoàn thi? ??n, thi? ??u tiêu chuẩn giao thức, v.v Hạn chế phần mềm dựa tảng BIM vấn đề làm giới hạn khả ứng dụng ngành Xây dựng nói chung quản lý an tồn thi cơng xây dựng nói riêng Để áp dụng BIM lập... quy trình xây dựng khác biệt dự án Nhân lực Triển khai quản lý an toàn thi công xây dựng sử dụng BIM cần thông qua mơ hình 3D, 4D Các nhà thi? ??t kế có khả mơ hình hóa có phần mềm cần thi? ??t phần