áp dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo tích hợp mô hình bim để giảm hao hụt gạch lát các công trình xây dựng

Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp triển khai để sắp xếp gạch lát sàn trên nhiều mặt phòng khác nhau có sử dụng cùng loại gạch bằng thuật toán Nesting và thuật toán tối ưu hóa đa mục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Phạm Vũ Hồng Sơn TS Chu Việt Cường

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Đỗ Tiến Sỹ Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Văn Tiếp

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 17 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS Lương Đức Long 2 PGS TS Trần Đức Học 3 PGS TS Đỗ Tiến Sỹ 4 TS Đặng Ngọc Châu 5 TS Nguyễn Văn Tiếp

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS Lương Đức Long PGS.TS Lê Anh Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN TRUNG TÍNH MSHV: 2170902

Ngày, tháng, năm sinh: 18/11/1999 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh

I TÊN ĐỀ TÀI: Áp dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo, tích hợp mô hình BIM để giảm hao hụt gạch lát các công trình xây dựng - Apply algorithms, integrate BIM models to reduce the loss of tiles in construction works

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Phân tích tình hình gạch lát hiện tại tại và việc ứng dụng BIM cho việc thực hiện bản vẽ shopdrawing giai đoạn hoàn thiện;

2 Nghiên cứu quản lý vật liệu trong xây dựng, lãng phí trong xây dựng;

3 Nghiên cứu, phân tích thuật toán cắt đóng gói, thuật toán tiến hóa và vấn đề tối ưu đa mục tiêu; xác định các hàm mục tiêu cho bài toán giảm hao hụt gạch lát;

4 Đánh giá tính khả thi của bài toán cắt đóng gói gạch So sánh kết quả thu được với các công trình điển hình;

5 Kết luận và hướng nghiên cứu trong tương lai

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 04 tháng 09 năm 2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 24 tháng 12 năm 2023

Tp HCM, ngày tháng năm 2023

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS TS Phạm Vũ Hồng Sơn TS Chu Việt Cường TS Lê Hoài Long TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

"Người chỉ thật sự mạnh mẽ khi vượt lên chính mình." - Steve Maraboli Xin gửi

lời cảm ơn chân thành nhất đến Quý Thầy Cô Bộ môn Quản lý xây dựng nói riêng và Quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng nói chung đã luôn tận tụy truyền đạt những kiến thức cần thiết góp phần để tôi có thể hoàn thành Luận Văn này cũng như ứng dụng nó vào công việc sắp tới

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy PGS TS Phạm Vũ Hồng Sơn cùng Thầy TS Chu Việt Cường đã tận tình giúp đỡ và tạo rất nhiều điều kiện cho tôi thoải mái thực hiện ý tưởng của mình từ những mới bắt đầu làm đề cương cho đến khi hoàn thành công trình nghiên cứu này Với một kỹ sư thuần về kỹ thuật xây dựng khi chọn đề tài nghiên cứu về thuật toán vào quản lý hao hụt vật liệu xây dựng tôi gặp phải khá nhiều khó khăn Thầy luôn đưa ra những lời động viên và các góc nhìn mới mẻ để tiếp cận vấn đề một cách tổng quát nhất Luận văn này sẽ là tiền đề cho sự phát triển để tôi có thể áp dụng thành thạo trí tuệ nhân tạo vào lĩnh vực quản lý xây dựng cũng như hỗ trợ tôi đưa ra các giải pháp tuyệt vời hơn

Xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Thí Nghiệm Mô Phỏng Thông Tin Công Trình - BIMLab đã hỗ trợ về mặt thiết bị cho tôi trong quá trình thực hiện kiểm tra mô hình và đã định hướng cho tôi về BIM từ khi còn là cậu học sinh năm ba đến tận thời điểm hiện tại Được làm việc và nghiên cứu cùng các thành viên của Phòng là niềm vinh dự và tự hào nhất của quãng đời sinh viên – học viên của tôi

Với sự cố gắng của bản thân, Luận Văn Thạc Sĩ này đã được hoàn thành trong thời gian quy định Tuy nhiên, khối lượng kiến thức tương đối nhiều nhưng khả năng của bản thân là hạn chế do đó Luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Luận văn là một thử thách đối với chính bản thân tôi và là một món quà tôi muốn gửi đến gia đình, Giảng viên hướng dẫn và các đồng nghiệp, những người đã luôn ủng hộ và hỗ trợ tôi

Gạch lát sàn là vật liệu xây dựng phổ biến được sử dụng để trang trí không gian sống Mặc dù có nhu cầu cao, quá trình sản xuất gạch đặc biệt là tại các nhà máy việc tiêu thụ nguồn năng lượng nhiệt độ lớn và đặt ra những thách thức về môi trường Xả thải quá nhiều ra môi trường có thể ảnh hưởng gián tiếp đến nguồn nước và do đó, đến sức khỏe con người Triển khai bản vẽ chi tiết thi công ốp lát là một giai đoạn quyết định để giảm thiểu lãng phí gạch Mặc dù có sự hỗ trợ của công nghệ, các kỹ sư vẫn phải đối mặt với khối lượng công việc thủ công tương đối lớn, chủ yếu là tập trung vào phương án bố trí gạch Ngay cả ở các giai đoạn trước đó, các nhà thiết kế kiến trúc thường bỏ qua việc cắt và sử dụng hiệu quả gạch, ưu tiên yếu tố thẩm mỹ hơn là xem xét các yếu tố về chi phí và mức độ hao hụt Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp triển khai để sắp xếp gạch lát sàn trên nhiều mặt phòng khác nhau có sử dụng cùng loại gạch bằng thuật toán Nesting và thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu tiến hóa sử dụng dữ liệu từ Mô hình Thông tin Công trình (BIM) dựa trên nền tảng Revit, liên kết với Rhino – Grasshopper Kết quả cho thấy ở tiêu chí tỉ lệ hao hụt gạch lát giảm đáng kể, dao động từ 7% đến 14% so với phương án gạch đã được thực hiện ở các công trình điển hình trước đó Với sản phẩm cuối cùng là sơ đồ cắt - xếp gạch, số lượng chính xác các viên gạch cần sử dụng cho các mặt bằng, nghiên cứu đã mang lại một giải pháp toàn diện cho việc sử dụng gạch hiệu quả và bền vững

Floor tiling is a common building material used for interior decoration Despite high demand, the manufacturing process of tiles, especially in factories, consumes significant thermal energy resources, posing environmental challenges Excessive discharge into the environment can indirectly affect water sources and consequently human health Detailing the construction drawings for tiling is a crucial stage in minimizing tile wastage Despite technological support, engineers still face a relatively large amount of manual work, primarily focusing on tile layout arrangements Even in previous stages, architects often overlooked cutting and using tiles efficiently, prioritizing aesthetic factors over cost and wastage considerations This study proposes an implementation method to arrange floor tiles on various room surfaces using the Nesting algorithm and multi-objective evolutionary optimization algorithm using data from Building Information Modeling (BIM) based on the Revit platform, linked with Rhino - Grasshopper The results show a significant reduction in tile wastage, ranging from 7% to 14% compared to the tile arrangements previously implemented in typical projects With the final product being a tile cutting and stacking diagram, accurately determining the quantity of tiles needed for each surface, the study has provided a comprehensive solution for efficient and sustainable tile usage

