Các công trình này đã phân tích và nêu rõ được những ưu điểm của việc tích hợp BIM-LCA để đánh giá vòng đời công trình xây dựng [4,5], đưa ra những chỉ dẫn áp dụng trong giai đoạn thiế[r]
(1)TÍCH HỢP BIM VÀ LCA ĐỂ ĐÁNH GIÁ VỊNG ĐỜI
CƠNG TRÌNH NHÀ Ở TẠI VIỆT NAM: THUẬN LỢI,
KHÓ KHĂN VÀ GIẢI PHÁP
Lê Đình Linh1*, Tạ Ngọc Bình2
Tóm tắt: Tích hợp Mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) phương pháp Đánh giá vịng đời cơng trình (Life cycle assessment - LCA) để đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng nhằm cung cấp thơng tin có đủ độ tin cậy đảm bảo sức thuyết phục cho người định lựa chọn sản phẩm thân thiện với môi trường, hướng tới mục tiêu xây dựng bền vững Hiện giới có nhiều cơng trình nghiên cứu trình bày cách áp dụng BIM, LCA tích hợp BIM LCA giai đoạn thiết kế Ở Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu trình bày cách tích hợp BIM LCA nhằm đánh giá vịng đời cơng trình nhà Bài báo sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết, phân loại hệ thống hóa lý thuyết, suy luận logic phương pháp chuyên gia nhằm tổng hợp trình bày cách tích hợp BIM LCA để đánh giá vịng đời cơng trình nhà rõ khó khăn áp dụng Việt Nam đề xuất giải pháp khắc phục.
Từ khóa: Đánh giá vịng đời cơng trình; mơ hình thơng tin cơng trình; tích hợp BIM LCA.
Integration of BIM and LCA for life cycle assessment of residential buildings in Vietnam: advantages, difficulties, and solutions
Abstract: Integration of Building Information Modeling (BIM) and Life Cycle Assessment (LCA) for life cycle assessment of buildings is activity providing reliable and persuasive information to decision makers to select environmental products, towards the goal of sustainable construction There are many studies in the world which present how to apply BIM, LCA, and integration of BIM and LCA in the early design phase In Vietnam, there is no research on how to integrate BIM and LCA to evaluate the life cycle of buildings This paper uses methods of analyzing and synthesizing theories, classifying and systematizing theories, logical reasoning and expert methods to synthesize and demonstrate how to BIM and LCA integrate to assess the life cycle, indicate the difficulties in applying in Vietnam and propose several solutions.
Keywords: Life Cycle Assessment (LCA); building Information Modeling (BIM); integration of Building Information Modeling (BIM) and Life Cycle Assessment (LCA).
Nhận ngày 11/12/2017; sửa xong 26/12/2017; chấp nhận đăng 16/01/2018 Received: December 11th, 2017; revised: December 26th, 2017; accepted: January 16th, 2018 1 Giới thiệu
Đánh giá vịng đời cơng trình (Life Cycle Assessment-LCA) nhiều công cụ quản lý sử dụng để đánh giá tác động môi trường ngành xây dựng Do đặc điểm riêng sản phẩm xây dựng trình sản xuất xây dựng nên việc áp dụng LCA nhằm đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng trở nên đặc thù gặp phải khó khăn, thách thức Cụ thể, tuổi thọ cơng trình dài, thơng thường khoảng 50 năm nên khó dự đốn cho tồn vịng đời “từ sơ sinh tới mộ” nó; suốt thời gian khai thác tịa nhà trải qua nhiều thay đổi nhỏ hoàn toàn hình thức chức ban đầu; có nhiều bên liên quan hoạt động xây dựng làm cho phối hợp trình đánh giá trở nên phức tạp khó khăn [1] Thực tế cho thấy, kết phân tích LCA chủ yếu nhằm mục đích nghiên cứu chấp nhận nhà chuyên môn lĩnh vực xây dựng thiếu kết hợp LCA với công cụ thông dụng, phổ biến ngành xây dựng [2] Do đó, việc
