Công nghệ thông tin & Truyền thông trong thiết kế xây dựng

Ngày nay, công nghệ thông tin và truyền thông (Information and Communication Technology) đã thâm nhập và chi phối hầu hết các lĩnh vực nghiên cứu khoa học, ứng dụng công nghệ trong sản xuất, giáo dục, đào tạo và các hoạt động chính trị, xã hội khác. Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và thiết kế xây dựng nói riêng, kiến trúc, công nghệ thông tin và truyền thông cũng đã thâm nhập khá sâu và ngày càng thể hiện vai trò then chốt trong việc nâng cao năng suất và chất lượng dự án thiết kế thi công xây dựng công trình. Trong không gian tới, rất cần một chiến lược để phát huy hết khả năng nghiên cứu về ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông, góp phần nâng cao năng suất chất lượng, đổi mới toàn diện công tác thiết kế kiến trúc quy hoạch.

Sơ đồ các lợi ích của ứng dụng BIM và mô hình công trình quản lý trong thiết kế và xây dựng công trình

Hiện trạng ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế xây dựng
Thực tế ở Việt Nam ngày nay, vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông được Đảng và Nhà nước rất coi trọng. Trong lĩnh vực tư vấn thiết kế xây dựng và kiến trúc, cũng như những ngành khoa học kỹ thuật khác, có thể nói, công nghệ thông tin mở ra nhiều triển vọng to lớn trong việc đổi mới các phương pháp nghiên cứu và các hình thức thực hiện, triển khai công việc. Nếu như trước đây việc thực hiện một công việc thiết kế rất tốn kém thời gian, đặc biệt là các vấn đề chỉnh sửa và trao đổi thông tin gặp rất nhiều khó khăn, thì ngày nay với trong môi trường công nghệ thông tin và truyền thông chúng ta có thể tự làm việc với máy tính, tìm hiểu tài liệu và chia sẻ tài liệu với Internet, họp nhóm theo hình thức các buổi họp phân tán qua mạng, qua cầu truyền hình. Do có sự phát triển công nghệ thông tin mà việc thực hiện các công việc thiết kế trước đây không thể làm được thì ngày nay đã giải quyết được một cách dễ dàng. Trước năm 1986, ở Việt Nam, chỉ có các đơn vị tư vấn thiết kế trong nước, các viện và công ty thiết kế trực thuộc nhà nước, với các phần mềm thô sơ, và hầu như các công việc thiết kế đều phải thực hiện bằng tay. Ngày nay với việc ứng dụng khoa học công nghệ thông tin và truyền thông, chúng ta đã có thêm các văn phòng thiết kế tư nhân, các công ty thiết kế liên doanh, các công ty thiết kế nước ngoài. Việc thực hiện các công đoạn có một bước tiến lớn trong một thời gian ngắn, được vận dụng các phần mềm để triển khai, trao đổi, họp bàn, làm việc nhóm ở các khoảng cách xa nhờ có công nghệ thông tin và truyền thông đã thực hiện được một cách dễ dàng. Một thực tế việc vận dụng cũng như ứng dụng khoa học công nghệ thông tin và truyền thông của Việt Nam, các công ty tư vấn thiết kế xây dựng và kiến trúc trong nước đi sau không cập nhật được những thông tin như những đơn vị thiết kế của các nước phát triển. Chính vì thế, khoảng 10 năm trở lại đây, các công ty tư vấn thiết kế nước ngoài tràn vào Việt Nam, thâu tóm hầu hết các công việc triển khai thiết kế các công trình quan trọng. Nhiều tư vấn của nước ngoài đã khẳng định vị trí của mình tại thị trường thiết kế kiến trúc và xây dựng ở Việt Nam như các công ty của Pháp, Đức, Nhật, Singapore, Hàn Quốc,…
Tuy nhiên, cùng với hiện tượng này thì sự hiện diện và liên danh của tư vấn nước ngoài với tư vấn trong nước đã làm thay đổi đáng kể bộ mặt kiến trúc với những quan niệm mới, tiên tiến trong thiết kế kiến trúc và xây dựng.
Công nghệ phần mềm phát triển mạnh, trong đó các phần mềm ứng dụng trong thiết kế cũng đạt được những thành tựu đáng kể. Phải kể đến như bộ các ứng dụng của Autodesk ra đời năm 1982 tại Canifonia (Hoa Kỳ) với phiên bản đầu tiên của AutoCAD, đến năm 1999, Autodesk đã có hơn 4 triệu khách hàng sử dụng phần mền trên toàn thế giới. Đến nay Autodesk được phát triển khá sâu và rộng, là một trong những bộ phần mền được sử dụng nhiều nhất ở Việt Nam, phải kể đến các phần mềm con như: AutoCAD, AutoCAD Architecture, AutoCAD Electrical, AutoCAD Mechanical, Autodesk Revit, 3ds Max, Autodesk Maya, Auto Sketch, Homestyler, AutoCAD 360. Ngoài ra các bộ phần mền của Microsoft, Adobe hay Google cũng góp phần đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong thiết kế kiến trúc và xây dựng ở Việt Nam.
Cùng với trào lưu chung của thế giới, trong những năm gần đây, ngành kiến trúc đang tập trung hướng tới và tiếp cận với BIM (Building Information Modeling) mô hình thông tin công trình. Trên thực tế BIM có khả năng trợ giúp rất đắc lực cho lĩnh vực thiết kế, (Building Information Modeling) xây dựng và quản lý công trình. Nó góp phần rất hiệu quả trong việc giải quyết được các vấn đề lãng phí, năng suất thấp đang tồn tại phổ biến hiện nay trong ngành xây dựng.
Về mặt khái niệm, BIM là quy trình tạo lập và sử dụng mô hình thông tin trong các khâu thiết kế, xây dựng và vận hành của công trình. Với vai trò là một cơ sở dữ liệu bao trùm toàn vòng đời của công trình, BIM bao hàm các mối liên hệ logic về mặt không gian, kích thước, số lượng, vật liệu, và các đặc tích của các bộ phận công trình. Nó khả năng kết hợp thông tin các bộ phận công trình với các thông tin về định mức, đơn giá, tiến độ thi công, chế độ vận hành bảo dưỡng…, BIM mang lại những thay đổi mang tính cách mạng trong việc tạo ra, thể hiện và sử dụng thông tin của công trình xuyên suốt các quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành. Khả năng hợp nhất thông tin từ tất cả các công đoạn làm BIM ngày càng trở thành xu hướng tất yếu của ngành xây dựng để tối ưu hoá việc thiết kế, thi công và quản lý công trình.
BIM cung cấp nhiều lợi ích khi thực hiện các dự án bao gồm: Lập kế hoạch một cách rõ ràng và minh bạch về quy trình; BIM giúp quản lý dễ dàng hơn các dự án phức tạp với yêu cầu ngày càng tăng; Cải thiện thông tin liên lạc và quảng bá dự án; Cập nhật thông tin dự án một cách trực tiếp và nhất quán; Đảm bảo chất lượng cao dựa trên việc tiêu chuẩn hóa các qui trình; Giảm thời gian thực hiện; Ít rủi ro và chi phí xây dựng thấp hơn; Nâng cao mức độ sản xuất, chế tạo sẵn từ nhà máy; Tái sử dụng tài nguyên thông tin cho quá trình thi công hiện tại và tương lai.