Tôi xin cam đoan đề tài “Áp dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo, tích hợp mô hình BIM để giảm hao hụt gạch lát các công trình xây dựng - Apply algorithms, integrate BIM models to reduce the loss of tiles in construction works”do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS TS Phạm Vũ Hồng Sơn và TS Chu Việt Cường

Tất cả các thông tin trong Luận văn này đã được thu thập và trình bày theo các quy tắc học thuật và hành vi đạo đức Các kết quả của Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 12 năm 2023

Nguyễn Trung Tính

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

DANH MỤC KÝ HIỆU xiii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 6

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 8

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 9

1.4 Quy trình nghiên cứu 10

1.5 Công cụ nghiên cứu 11

1.6 Đóng góp khoa học và thực tiễn dự kiến của đề tài 11

1.6.1 Đóng góp về mặt khoa học 11

1.6.2 Đóng góp về mặt thực tiễn 11

1.7 Nội dung của luận văn 11

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13

2.1 Gạch ốp lát 13

2.1.1 Lịch sử hình thành 13

2.1.2 Cấu tạo gạch lát nền 14

2.1.3 Quy trình sản xuất cắt gạch 16

2.2.1 Khái niệm 18

2.2.1 Sự cần thiết BIM 21

2.3 Các nghiên cứu liên quan 22

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 Định nghĩa lãng phí vật liệu trong thi công xây dựng 31

3.2 Các loại lãng phí vật liệu trong xây dựng 31

3.2.7 Quy trình, cách thức không cần thiết 33

3.2.8 Năng lực của nhân viên không được sử dụng đúng 33

3.3 Mục tiêu giảm hao phí gạch 34

3.4 Hướng nghiên cứu 34

3.5 Thuật toán cắt đóng gói 37

3.5.1 Thuật toán Nesting 37

3.5.2 Kết luận 44

3.6 Vấn đề đa mục tiêu tiến hóa 46

3.6.1 Thuật toán tối ưu đa mục tiêu 46

3.6.2 Thuật toán tiến hóa sức mạnh Pareto 2 47

3.6.3 Kết luận 51

3.7.1 Thuật toán cắt đóng gói 58

3.7.2 Thuật toán tiến hóa tối ưu đa mục tiêu 59

CHƯƠNG 4 KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT 62

4.1 Cách thức kiểm định độ tin cậy của các thuật toán 62

4.2 Kiểm định với một mặt bằng sàn 63

4.3 Kiểm định với tầng điển hình Tháp A – gạch hình vuông 72

4.4 Kiểm định với tầng điển hình Tháp B – gạch hình vuông 79

4.5 Kiểm định với tầng điển hình Tháp C – gạch chữ nhật 86

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 945.1 Kết luận 94

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

Hình 1.1 Bảng 21.1000 - Định mức hao hụt vật liệu xây dựng trong thi công

[5] 3

Hình 1.2 Bản vẽ ốp lát theo 2 phương trình bày trên nền tảng 3D Revit 5

Hình 1.3 Hình ảnh minh họa phối cảnh căn hộ giai đoạn ốp lát 5

Hình 1.4 Hình ảnh phối cảnh khối căn hộ 6

Hình 1.5 Quy trình kiểm soát ốp gạch thi công 6

Hình 1.6 Trích đoạn bản vẽ: Mặt bằng định vị ốp lát căn hộ 8

Hình 1.7 Quy trình nghiên cứu thực hiện đề tài 10

Hình 2.1 Cấu tạo gạch lát nền 14

Hình 2.2 Quy trình sản xuất gạch ốp lát[9] 17

Hình 3.1 Quy trình nghiên cứu thực hiện nghiên cứu 36

Hình 3.2 Các quy tắc vị trí thường sử dụng trong Heurictic vấn đề Nesting 39Hình 3.3 Hàm OpenNest 46

Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán SPEA-2 49

Hình 3.5 Xóa bỏ các nghiệm có bước nhỏ 50

Hình 3.6 Sơ đồ phương pháp đề xuất 53

Hình 3.7 Tổng khung mô hình đề xuất trên Grasshopper-Rhino 7 54

Hình 3.8 Lấy mặt phẳng trên cùng của khối 3D 55

Hình 3.9 Khai báo kích thước viên gạch và kích thước ron gạch 55

Hình 3.10 Sơ đồ thuật toán cắt đóng gói 56

Hình 3.11 Khởi tạo lưới với kích thước thiết kế vào biên dạng sàn 57

Hình 3.12 Rải gạch dựa trên lưới đã tạo và thay đổi vị trí điểm kiểm soát 57

Hình 3.13 Xác định vị trí giao giữa biên dạng sàn và lưới gạch 57

Hình 3.14 Thành lập lưới trình bày sơ đồ gạch cắt 58

Hình 3.15 Đánh số thứ tự viên gạch cần cắt 58

Hình 3.16 Cắt đóng gói; đánh số thứ tự gạch cắt và trình bày kích thước tự động 59

gạch cắt 61

Hình 3.19 Tính toán tỉ lệ hao hụt gạch 61

Hình 4.1 Mặt bằng phòng khách căn hộ 64

Hình 4.2 Tổng hợp các giải pháp qua các thế hệ 66

Hình 4.3 Quan hệ kết quả giữa các mục tiêu mặt bằng sàn đơn 67

Hình 4.4 Giá trị kết quả của ba mục tiêu phương án cũ và phương án được lựa chọn 68

Hình 4.5 Mặt bằng lát gạch sàn đơn từ thiết kế ban đầu 69

Hình 4.6 Mặt bằng lát gạch sàn đơn áp dụng thuật toán 70

Hình 4.7 Sơ đồ cắt gạch sàn đơn 71

Hình 4.8 Mặt bằng tầng điển hình tháp A 72

Hình 4.9 Quan hệ kết quả giữa các mục tiêu Tháp A 74

Hình 4.10 Kết quả tương ứng với ba mục tiêu Tháp A 75

Hình 4.11 Sơ đồ cắt gạch Tháp A 77

Hình 4.12 Trích sơ đồ cắt gạch và mặt bằng vị trí gạch tương ứng Tháp A 78

Hình 4.13 Mặt bằng tầng điển hình tháp B 79

Hình 4.14 Hệ số tọa độ khống chế điểm bắt đầu lưới gạch Tháp B 80

Hình 4.15 Quan hệ kết quả giữa các mục tiêu Tháp B 81

Hình 4.16 Kết quả ba mục tiêu tối ưu tháp B 82

Hình 4.17 Sơ đồ cắt gạch Tháp B 85

Hình 4.18 Trích sơ đồ cắt gạch và mặt bằng vị trí gạch tương ứng Tháp B 85

Hình 4.19 Mặt bằng tầng điển hình tháp C 86

Hình 4.20 Hệ số tọa độ khống chế điểm bắt đầu lưới gạch Tháp C 87

Hình 4.21 Kết quả ba mục tiêu tương ứng của thiết kế trước Tháp C 87

Hình 4.22 Quan hệ giữa các kết quả những mục tiêu 88

Hình 4.23 Kết quả tương ứng với ba mục tiêu Tháp C 89

Hình 4.24 Sơ đồ cắt gạch Tháp C 92

Hình 4.25 Trích sơ đồ cắt gạch và mặt bằng vị trí gạch tương ứng Tháp C 93

Bảng 2.1 Định nghĩa về BIM của các tổ chức các tác giả 18Bảng 2.2 Bảng tóm tắt các nghiên cứu đã được công bố 23Bảng 4.1 Kết quả với các tiêu chí tối ưu giữa phương án cũ và mới 65Bảng 4.2 Kết quả với các tiêu chí tối ưu giữa phương án cũ và mới Tháp A 73Bảng 4.3 Bảng so sánh mặt bằng bố trí gạch Tháp A 75Bảng 4.4 Kết quả với các tiêu chí tối ưu giữa phương án cũ và mới Tháp B 80Bảng 4.5 Bảng so sánh mặt bằng bố trí gạch Tháp B 82Bảng 4.6 Kết quả với các tiêu chí tối ưu giữa phương án cũ và mới Tháp C 87Bảng 4.7 Bảng so sánh mặt bằng bố trí gạch Tháp C 90

