2.3 Một số thông tin về giải pháp công nghệ sử dụng
2.3.4 Công nghệ 3D Laser Scanning trong quản lý xây dựng
2.3.4.3 Sử dụng 3D Laser Scanning để đánh giá độ chính xác của mô hình BIM [20] 25
Sự phát triển của 3D Laser Scanning và mô hình hóa thông tin xây dựng (BIM) đã ảnh hưởng đến quá trình ghi nhận các dữ liệu cơ sở. Mặc dù có những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ quét, vẫn có không có nhiều sự liên kết giữa dữ liệu thu được từ 3D Laser Scanning và mô hình BIM được xây dựng để sử dụng trong giai đoạn vận hành và bảo trì của tòa nhà. Ngay cả khi chuyển đổi mô hình sang các quy trình tập trung vào BIM, câu hỏi vẫn là làm thế nào chủ sở hữu có thể yên tâm về tính chính xác của các mô hình được xây dựng [20].
Bài viết này đề cập đến một số phương pháp hiện tại được sử dụng để nắm bắt và cập nhật thông tin cơ sở hiện có và cũng xem xét một số ứng dụng quét laser hiện đang được phát triển. Dựa trên tài liệu 2D được xây dựng sẵn, BIM 3D đã được tạo ra sau khi xây dựng. Sau đó, bằng cách sử dụng dữ liệu đám mây điểm từ một khu vực nhỏ của tòa nhà, một nghiên cứu cụ thể đã được thực hiện để đánh giá độ chính xác và giá trị của việc cập nhật thông tin của mô hình BIM [20].
Các phương pháp truyền thống để nắm bắt thông tin cơ sở hiện tại:
o Người quản lý cơ sở cần thông tin chính xác có sẵn để hỗ trợ quá trình ra quyết định, tuy nhiên tài liệu luôn không được cập nhật trong giai đoạn xây dựng để phản ánh các điều kiện tại chỗ. Cho đến nay, không có phương pháp tiêu chuẩn hóa nào để cập nhật mô hình thiết kế để phản ánh những thay đổi được thực hiện trong quá trình xây dựng. Hơn nữa, khi việc cải tạo và sửa đổi diễn ra sau khi bàn giao dự án, rất ít được thực hiện để ghi lại những thay đổi đó [20].
o Việc chủ sở hữu yêu cầu BIM trong các giai đoạn thiết kế và xây dựng đã tạo điều kiện cải thiện mức độ chính xác so với các phương pháp tài liệu 2D truyền thống. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều dự án hiện có được xây dựng mà không có BIM cũng phải được ghi lại và cập nhật [20].
Ngoài các phương pháp truyền thống ghi lại thông tin và thay đổi cơ sở hiện có, quét laser gần đây đã được sử dụng để hỗ trợ quá trình. Ba phương pháp nghiên cứu về quét
xác của dữ liệu được quét, nghiên cứu liên quan đến phương pháp phân tích để so sánh dữ liệu được quét với mô hình để kiểm soát chất lượng và nghiên cứu tạo ra mô hình BIM tự động dựa trên quét laser. Bài viết này chủ yếu thảo luận về cách dữ liệu quét có thể được sử dụng để phân tích và kiểm soát chất lượng mô hình BIM hiện có [20].
Có một số bài học kinh nghiệm thông qua nghiên cứu thí điểm này. Có lẽ quan trọng nhất là tầm quan trọng của việc có được dữ liệu đám mây điểm chính xác. Mức độ chính xác của mô hình phẳng có thể được tạo ra được quyết định bởi mật độ số điểm và số lần quét được thực hiện. Do đó, cần phải thực hiện nhiều lần từ các điểm khác nhau để ghi lại thông tin về toàn bộ không gian. Độ chính xác của BIM có thể đã được cải thiện rất nhiều bằng cách thu thập thêm dữ liệu môi trường bên trong và di chuyển một số điểm dư thừa trong phòng ra ngoài [20].
