Áp dụng mô hình thông tin công trình hạ tầng kỹ thuật (InfraBIM) cho thiết kế hệ thống thoát nước mưa

Trong bài viết này, mô hình BIM được áp dụng cho công trình hạ tầng kỹ thuật (sau đây được gọi là InfraBIM) nhằm mô hình hóa các thiết kế hệ thống thoát nước mưa nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu. Các công trình thoát nước được áp dụng thiết kế bởi InfraBIM bao gồm bể ngầm chứa nước mưa và hệ thống cống thu gom cho một đô thị thuộc tỉnh Ninh Bình.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2021, 15 (4V): 133–144 ÁP DỤNG MƠ HÌNH THƠNG TIN CƠNG TRÌNH HẠ TẦNG KỸ THUẬT (INFRABIM) CHO THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA Lê Đức Mạnha , Đặng Thị Thanh Huyềna,∗ a Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08/7/2021, Sửa xong 23/9/2021, Chấp nhận đăng 23/9/2021 Tóm tắt Ở Việt Nam, mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) coi cách tiếp cận quan trọng giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế vận hành cơng trình xây dựng Trong báo này, mơ hình BIM áp dụng cho cơng trình hạ tầng kỹ thuật (sau gọi InfraBIM) nhằm mơ hình hố thiết kế hệ thống nước mưa nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu Các cơng trình nước áp dụng thiết kế InfraBIM bao gồm bể ngầm chứa nước mưa hệ thống cống thu gom cho đô thị thuộc tỉnh Ninh Bình Kết cho thấy áp dụng mơ hình InfraBIM giúp giảm thời gian tính tốn (do điều chỉnh liệu đầu vào nhanh, tối ưu hoá mơ hình thuỷ lực, giảm thời gian bóc tách dự toán, ), đánh giá nhiều phương án so với cách tính thơng thường thời gian Việc áp dụng InfraBIM nên nhân rộng áp dụng dự án xây dựng, phù hợp với xu hướng cách mạng công nghiệp 4.0 phát triển thị bền vững Từ khố: mơ hình InfraBIM; nước; thiết kế tối ưu; quy trình thực hiện; lợi ích APPLICATION OF INFRABIM FOR THE DESIGN OF DRAINAGE SYSTEMS Abstract In Vietnam, Building Information Modeling (BIM) has emerged as an important approach to optimize the design and operation processes for not only civil and industrial construction projects In this paper, BIM for infrastructure (InfraBIM) has been applied to illustrate the design of a sustainable drainage system to adapt to climate change The applied works include underground rainwater tanks and drain system for a city in Ninh Binh province The results show that applying InfraBIM model helped to reduce the design time (due to fast input data adjustment, hydraulic model optimization, reduction of bill and quantity time, etc.), evaluates many alternatives within the same design period in comparison with conventional design The application of InfraBIM should be recommended for application in construction projects, in line with the industrial revolution 4.0 in sustainable urban development today Keywords: BIM for Infrastructure (InfraBIM); drainage systems; optimal design; procedures; advantages https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(4V)-13 © 2021 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) Tổng quan Trong vòng thập kỷ vừa qua, mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) giới thiệu bước đầu ứng dụng Việt Nam BIM trình tạo, quản lý sử dụng thông tin cho dự án BIM công nghệ, sử dụng nhiều phần mềm, công cụ khác cho giai đoạn thực dự án xây ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: huyendtt@nuce.edu.vn (Huyền, Đ T T.) 133 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng dựng gồm (1) bắt đầu hình thành dự án, (2) thiết kế sơ bộ, (3) thiết kế kỹ thuật, (4) thi công, (5) chuyển giao, (6) quản lý vận hành [1] Đồng thời, môn sử dụng phần mềm khác để triển khai công việc đặc thù mơn Chẳng hạn, mơn Kiến trúc dùng phần mềm Revit Architectures, ArchiCAD, SketchUp, Rhino, Lumion, ; môn Kết cấu dùng Revit Structures, Tekla Structures, RAM Steel, ; môn Cơ Điện lựa chọn Revit MEP, Green Building Studio, AutoCAD MEP, cịn phạm vi cơng việc kỹ thuật hạ tầng sử dụng Infraworks, Civil 3D, Revit Ngồi ra, vai trị điều phối BIM cần dùng đến Navisworks, Dalux, hay số phần mềm dự toán khác dành cho lĩnh vực kinh tế xây dựng Do phải đầu tư phần mềm khác nhau, nguồn nhân lực có chuyên mơn kỹ cao, đầu tư phần cứng máy tính, thiết bị, phí quyền sử dụng phần mềm, khiến cho chi phí tồn dự án tăng lên khoảng 2,02% [2] Ứng dụng BIM có nhiều ưu điểm như: (i) giúp tăng cường khả phối hợp chia sẻ thông tin bên dự án, (ii) thiết kế, vận hành có tính xác, khơng chồng chéo; (iii) giải pháp thiết kế thi công thể