SPEA-2 The Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2

Thuật toán tiến hóa sức mạnh Pareto 2

BIM Building Information Modeling Mô hình thông tin công trình

V ZZ Vertical Zig-Zag H ZZ Horizontal Zig-Zag BL Bottom Left

BOD Biological Oxygen Demand Hàm lượng nhu cầu oxygen để oxy hóa các hợp chất hữu cơ bị phân hủy bởi sinh vật

COD Chemical Oxygen Demand Hàm lượng chất oxygen yêu cầu để oxy hóa chất hữu xơ háo học trong nước

IFC Industry Foundation Classes Tệp định dạng mở trao đổi thông tin dữ liệu giữa các mô hình BIM

BEP BIM Execution Plan Kế hoạch thực hiện BIM

𝐿𝑥 Chiều dài viên gạch theo phương x

𝐿𝑦 Chiều dài viên gạch theo phương y

𝑝𝑛 Biến quyết định {x,y}

𝑓𝑖(𝑝𝑛) Các hàm mục tiêu với giá trị của biến quyết định

𝑊 Tỉ lệ hao hụt nguyên liệu

A Tập không chiếm ưu thế

P0 Quần thể ban đầu

CHƯƠNG 1 MỞĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Gạch lát nền là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến trong trang trí sàn nhà[1] Năm 2022, Bộ Xây dựng đã tập trung chỉ đạo triển khai đồng bộ, có hiệu quả các mục tiêu, nhiệm vụ và giải pháp đã đề ra trong các lĩnh vực quản lý nhà nước của ngành xây dựng; xác định rõ trách nhiệm của các tổ chức, cá nhân, cơ quan, đơn vị trong ngành đối với từng nhiệm vụ Cụ thể, một số chỉ tiêu của ngành Xây dựng năm 2022 (so với cùng kỳ năm 2021) đã đạt kết quả tích cực Cụ thể, tốc độ tăng trưởng của ngành Xây dựng ước đạt 8 - 8,5% Tỷ lệ đô thị hóa toàn quốc ước đạt 41,7%, tăng 1,2% so với năm 2021 Tỷ lệ lập quy hoạch chung đô thị đạt 100%; tỷ lệ lập quy hoạch phân khu đối với 22 đô thị loại I, 2 đô thị đặc biệt đạt khoảng 79% Diện tích bình quân nhà ở toàn quốc đạt khoảng 25,5m² sàn/người, tăng 0,5m² sàn/người so với năm 2021 Tỷ lệ người dân đô thị được cung cấp nước sạch qua hệ thống cấp nước tập trung đạt 94,2%, tăng 2,2% so với năm 2021 Tỷ lệ thất thoát thất thu nước sạch giảm xuống còn 16,5%, giảm 0,7% so với năm 2021 Tỷ lệ tổng lượng nước thải được thu gom xử lý đạt khoảng 15% [2]

Về vật liệu xây dựng cụ thể là đối với sản lượng sản xuất gạch ốp lát đạt 471,5 triệu mét vuông, tăng 8,39% so với năm 2021, sản lượng tiêu thụ khoảng 459 triệu mét vuông, tăng 16,2% so với năm 2021[2]

Tuy nhiên quá trình sản xuất gạch men trong các nhà máy tiêu tốn nhiều tài nguyên nhiệt và có phần ảnh hưởng không tốt đến môi trường Chứa các tạp chất vô cơ không tan và một số chất hữu cơ lơ lửng hòa tan Trong đó hàm lượng BOD dao động khoảng 5mg/l đến 200mg/l; hàm lượng COD dao động từ 200mg đến 250mg/l, hàm lượng chất rắn lơ lửng rơi vào khoảng 4500mg/l-5000mg/l [3] do đó có ảnh hưởng đến nguồn nước ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe con người

Thiết kế là bước quan trọng ảnh hưởng quan trọng nhất trong vòng đời dự án để giảm thiểu chất thải vật liệu Một thiết kế đúng có thể cải thiện hiệu quả xử lý và sử

dụng vật liệu, đồng thời sẽ làm giảm tỷ lệ phá dỡ làm lại, giảm lượng chất thải đến 40%[4]

Trong công tác quản lý dự án theo TCVN 11866-2017 với các mảng: Chi phí, tiến độ, chất lượng, rủi ro, mua sắm…được ứng dụng phương pháp, công cụ, kỹ thuật, năng lực để tích hợp các giai đoạn khác nhau vào vòng đời dự án nhằm tạo ra sản phẩm bàn giao cụ thể, đám ứng yêu của khách hàng, nhà tài trợ và các bên liên quan Trong đó, vật liệu xây dựng chiếm tỷ lệ chi phí lớn trong tổng giá trị công trình, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng công trình xây dựng được quy định rõ trong Luật xây dựng 2014 và các nghi định liên quan: Nghị định số 46/2015/NĐ-CP ngày 12 tháng 5 năm 2015 về quản lý chất lượng và bảo trì công trình xây; Nghị định số 59/2015/NĐ-CP ngày 18 tháng 6 năm 2015 về quản lý dự án đầu tư xây dựng, Nghị định 09/2021/NĐ-CP về Quản lý vật liệu xây dựng quy định về quản lý phát triển, sản xuất vật liệu xây dựng và sử dụng vật liệu xây dựng vào công trình xây dựng, bảo đảm an toàn, hiệu quả, phát triển bền vững, bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên

Theo đó, việc sản xuất VLXD phải đảm bảo sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường; việc sử dụng VLXD ngoài việc phải đảm bảo chất lượng còn yêu cầu phải tuân thủ tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật, quy định của pháp luật về sử dụng VLXD trong hoạt động đầu tư xây dựng ,việc kiểm soát chất lượng VLXD sử dụng trong công trình xây dựng được quy định cụ thể về trách nhiệm của chủ đầu tư và các nhà thầu có liên quan như quản lý dự án, thiết kế giám sát, thi công, đặc biệt là trách nhiệm của nhà thầu chế tạo, sản xuất, cung cấp VLXD phải thực hiện công bố tiêu chuẩn áp dụng và công bố hợp quy của sản phẩm, hàng hóa VLXD theo quy định và cung cấp các tài liệu

chất lượng cho người mua Ngoài ra, quy định mới chú trọng việc khuyến khích và tạo điều kiện cho các tổ chức, cá nhân nghiên cứu áp dụng khoa học và công nghệ xây dựng tiên tiến, sử dụng VLXD mới, tiết kiệm năng lượng, tài nguyên, bảo vệ môi

trường và ứng phó với biến đổi khí hậu; mở rộng hợp tác quốc tế trong hoạt động đầu tư xây dựng, thực hiện chuyển giao công nghệ, kỹ thuật, kinh nghiệm quản lý và sử dụng vật liệu mới