Vẫn còn nhiều việc phải làm để đảm bảo tính chính xác của tài liệu được xây dựng trong ngành Kiến trúc và Xây dựng. Nhiều lỗi được tìm thấy trong tài liệu được xây dựng là kết quả của các lỗi đã tồn tại trong hệ thống 2D. Tuy nhiên, các lỗi quan trọng khác đã được phát hiện đặt ra câu hỏi liệu có cần phải đặt trọng lượng lớn hơn vào quy trình xem xét tài liệu được xây dựng trước khi bàn giao dự án hay không. Có lẽ giải pháp cho vấn đề này vượt ra ngoài công nghệ và phần mềm tiên tiến; nhưng trong việc cải thiện thực hành quản lý và kiểm soát chất lượng. Ngoài ra, quá trình truy tìm và tạo ra một mô hình hình học vật lý từ một đám mây điểm được phát hiện là rất tốn công và đôi khi là thủ tục không chính xác. Hơn nữa, thiết bị 3D Laser Scanning là một khoản đầu tư ban đầu đắt tiền. Vì vậy, quyết định sử dụng phương pháp này phải được cân nhắc rất nhiều so với quy mô và tính chất của cơ sở. Tại thời điểm này, các tác giả không hoàn toàn tin rằng phương pháp này ít tốn thời gian hoặc chính xác hơn so với các quy trình thủ công truyền thống về cập nhật tài liệu nguyên bản. Tuy nhiên, phương pháp này số hóa rất nhiều thông tin có thể hữu ích cho các ứng dụng trong tương lai và nó cũng cung cấp một giải pháp tạm thời cho một vấn đề đang gia tăng trong ngành xây dựng [20].
2.3.4.4 Đánh giá chất lượng và hiệu quả của các mô hình thông tin xây dựng hiện tại và dữ liệu 3D Laser Scanning [21]
3D Laser Scanning là một phương pháp để chụp hình học chi tiết của các cơ sở được xây dựng và xây dựng Mô hình thông tin xây dựng tương tự BIM. Các mô hình tương tự BIM này có thể đóng vai trò là cơ sở cho các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như quản lý dự án và thiết kế cải tạo. Khi hỗ trợ các ứng dụng như vậy, điều quan trọng là phải tiến hành đánh giá chất lượng kịp thời, chi tiết và toàn diện (QA) đối với dữ liệu được quét bằng laser và BIM. QA hiệu quả có thể giúp giảm bớt sự chậm trễ của dự án và cải thiện tính chủ động của việc ra quyết định. Thông tin chất lượng chi tiết và toàn diện về dữ liệu và các mô hình tương tự là cần thiết để cho phép sử dụng tốt hơn các dữ liệu và mô hình [21].
Một phương pháp QA đã được các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng là phương pháp đo vật lý. Trong phương pháp này, các kỹ sư thực hiện một số phép đo vật lý trong cơ sở và so sánh chúng với các phép đo ảo tương ứng trong BIM. Các phép đo này có thể được thực hiện ngẫu nhiên để ước tính độ tin cậy rằng kế hoạch xây dựng 2D/ 3D đáp ứng yêu cầu độ chính xác nhất định dựa trên phân tích thống kê về sự khác biệt giữa một số phép đo ảo và vật lý. Mặc dù hiệu quả, phương pháp này phải cần thêm thời gian để thu thập và phân tích dữ liệu [21].
Để khắc phục những hạn chế của phương pháp đo vật lý và đạt được QA kịp thời, chi tiết và toàn diện về dữ liệu được quét bằng laser và cũng như BIM, bài báo đã xây dựng một phương pháp phân tích dựa trên độ lệch. Giả sử rằng hầu hết các phần của BIM tương tự xuất phát từ dữ liệu phù hợp, bất kỳ sai lệch đáng kể nào giữa dữ liệu và BIM đều cho thấy các vấn đề về chất lượng của dữ liệu và BIM. Tương tự, dữ liệu được thu thập tại các vị trí khác nhau cho cùng một cơ sở sẽ khớp với nhau trong các vùng chồng chéo và độ lệch đáng kể giữa các lần quét được thu thập tại các trạm khác nhau cho cùng một đối tượng có thể đóng vai trò là cảnh báo về các vấn đề chất lượng của dữ liệu [21].
Theo điều tra của bài báo, các nguồn và loại lỗi khác nhau trong dữ liệu hoặc mô hình dẫn đến các mẫu sai lệch khác nhau. Kết quả là, các mẫu sai lệch này có thể được hình
dung và có thể hướng dẫn các kỹ sư xác định các vấn đề chất lượng dữ liệu/ mô hình tiềm năng.
Phương pháp phân tích độ lệch hoàn thành QA theo hai bước: 1) Tính toán độ lệch và 2) Hình dung độ lệch. Đầu tiên, một thuật toán tính toán độ lệch của các điểm dữ liệu so với các bề mặt của BIM tương tự dựa trên giả định rằng tất cả các điểm dữ liệu và BIM đều nằm trong cùng một hệ tọa độ. Giả định này có giá trị cho tất cả các dự án trong nghiên cứu này [21].