Hiện nay, tại Việt Nam cũng như các quốc gia trong khu vực và trên thế giới đang tích cực tiếp cận BIM để xây dựng các tiêu chuẩn và chiến lược quốc gia vì họ đã thấy được các lợi ích của BIM và coi BIM là một tiền đề quan trọng để tăng tính cạnh tranh cho ngành công nghiệp xây dựng cũng như gia tăng hiệu quả cho các hoạt động quản lý trong xây dựng.
Hệ thống thiết kế trực tuyến cũng bắt đầu manh nha, các công ty thiết kế chỉ cần nhập dữ liệu đầu vào máy chủ của các công ty phần mềm, sau đó máy chủ sẽ tự tính toán và gửi lại cho các kết quả thiết kế ngoài sự mong đợi. Đó là những ứng dụng của Autocad Revit hay Google sketchup… Do sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông mà mọi người đều có trong tay nhiều công cụ hỗ trợ cho quá trình thiết kế nói chung và các phần mềm thiết kế nói riêng. Nhờ có sử dụng các phần mềm thiết kế này mà các kiến trúc sư, kỹ sư thêm rất nhiều các công cụ để làm việc. Phần mềm thiết kế được sử dụng ở mọi nơi, ở văn phòng, ở nhà, thậm chí ở các quán cà phê thông qua hệ thống mạng. Nhờ có máy tính điện tử mà việc trình bày các bản thiết kế trở nên sinh động hơn, tiết kiệm được nhiều thời gian hơn so với cách làm việc trước đây. Những khả năng mới mẻ và ưu việt này của công nghệ thông tin và truyền thông đã nhanh chóng làm thay đổi cách sống, cách làm việc, cách học tập, cách tư duy và quan trọng hơn cả là cách ra quyết định của con người.
Do đó, mục tiêu cuối cùng của việc ứng dụng công nghệ thông tin trong các công việc tư vấn thiết kế xây dựng và kiến trúc là nâng cao một bước cơ bản chất lượng các sản phẩm thiết kế, dễ dàng quản lý và kết nối các bộ môn kỹ thuật, tiết kiệm thời gian, nhân công và hiệu quả trong quá trình xây dựng.