Cụ thể hơn, quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng: Công bố định mức sử dụng, hao hụt vật liệu cho từng loại vật tư trong xây dựng có nêu rõ: định mức hao hụt vật liệu trong thi công, hao hụt vữa bê tông, hao hụt vật liệu trong khâu trung chuyển, hao hụt vật liệu trong khâu gia công, hao hụt vật liệu trong khâu vận chuyển và bảo quản tại kho Hình 1.1

Hình 1.1 Bảng 21.1000 - Định mức hao hụt vật liệu xây dựng trong thi công [5]

Và đối với đối tượng gạch lát phố biến ceramic, granit, puzolan là 0.5%-1%

Tuy nhiên thực tế trong công tác thi công, gia công, lắp đặt thì lãng phí vật tư khá cao Đây là là vấn đề nhức nhối của đơn vị tổng thầu thi công hiện nay không chỉ ảnh hưởng về chi phí, tiến độ, nguồn lực thi công hiệu quả dự án mà còn ảnh hưởng đến chiến lược, hoạch định phát triển ngành gạch lát Việt Nam, nguồn nguyên nhiên liệu sản xuất, yếu tố môi trường…

Hiện nay công nghệ phát triển mạnh mẽ là những bàn đạp cho sự xuất hiện các biện pháp mới trong quá trình thực hiện các khối công việc khác nhau, các công việc mang tính thủ công còn ảnh hưởng quá nhiều bởi sai sót người dùng, ngày nay đang dần được thay thế bằng các phần mềm, máy móc Các thật toán tối ưu hóa đã dần được

đưa vào sử dụng và cho ra các kết quả đáng tin cậy trong thời gian ngắn với chi phí gián tiếp được giảm đi, tiến đến một quy chuẩn mới cho các đơn vị

Đối với công tác ốp lát, mặc dù được sự hỗ trợ của công nghệ, song các bước mà người kỹ sư cần làm vẫn đang còn quá nhiều và đa phần là tập trung vào làm thủ công các bản vẽ 2D Kể cả giai đoạn trước đó, người thiết kế kiến trúc đã chưa thật sự chú ý đến việc cắt gạch, số lượng gạch cắt có thể và không thể tận dụng mà chỉ quan tâm đến yếu tố thẩm mỹ.[6]

Như vậy, dựa vào sự tăng trưởng không ngừng trong công nghệ, thuật toán của thế giới và lượng tiêu thụ gạch của ngành ốp lát ở Việt Nam cho thấy cần phải có thêm những hướng đi cải tiến hơn về công nghệ để đảm bảo mức lãng phí ngành gạch ốp lát được giảm thiểu đến mức độ phù hợp và được thực hiện đơn giản hơn

Những vấn đề trên chính là lý do chính học viên lựa chọn đề tài “Áp dụng thuật

toán trí tuệ nhân tạo, tích hợp mô hình BIM để giảm hao hụt gạch lát các công trình xây dựng” như một phần giải quyết cho các công việc lặp đi lặp lại để giảm thiểu khối

lượng công việc cần thực hiện của các kỹ sư, kiểm soát được lượng hao hụt vật liệu hiệu quả hơn với thời gian ít hơn cho các dự án xây dựng chung cư cao tầng tại Việt Nam

Hình 1.2 Bản vẽ ốp lát theo 2 phương trình bày trên nền tảng 3D Revit

Hình 1.3 Hình ảnh minh họa phối cảnh căn hộ giai đoạn ốp lát

Hình 1.4 Hình ảnh phối cảnh khối căn hộ

1.2 Mục đích của đề tài

Theo quy trình thi công và quản lý chất lượng công tác ốp lát tại công ty tổng thầu lớn hiện nay để kiểm soát được lãng phí của gạch ốp lát chúng ta cần kiểm soát từ khâu chất lượng vật liệu, shopdrawing, kiểm soát quá trình thi công và các vấn đề kỹ thuật khác về vật liệu

Hình 1.5 Quy trình kiểm soát ốp gạch thi công

Với mục tiêu kiểm soát được lượng gạch ốp lát bị lãng phí trong lĩnh vực xây

văn sẽ đi giải quyết lãng phí tại khâu thực hiện bản vẽ shopdrawing từ bản vẽ Thiết kế bản vẽ thi công: áp dụng thuật toán di truyền để giải quyết vấn đề nhanh chóng dựa trên các điều kiện biên của kỹ thuật đồng thời đề xuất quy trình áp dụng phương pháp này tích hợp với mô hình BIM nhằm đưa ra sản phẩm cuối cùng là bản vẽ shopdrawing và bảng khối lượng gạch cần thiết (Hình 1.6) tăng hiệu quả quản lý và giảm được sự lãng phí trong quá trình thi công

Cụ thể:

- Xác định và cho máy nhận biết được biên dạng sàn cần thực hiện;

- Sử dụng thuật toán di truyền để tìm ra được vị trí xuất phát sao cho diện tích phần gạch bị cắt đi là ít nhất, đảm bảo các yêu cầu về cắt gạch, thẩm mỹ của 1 phòng;

- Xác định được vị trí viên gạch đầu tiên;

- Xác định được kích thước của các viên gạch thừa;

Sau khi giải quyết được các vấn đề trên, học viên sẽ tiếp tục phát triển công cụ hỗ trợ dựa trên nền tảng BIM của hệ sinh thái Autodesk với phần mềm Revit

Tiến hành so sánh với cách làm truyền thống để đánh giá kết quả đạt được, kết quả hướng tới sẽ hỗ trợ kỹ sư giảm thiểu thời gian tính toán đưa ra phương án, có nhanh kết quả về chi phí cũng như đảm bảo các vấn đề kỹ thuật, thẩm mĩ của công tác lát gạch Lợi ích mang lại dự kiến sẽ tạo ra giá trị cạnh tranh cho các đơn vị thi công áp dụng

Bước tiếp theo của nghiên cứu đó là mở rộng phạm vi áp dụng của phương pháp:

- Tận dụng các viên gạch thừa cho các phòng lân cận, zone, tầng của dự án nếu phù hợp;

- Tiếp theo bước thực hiện được 1 phương ngang, sẽ tiếp hành thực hiện theo phương đứng (vì hai loại gạch ốp và gạch lát là khác nhau);

- So sánh chọn ra điểm xuất phát tốt nhất khi phòng vừa có ốp theo phương ngang vừa ốp theo phương đứng

(iii) Thuật toán di truyền, nguyên tắc và cách thức áp dụng; thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu

(iv) Quy trình áp dụng BIM các công trình tòa nhà cao tầng

1.4 Quy trình nghiên cứu

Sơ đồ minh họa quy trình nghiên cứu được thể hiện trong Hình 1.7 như sau:

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tầm quan trọng và sự cần thiết của vấn đề - Những thông số và vấn đề liên quan đến chi phí

vật liệu hoàn thiện

- Công cụ sử dụng tính toán

- Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan - Các thuật toán có thể áp dụng

Lựa chọn hướng nghiên cứu

(Phương pháp, thuật toán sử dụng, các điều kiện ràng buộc)