1 ThS, Khoa Kinh tế Quản lý xây dựng, Trường Đại học Xây dựng. 2 TS, Viện Kinh tế xây dựng.
(2)kết hợp LCA với Mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) có ý nghĩa quan trọng, tạo tiền đề thuận lợi cho việc áp dụng rộng rãi LCA lĩnh vực xây dựng [2,3]
Hiện giới có nghiên cứu tích hợp BIM LCA lĩnh vực xây dựng Các cơng trình phân tích nêu rõ ưu điểm việc tích hợp BIM-LCA để đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng [4,5], đưa dẫn áp dụng giai đoạn thiết kế nhằm so sánh tác động môi trường phương án thiết kế khác nhau, giúp lựa chọn phương án phù hợp, thân thiện với môi trường [3,6] Tại Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu đề cập cách tích hợp BIM LCA nhằm đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng nói chung cơng trình nhà nói riêng Bài báo sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết, phân loại hệ thống hóa lý thuyết, suy luận logic phương pháp chun gia nhằm trình bày phân tích tích hợp BIM-LCA để đánh giá vịng đời cơng trình nhà Việt Nam Bài báo phân tích rõ thuận lợi, khó khăn gặp phải áp dụng phương pháp thực tiễn Việt Nam nhằm đề xuất giải pháp để tháo dỡ rào cản, khó khăn, tạo điều kiện cho việc áp dụng rộng rãi BIM-LCA cho lĩnh vực xây dựng thời gian tới
2 Tổng quan Mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) đánh giá vịng đời cơng trình (LCA)
2.1 Phương pháp đánh giá vịng đời cơng trình Đánh giá vòng đời (LCA) kỹ thuật đề cập đến khía cạnh mơi trường tác động tiềm ẩn việc sử dụng nguồn tài nguyên hậu môi trường phát thải suốt vòng đời sản phẩm kể từ thu thập ngun liệu thơ, qua q trình sản xuất, sử dụng, xử lý cuối vòng đời sản phẩm, tái chế thải bỏ cuối [7] Phương pháp sử dụng để đánh giá tác động tới môi trường sản phẩm ngành sản xuất khác từ sớm, áp dụng cho ngành xây dựng khoảng 10 năm trở lại [8-10] LCA sử dụng cách tiếp cận toàn diện để đánh giá tác động tới môi trường suốt vòng đời sản phẩm nên thường xem cách tiếp cận “từ nôi tới mộ” Theo ISO, phương pháp luận thực LCA gồm bước, Hình [7,11]
Bước 1: Xác định mục tiêu, phạm vi đơn vị
Xác định mục tiêu phần then chốt LCA Mục tiêu nghiên cứu cần xác định rõ ràng để trình thực phân tích LCA ứng dụng kết nghiên cứu diễn cách suôn sẻ Khi mục tiêu rõ ràng việc xác định phạm vi nghiên cứu khơng gặp nhiều khó khăn Tại bước phải xác định rõ bối cảnh nghiên cứu hạn chế, yêu cầu liệu giả thiết Phạm vi nghiên cứu xác định yêu cầu liên quan, để chắn phương hướng chiều sâu nghiên cứu phù hợp tương thích với mục đích định sẵn, đáp ứng yêu cầu [7,11]
Bước 2: Phân tích kiểm kê vịng đời sản phẩm
Phân tích kiểm kê nhằm xác định số lượng nguồn tài nguyên, lượng sử dụng phát tán mơi trường có liên quan đến hệ thống nghiên cứu Trong giai đoạn này, việc xác định ranh giới hệ thống quan trọng Các thông số đầu vào đầu đưa vào hệ thống nhận dạng xác định số lượng Các giai đoạn cần tiến hành làm thống kê số liệu theo khung kỹ thuật xác định cho LCA gồm: Thu nhận nguyên vật liệu; Sản xuất; Sử dụng/tái sử dụng/lưu trữ; Phân phối vận chuyển; Tái chế; Quản lý chất thải
Bước 3: Đánh giá tác động vòng đời sản phẩm
Được sử dụng để chuyển đổi số liệu thống kê vòng đời sản phẩm thành thông số tác động mang tính định lượng Kết đánh giá tác động mô tả độ lớn tầm quan trọng