Phần mềm BIM (Building Information Modeling) mô hình thông tin công trình

Tồn tại và thách thức
Theo nhận định của một số chuyên gia, việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong lĩnh vực tư vấn thiết kế kiến trúc và xây dựng bước đầu đã đạt được những kết quả khả quan. Tuy nhiên, những gì đã đạt được vẫn còn hết sức khiêm tốn. Khó khăn, vướng mắc và những thách thức vẫn còn ở phía trước bởi những vấn đề nảy sinh từ thực tiễn. Chẳng hạn:
Tuy máy tính điện tử mang lại rất nhiều thuận lợi cho kiến trúc sư và kỹ sư trong việc thực hiện công việc của mình, nhưng cũng rất dễ gây thái độ ỷ lại vào máy tính, đặc biệt đối với kiến trúc sư sẽ bị kém hiệu quả về tư duy sáng tác nhiều. Chúng ta phải coi máy tính, các phần mềm chỉ là các công cụ thiết kế cũng như những cây bút, cây thước trước đây, phải kiểm soát chúng tốt nhất thì các công việc mới đạt được hiệu quả như mong muốn.
Bên cạnh đó, kiến thức, kỹ năng về công nghệ thông tin ở đa số kỹ sư, kiến trúc sư vẫn còn hạn chế, chưa đủ vượt ngưỡng để đam mê và sáng tạo. Điều này cũng một phần do việc đào tạo các kiến thức về công nghệ thông tin, ứng dụng các phần mềm còn thiếu, chưa có tính hệ thống, chưa khoa học. Việc sử dụng công nghệ thông tin để đổi mới phương pháp làm việc và thiết kế, tính toán chưa được nghiên cứu kỹ, dẫn đến việc ứng dụng nó không đúng chỗ, không đúng lúc, nhiều khi lạm dụng nó.
Việc kết nối và sử dụng tra cứu tài liệu trên Internet chưa được thực hiện triệt để và có chiều sâu; sử dụng không đúng mục đích, không tận dụng được các thế mạnh thực sự của công nghệ thông tin, thiếu kiểm soát các công cụ, hành vi, làm cho công việc không hiệu quả.
Công tác đào tạo, bồi dưỡng, tự bồi dưỡng ở các trường đào tào chuyên ngành thiết kế đói với việc ứng dụng các phần mềm, các khoa học công nghệ mới chỉ mới dừng lại ở các giáo trình chung chung, chưa đủ chiều sâu nên các kỹ sư, kiến trúc sư sau khi ra trường chưa đủ kiến thức, mất nhiều thời gian và công sức để sử dụng công nghệ thông tin trong việc triển khai công việc của mình.
Với riêng việc ứng dụng BIM ở Việt Nam đòi hỏi 5 yêu cầu cơ bản để ứng dụng BIM có hiệu quả bao gồm
– Quy trình: Sự cần thiết phải tăng cường hợp tác giữa các đối tác tham gia dự án đòi hỏi những thay đổi cơ bản trong cách thức chia sẻ, truyền đạt, chuyển giao và quản lý các thông tin dự án. Như vậy, thành phần thiết yếu đầu tiên để triển khai thực hiện BIM thành công là xác định các quy trình công việc phù hợp với dự án xây dựng được hỗ trợ bởi BIM.
– Chính sách: Nếu không có một tập hợp các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật được xác định rõ ràng, các thông tin được tạo ra bằng cách sử dụng công nghệ BIM không thể áp dụng một cách hiệu quả. Các chính sách được thiết lập sẽ là cơ sở cho sự phát triển và trao đổi mô hình của BIM. Các đặc tả kỹ thuật có liên quan đến BIM cần phải được đưa vào trong các tài liệu lập, hướng dẫn dự án, hợp đồng… ngay từ khi giai đoạn lập kế hoạch dự án.
– Con người: Khả năng của những người tham gia trong suốt quá trình thực hiện dự án sẽ ảnh hưởng đến khả năng đạt được mục tiêu của dự án sử dụng BIM. Vì vậy, việc tổ chức đào tạo đầy đủ và hỗ trợ kịp thời cho các thành viên tham gia nhóm sử dụng BIM là chìa khóa cho thành công về lâu dài của chương trình khai thác, sử dụng BIM.
– Công nghệ: Lựa chọn đúng các công cụ trong quá trình vận hành BIM có thể gặp phải khó khăn. Các yếu tố như phần cứng, phần mềm, qui trình trao đổi dữ liệu và lưu trữ phải được cấu hình đúng cách, theo dõi liên tục và điều chỉnh khi cần thiết để phù hợp với sự phát triển các thông số dự án và tiêu chuẩn thực hành.
– Quản trị BIM: Đây có thể nói là công việc quan trọng giúp đảm bảo việc vận hành hệ thống BIM có thành công và hiệu quả hay không. Người đứng ở vai trò quản trị BIM sẽ phải xác định các yêu cầu liên quan đến BIM của dự án thông qua bốn thành phần cốt lõi ở trên, hỗ trợ việc quản lý giúp cho các nhân tố đó có thể làm việc đồng bộ trong suốt quá trình thực hiện dự án.