Phân tích khả thi của phương pháp nghiên cứu

Lập trình thuật toán và phương pháp cho kết quả tốt nhất

So sánh kết quả

Kết luận và kiến nghị

Tìm dữ liệu phục vụ cho đề

tài nghiên cứu

1.5 Công cụ nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu được hỗ trợ bằng những công cụ sau:

- Cơ sở lý thuyết: Các tạp chí, sách báo đã nghiên cứu trong và ngoài nước

có liên quan về quy trình kiểm soát vật tư hoàn thiện;

- Thuật toán áp dụng: Thuật toán tiến hóa SPEA-2; Thuật toán sắp xếp

đóng gói hai phương (Two-Dimensional Bin packing problem) để tìm và xác định vị trí; Đa mục tiêu tìm kiếm

- Lập mô hình bài toán để giảm hao hụt gạch lát: Rhino-Grasshopper;

Revit; Nesting; Octopus

1.6 Đóng góp khoa học và thực tiễn dự kiến của đề tài 1.6.1 Đóng góp về mặt khoa học

Với việc làm thủ công nghệ để đạt được mục đích, nghiên cứu đưa ra giải pháp tự động để có được đa dạng kết quả với nhiều mục tiêu khác nhau trong thời gian ngắn; kiểm soát được các phương án tốt nhất đối với từng mục tiêu; tạo tiền đề cho các nghiên cứu khác để hoàn thiện hơn cho việc giảm lãng phí hao hụt gạch vật liệu xây dựng trong tương lại

1.6.2 Đóng góp về mặt thực tiễn

Cung cấp thêm phương án và quy trình có áp dụng vào các công trình tòa nhà ở giai đoạn thực hiện bản vẽ Shopdrawing dựa trên bản vẽ Thiết kế bản vẽ thi công để đưa ra phương án bố trí gạch lát và sơ đồ cắt, xếp gạch dễ dàng kiểm soát, nhanh chóng cập nhật các thay đổi trong quá trình thi công tại hiện trường; giúp doanh nghiệp áp dụng tăng khả năng cạnh tranh với các nhà thầu hiện tại, nâng cao tính chuyên nghiệp và tự động hóa trong công việc; giảm thiểu lãng phí về khối lượng gạch, khối lượng gạch cần cắt và các chi phí liên quan

1.7 Nội dung của luận văn

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU: đặt vấn đề, sự cần thiết của đề tài, lý do lựa chọn đề

tài, thời gian thực hiện, đối tượng và phạm vi, phương pháp, quy trình, công cụ nghiên cứu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Trình bày tổng quan

về vấn đề đã được nghiên cứu trong và ngoài nước

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Trình bày cơ sở lý thuyết

về lãng phí vật liệu và các loại lãng phí trong xây dựng; mục tiêu giảm hao phí gạch; các thuật toán giải bài toán tối ưu lát gạch

CHƯƠNG 4 KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT: Kiểm

nghiệm thuật toán qua case study, so sánh kết quả với kết quả của các bản tính khối lượng, bản vẽ đã được thực hiện ở các công trình trước đây Nhận xét đánh giá về ưu điểm và hạn chế của phương pháp khi áp dụng phương pháp vào tính toán cho bài toán cụ thể

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI: Đưa ra kết luận về vấn đề nghiên cứu đã đề xuất và một số gợi ý phát triển hướng

nghiên cứu trong tương lai

CHƯƠNG 2 TỔNGQUANVẤNĐỀNGHIÊNCỨU 2.1 Gạch ốp lát

2.1.1 Lịch sử hình thành

Lịch sử của gạch ốp lát bắt nguồn từ rất lâu, được tiếp cận từ thời kỳ cổ đại của người La Mã khi họ chiếm đóng vùng lãnh thổ Tây Âu, họ đã giới thiệu phương pháp làm gạch, đánh dấu sự xuất hiện đầu tiên của nghệ thuật này trong lịch sử

Dưới sự đóng góp của nhà nghiên cứu Herbert Minton vào năm 1843 tại Anh Quốc, ngành công nghiệp sản xuất gạch ốp lát đã vượt qua những thời kỳ khó khăn và thách thức từ đó phát triển mạnh mẽ

Trong thế kỷ 20, sau chuỗi các cuộc chiến tranh thế giới, nhiều thành phố đã bị hủy hoại, chuyển thành những khu vực xây dựng quy mô lớn Điều này thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu xây dựng, bao gồm cả ngành sản xuất gạch ốp lát, để tái tạo và xây dựng lại những khu vực đã bị thiệt hại [7]

Ngành sản xuất gạch ốp lát toàn cầu hiện đang trải qua giai đoạn bão hòa, với tốc độ tăng trưởng hàng năm của sản lượng sản xuất và tiêu thụ giảm dần, chỉ đạt 1,32% và 1,39% tương ứng trong giai đoạn từ 2014 đến 2018

Sản xuất và tiêu thụ gạch ốp lát trên toàn cầu có mức độ tập trung cao Cụ thể, 10 quốc gia hàng đầu chiếm tỷ trọng lớn, đạt 80,7% của sản lượng sản xuất và 66,6% của tỷ trọng tiêu thụ trên toàn thế giới vào năm 2018

Cơ cấu sản xuất gạch ốp lát trên thế giới đang chuyển dịch sang châu Á, đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ Nguyên nhân chính là do ngành sản xuất gạch ốp lát tại châu Âu và châu Mỹ đã bước vào giai đoạn bão hòa, với mức tiêu thụ trên đầu người ở mức cao Trong khi đó, tăng trưởng tích cực của thị trường xây dựng châu Á đang thúc đẩy sản lượng sản xuất và tiêu thụ gạch ốp lát tại khu vực này [7]

Nhu cầu về gạch càng tăng do sự tăng trưởng hiện nay của ngành công nghiệp Hơn nữa, nhận thức về việc bảo vệ môi trường khỏi các môi nguy hiểm công nghiệp ngày càng cao cũng là một trong những yếu tố góp phần thúc đẩy nhu cầu về gạch ngày

càng tăng Những người tham gia thị trường sản xuất gạch đang sử dụng các công nghệ tiên tiến để phát triển sản phẩm và đưa ra càng nhiều phương pháp thay thế Ví dụ Pamesa Ceramica SL đang sản xuất gạch men ép thô ở Tây Ban Nha, loại gạch có đặc tính tiêu thụ nước cao sẽ mang lại độ bền và mật độ hút nước cao hơn Công ty cung cấp phiên bản tái tạo của K-Slate có các tính năng tương tự nhưng nâng cao hơn với chất liệu giả đá bằng sứ để nâng cao vẻ đẹp trong căn nhà.[8]

Trong giai đoạn từ 2019 đến 2023, Châu Á dự kiến sẽ có mức tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu gạch ốp lát Dư địa tăng trưởng sản xuất và tiêu thụ gạch ốp lát tại châu Á là khá lớn, do tốc độ tăng trưởng kinh tế của các nước trong khu vực đang ở mức cao Đồng thời, tăng trưởng dân số cùng với tốc độ đô thị hóa cao là động lực tăng nhu cầu về vật liệu xây dựng hoàn thiện như gạch ốp lát.[7]

Xương gạch được coi là thành phần quan trọng nhất trong khả năng chịu lực là liên kết của gạch vì tiếp xúc trực tiếp với nền thông qua keo dán gạch Trên thị trường sàn xuất gạch hiện nay có bốn loại xương gạch phổ biến