rõ, lựa chọn linh hoạt; (iv) giảm thời gian thiết kế chi phí tính tốn tối ưu [3–5] (v) giảm rủi ro thiệt hại tiềm [6] Theo nhóm nghiên cứu Cheng [7], mơ hình thơng tin cơng trình hạ tầng kỹ thuật (InfraBIM) thuật ngữ thường sử dụng ngành xây dựng để việc áp dụng BIM cho cơng trình hạ tầng kỹ thuật hệ thống cấp, thoát nước, cầu, đường, hầm, Mơ hình InfraBIM đề cập tồn phần cịn lại báo nội dung báo liên quan đến thiết kế cơng trình hạ tầng Trong lĩnh vực hạ tầng nước, việc ứng dụng cơng nghệ InfraBIM gồm phần mềm Infraworks, Civil 3D, Revit đem đến lợi riêng việc cung cấp tảng thiết kế hiệu cho hệ thống thoát nước, nhiên, số vấn đề phát sinh trình sử dụng InfraBIM Thứ nhất, InfraBIM chứa số lượng lớn liệu thủy văn phục vụ thiết kế hệ thống nước, bao gồm xun suốt q trình thiết kế, xây dựng, quản lý ngân sách, Nếu số thơng số có vấn đề, khó sửa đổi Mặc dù truy vấn liệu thuận tiện hơn, phụ thuộc nhiều vào liệu thông số đầu vào Thứ hai, việc thiết kế cơng trình cấp nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan cơng trình ngầm khác, q trình thi cơng phụ thuộc vào giao thơng cơng trình trạng, Do đó, địi hỏi phải có hệ cơng cụ hỗ trợ để tìm kiếm phương pháp thiết kế tối ưu [4] Đồng thời việc áp dụng InfraBIM thiết kế hạ tầng cấp nước cần địi hỏi địa phương, nước phải bổ sung thêm tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định phù hợp [8, 9] Áp dụng InfraBIM thiết kế thi công công trình hạ tầng kỹ thuật khó cơng trình tồ nhà khối lượng mức độ phức tạp [10] Nhóm nghiên cứu Lê Hồi Nam, 2018 [10] ứng dụng InfraBIM cho cơng trình hạ tầng kỹ thuật nước ta chưa đề cập cách cụ thể chuyên sâu hệ thống văn pháp luật hướng dẫn tiêu chuẩn, quy chuẩn, định mức kỹ thuật liên quan Tuy vậy, Quyết định số 2500/QĐ-TTg Thủ tướng công bố năm 2016 nêu rõ tiến trình thực áp dụng mơ hình thơng tin cho cơng trình xây dựng Hướng dẫn tạm thời cho việc áp dụng mơ hình thơng tin cơng trình (BIM) giai đoạn thí điểm Bộ Xây dựng góp phần thúc đẩy việc áp dụng BIM số cơng trình hạ tầng kỹ thuật vịng 05 năm qua Mặc dù vậy, cơng trình chủ yếu cơng trình cầu, đường, hệ thống cấp nước tồ Bài báo giới thiệu quy trình ứng dụng phần mềm InfraBIM mơ hình hố, mơ thiết kế hệ thống thoát nước mưa (gồm đường ống thu gom bể ngầm chứa nước mưa) Cần lưu ý rằng, bể ngầm nước mưa ví dụ điển hình nước bền vững [11], giải pháp lựa chọn báo để ứng dụng InfraBIM cho việc thiết lập mơ hình trực quan, tự động cập nhật với thay đổi thiết kế kích thước hình học 134 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Phương pháp tính tốn thiết kế cơng trình nước dùng InfraBIM 2.1 Phương pháp nghiên cứu chung Việc áp dụng InfraBIM thực theo bước mơ tả Hình Sau tính tốn thiết kế sơ cơng trình hệ thống, nhóm tiến hành mơ hình hóa 3D cơng trình, đường ống phụ kiện phần mềm Revit 2020; kiểm tra xung đột mơ hình hệ thống nước với cơng trình khác kiến trúc, kết cấu Sau lập phối cảnh hệ thống đường ống thoát nước hạ tầng phần mềm Infraworks 2021 Từ đó, xuất liệu thơng số trắc dọc, thống kê khối lượng thiết bị, ống phụ kiện, khái toán kinh tế Trên sở số liệu có, thay đổi phương án để đổi môiMọi trường liệutin, chung giaotrong diện Cloud Hìnhtriển 1, thấymơ hình InfraBIM tối ưu hố thiết bị thuỷ lực thơng dữqualiệu qQua trình khai phần mềm sử dụng trình thiết kế phần mềm Revit, trao đổi môi trường liệu chung qua giao diện Cloud Qua Hình 1, thấy phần Infraworks, Civil 3D, Excel mềm sử dụng trình thiết kế phần mềm Revit, Infraworks, Civil 3D, Excel Hình Các bước tính tốn thiết kế cơng trình nước mưa dùng InfraBIM (CT: cơng trình) Hình Các bước tính tốn thiết kế cơng trình nước mưa dùng InfraBIM (CT: cơng trình) 2.2 Mơ tả khu vực nghiên cứu 2.2 Mô tả khu vực nghiên cứu: Bài báo áp dụng cơng nghệ InfraBIM để mơ hình hoá cho giải pháp thiết kế hệ thống cống thu gom bể chứa ngầm nước mưa cho khu vực công viên Khủng Long, thuộc khu đô thị Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình Diện tích khu vực Cơng viên4Khủng long cơng trình vui chơi, giải trí với quy mơ đầu tư lớn, tọa lạc Quảng trường 3, phường Ninh Khánh, thành phố Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình hay thuộc Phân khu 1-1-A quy hoạch chung Đơ thị Ninh Bình Địa điểm chọn để thiết kế lắp đặt bể ngầm chứa nước mưa, chống ngập lụt cho vùng dân cư đô thị xung quanh, theo tiêu chí thiết kế cơng trình nước bền vững, ứng phó với biến đổi khí hậu [11, 12] 135 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn Bên cạnh tn thủ tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7957:2008, việc tính tốn thủy lực kết hợp đưa vào phần mềm FlowHy truy xuất kết dạng bảng tính Excel a Tính tốn đường ống thu gom nước mưa Tính tốn lưu lượng dịng chảy nước mưa tuyến cống thực chất việc tính tốn lưu lượng lớn sinh diện tích lưu vực phục vụ tuyến cống mặt cắt cửa Lưu lượng lớn phụ thuộc vào trình mưa, trình tổn thất ngấm bốc hơi, trình tập trung nước tuyến cửa (hay cịn gọi trình tập trung nước từ điểm xa lưu vực đến điểm cuối tuyến cống tính toán) - Lựa chọn tuyến ống thu gom nước mưa phục vụ phần lưu vực công viên đánh dấu Hình - Diện tích lưu vực lựa chọn tính tốn khoảng 10.000 (m2 ), loại mặt phủ bao gồm cỏ với diện tích phủ xanh 1.240,136 Hình Lưu lựa chọn lực tuyến ốnglựcđiển hình thu gom Hình Lưu vựctính đượcthủy lựa chọn tính thủy tuyến (m2 ) bê tơng rỗng xốp kết hợp sỏi với diện tích vực ống điển hình thu gom nước mưa mưa 4.759,864 (m ), cịn lại bê tơng thường Đối với loại mặt cỏ, phần nước Đối với mưa loại mặt cỏ, phần nước mưa ngấm xuống đất, lại ngấm xuống đất, lại bố trí cầu thu mưa Trên bề mặt bê tơng rỗng xốp sỏi, bố trí cầu thu mưa Trên bề mặt bê tông rỗng xốp sỏi, bố trí giếng thu giếng thu nước mưa (catch basin) mưa basin) Nước mưa từ bề mặt cỏ gom vào(catch cầu thu mưa, theo đường ống tự chảy đến giếng thu nước mưa (catch basin) Tại cũngNước thu nước bề mặt tông kết hợp sỏi,đường ống tự mưa mưa từ bềchảy mặt cỏ gombêvào quảrỗng cầu xốp thu mưa, theo nước mưa theo đường ống tự chảy đếnđến cácgiếng giếngthu thăm nước mưa (catch basin) Tại thu nước mưa chảy t - Áp dụng cơng thức (1) để tính mặt cường độ mưa tínhxốp tốnkếtđãhợp trình bày bên mưa để định ống lưu tự chảy đế bê tông rỗng sỏi, nước theoxác đường lượng nước mưa chảy vào ống: giếng thăm q20 × (20 b)n ×cơng (1 + C × lg - Áp+dụng thức (1)P)để×tính cường độ mưa tính tốn trình q= f (l/s) (1) bày bên t n (t + b) xác định lưu lượng nước mưa chảy vào ống: # ×()&*×+,-) hệ số q20 = 4930, b = 19, n = 0,8, C = 0,48, !hằng số khí hậu tham khảo từ số liệu ×($%&') q = !" × f (l/s) trạm Ninh Bình (TCVN 7957:2008); P chu kỳ lặp lại mưa (năm) (.&') t #là thời gian mưa (phút) hệ số q20 = 4930, b = 19, n = 0,8, C = 0,48, số k số liệu Bìnhcong (TCVN chu kỳ lặp l Bể chứa nước mưa tính tốntham theokhảo lượngtừmưa tíchtrạm luỹ Ninh từ đường dựa7957:2008); đường cong PIDF mưa (năm) vàcho t thời địa gianphương mưa (phút) (Rainfall Intensive Duration Frequency curve) tính Thể tích bể lưu trữ nước mưa tính theo lượng mưa tích luỹ dựa theo cơng thức (2): b Tính tốn bể chứa nước mưa b Tính tốn bể chứa nước mưa V = F × qtt × ϕ × t (m3 ) (2) Bể chứa nước mưa tính tốn theo lượng mưa tích luỹ từ đường F diện tích lưu vực thu nước (m ); qtt cong cường mưa tíchIntensive luỹ (mm/giờ) dựa đường curve) tín dựa đường IDFđộ(Rainfall Duration Frequency cong IDF (Rainfall Intensive Duration Frequency curve) địa phương tính tốn; ϕ hệ số dòng địa phương chảy mặt; t thời gian mưa tính tốn (giờ) Thể tích bể lưu trữ nước mưa tính theo lượng mưa tích luỹ dựa theo 136 thức (2): Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.4 Thiết lập mơ hình phần mềm Revit 2020 a Thiết lập hệ thống đường ống Sử dụng phần mềm Revit 2020 để thiết lập hệ đường ống thoát nước mưa Để thiết lập chủng loại đường ống, chọn Type Properties để gán tham số phụ kiện đường ống Pipe segment chọn loại ống nhà cung cấp để thiết lập phụ kiện ống phía sau chuẩn cho hệ thống đường ống thiết lập Các phụ kiện ống tạo lập Load family từ Template mặc định phần mềm Revit 2020 mục Pipe Fittings Lưu ý loại vật liệu ống phụ tùng cần xác định rõ từ bước này, đơn vị sản xuất cung cấp, với đặc điểm ống phụ tùng cụ thể b Thiết lập dải đường kính ống độ dốc Từ bảng Routing Preferences trình thiết lập chủng loại ống Pipe Types, chọn Segments and Sizes để tạo dải đường kính dải độ dốc mơ hình 3D đường ống nước mưa Thơng tin độ nhám nhập đầy đủ, theo thông tin loại ống nhà sản xuất lựa chọn Khi mơ hình hố 3D hệ thống ống nước mưa, chọn System > Pipe (hoặc lệnh PI theo cài đặt mặc định phần mềm Revit) để vẽ ống Khi đến góc ngoặt, hay thay đổi đường kính, độ dốc ống, lựa chọn giá trị thiết lập mơ hình 3D ống tự động cập nhật theo tùy chỉnh Ống thoát nước khác với ống cấp nước có độ dốc, nên kết nối góc chếch 45◦ , nên cần ý cập nhật thông tin độ dốc, xác định đoạn ống cụt (Cap Open Ends) 2.5 Mô phần mềm Infraworks 2021 Để mơ tuyến ống nước, chọn đoạn đường phố áp dụng công cụ Add Drainage Network Thao tác tự động tạo sơ đồ bố trí tuyến ống nước ban đầu, sơ cho đường thành phần chọn Điều chỉnh cấu trúc vật liệu tuyến ống thoát nước, bao gồm cửa xả cần Sử dụng Rain content để quản lý liệu trận mưa địa phương, định liệu lượng mưa theo mơ hình cụ thể để thiết kế hệ thống nước xác Kết thảo luận 3.1 Kết tính tốn mơ hình 3D thiết bị, cấu kiện cho cơng trình nước Trong phạm vi báo nhấn mạnh kết áp dụng mơ hình InfraBIM chủ yếu, phần kết tính tốn thuỷ lực cơng trình trình bày ngắn gọn sau a Bể ngầm chứa nước mưa Như giới thiệu trên, thể tích bể lưu trữ nước mưa tính theo lượng mưa tích luỹ dựa theo đường cong IDF (Rainfall Intensive Duration Frequency curve) [13] Lượng mưa tiếp nhận trung bình qtt = 50 mm/giờ Φ hệ số dịng chảy xác đinh phụ thuộc tính chất mặt phủ lưu vực tính tốn chu kỳ lặp lại trận mưa tính tốn, = 0,63; t: thời gian mưa Khi thể tích bể lưu trữ nước mưa 1260 m3 Lựa chọn xây dựng 02 bể ngầm chứa nước mưa kiểu module lắp ghép với tổng dung tích phục vụ 1260 (m3 ), sử dụng module chứa nước thiết kế dạng khối rỗng, nhiều mảnh ghép lại với thành khối, sản xuất vật liệu nhựa tái chế có trọng lượng nhẹ, kích thước linh hoạt Xung quanh bể đáy có gia cố phủ lớp vải địa kỹ thuật, ngăn nước thấm xung quanh Bể đảm bảo chống ngập nhờ ống tràn có gắn van chiều, đấu nối đến hố ga hữu Dung tích bể 630 (m3 ), xây dựng ngầm bãi đỗ xe cơng viên Kích thước bể: chiều rộng × chiều dài × chiều cao = 15 m × 20 m × 2,1 m 137 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng b Tính tốn tuyến ống nước Tuyến cống nước tính tốn cho lưu vực nghiên cứu điển hình thu gom nước mưa đổ vào bể ngầm chứa nước mưa, phần nước mưa tràn từ bể chứa nước mưa đổ vào cống nước mưa gần Các tuyến cống có đường kính từ D300mm, với độ sâu chôn cống từ 1,03 m đến 1,69 m c Mô tính tốn InfraBIM Sau có kết tính tốn từ phần mềm FlowHy, liệu xuất dạng file Excel (.xlsx) Sau đó, nhóm nghiên cứu tiến hành nhập liệu vào hệ thống InfraBIM cách chèn tập tin định dạng (.xlsx) vào phần mềm Revit Lúc giao diện Revit, bảng kết thể mục Schedule định dạng (.rvt) Dữ liệu từ bảng Schedule cập nhật theo lọc thiết lập nhóm nghiên cứu phần mềm Revit, số liệu thuộc nhóm lọc tự động gán cho đặc tính cấu kiện theo lọc tương ứng Ví dụ, kết đường kính ống bảng Schedule tự động gán cho mục Diameter bảng đặc tính (Properties) mơ hình đường ống tương ứng với tên lọc (Filter) Sau tạo lập mơ hình 3D cơng trình thiết bị, thiết bị dạng (.rvt) tạo lập mơ hình 3D cơng trình thiết bị, thiết bị truy xuất sang phần mềmSau Infraworks thao tác Add-in cơng cụ Mơ hình sau truy dạng (.rvt) truy xuất sang phần mềm Infraworks thao tác Add-in xuất có định dạng (.dae) nhóm nghiên cứu tiếnxuất hành chèn phần mềm Infraworks để cơng cụ Mơ hình sau truy có định dạng file (.dae)(.dae) nhómvào nghiên tiến hành chèn file (.dae)với vào phần Infraworks để thao tác đặt, phối thao tác đặt, phốicứu cảnh hạ tầng cảnhmềm quan đô thị cảnh hạ tầng với cảnh quan đô thị Hình Mơ thống mưamưa cácvàcơng liêntrình quan liên quan Hình Mơ hệhệthống thốtnước nước cáctrình cơng Hình mơ tuyến ống thu gom nước (màu xanh), bể ngầm chứa nước mưa giếng nước mưa phần mềm Infraworks tuyến (màu ốngxám) thu vàgom nướcthu(màu xanh), bể ngầm chứa nước 2021 Hình mơ mưa (màu xám) giếng thu nước mưa phần mềm Infraworks 2021 Cầu thu mưa có chức thu nước mưa bề mặt, loại bỏ rác vào hệ Cầu thu mưa có chức thu nước mưa bề mặt, loại bỏ rác vào hệ thống đường ống Lựa chọn thống đường ống Lựa chọn cầu thu nước mưa trục đứng, đường kính kết nối ống cầu thu nước mưa trục đứng, đường kính kếtnước nốimưa ống 100 mm sốlàlượng 100mm Tổng số lượng cầu thu phục vụ lưu vực Tổng công viên 96 cấu cầu thu nước mưa phục kiện vụ lưu vực công viên 96 cấu kiện Để thu nhận nước mưa vào mạng lưới cống ngầm, cần xây dựng giếng thu nước mưa, có nắp cống đặt bề mặt lưu vực, vị trí thấp rãnh ven đường, ngã giao (Hình 4) Đối với khu vực nghiên cứu, thể tích trữ nước giếng thu nước mưa chọn sơ m3 , tổng cộng có 62 giếng thu nước mưa lưu vực cơng viên Giếng thăm có chức kiểm tra chế độ làm việc cống thoát nước, nạo vét, sửa chữa thơng hệ thống (Hình 5) Giếng thăm bố trí chỗ thay đổi hướng tuyến, thay đổi độ dốc (b) (a) đường kính cống, nơi cống gặp Ngồi ra, cịn đặt giếng thăm theo khoảng cách Tổng cộng có 20 giếng thăm bố trí khu vực nghiên cứu 138 ớc mưa, có nắp cống bềcómặt vực, vị trí mưa thấp bề củamặt, rãnh ven Cầuđặt thutrên mưa chứclưu