Mô hình thông tin công trình BIM mang lại nhiều lợi ích cho các dự án xây dựng triển khai trong thực tiễn nhưng cũng có một số yêu cầu đặc thù nhất định, cần xem xét và đánh giá những đặc điểm khác nhau của từng dự án, những khó khăn thách thức khi tổ chức nhóm làm việc thống nhất trong cùng dự án để có thể xác định rõ tất cả những thách thức này, từ đó đưa ra các biện pháp triển khai cho thật hợp lý, phù hợp với thực tiễn và năng lực công nghệ của từng tổ chức áp dụng BIM. Chính vì vậy mà việc vận dụng các ứng dụng của hệ thống này trong các công ty và văn phòng thiết kế chưa thực sự được chào đón. Một thực tế là để ứng dụng hệ thống BIM, đòi hỏi các đơn vị thiết kế, các nhà thầu thi công phải có các phần mềm tương thích, các kỹ sư, kiến trúc sư phải được đào tạo cơ bản và chuyên sâu về các phần mềm cũng như hệ thống đó. Tuy nhiên, chi phí để có được các phần mềm trọn bộ cũng không hề nhỏ, hệ thống các trường đào tạo chuyên ngành thiết kế xây dựng và kiến trúc cũng chưa có kinh nghiệm và chưa có các bài giảng chuyên sâu về các phần mềm này một cách hệ thống. Các văn phòng, công ty tư vấn thiết kế đa phần tồn tại với quy mô nhỏ lẻ, nên việc phối kết hợp giữa các bộ môn có các hệ thống phần mềm tương thích còn gặp nhiều khó khăn. Kinh nghiệm phối hợp giữa các đon vị tư vấn, nhà quản lý dự án và chủ đầu tư trong việc vận dụng các hệ thống phần mềm còn quá non trẻ. Chính vì vậy, khi sử dụng và ứng dụng BIM chúng ta cần lưu ý một số các thách thức như sau:
Việc thay đổi mô hình thông tin công trình có thể được thực hiện mà không có sự đóng góp ý kiến của tất cả các thành viên liên quan. Điều này sẽ gây các khó khăn khi thống nhất thông tin cần quản lý và chia sẻ trong nhóm làm việc.
Việc bảo mật thông tin liên quan đến sở hữu trí tuệ sử dụng trong BIM còn bất cập, đòi hỏi người quản trị BIM phải thiết lập các cơ chế quản lý, chia sẻ dữ liệu thống nhất trước khi khởi động dự án.
Việc chấp nhận sử dụng và triển khai công nghệ mới chưa được thử nghiệm, chưa được kiểm chứng tại một tổ chức bắt đầu ứng dụng BIM sẽ gặp nhiều khó khăn về nhận thức, qui trình vận hành và khả năng tiếp nhận của các thành viên.
Kinh phí cho thiết kế và xây dựng từ trước đến nay tuân thủ theo các qui định truyền thống (chủ yếu thiết kế các bản vẽ 2D, 3D, không có sự kết nối trong một mô hình thông tin thống nhất), không tính đến việc hỗ trợ cho quá trình áp dụng, đào tạo, khai thác sử dụng BIM.
Quy trình khai thác, sử dụng BIM thường được hiểu một cách đơn giản là sự chuyển dịch tất yếu trong ngành công nghiệp thiết kế và xây dựng (ví dụ: chuyển từ thiết kế từ 2D sang 3D thuần túy).
Chưa có hệ thống quy định, qui chuẩn, trao đổi thông tin… liên quan việc áp dụng triển khai áp dụng BIM (nếu có thì chỉ mang tính chất cục bộ của một đơn vị hoặc giữa các đơn vị có yêu cầu sử dụng BIM). Do vậy cần phải có thời gian để được nghiên cứu và tạo thành tiêu chuẩn từ cấp quốc gia, ngành.
Yêu cầu về mức độ chi tiết thể hiện thông tin đối tượng trong mô hình có thể không đồng nhất giữa các bộ môn thiết kế khác nhau; giữa thiết kế, xây dựng, khai thác vận hành công trình.
Các tiêu chuẩn liên quan đến dự án nói chung và của BIM nói riêng phục vụ cho việc phối hợp, trao đổi và chia sẻ thông tin chưa thực sự rõ ràng và thường chỉ được xác định khi bắt đầu dự án và dễ bị điều chỉnh, cập nhật trong quá trình thực hiện.
Cần phải xác định rõ quyền sở hữu mô hình thông tin công trình ở các giai đoạn thực hiện khác nhau của dự án.
Các tài liệu dạng 2D được trích xuất ra từ mô hình thiết kế BIM để cung cấp cho các nhà thầu thi công phải đi cùng với mô hình thiết kế 3D để đảm bảo thống nhất nội dung thể hiện, trình bày cũng như hiệu chỉnh, thay đổi trong quá trình thi công, vận hành.
Cần phải yêu cầu và giám sát các nhà thầu, nhà cung ứng vật liệu… tham gia vào quá trình phát triển mô hình BIM. Đây là một vấn đề khó khăn, đòi hỏi phải có định chế.