 Porcelain: Chất lượng chủ yếu của gạch Porcelain đến từ thành phần chính là bột đá chuyên dụng, được xử lý qua nhiều công đoạn trước khi trải qua quá trình nén ở áp suất cực lớn để tạo ra các viên gạch với độ cứng cao Áp suất nén cao cùng với bột đá chất lượng giúp gạch Porcelain có khả năng chống thấm nước rất tốt (<0.1%) và khả năng chịu lực cao Đặc điểm nổi bật của loại gạch này là màu trắng sữa và cảm giác nặng khi cầm Điều này là kết quả của quá trình chế tạo đặc biệt, khiến cho gạch Porcelain trở thành lựa chọn phổ biến với tính năng vững chắc và khả năng chống thấm ưu việt

 Đất sét: loại vật liệu màu đỏ, tương tự như gạch nung xây tô Loại gạch này dễ nhận biết bằng mắt thường, khi cầm lên nhẹ và có cảm giác rỗng bên trong, tạo cảm giác không chắc chắn Đây là loại xương gạch có chất lượng không cao, dễ bị thấm nước, có tính chất dòn, dễ vỡ, và khả năng chịu lực kém Thường thì gạch lát nền sử dụng loại xương gạch như này được lát trong nhà hoặc ở những khu vực ít hoặc không tiếp xúc với nước thường xuyên Đặc biệt, nếu sử dụng loại gạch này để lát nền, cần xử lý phần nền một cách cẩn thận để tránh tình trạng bông lên sau khi lát Qua thời gian dài dưới tác dụng của ngoại lực xung quanh, viên gạch có thể trở nên dòn và dễ bể vì tính chất tự nhiên của nó

 Hỗn hợp xi măng và cát: Vặt liệu làm xương gạch này có độ cứng rất cao nhưng độ thấm hút cao hơn (>0,5%)

 Đất sét và bột đá: có đặc tính cứng hơn so với xương gạch từ đất sét, tuy nhiên, vẫn không đạt được độ cứng như xương gạch Porcelain Tính chất thấm hút nước vẫn tồn tại, do đó, nếu sử dụng cho mục đích làm gạch lát nền, cần cân nhắc kỹ lưỡng Đối với ứng dụng ngoại thất hoặc nơi tiếp xúc thường xuyên với nước, việc chọn lựa loại gạch khác có khả năng

chống thấm nước cao hơn có thể là một lựa chọn tốt hơn Xương gạch thường có màu đen hoặc nâu và thường chứa nhiều tạp chất, điều này dễ nhận thấy Việc này có thể tạo ra hiệu ứng thị giác độc đáo, nhưng đồng thời cũng làm tăng khả năng nhận diện các tạp chất và màu sắc của xương gạch

Để tạo ra bề mặt gạch, một thành phần không thể thiếu là lớp men mỏng phủ phía trên xương gạch Lớp men này chủ yếu được sử dụng như một nền để in màu lên Trong trường hợp của các loại gạch gia công thủ công việc này được thực hiện dưới bàn tay của các nghệ nhân Ngược lại, đối với những loại gạch sản xuất công nghiệp, quá trình phủ lớp màu thường được thực hiện tự động thông qua dây chuyền sản xuất với công nghệ in 3D, 5D, … Các chữ số ở đây chỉ đơn giản là chỉ số lượng lớp màu được in lên bề mặt gạch (3 lớp, 5 lớp, …) Ưu điểm của in màu nhiều lớp làm tăng độ chân thực và độ sâu cho hình ảnh trên viên gạch Công nghệ này đã có thể tạo ra các loại vân đá có độ tương phản rất giống với thực tế Để có được chất lượng màu in tốt, phần xương gạch cần phải đạt chất lượng tuyệt đối trước khi tiến hành in vì khi xương gạch không đạt chất lượng, bề mặt không bằng phẳng màu sắc sẽ bị thẩm thấu, làm cho hình ảnh bị nhòe, không được rõ

Cuối cùng là lớp phủ bền mặt gạch, có tác dụng bảo vệ lớp màu in, tăng hiệu ứng cho hình ảnh bên dưới đồng thời tăng khả năng chịu lực của viên gạch Men thường được dùng để phủ lên bề mặt gạch, ngoài ra các loại gạch nền cao cấp có thể phủ một lớp thủy tin dày, trong suốt Một số loại gạch vì muốn giữ nguyên hiệu ứng màu của lớp bề mặt mà không có bất kì lớp phủ nào

2.1.3 Quy trình sản xuất cắt gạch

Hiện nay, trong ngành sản xuất gạch, quy trình tại nhà máy đã trải qua sự hiện đại hóa đáng kể, đồng bộ hóa với những tiến bộ công nghệ mới nhất Bắt đầu từ việc chọn lựa nguyên liệu chất lượng cao, nhà máy tích hợp các quy trình trộn, tạo hình, sấy khô và nung ở nhiệt độ cao một cách tự động và hiệu quả

Các dây chuyền sản xuất được thiết kế để đảm bảo sự đồng nhất và chính xác trong việc tạo ra từng viên gạch Công nghệ kiểm soát chất lượng tiên tiến giúp đảm bảo rằng mọi sản phẩm đều đáp ứng các tiêu chuẩn cao về kích thước, màu sắc, và đặc tính vật lý

Khả năng linh hoạt của quy trình sản xuất cho phép tạo ra nhiều loại gạch khác nhau, từ gạch trang trí nghệ thuật đến gạch chịu lực cho sàn nhà Sự tích hợp của công nghệ và nguồn nguyên liệu chất lượng cao làm cho sản phẩm gạch từ nhà máy ngày càng đáp ứng được mọi đòi hỏi và xu hướng trong lĩnh vực xây dựng và trang trí hiện đại

Khai thác nguyên liệu đất sét, cao lanh, Chuyển nguyên liệu

vào nhà máy

Chuẩn bị nén

EndNén và sấy khô

Tráng men trang trí

Nung ở nhiệt độ cao

Kiểm tra chất lượng

Phân loại và đóng gói

Vận chuyển đến nơi tái sử dụng

Hình 2.2 Quy trình sản xuất gạch ốp lát[9]

2.2 Mô hình thông tin công trình BIM 2.2.1 Khái niệm

BIM (Building Information Modeling) đã ra đời với mục tiêu giúp kỹ sư có cái nhìn tổng thể về dự án xây dựng trước khi bắt đầu triển khai thực tế Điều này nhằm mục đích ngăn chặn các rủi ro có thể làm giảm chất lượng, tăng chi phí sửa chữa, và khó kiểm soát khối lượng do các biến động, từ đó giúp duy trì tiến độ theo kế hoạch ban đầu Bằng cách này, BIM không chỉ hỗ trợ trong việc quản lý chất lượng và khối lượng mà còn giúp kiểm soát chi phí và đảm bảo tiến độ thi công không bị trễ tiến độ Định nghĩa về mô hình BIM (Building Information Modeling) khác nhau tùy theo các bên liên quan từ các đơn vị tư vấn thiết kế, các nhà thầu xây dựng, hoặc các đơn vị quản lý vận hành nhưng nghiên cứu chỉ nêu ra một vài định nghĩa về BIM như sau:

Bảng 2.1 Định nghĩa về BIM của các tổ chức các tác giả

Tổ chức/

NIBS (2015)