(3)của tác động môi trường tiềm tàng việc sử dụng tài nguyên mức phát thải có liên quan đến ranh giới hệ thống xác định Trong giai đoạn này, người ta lựa chọn loại tác động để ước tính mức tác động liên quan đến việc sử dụng nguyên vật liệu mức phát thải liên quan đến hệ thống nghiên cứu, chẳng hạn khả axit hố, oxy hóa, nóng lên tồn cầu, cạn kiệt tầng ozone, hình thành sương mù, nhu cầu lượng sơ cấp, lượng không tái tạo lượng tái tạo [3] Tiếp theo, thực phân loại mô tả đặc tính Q trình phân loại mơ tả đặc tính có tác dụng tách phân tích liệu thống kê cho phù hợp với loại tác động, q trình cịn lại khơng bắt buộc có tác dụng khiến cho kết LCA trở nên dễ hiểu đáng tin cậy công bố rộng rãi
Bước 4: Diễn giải kết đánh giá tác động
Tiêu chuẩn ISO 14043 quy định phân tích mang tính trọn vẹn (tất liệu cần diễn giải phải sẵn sàng hồn chỉnh), nhạy cảm khơng chắn (kết LCA bị ảnh hưởng tính khơng chắn liệu q trình thực LCA), quán (các giả định, phương pháp liệu quán với mục tiêu phạm vi nghiên cứu) trình bày trước diễn giải [12] Mục đích giai đoạn ước tính cần thiết hội để giảm thiểu tác động nhờ vào nhận biết, ước tính định chọn lựa để cải thiện môi trường sản xuất
2.2 Mô hình thơng tin cơng trình Những năm đầu thập kỷ 70, công nghệ với thuật ngữ Building Information Modeling (BIM) xuất ngành công nghiệp xây dựng, cơng nghệ sử dụng mơ hình ba chiều (3D) để tạo ra, phân tích truyền đạt thơng tin cơng trình Hiện có nhiều định nghĩa BIM khác giới, nhiên cách chung hiểu BIM tiến trình tạo dựng sử dụng mơ hình kỹ thuật số cho công việc thiết kế, xây dựng trình quản lý vận hành Hình [13] Như vậy, BIM không đơn phần mềm, mà BIM trình chứa mối liên hệ logic mặt khơng gian, kích thước, số lượng, vật liệu
phận cơng trình Nó giúp tích hợp thơng tin vật lý phận cơng trình với thơng 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 khơng bó hẹp theo cách hiểu đơn nhằm tạo phối cảnh ba chiều cơng trình sau thiết kế xong phục vụ cho giai đoạn thiết kế mà BIM nguồn lưu trữ cung cấp thông tin để làm sở vững cho việc định suốt vịng đời cơng trình xây dựng đó, từ giai đoạn thiết kế, thi công đến quản lý vận hành [14]
3 Tích hợp BIM LCA nhằm đánh giá vịng đời cơng trình nhà ở
Để thực phân tích LCA cần sử dụng nhiều thơng tin có liên quan tất giai đoạn suốt vịng đời cơng trình xây dựng Khi tiến hành phân tích LCA, thơng tin phải nhập thủ cơng gây lãng phí thời gian ảnh hưởng đến độ xác số liệu kết phân tích Bên cạnh đó, số liệu phải nhập lại nhiều lần tiến hành LCA thời điểm khác khau suốt tuổi thọ cơng trình xây dựng Với cơng trình tồn tại, thực LCA phải đối mặt với việc thiếu hụt phần lớn thông tin cách thức lưu trữ thông tin truyền thống nay, ảnh hưởng đến tính khả thi độ tin cậy kết phân tích Do vậy, việc số hóa lưu trữ thơng tin cơng trình phục vụ cho phân tích LCA trở nên quan trọng
Khi tích hợp BIM LCA, thơng tin hồn chỉnh suốt vịng đời cơng trình thể đầy đủ, chi tiết mơ hình 3D tạo phần mềm BIM, ví dụ Autodesk Revit Tất thơng
(4)Hình Tích hợp BIM LCA để đánh giá vịng đời cơng trình nhà ở
tin tồn dạng kỹ thuật số, lưu trữ trích xuất phục vụ phân tích LCA thời điểm suốt thời gian khai thác tòa nhà Như vậy, với ưu mình, BIM giải hạn chế thiếu hụt số liệu thực LCA, giúp tự động hóa q trình phân tích, tiết kiệm thời gian chi phí Sự tích hợp BIM-LCA thể Hình
Khi tích hợp BIM-LCA để đánh giá vịng đời cơng trình cần phối hợp nhịp nhàng chuyên gia hai lĩnh vực Chuyên gia LCA cần xác định rõ mục tiêu, phạm vi, ranh giới hệ thống; xác định cung cấp sở liệu có liên quan cho chuyên gia BIM số hóa thể mơ hình BIM Các chun gia BIM cần phân tích rõ thơng tin khơng thể số hóa mà bắt buộc phải nhập thủ cơng q trình phân tích LCA, giúp chun gia LCA tìm kiếm biện pháp lưu trữ thơng tin cho phù hợp Q trình phân tích LCA tự động hóa cách sử dụng ứng dụng chạy Autodesk Revit Tally nhằm tiết kiệm tối đa thời gian đảm bảo độ xác kết