Kết luận
Ứng dụng khoa học công nghệ thông tin và truyền thông vào công việc tư vấn thiết kế kiến trúc và xây dựng là vấn đề cốt tử để nâng cao chất lượng của một hồ sơ thiết kế. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông nhằm đổi mới phương thức, và cách thực hiện các công việc triển khai hồ sơ thiết kế kiến trúc và xây dựng là một công việc không thể thực hiện trong ngày một ngày hai, khó khăn đòi hỏi rất nhiều điều kiện. Do đó, để đẩy mạnh việc ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin trong công việc tư vấn thiết kế kiến trúc và xây dựng trong thời gian tới có hiệu quả, không có gì khác hơn, là phải tăng dần mức đầu tư về thời gian, tiền bạc, để không ngừng nâng cao, hoàn thiện các kiến thức về việc ứng dụng các phần mềm đồng bộ, khả năng kiểm soát các phần mềm. Đặc biệt phải luôn coi các phương tiện công nghệ thong tin, máy tính, phần mền là những công cụ phục vụ thiết kế như những cây bút, cây thước mà chúng ta đã sử dụng trước đây, kiểm soát tốt nhất đối với các công cụ đó./.

Ts.Kts Nguyễn Việt Huy
Trường Đại học Xây dựng

TẠP CHÍ KIẾN TRÚC VIỆT NAM