nước loại bỏống rác vào h ng đường ống Lựa chọn thutiết nước trụcthu đứng, đường kết nối Hình cầu Chi cầu mưa thu mưa 2D (a) sau khikính áp dụng InfraBIM (b) , ngã giaothống nhauđường (Hìnhống 4) Lựa Đốichọn với cầu khuthu vực nghiên cứu, thể đường tích trữ nước mưa trục đứng, kính kết nối ốn mm Tổng số lượng cầu thu nước mưa phục vụ lưu vực công viên 96 cấu 3mạng Để thu số nhận nước mưa lưới cống cầncông xây các96giến 100mm Tổng lượng thu nước mưa phục vụngầm, lưu vực viên cấ giếng thu nước mưa chọn sơcầu vào 4m , tổng cộng có 62 giếng thudựng n Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thu cơng nước viên mưa, có nắp cống đặt bề mặt lưu vực, vị trí thấp rãnh ve kiện mưa lưu vực đường, ngã giao (Hình 4) Đối với khu vực nghiên cứu, thể tích tr nước giếng thu nước mưa chọn sơ 4m3, tổng cộng có 62 giếng th nước mưa lưu vực cơng viên Hình Chi tiết cầu thu mưa 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Hình Chi tiết cầu thu mưa 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Để thu nhận nước mưa vào mạng lưới cống ngầm, cần xây dựng giếng Để thu nhận nước mưa vào mạng lưới cống ngầm, cần xây dựng giếng thu nước mưa, có nắp cống đặt bề mặt lưu vực, vị trí thấp rãnh ven thu nước mưa, có nắp cống đặt bề mặt lưu vực, vị trí thấp rãnh ven đường, ngã giao (Hình 4) Đối với khu vực nghiên cứu, thể tích trữ đường, ngã giao (a) (Hình 4) Đối với khu vực (b) nghiên cứu, thể tích trữ (a) mưa chọn sơ 4m3, tổng nước giếng thu nước cộng có 62(b) giếng thu nước giếng thu nước mưa chọn sơ 4m(b) , tổng cộng có 62 giếng thu (a) Hìnhlưu Chi cầu thu mưa 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) nước mưa vựctiếtcông viên nước mưa lưu vực công viên (a) (b) Chi tiết giếng thu nước mưa (a) 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b)(b) Hình Chikiểm tiết giếng thu nước mưa 2D (a) sau ápnước, dụng InfraBIM (b) Giếng thăm có chức tra chế độ làm việc cống t, sửa chữa thơng hệ thăm thốngcó(Hình 5) Giếng thăm trí chỗ Giếng chức kiểm tra chế độ làmbốviệc cống thoát nướ vét,đổi sửađộ chữa và thơng hệ thống (Hình Giếngnơi thăm bố trí ch ổi hướng tuyến,nạo thay dốc đường kính cống, 5) cống thay hướng tuyến, thay đổi độ dốc đường kính nơi cốn au Ngồi ra, cịn đặtđổi giếng thăm có cống, 20 giếng (a) theo khoảng cách Tổng cộng (b) (b) (b) (a) (a) Ngồi ra, cịn đặt giếng thăm theo khoảng cách Tổng cộng có 20 giến bố trí tronggặp khu vực nghiên cứu Hình Chi tiết giếng thu nước mưa 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) bố vực cứu Hình 5.tiết Chigiếng tiếttrí giếng thukhu nước mưa 2Dvà (a)sau sau dụng áp dụng InfraBIM Hìnhthăm Chiđược thu nước mưa 2Dnghiên (a) áp InfraBIM (b)(b) có chức tra chế độ làm cống nước, GiếngGiếng thăm thăm có chức năngnăng kiểmkiểm tra chế độ làm việcviệc củacủa cống thoát nước, nạosửa vét,chữa sửa chữa thơng hơithống hệ thống (Hình 5) Giếng thăm bố ởtríchỗ chỗ nạo vét, thơng hệ (Hình 5) Giếng thăm bố trí thayhướng đổi hướng đổidốc độ dốc đường cống, cống thay đổi tuyến,tuyến, thay thay đổi độ đường kínhkính cống, nơinơi cống gặp ra,đặt cịngiếng đặt giếng khoảng cách Tổng cộng có giếng 20 giếng gặp NgồiNgồi ra, cịn thămthăm theotheo khoảng cách Tổng cộng có 20 trí khu nghiên vực nghiên thăm thăm được bố tríbố khu vực cứu.cứu (a) (a) (a) (b) (b) (b) Hình Mơ hình giếng thăm 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Hình Mơ hình giếng thăm 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Hình Mơ hình giếng thăm 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Hình thể mơ tồn cảnh hệ thống phần mềm Infraworks 202 thể mô toàn cảnh(a)hệ thống 2021 139 phần mềm Infraworks (b) (b) (a) Hình Mơ hình giếng thăm 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Hình Mơ hình giếng thăm 2D (a) sau áp dụng InfraBIM (b) Hình thể mơ tồn cảnh hệ thống phần mềm Infraworks 2021 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình thể mơ tồn cảnh hệ thống phần mềm Infraworks 2021 Hình tồnbộ bộhệ hệthống thống Hình7.7.Mơ Mơphỏng phối phối cảnh cảnh tồn Bên cạnh đó, kết thống kê khối lượng thao tác mục Schedule Bên cạnhphần đó, kết thống kê khối mềm Revit Bảng khốilượng lượngđược đượcthao truy tác xuấttrong dướimục dạngSchedule (.txt) chènphần vào mềm Revit Bảng khối lượng truy xuất dạng (.txt) chèn vào phần mềm Excel để đọc phần mềm Excel để đọc kết dạng (.xlsx) để thực khái toán kinh tếkết dạng (.xlsx) (Bảng để thực 1).hiện khái toán kinh tế (Bảng 1) Bảng Khối lượng bóc bóc tách tách cho tuyến cống cống thu gom mơ hình Bảng Khối lượng cho tuyến thunước gom mưa nướctừmưa từ mơInfraBIM hình InfraBIM Ống/thiết bị Ống/thiết bị Kiểu loại Kiểu loại Tổng chiều dài (m)/ KíchTổng cỡ (mm) Chiều dài Kích cỡ Số lượng (chiếc) (m)/ /Số lượng (mm) 300 Nhựa Tiền Phong uPVC Class Ống thoát nước 3501 Ống thoát Nhựa Tiền Phong 400 nước uPVC Class 450 Giếng thu nước mưa Bê tông Giếng thu Bê tông (m3) nước mưa Giếng thăm Giếng thăm Bê tông Bê tông (m3) liệu Nhựa lắp ghép Bể chứa nước mưa Bể chứa Vật liệu Vật nhựa/Module 650 (m ) nước mưa /Module lắp ghép (chiếc) 300 350 854 400 272 450 866 300 854 272 866 300 (m3 ) 62 (m3 )20 20 650 (m32) 62 3.2 Nhận xét thảo luận: 3.2 Nhận xét thảo luận Kết nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ InfraBIM để mô Kết nghiêncác cứuthiết chokếthấy việc ápthốt dụngnước cơngmưa nghệcho InfraBIM mơ cáclạithiết kế cơng cơng trình khu vực để nghiên cứu đem trình nước mưa cho khu vực nghiên cứu đem lại hiệu tốt Cụ thể đánh giá thể hiệu tốt Cụ thể đánh giá thể Bảng Bảng Bảng giá hiệu sử dụng mơ hình cứuhình điểnInfraBIM giúp Một số hiệu quả2.cóĐánh thể đánh giá cụ thể sau Thứ InfraBIM nhất, việccho áp nghiên dụng mô cho phần thiết kế có tính hợp tác cập nhật giữahình bên liên quan trình thiết kế InfraBIM sử dụng để xây dựng mơ hình 3D lưu chứa thơng tin hình học thơng tin phi hình học hệ thống nước mưa Chẳng hạn khối lượng đất san thoát nước mưa hay kích thước giếng thu nước mưa thông tin khác giúp người quản lý thu thập từ mơ hình InfraBIM, liệu chun sâu khác hồn tồn truyền trực tiếp Mơ hình cập nhật tự động thực thay đổi vài liệu, tham số hay chí phương án thiết kế 11 Tất bên liên quan truy cập, kiểm tra môi trường liệu chung, điều giúp 140 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Đánh giá hiệu sử dụng mơ hình InfraBIM cho nghiên cứu điển hình STT Nội dung đánh giá Dùng phương pháp truyền thống (AutoCAD 2D, bóc tách khối lượng thủ cơng) Dùng mơ hình InfraBIM (gồm Revit, Civil 3D, Infraworks) Thời gian tính tốn thuyết minh vẽ kỹ thuật sơ Giống Giống Thời gian bóc tách khối lượng Dài phải đếm hạng mục tính tốn Thống kế vất vả thay đổi phương án thiết kế Giảm khoảng 80% thời gian so với phương pháp truyền thống dùng lệnh xuất bảng khối lượng bao gồm tồn đối tượng mơ hình hóa Khi thay đổi phương án, bảng thống kê tự động cập nhật số lượng, đặc tính đối tượng theo phương án Số phương án thực thời gian - Một phương án - Khả điều chỉnh tối ưu phương án khó lần thay đổi phương án cần bóc tách lại khối lượng tính kinh phí lại - Nhiều phương án (Hiệu rõ cần thay đổi phương án) - Thực thay đổi phương án dễ dàng phát bất hợp lý mơ hình hố, kiểm sốt chênh lệch chi phí phương án cũ phương án cập nhật - Do đó, tổng thời gian thiết kế giảm khoảng 15% thực tối ưu hoá trình thiết kế Khả kiểm tra va chạm với hệ thống hạ tầng KT khác Cần phải xem nhiều loại vẽ riêng biệt khác nhau: vẽ kiến trúc, kết cấu, điện, thoát nước, khó quan sát, kéo dài thời gian phát khắc phục va chạm Do vẽ 3D hạ tầng nước có kết hợp vẽ kết cấu, kiến trúc, điện xuất vẽ/mơ hình, nên nhận khơng hợp lý bố trí cơng trình, nhanh chóng điều chỉnh tối ưu phương án Tăng cường trao đổi liệu bên Chậm thời gian phải gửi vẽ cho bên liên quan, phải chờ phản hồi, cập nhật thông tin triển khai tiến độ cơng việc Môi trường liệu chung (CDE – Common Data Environment) cho phép nhiều bên xem lúc góp ý, chỉnh sửa Dễ dàng thao tác, truy cập để xem, chỉnh sửa phiên cập nhật Các bên liên quan đóng góp thơng tin, vẽ có cập nhật lên CDE theo lịch phân cơng, từ kiểm sốt kế hoạch cơng việc Giảm thiểu chất thải xây dựng Có rủi ro phát sinh chất thải nhiều chưa lường trước sai lầm va chạm cơng trình khác Do phát sớm va chạm bên, nên giảm thiểu rủi ro làm sai, không cần phá rỡ cơng trình lắp lại đường ống Quản lý vẽ Chỉ lưu trữ máy tính phải chia sẻ, bị giới hạn dung lượng, cần đội ngũ công nghệ thông tin quản lý thư mục Có thể lưu trữ Cloud, khơng bị giới hạn dung lượng, bảo mật tốt, cần bỏ chi phí quyền ban đầu, tự động nhận thơng tin có thay đổi, cập nhật thư mục bên liên quan Khắc phục cố vận hành Mất thời gian tra cứu thông tin từ vẽ khác Nhanh thơng tin hình học thơng tin phi hình học từ BIM đầy đủ (từ kết cấu đến thiết bị, loại thiết bị, kích thước thiết bị, nhà sản xuất, thời gian bảo hành, đơn vị bảo hành, ) đơn giản hóa quy trình trao đổi tài liệu thúc đẩy dịng cơng việc theo quy trình liên kết chặt chẽ Nếu mơ hình bên liên quan truy cập sửa