Trong các dự án này, trước tiên các kỹ sư đã đăng ký các đám mây điểm quét laser vào hệ thống tọa độ địa lý, sau đó tạo BIM trong hệ tọa độ đó. Các độ lệch có thể được tính theo nhiều cách. Cách phổ biến nhất là tính khoảng cách tối thiểu từ mỗi điểm đến bề mặt gần nhất của nó trong BIM. Các phương pháp khác bao gồm tính toán khoảng cách bề mặt điểm dọc theo các hướng do người dùng chỉ định, chẳng hạn như hướng X, Y, Z của hệ tọa độ chung hoặc hướng của bề mặt bình thường. Trong bài báo này, tác giả đã thử nghiệm phương pháp sử dụng khoảng cách tối thiểu [21].
Đầu tiên, họ có thể định hình độ lệch bằng các bản đồ màu. Hai loại chính của bản đồ màu là bản đồ màu liên tục và bản đồ màu nhị phân. Trong bài báo này, tác giả tập trung vào việc đánh giá bản đồ màu liên tục màu đỏ-vàng (biến đổi màu dần dần từ đỏ sang vàng với việc giảm các giá trị sai lệch) và bản đồ màu nhị phân màu vàng-xanh (gán màu vàng /xanh cho dữ liệu hoặc mô hình có độ lệch lớn hơn/ nhỏ hơn ngưỡng do người dùng chỉ định) [21].
Thứ hai, đối với các bản đồ màu liên tục, các kỹ sư có thể định định hình nó. Bản đồ màu không được chỉ định trực quan hóa các giá trị độ lệch tuyệt đối, do đó độ lệch của cùng một giá trị tuyệt đối sẽ có cùng màu, trong khi bản đồ màu được ký sẽ hiển thị độ lệch dương và âm tương đương với các màu khác nhau. Bài viết này tập trung vào các bản đồ màu có hiệu quả hơn trong thực tế [21].
Thứ ba, các kỹ sư có thể định hình tỷ lệ của bản đồ màu để họ có thể kiểm soát phạm vi sai lệch nào đáng quan tâm. Cụ thể, họ có thể định hình các giá trị độ lệch tối đa và tối
biệt độ lệch lớn hơn và nhỏ hơn ngưỡng đó. Cuối cùng, các kỹ sư có thể chọn tô màu các điểm hoặc tô màu các bề mặt BIM. Trong bài báo này, tác giả tập trung vào việc đánh giá phương pháp tô màu điểm, vì nó có thể cung cấp thông tin sai lệch chi tiết và cục bộ hơn cho QA [21].
Trong bài báo này, tác giả đã xây dựng một phương pháp phân tích độ lệch để khắc phục những hạn chế của phương pháp đo vật lý đối với chất lượng của dữ liệu được quét bằng laser và mô hình BIM. Tác giả đã minh họa hiệu quả của phương pháp trên trong việc giải quyết các yêu cầu về chất lượng kịp thời, chi tiết và toàn diện về dữ liệu thu được và mô hình BIM. Dựa trên danh sách dữ liệu và các vấn đề chất lượng BIM mà tác giả đã xác định, tác giả thấy rằng phương pháp phân tích sai lệch này có thể phát hiện tất cả các vấn đề chất lượng được liệt kê. Phương pháp này cũng cho phép các kỹ sư định lượng và hình dung độ lệch của độ lớn nhất định để cải thiện nhận thức định lượng của họ về dữ liệu và các vấn đề chất lượng BIM [21].
Trong tương lai, tác giả dự định cải tiến phương pháp này ở các khía cạnh sau [21]:
1) Xác định nhiều loại dữ liệu và vấn đề chất lượng mô hình hơn và đánh giá thêm hiệu suất của phương pháp phân tích độ lệch khi xác định chúng;
2) Xây dựng một phân loại dữ liệu và các vấn đề chất lượng cho QA chính thức và có hệ thống của dữ liệu 3D và tương tự như BIM;
3) Tiến hành đánh giá chi tiết hơn về hiệu quả của phương pháp này;
4) Phát triển các phương pháp nhận dạng mẫu để phân tích độ lệch tự động.