4 Thuận lợi, khó khăn tích hợp BIM LCA nhằm đánh giá vịng đời cơng trình nhà ở tại Việt Nam giải pháp khắc phục
4.1 Thuận lợi khó khăn
(5)luật hướng dẫn, tạo hành lang cho việc đánh giá vịng đời cơng trình [7] áp dụng BIM lĩnh vực xây dựng [15,16] Tuy nhiên, điều kiện Việt Nam áp dụng tích hợp BIM-LCA thực tiễn gặp phải khó khăn, rào cản, bao gồm tồn khó khăn áp dụng BIM thiếu hụt thông tin phục vụ đánh giá LCA Cụ thể:
- Thiếu hụt nguồn nhân lực chất lượng cao, có đủ trình độ làm chủ cơng nghệ BIM LCA xây dựng;
- Trong phân tích sử dụng đồng thời nhiều chuyên gia nhiều lĩnh vực nên việc phối hợp bên liên quan việc thực phân tích LCA vấn đề tương đối khó khăn;
- Tốn chi phí cho việc đào tạo nhân ban đầu sử dụng phần mềm BIM chi phí mua quyền phần mềm;
- Thiếu hụt thông tin môi trường, tuổi thọ vật liệu, cấu kiện, thiết bị sử dụng cho cơng trình xây dựng; thông tin hiệu suất sử dụng lượng, nước giai đoạn xây dựng phá dỡ phục vụ cho q trình phân tích LCA; Q trình phân tích phải giả định nhiều số liệu thơng tin mơi trường cịn thiếu vật liệu, cự ly vận chuyển vật liệu, thiết bị…;
- Việc áp dụng gặp phải rào cản lớn nhận thức bên có liên quan Trong giai đoạn nay, bên liên quan chưa thực xem trọng khía cạnh mơi trường lựa chọn giải pháp thiết kế, chí từ chối khơng áp dụng khó khăn, phức tạp tốn đưa lại;
- Thiếu nghiên cứu hướng dẫn áp dụng tích hợp BIM-LCA để đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng Việt Nam
4.2 Giải pháp khắc phục
Để giải khó khăn nêu trên, tạo tiền đề cho việc áp dụng BIM-LCA để đánh giá vịng đời cơng trình nhà Việt Nam, cần thiết phải thực đồng giải pháp:
- Nhà nước cần có sách khuyến khích nghiên cứu có liên quan đến tích hợp BIM-LCA để đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng suốt vịng đời Các nghiên cứu cần hướng dẫn chi tiết cách áp dụng phương pháp cho loại cơng trình có ví dụ áp dụng cụ thể;
- Cần xây dựng sách khuyến khích, thúc đẩy phát triển xu hướng xây dựng xanh, xây dựng bền vững Việt Nam Khi xu hướng phát triển khiến phương pháp đánh giá tác động môi trường ngành Xây dựng phát triển, tất nhiên có phương pháp tích hợp BIM-LCA;
- Đối với việc thiếu hụt liệu, trước mắt áp dụng phương pháp vận dụng tương tự, chẳng hạn sử dụng số liệu loại vật liệu có tính chất tương đương cho q trình phân tích Về dài hạn, để đảm bảo mức độ tin cậy kết phân tích, Nhà nước cần nghiên cứu, công bố sở liệu môi trường, tuổi thọ loại vật liệu, thiết bị thơng dụng thường sử dụng cho cơng trình xây dựng Việt Nam;
- Các số liệu giai đoạn xây dựng phá dỡ ước tính gần thơng qua khối lượng cơng tác cần thực định mức hao phí ca máy Định mức dự toán hành Nhà nước công bố dựa số liệu từ cơng trình tương tự nhằm cung cấp liệu cho q trình phân tích;
- Cần đẩy mạnh giải pháp nhằm đào tạo, bồi dưỡng, nâng cao nhận thức trình độ đội ngũ nhân lực hoạt động ngành xây dựng mảng kiến thức có liên quan tới BIM LCA tạo tiền đề vững cho việc áp dụng BIM-LCA ngành xây dựng Các giải pháp áp dụng: lồng ghép mảng kiến thức vào chương trình giáo dục chuyên nghiệp, ví dụ dạy, hướng dẫn sử dụng Revit trường Đại học, Cao đẳng chuyên nghiệp đào tạo nhân lực cho ngành Xây dựng; lập forum, cộng đồng chia sẻ kinh nghiệm, thảo luận vấn đề có liên quan đến BIM, LCA tích hợp BIM-LCA nhằm đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng; có sách hỗ trợ cho hoạt động đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao để tạo nguồn chuyên gia chất lượng để cung cấp cho dự án phục vụ đào tạo đội ngũ kế cận
5 Kết luận