đổi phương án thiết kế, bên khác hồn tồn thơng báo kịp thời thảo luận thay đổi nhằm nâng cao hiệu hợp tác thiết kế 141 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Thứ hai, thiết kế trực quan Thiết kế thoát nước hạ tầng truyền thống chủ yếu dựa hệ thống AutoCAD, thông tin đồ quy hoạch, thông tin cao độ san hay thơng tin trắc đặc địa hình Để xác định hợp lý đặc điểm kiến trúc kết cấu phải nhà thiết kế nước hạ tầng khơi phục tích hợp Nếu gặp phải cấu trúc địa hình, đường xá phức tạp cần bù khoảng thời gian, trường hợp này, việc truyền liệu gây biến dạng liệu Nếu liệu thông tin 3D dự án áp dụng InfraBIM, công nghệ trực quan truyền tải tốt nhiều Khi có mức độ khác biệt định thiết kế, mơ hình nước thường phân chia theo tuyến ống dựa vào địa hình thiết kế, thiết kế thoát nước hạ tầng chủ yếu dựa thiết kế san Nếu thay đổi cục bộ, tất số liệu trắc dọc, trắc ngang bị ảnh hưởng Cao độ sở mơ hình thiết kế nước truyền thống, hệ thống đường bị chia cắt, trường hợp có thay đổi nhỏ ảnh hưởng đến số vẽ Nhưng áp dụng InfraBIM, liệu cục thay đổi, liệu khác cập nhật tự động việc kiểm soát hệ thống thuận tiện Thứ ba, Autodesk [14] phát triển phần mềm Revit Infraworks cho InfraBIM, giúp người dùng có khả xây dựng trì mơ hình có chất lượng hiệu lượng tốt Trong mơ hình Revit, tất thuộc tính 2D, 3D, bảng liệu, bảng thống kê, vẽ, lưu dạng thông tin công trình giống Nếu thơng số mơ hình Revit sửa đổi, thành phần cơng trình liên kết hướng dẫn thiết kế vị trí khác nhau; tuyến ống nước thiết kế sửa đổi tinh chỉnh tham số lúc nội dung sở liệu cập nhật tự động Kết chạy mơ hình nghiên cứu sửa đổi cập nhật dễ dàng mô hình InfraBIM phần mềm Excel ThứChiều tư, cao thiếtthơng kế đường InfraBIM thốtInfraBIM nước mưa bền vẽ thủyống củaThơng đườngqua ốngmơcóhình thể hiểncho thịthiết trựckế quan vững, nghiên qua cơng nhiều liênĐối kết thơng củađột đường có nhóm thể đáp ứngcứu nhubỏcầu việc với vẽ Chiều tồn tạicaocủa cácthủy xung ống hiển thị trực quan InfraBIM đáp ứng nhu cầu công việc Đối với tồn đề khác q trình thiết nhóm củavấn xung đột vấntrong đề khác qkế, trình thiết nghiên kế, nhómcứu nghiên cứuđược có thểxác đượcđịnh xác định cách sử dụng mơ thử nghiệm mơ hình InfraBIM, đồng thời cách sử dụng mơ thử nghiệm mơ hình InfraBIM, đồng thời chương trình thựcchương cáctrình thay đổi điều chỉnh kịphiện thời.các thay đổi điều chỉnh kịp thời thực Hình Kiến trúc cảnh quan công viên phối hợp để kiểm tra va chạm với hệ thống nước Hình Kiến trúc cảnh quan cơng viên phối hợp để kiểm tra va chạmCông với hệ thống có nước Thứ năm cài đặt mô nghệ InfraBIM thể cung cấp hướng dẫn vận hành thiết kế tiêu chuẩn hóa cho nhà thiết kế thoát nước mưa bền vững Đặc biệt việc bố trí đường ống phức tạp, hạn chế không gian, dễ gây cố lắp đặt Việc lắp đặt đường ống hiệu giúp kiểm sốt tiến dự án cơngCơng việc thiết kế InfraBIM có mơnthể khác Thứđộnăm càiđiều đặt phối mơ nghệ cung cấpVí dụ, 142 hóa cho nhà thiết kế nước hướng dẫn vận hành thiết kế tiêu chuẩn mưa bền vững Đặc biệt việc bố trí đường ống phức tạp, hạn chế không gian, dễ gây cố lắp đặt Việc lắp đặt đường ống hiệu giúp kiểm soát Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng dự án thiết kế thoát nước mưa bền vững đề cập báo này, công nghệ InfraBIM sử dụng để mơ q trình hồn thiện lắp đặt đường ống Đầu tiên, xác định vị trí giếng thăm, giếng thu nước mưa, cầu thu mưa, hình ảnh 3D di chuyển trực tuyến ống, mà không cần phải xác định mặt vẽ Hệ thống thoát nước mưa bền vững tạo mơ hình, sau cơng nghệ InfraBIM chỉnh sửa để bổ sung cấu kiện lưu trữ nước mưa bể chứa ngầm; cuối cùng, chức mô ảo với phối cảnh cối, xe cộ, người, công nghệ InfraBIM sử dụng để kiểm tra thẩm mỹ cảnh quan hiệu hệ thống thoát nước Cuối cùng, bảng thống kê thiết bị, vật liệu Trước đây, việc đo đạc từ AutoCAD bảng thơng tin vật tư cơng trình nước cồng kềnh dễ bị nhầm lẫn q trình bóc tách khối lượng Dữ liệu ban đầu phải tiến hành thống kê lại lần vẽ thiết kế chỉnh sửa Việc sử dụng cơng nghệ InfraBIM chấm dứt tình trạng này, thơng tin liên quan đến hệ thống kỹ thuật lưu trữ sở liệu InfraBIM, thông tin liên quan đến vật liệu, kích thước dễ tìm liệu trích để lập khái tốn kinh phí cho hạng mục cơng trình Nói chung, hiệu áp dụng InfraBIM để mô thiết kế cơng trình hạ tầng đánh giá tốt nghiên cứu trước Năm 2019, nhóm nghiên cứu Đại học Kiến trúc thấy áp dụng phần mềm Revit thiết kế cơng trình nước thay cho phần mềm AutoCAD 2D thơng thường tiết kiệm 27% thời gian