“BIM là hiện thị kĩ thuật số của các tính chất vật lý và chức năng của một công trình Với vai trò đó, nó phục vụ như một nguồn tài nguyên chia sẻ thông tin về công trình và hình thành cơ sở nền tảng đáng tin cậy cho việc ra các quyết định trong suốt các giai đoạn của vòng đời dự án từ lúc bắt đầu đến khi phá hủy”.[10]

GSA (2007)

“BIM là sự phát triển và sử dụng mô hình dữ liệu phần mềm máy tính đa diện không chỉ lập hồ sơ thiết kế tòa nhà mà còn mô phỏng việc xây dựng và vận hành một công trình được xây dựng mới hoặc nâng cấp cải tạo (hiện đại hóa) Mô hình kết quả là một đại diện kỹ thuật số giàu dữ liệu, dựa trên đối tượng, thông minh và tham số của công trình mà từ đó các chế độ xem phù hợp với nhu cầu khác nhau của người

Tổ chức/

dùng có thể được trích xuất và phân tích để tạo ra phản hồi và cải tiến thiết kế cơ sở”.[11]

NBS

“Mô hình hóa thông tin công trình là một quá trình thiết lập và quản lý thông tin của một dự án xây dựng trên toàn bộ vòng đời của dự án Một trong những đầu ra chính của quá trình này là mô hình thông tin tòa nhà giúp mô tả thông tin kỹ thuật số về mọi khía cạnh xây dựng dựa trên thông tin được tập hợp cộng tác và cập nhật ở các giai đoạn chính của dự án”.[12]

Việt Nam

“BIM là tiến trình tạo dựng và sử dụng mô hình thông tin kỹ thuật số cho các công tác từ thiết kế, thi công đến quản lý vận hành công trình”[13]

BIM đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia như Mỹ, Anh, Úc, và Singapore Đặc biệt, các quốc gia này đã đề xuất và áp dụng những tiêu chuẩn và định dạng chung, cũng như quy trình thống nhất cho việc triển khai BIM trong lĩnh vực xây dựng và cơ sở hạ tầng Các tiêu chuẩn này đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả, chia sẻ, và trao đổi thông tin Chẳng hạn như: IFC (Industry Foundation Classes) một chuẩn dữ liệu quốc tế, và cấu trúc dữ liệu tài sản của một dự án đã được áp dụng rộng rãi, giúp đơn giản hóa quản lý thiết bị và quản lý tài sản trong giai đoạn vận hành; BEP (Building Execution Plan) - Kế hoạch triển khai mô hình thông tin xây dựng, là một phần quan trọng trong quy trình BIM Nó định rõ các kế hoạch, quy trình, và tiêu chuẩn cụ thể cho việc triển khai BIM trong mỗi dự án xây dựng, đảm bảo tính nhất quán và hiệu quả của việc sử dụng mô hình thông tin xây dựng trong toàn bộ quá trình từ thiết kế đến vận hành

Cùng với xu hướng đó, Bộ Xây Dựng Việt Nam đã thành lập ban chỉ đạo BIM, ban hành nghị quyết phê duyệt kế hoạch chuyển đổi số ngành xây dựng, mở chuỗi hội

thông tin trong ngành xây dựng, thành lập các tổ tư ván, tổ chuyên gia hỗ trợ doanh nghiệp xây dựng, đưa ra những cơ sở pháp lý, chiến lược dài hạn với các giai đoạn cụ thể cùng chủ đầu tư, nhà thầu lớn trong nước áp dụng mô hình thông tin xây dựng vào các công trình thí điểm nhằm để đánh giá tổng quát trước khi áp dụng rộng rãi, các cơ sở pháp lý cụ thể là:

Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 134/QĐ-TT ngày 26/01/2015 cũng xác định việc ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM);

Quyết định số 2500/QĐ-TT ngày 22/12/2016 phê duyệt áp dụng BIM trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành;

Quyết định số 378/QĐ-BCĐBIM ngày 28/04/2017 ban hành quy chế hoạt động của ban chỉ đạo BIM trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình;

Quyết định số 1056/QĐ-BXD ngày 11/10/2017 công bố chương trình đào tạo áp dụng BIM trong giai đoạn thí điểm;

Quyết định số 1057/QĐ-BXD ngày 11/10/2017 hướng dẫn triển khai ứng dụng BIM;

Quyết định số 1004/QĐ-BXD ngày 31/07/2020 phê duyệt Kế hoạch Chuyển đổi số Ngành Xây dựng giai đoạn 2020-2025, định hướng đến năm 2030;

Quyết định số 347/QĐ-BXD ngày 02/04/2021 về việc Công bố hướng dẫn chi tiết áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) đối với công trình dân dụng và công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị;

Quyết định số 348 /QĐ-BXD ngày 02/04/2021 về việc Công bố Hướng dẫn chung áp dụng Mô hình thông tin công trình (BIM);

Quyết định số 258/ QĐ-BXD ngày 17 tháng 3 năm 2023 Phê duyệt lộ trình áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng

+ Bản vẽ chế tạo / shop drawings (triển khai thi công): Dễ dàng tạo bản vẽ shop drawings cho các hệ thống CTXD khác nhau

+ Quản lý sự thay đổi: sự thay đổi ở bất cứ bộ phận nào của CTXD sẽ được cập nhật tự động trong tất cả các mảng khác

+ Thẩm tra tiêu chuẩn: Các bộ phận trên công trình dễ dàng thẩm tra bằng cách đánh giá mô hình BIM

+ Uớc lượng chi phí: Phần mềm BIM được tích hợp sẵn các tính năng lập dự toán chi phí Khi có bất cứ sự thay đổi nào, khối lượng vật liệu được tự động trích xuất và cập nhật trong mô hình

+ Tiến độ xây dựng: Việc điều phối lịch trình đặt hàng, chế tạo và vận chuyển vật liệu cho tất cả các cấu kiện của tòa nhà có thể được tối ưu thông qua mô hình BIM

+ Phát hiện xung đột, can trở và va chạm: Bởi vì các mô hình thông tin tòa nhà được thiết lập trong không gian 3D, tất cả các hệ thống quan trọng trong tòa nhà đều được kiểm tra nghiêm ngặt và tự động để tìm xung đột

+ Phân tích pháp lý: Một mô hình thông tin về tòa nhà có thể dễ dàng điều chỉnh để minh họa bằng đồ họa các hư hỏng tiềm ẩn, rò rỉ, kế hoạch sơ tán, v.v

+ Công trình xanh: các mô hình chứa thông tin của CTXD có thể được chuyển sang các chương trình phần mềm khác để thực hiện phân tích ánh sáng, năng lượng, thông gió của tòa nhà

+ Quản lý vận hành: mô hình BIM có thể hỗ trợ bộ phận quản lý vận hành tòa nhà sử dụng để cải tạo, lập kế hoạch không gian và hoạt động bảo trì [14]

Gần đây, công nghệ BIM được coi là có tiềm năng đáp ứng nhu cầu thiết kế một cách hoàn hảo và cải thiện độ chính xác của thiết kế cùng với đó là giảm lãng phí vật liệu[15] Trong nền tảng BIM, người dùng hoàn toàn có thể nhập thông tin của hàng nghìn cấu kiện thành phần của tòa nhà trong một tệp duy nhất khi thiết kế và quản lý công trình Do đó tỷ lệ lãng phí vật liệu có thể giảm dần đến giá trị giới hạn nhờ vào việc thực hiện nhanh chóng hơn quy trình tính lặp đặc thù của ngành xây dựng

Tuy nhiên nền tảng BIM vẫn còn đang phát triển và một phần mềm không thể cung cấp các chức năng đồng thời thu thập, phân tích các thông tin đầu vào đặc thù của từng hạng mục công tác Người thực hiện bản vẽ shopdrawing ốp lát đang mô phỏng và tính toán khối lượng hao hụt bằng phương pháp thủ công.[16]

2.3 Các nghiên cứu liên quan

Giảm chi phí xây dựng và hướng đến tự động hóa là một trong những vấn đề được quan tâm nhất trong quá trình thực hiện bản vẽ shopdrawing Việc tối giảm thiểu được số lượng gạch cắt, số lần cắt gạch và tận dụng được các mảnh gạch vụn có kích thước lớn cho những vị trí khác trong phòng, trong khu vực hay lớn hơn là trong công trình: giữa tháp này với tháp khác, giữa tầng này với tầng khác nhằm tiết kiệm chi phí cho nhà thầu cũng như hướng tới bảo vệ môi trường, phát triển công trình bền vững Việc sử dụng thuật toán cho công tác ốp lát đòi hỏi nhiều điều kiện ràng buộc và yêu cầu tính thẩm mỹ cao Trong một căn phòng sẽ cần thiết bố trí ở hai phương là phương ngang và phương đứng tương ứng với một mặt bằng theo phương ngang và bốn mặt đứng theo phương đứng

Các kỹ sư hiện trường đã đề xuất các phương pháp tối xử lý khác nhau để giải

ra Những năm gần đây dưới sự phát triển của khoa học công nghệ, các thuật toán tối ưu hóa đang dần được đưa vào các giai đoạn nhằm hỗ trợ tốt hơn cho việc đưa ra sản phẩm cuối cùng

Các phương pháp này được phân loại thành bốn loại chính là Lập trình tuyến tính (LP); Lập trình phi tuyến tính (NLP); Phương pháp hoạch động (DP) và Thuật toán tiến hóa (EA)

Bảng 2.2 Bảng tóm tắt các nghiên cứu đã được công bố

1 Dynamic construction material layout planning

optimization

integrating 4D BIM[17]

Min-Yuan Cheng & Nai-Wen Chang

2019 Nghiên cứu này đề xuất mô hình tối ưu hóa quy hoạch bố trí vật liệu xây dựng động để nghiên cứu việc tối ưu hóa bố trí vật liệu từ góc độ lập kế hoạch nhiệm vụ động Ngoài các biến số về tiến độ và tiến triển của lịch trình, các yêu cầu về vật liệu động và những thay đổi về địa điểm và kho bãi, thời gian thực hiện nhiệm vụ được phân tích để tính đến những thay đổi về khoảng cách di chuyển ba chiều giữa các địa điểm cung và cầu vật liệu đồng thời với những thay đổi trong nhiệm vụ tiến độ và đảm bảo rằng các quan sát phù hợp với điều kiện thời gian thực Điều này làm giảm đáng kể chi phí vận chuyển vật liệu và xác nhận tính hiệu quả của mô hình đề xuất

2 Automated Layout Design Approach of Floor Tiles:

Building

Wu, Shihai Zhang, Nan Xiang, Yujing Wu, Dizi

2022 Nghiên cứu áp dụng BIM và nền tảng Parametric Design (PD) để tự động và tối ưu hóa thiết kế bố trí gạch lát sàn Đề xuất quy trình công việc để tạp và tối ưu hóa thiết kế bố cục gạch lát Chuẩn hóa thuật toán theo các yêu cầu

TT Tên tạp chí Tên tác giả Năm Mô tả

Information Modeling (BIM) via Parametric Design (PD) Platform[6]

Qiao, Danping Luo, Xiaowei Lu, Wei Zhen

đưa ra, sau đó kết hợp với thuật toán tiến hóa (EA) để tự động bố trí và tối ưu nhằm giảm thiểu lãng phí vật liệu Sử dụng với phần mềm ArchiCAD và Grasshopper (Nền tảng PD) Các bố trí ốp lát căn hộ được sử dụng để chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp đề xuất Kết quả đã làm giảm tỷ lệ lãng phí vật liệu lần lượt là 14.58% 11.46% và cải thiện hiệu quả tính toán cần thiết từ 17.3 giây xuống còn 5 giây Hơn nữa nghiên cứu đã cải tiến thuật toán cho phép sử dụng BIM và PD đối với sàn có biên dạng cong Tóm tắt các kết quả nhằm cung cấp những hiểu biết về giảm chất thải gạch lát sàn hướng đến phát triển bền vững

3 Intelligent optimal design of floor tiles A goal-oriented approach based on BIM and parametric design platform[6]

Shihai Wu, Nan Zhang, Xiaowei Luo, Wei-Zhen Lu

2021 Nghiên cứu này đề xuất một luồng công việc dựa trên các phương pháp BIM và PD để tạo ra và tối ưu hóa thiết kế bố trí gạch lát sàn một cách thông minh Luồng công việc này hình thành các quy tắc cắt và lập kế hoạch gạch lát sàn, bao gồm việc lập kế hoạch tích cực về việc cắt gạch, thành một thuật toán thiết kế để tự động tạo ra kế hoạch bố trí gạch lát sàn và đồng thời giảm thiểu lãng phí vật liệu Một thuật toán tiến hóa (EA) được tích hợp với luồng công việc để thực hiện tối ưu hóa định hướng mục tiêu cho kế hoạch được tạo ra phát triển một hệ thống nguyên mẫu trong

TT Tên tạp chí Tên tác giả Năm Mô tả

Grasshopper (một nền tảng PD) để xác minh tính khả thi của luồng công việc được đề xuất Kết quả cho thấy rằng hệ thống nguyên mẫu hiệu quả tạo ra và tối ưu hóa thiết kế bố trí gạch lát sàn (sử dụng 19.1se116.4s) và cung cấp điểm tọa độ chính xác và toàn diện cho việc cắt và lát gạch chưa cắt và gạch đã cắt So với tiêu chuẩn ngành công nghiệp (tức là 10%e15%), tỷ lệ lãng phí vật liệu của các kế hoạch được tạo ra đã được giảm đáng kể, là 3.43%e5.50% Kết quả được tổng hợp để cung cấp cái nhìn sâu hơn để cải thiện việc sản xuất gạch lát sàn, xây dựng robot và vận chuyển, cũng như khuyến khích phát triển bền vững của ngành

4 Algorithms for

two-dimensional bin packing problem with partial

conflicts[18]

Dhaoui, Khaoula Labadie, Nacima

Hamdi-Yalaoui, Alice

2012 Bài báo về thuật toán đóng gói thùng 2 chiều Các ứng dụng thực tế như vân chuyển vật liệu nguy hiểm các vật phẩm vận chuyển không tương thích một phần và phải được phân tách bằng một khoảng cách an toàn Bài viết mở rộng thuật toán đóng gói thùng hai chiều có xung đột từng phần với các ràng buộc về khoảng cách giữa các mục nhất định nếu được đóng gói trong một thùng Trình bày mô hình toán học, hai phương pháp phỏng đoán và thuật toán di truyền đa điểm cho vấn đề được đặt ra