2.3.4.5 Vai trò của BIM và 3D Laser Scanning trên các công trường từ góc độ của nhân viên quản lý dự án xây dựng [22]
Nghiên cứu được trình bày trong bài viết này được tiến hành để có được kiến thức tốt hơn về việc sử dụng 3D Laser Scanning và BIM và cách thức các công nghệ này được sử dụng trên công trường trong ngành xây dựng. Hiểu được vai trò của BIM và 3D Laser Scanning trên các công trường có thể đạt được bằng cách hoàn thành các mục tiêu sau đây:
• Xác định kiến thức chung mà nhân viên quản lý dự án có về BIM và 3D Laser Scanning;
• Xác định các rào cản và hỗ trợ sử dụng các công nghệ này trong ngành;
• Xác định nhận thức mà CĐT có về sự phát triển của các công nghệ này;
• Xác định các lợi ích và thiếu sót của việc sử dụng 3D Laser Scanning và BIM.
Nghiên cứu được trình bày trong bài viết này xem xét cách ngành công nghiệp xây dựng sử dụng công nghệ BIM và 3D Laser Scanning từ góc độ của nhân viên quản lý. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã thực hiện khảo sát hơn 200 kỹ sư và nhà quản lý tham gia vào các dự án xây dựng. Công cụ khảo sát được sử dụng là một bảng câu hỏi trực tuyến có 50 câu hỏi liên quan đến BIM và sử dụng quét laser trong các dự án xây dựng. Các câu hỏi liên quan đến mức độ sử dụng, tài nguyên được sử dụng, các rào cản nhận thức, yếu tố hỗ trợ và tác động.
Hình 2.7 Lợi ích của BIM từ quan đểm của nhân viên quản lý xây dựng [22]
Lợi ích và những thiếu sót của việc sử dụng kết hợp giữa BIM và 3D Laser Scanning là một trong những yếu tố quan trọng để quyết định có nên sử dụng các công nghệ này hay không. Lợi ích của việc sử dụng BIM (Hình 2.7) được trích dẫn thường xuyên nhất là cải thiện và phân tích chính xác công trường xây dựng (62% phản hồi). Cải thiện giao tiếp, cải thiện hoạt động, bảo trì và giảm các đơn đặt hàng thay đổi là những lợi ích được trích dẫn nhiều thứ hai với 59% phản hồi.
Xây dựng mô hình 3D là lợi ích được trích dẫn nhiều nhất (56%) khi sử dụng 3D Laser Scanning (Hình 2.8). Quan điểm của người trả lời liên quan đến các thiếu sót về 3D Laser Scanning bao gồm từ 68% phản hồi cho thấy chi phí mua thiết bị cao, 36% cho kích thước tệp lớn, 29% cho chi phí bảo trì cao, 21% cho đầu ra chất lượng thấp và 29% không chắc chắn. Ngoài ra, tỷ lệ phản hồi không chắc chắn cao (29% - 30% số người tham gia) cho thấy mức độ hiểu biết thấp hơn về 3D Laser Scanning so với BIM giữa các kỹ sư xây dựng.
Rào cản phổ biến nhất để sử dụng các công nghệ này là chi phí cao và mức độ kinh nghiệm thấp. Cải thiện chi phí, dễ dàng giao tiếp, giảm thiếu sót và thay đổi đơn hàng là những ví dụ về lợi ích từ việc sử dụng BIM. 3D Laser Scanning được chỉ ra là có lợi trong việc trình bày các mô hình 3D của dự án được xây dựng, so sánh giữa các cơ sở được lên kế hoạch và được xây dựng và chia sẻ thông tin giữa các bên liên quan. Tuy nhiên, có một số thiếu sót mà các công nghệ này có, chẳng hạn như giá mua cao và chi phí cập nhật, yêu cầu đào tạo và chi phí liên quan, và kích thước dữ liệu lớn.
2.3.4.6 Yêu cầu kỹ thuật xây dựng để tích hợp công nghệ 3D Laser Scanning và mô hình hóa thông tin xây dựng (BIM)[23]
Khi nhiều dự án triển khai quy trình công việc dựa trên mô hình BIM, sẽ rất hữu ích khi xác định cách áp dụng công nghệ 3D Laser Scanning để hỗ trợ quy trình thiết kế dựa trên mô hình ba chiều (3D) bằng cách lấy nhanh dữ liệu 3D thể hiện môi trường được xây dựng;
Hơn nữa, kết hợp 3D Laser Scanning với BIM có thể mang lại lợi thế cao hơn so với các phương pháp thông thường bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thiết kế và xây dựng trên cơ sở các điều kiện hiện tại chính xác, đại diện đầy đủ được chụp bằng thiết bị 3D Laser Scanning ;
Các nghiên cứu tìm cách thực hiện các mục tiêu sau đây:
• Tóm tắt các loại của hình ảnh 3D và thảo luận về các yêu cầu và quy trình kỹ thuật để thu thập, giải thích và ứng dụng dữ liệu phạm vi;