thiết kế 87% thời gian bóc dự tốn [15] Đồng thời, ứng dụng BIM giúp phát hiệu rủi ro ảnh hưởng đến hệ thống cống nước ngầm phía tồ nhà, sụt lún cơng trình [16] Kết luận Qua áp dụng công nghệ InfraBIM cho khu vực nghiên cứu, nhóm nghiên cứu thấy phần mềm InfraBIM công cụ hữu hiệu để thể dự án cách xác tồn diện Tất nhiên, với cơng trình phức tạp địi hịi nhiều vẽ thơng tin đầu vào từ nhiều bên liên quan để thiết kế xác Tuy nhiên, điều thấy rõ việc áp dụng InfraBIM giúp nhóm phải làm lại Đặc biệt, nghiên cứu InfraBIM giúp giảm khoảng 15% thời gian thiết kế, 80% thời gian bóc tách khối lượng so với dùng phần mềm AutoCAD Tài liệu tham khảo ˇ ˇ [1] Vilutien˙e, T., Sarkien˙ e, E., Sarka, V., Kiaulakis, A (2020) BIM Application in Infrastructure Projects The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 15(3):74–92 [2] Salih, S (2012) The Impact of BIM/VDC on ROI; Developing a Financial Model for Savings and ROI Calculation of Construction Projects Master of Science Thesis KTH Royal Institute of Technology, Stockholm [3] Sanchez, A., Kraatz, J., Hampson, K., Loganathan, S (2014) BIM for sustainable whole-of-life transport infrastructure asset management Proceedings of the 2014 IPWEA Sustainability in Public Works Conference, The Institute of Public Works Engineering Australasia (IPWEA), 1–7 [4] Wei, T., Chen, G., Wang, J (2017) Application of BIM Technology in Building Water Supply and Drainage Design IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 100:012117 [5] Yin, X., Liu, H., Chen, Y., Al-Hussein, M (2019) Building information modelling for off-site construction: Review and future directions Automation in Construction, 101:72–91 [6] Zhang, S., Sulankivi, K., Kiviniemi, M., Romo, I., Eastman, C M., Teizer, J (2015) BIM-based fall hazard identification and prevention in construction safety planning Safety Science, 72:31–45 143 Mạnh, L Đ., Huyền, Đ T T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [7] Cheng, J C., Lu, Q., Deng, Y (2016) Analytical review and evaluation of civil information modeling Automation in Construction, 67:31–47 [8] Yang, R., Song, W (2015) BIM for Building Water Supply and Drainage Design Proceedings of the 2015 International Conference on Automation, Mechanical Control and Computational Engineering, Atlantis Press [9] Bradley, A., Li, H., Lark, R., Dunn, S (2016) BIM for infrastructure: An overall review and constructor perspective Automation in Construction, 71:139–152 [10] Nam, L H., Dung, V T K., Giang, H V., Cảng, Đ N (2018) BIM cho cơng trình hạ tầng kỹ thuật Việt Nam: Thực trạng, rào cản ứng dụng giải pháp Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 12(1):53–64 [11] Huyền, Đ T T., Toàn, B K (2019) Hướng dẫn áp dụng thiết kế hệ thống thoát nước mưa đô thị theo hướng bền vững Báo cáo kỹ thuật GIZ, Hà Nội [12] Ballard, W., Wilson, B., Udale-Clarke, H., Illman, S., Scott, T., Ashley, R., Kellagher, R (2015) The SUDS manual CIRIA Publisher, London, UK [13] Minh, L N (2008) Development of Intensity-Duration-Frequency Relationships Based on Scaling Characteristics of Rainfall Extremes Doctoral desertation, University of Kyoto, Japan [14] Autodesk (2015) Implementing BIM for infrastructure: a guide to the essential steps Autodesk BIM for Infrastructure implementation white paper [15] Ngoc, N M., Son, T T (2019) Advantages, Difficulties and Challenges of Applying BIM in the Design and Construction of Water Supply and Drainage System for High Buildings in Vietnam Proceedings of 2nd International Conference about BIM in Construction and Architecture., Saint Petersburg, Russia, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering [16] Wrzesi´nski, G (2020) Hazards resulting from improper building drainage system by the use of BIM Acta Science Polonorum - Architectura, 19(2):21–29 144 ... xét thảo luận Kết nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ InfraBIM để mô Kết nghiêncác cứuthiết chokếthấy việc ápthốt dụngnước cơngmưa ngh? ?cho InfraBIM mơ cáclạithiết kế cơng cơng trình khu vực... thiệt hại tiềm [6] Theo nhóm nghiên cứu Cheng [7], mơ hình thơng tin cơng trình hạ tầng kỹ thuật (InfraBIM) thuật ngữ thường sử dụng ngành xây dựng để việc áp dụng BIM cho cơng trình hạ tầng kỹ thuật. .. Cơng nghệ Xây dựng Thứ hai, thiết kế trực quan Thiết kế thoát nước hạ tầng truyền thống chủ yếu dựa hệ thống AutoCAD, thông tin đồ quy hoạch, thông tin cao độ san hay thông tin trắc đặc địa hình