(6)của cơng trình xây dựng suốt vịng đời thơng qua số mơi trường Tích hợp BIM-LCA khắc phục thiếu hụt thông tin việc phải nhập liệu thủ công thực LCA, giúp tiết kiệm thời gian, chi phí nâng cao độ tin cậy kết phân tích Bài báo đưa gợi ý cho việc áp dụng phương pháp nhằm đánh giá vịng đời cơng trình nhà Việt Nam, rõ số thuận lợi khó khăn áp dụng điều kiện nay, từ đề xuất giải pháp khắc phục Các kết báo coi tiền đề để thực nghiên cứu sâu việc đánh giá vịng đời cơng trình xây dựng nói chung cơng trình nhà Việt Nam, tạo điều kiện cho việc đánh giá cơng trình xanh, hướng tới mục tiêu xây dựng bền vững thuận lợi
Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Viện Quản lý Đầu tư Xây dựng; tên dự án: thúc đẩy việc ứng dụng BIM Việt Nam; mã số IICMDA17108
Tài liệu tham khảo
1 Phillip F.G.B., Mohamad M.K., Gillian F.M (2009), "Life-Cycle Assessment and the Environmental Impact of Buildings: A Review", Sustainability 2009, 1(3):674-701; doi:10.3390/su1030674
2 Ben A., Chirjiv K A (2017), "Recent developments, future challenges and new research directions in LCA of buildings: A critical review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 67(2017):408-416
3 Karoline F., Mohammad N., Mariana P., Assed H., (2017), "Integration of BIM and LCA: evaluating the environmental impacts of building materials at an early stage of designing a typical office building", Journal of Building Engineering14 (2017)
4 Díaz J., Antón L.Á (2014), "Integration of LCA and BIM for Sustainable Construction", World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Social, Education, Economics and Manage-ment Engineering, 8(2014):1356-1360
5 Díaz J., Antón L.Á (2014), "Integration of life cycle assessment in a BIM environment", Procedia Engi-neering, 85(2014) 26-32.doi:10.1016/j.proeng.2014.10.525
6 Raidan A., Ahmad J (2012), "Integrating Building Information Modeling and Life Cycle Assessment tools to design Sustainable Buildings", Proceedings of the CIB W78 2012: 29th International Conference - Beirut, Lebanon, 17-19 October
7 TCVN ISO 14040:2009, Quản lý mơi trường - Đánh giá vịng đời sản phẩm - Nguyên tắc khuôn
khổ, Hà Nội
8 Braet J., Buyle M., Audenaert A (2013), "Life cycle assessment in the construction sector: a review",
Renewable & Sustainable Energy Reviews
9 Lídia R., Luisa F.C., Virginia V., Gabriel P., Albert C (2013), "Life cycle assessment (LCA) and life cycle energy analysis (LCEA) of buildings and the building sector: A review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 29(2014):394-416
10 Amanjeet S., George B., Satish J., Matt S (2011), "Review of life-cycle assessment applications in build-ing construction", Journal of Architectural Engineering, 17(2011):15-23
11 ISO 14040, Environmental management-Life cycle assessment-Principles and framework, International Organization for Standardization, Switzerland
12 ISO 14043:2000, Environmental management-Life cycle assessment-Life cycle interpretation, Interna-tional Organization for Standardization, Switzerland
13 Paul T., Chuck E., Rafael S., Kathleen L (2011), BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and contractors, John Wiley & Sons
14 Nguyễn Việt Hùng (2015), Nghiên cứu xây dựng lộ trình áp dụng Mơ hình thơng tin cơng trình (BIM)
nhằm nâng cao hiệu thiết kế, xây dựng quản lý cơng trình Việt Nam, Báo cáo kết nghiên cứu đề tài khoa học, mã số RD 03-14, Bộ Xây dựng
15 Bộ Xây dựng (2017), Quyết định số 204/QĐ-BXD ngày 21/3/2017 Bộ xây dựng việc Ban hành
Kế hoạch thực Đề án Áp dụng mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) hoạt động xây dựng quản lý vận hành cơng trình.
16 Chính phủ (2016), Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt