Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM) là phương pháp tạo và quản lý thông tin kỹ thuật số về các đặc điểm vật lý và chức năng của các tòa nhà hoặc các công trình trong ngành xây dựng một cách hiệu quả, chính xác và khả năng cộng tác cao hơn trong suốt vòng đời của một dự án. BIM đang trở thành yêu cầu, tiêu chuẩn và công cụ để hỗ trợ công tác quản lý, đánh giá các công trình, đặc biệt là các dự án lớn, phức tạp hoặc thuộc sự quản lý của nhà nước.

Vai trò của BIM trong xây dựng

Là các tệp máy tính (thường được định dạng và chứa dữ liệu bản quyền) có thể trích xuất, trao đổi hoặc kết nối mạng để hỗ trợ ra quyết định liên quan đến tài sản xây dựng, BIM được các cơ quan chính phủ, doanh nghiệp, tổ chức và cá nhân khai thác, sử dụng nhằm lập kế hoạch thiết kế, xây dựng, vận hành, bảo trì các tòa nhà và nhiều cơ sở hạ tầng khác như: điện, nước, khí đốt, cầu đường bộ, đường sắt,… BIM không giới hạn ở một giai đoạn cụ thể nào của dự án, mà nó có vai trò trung tâm, xuyên suốt trong cả vòng đời của công trình:

Trong giai đoạn hình thành ý tưởng và thiết kế: (1) Trực quan hóa thiết kế, BIM cho phép tạo ra các mô hình 3D trực quan, giúp chủ đầu tư và các bên liên quan dễ dàng hình dung về công trình tương lai; (2) Phân tích và đánh giá thiết kế, các công cụ phân tích tích hợp trong BIM có thể dùng để đánh giá hiệu suất năng lượng, ánh sáng tự nhiên, thông gió, khả năng tiếp cận và các yếu tố bền vững khác ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu; (3) Phối hợp đa lĩnh vực, BIM tạo ra nền tảng chung giúp các kiến trúc sư, kỹ sư kết cấu, kỹ sư cơ - điện có thể làm việc đồng thời cùng trên một mô hình nên phát hiện và giải quyết sớm các xung đột tiềm ẩn trước khi chúng trở thành vấn đề thực tế tại công trường; (4) Tạo tài liệu thiết kế, BIM tự động hóa quá trình tạo ra các bản vẽ 2D, bảng thống kê khối lượng và các tài liệu thiết kế khác, đảm bảo tính nhất quán và giảm thiểu sai sót.

Ở giai đoạn thi công: (1) Lập kế hoạch thi công (4D BIM), bằng cách liên kết mô hình 3D với lịch trình thi công, BIM cho phép tạo ra các mô phỏng 4D trực quan, giúp nhà thầu hiểu rõ tiến độ thi công, quản lý tài nguyên hiệu quả và dự đoán các vấn đề có thể xảy ra; (2) Quản lý chi phí (5D BIM), thông tin chi phí được tích hợp vào mô hình BIM, cho phép tự động hóa quá trình bóc tách khối lượng, lập dự toán và theo dõi chi phí thực tế trong quá trình thi công; (3) Phối hợp trên công trường, BIM có thể được dùng để giao tiếp và phối hợp giữa các đội ngũ thi công khác nhau, đảm bảo việc lắp đặt các cấu kiện và hệ thống diễn ra suôn sẻ; (4) Kiểm soát chất lượng, BIM cung cấp nền tảng để theo dõi thông tin và quản lý chất lượng các vật liệu và công tác thi công.

Với giai đoạn vận hành và bảo trì: (1) Quản lý tài sản (6D BIM), BIM được sử dụng để tạo ra cơ sở dữ liệu thông tin chi tiết về tất cả các tài sản trong công trình (thông tin về nhà sản xuất, ngày lắp đặt, lịch sử bảo trì và hướng dẫn sử dụng), giúp cho việc quản lý và bảo trì công trình trở nên hiệu quả hơn; (2) Theo dõi hiệu suất, BIM có thể tích hợp với các hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) để theo dõi hiệu suất năng lượng, mức tiêu thụ nước và các thông số vận hành khác, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên; (3) Lập kế hoạch bảo trì, dựa trên thông tin từ BIM, các đơn vị quản lý có thể lập kế hoạch bảo trì định kỳ và dự đoán các nhu cầu sửa chữa trong tương lai.

Khi kết thúc vòng đời công trình: giai đoạn phá dỡ (7D BIM), BIM cho phép quản lý thông tin liên quan đến quá trình phá dỡ công trình, gồm thông tin về vật liệu tái chế, quy trình tháo dỡ an toàn và các tác động đến môi trường.

Tình hình ứng dụng BIM trên thế giới

Ứng dụng BIM không chỉ giúp tạo ra những công trình chất lượng hơn, mà còn tối ưu hóa chi phí, thời gian, đồng thời nâng cao khả năng quản lý và vận hành công trình sau này. Từ năm 2016, ở các quốc gia tiên tiến như Anh, Mỹ, khu vực Bắc Âu, BIM đã trở thành yêu cầu bắt buộc trong các dự án công. Úc và Canada khuyến khích sử dụng BIM trong ngành xây dựng và hạ tầng. Khu vực châu Á, các quốc gia như Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc đã đầu tư mạnh vào đào tạo nguồn nhân lực BIM, trong cả khu vực công và khu vực tư nhân. Tại Trung Quốc, BIM được tích hợp vào chiến lược chuyển đổi số ngành xây dựng.

Các cấp độ của BIM hiện nay (Nguồn: www.united-bim.com và researchgate.net)

BIM được chia thành 4 cấp độ để đánh giá mức độ triển khai trong từng tổ chức hay dự án:

BIM Cấp độ 0, là mức cơ bản nhất, hầu như không có sự phối hợp kỹ thuật số. Các bản vẽ vẫn chủ yếu ở dạng 2D truyền thống, được chia sẻ qua bản in giấy hoặc file điện tử đơn lẻ. Không có quy trình làm việc số hay hệ thống quản lý dữ liệu chung. Cấp độ này hiện nay được coi là lỗi thời và hiếm khi còn được sử dụng trong các dự án xây dựng hiện đại.

BIM Cấp độ 1 là bước chuyển tiếp từ 2D sang 3D. Ở cấp độ này, người ta bắt đầu sử dụng cả bản vẽ CAD 3D (dùng để thể hiện ý tưởng thiết kế) và CAD 2D (dùng để lập hồ sơ pháp lý và tài liệu thi công). Dữ liệu được chia sẻ dưới dạng điện tử, thông qua môi trường dữ liệu chung (CDE) do nhà thầu chính quản lý. Tuy nhiên, các bên tham gia dự án vẫn làm việc riêng lẻ trên dữ liệu của mình và mức độ hợp tác còn rất thấp.

BIM Cấp độ 2 đánh dấu sự hợp tác thực sự giữa các bên tham gia dự án. Tất cả các bên đều làm việc trên mô hình CAD 3D riêng của họ và chia sẻ thông tin bằng định dạng file chung, giúp dễ dàng kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn thành một mô hình BIM tổng thể. Cấp độ này yêu cầu trao đổi thông tin rõ ràng và phối hợp chặt chẽ giữa các hệ thống và đơn vị tham gia. Một ví dụ điển hình là Sân vận động quốc gia Anh – Wembley Stadium, được xây dựng từ năm 2003 đến 2007, đã áp dụng BIM để thiết kế mái vòm đóng mở phức tạp, lập kế hoạch thi công 4D và dự toán chi phí 5D chính xác.

Mô hình BIM Sân vận động quốc gia Anh – Wembley Stadium (Nguồn: tekla.com)

BIM Cấp độ 3, còn gọi là “BIM mở” (Open BIM), là cấp độ cao nhất hiện nay. Dù chưa có định nghĩa chính thức hoàn chỉnh, cấp độ này hướng đến việc tất cả các bên làm việc trực tiếp trên một mô hình BIM duy nhất, được lưu trữ tập trung. Điều này giúp tránh trùng lặp và mâu thuẫn thông tin. BIM cấp độ 3 sử dụng các tiêu chuẩn mở như IFC để đảm bảo tính tương thích giữa các phần mềm khác nhau. Ví dụ: Nhà hát Opera Sydney (Úc) đã áp dụng công nghệ Scan to BIM – dùng máy quét laser để tạo mô hình số chi tiết của toàn bộ công trình, hỗ trợ hiệu quả cho việc bảo trì, kiểm tra kết cấu và phòng cháy chữa cháy.

Mô hình BIM nhà hát Sydney Úc (Nguồn: itcon.org)

Tình hình triển khai và ứng dụng BIM tại Việt Nam

Tại Việt Nam, Mô hình thông tin công trình (BIM) không còn là một khái niệm mới mẻ. Việc ứng dụng BIM ngày càng được chú trọng, không chỉ thể hiện ở hệ thống văn bản pháp lý, mà đã được tích hợp vào định hướng phát triển ngành xây dựng, thông qua các chính sách cụ thể như: Quyết định số 2500/QĐ-TTg, ngày 22/12/2016, của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt Đề án áp dụng BIM trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình, bước khởi đầu của BIM trong hệ thống pháp luật Việt Nam; Nghị định số 10/2021/NĐ-CP, ngày 09/02/2021 của Chính phủ bổ sung quy định về việc áp dụng BIM trong quản lý chi phí đầu tư xây dựng và quản lý dự án; Quyết định số 258/QĐ-TTg ngày 17/3/2023 phê duyệt Lộ trình áp dụng Mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng, trong đó xác định lộ trình bắt buộc áp dụng BIM từ năm 2023 cho công trình cấp I và cấp đặc biệt; từ năm 2025 áp dụng cho công trình cấp II trở lên, tạo cơ sở pháp lý rõ ràng để thúc đẩy ứng dụng BIM trong toàn ngành.

Việt Nam cũng đã nghiên cứu và ban hành tiêu chuẩn quốc gia liên quan về BIM trong xây dựng. Năm 2024, kỹ sư Trần Mạnh Long (Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng Việt Nam – Công ty Cổ phần) đã cùng các cộng sự thực hiện công trình “Nghiên cứu xây dựng hướng dẫn áp dụng TCVN – Quản lý thông tin sử dụng BIM”, hình thành bộ tài liệu cập nhật, bổ sung và làm rõ các nội dung của tiêu chuẩn TCVN 14177-1 và TCVN 14177-2, từ khái niệm, nguyên tắc, đến việc thiết lập yêu cầu về tạo lập và trao đổi thông tin trong toàn bộ vòng đời dự án – đặc biệt nhấn mạnh giai đoạn chuyển giao tài sản giữa các bên liên quan. Hướng dẫn cũng chỉ rõ các bước thực hiện BIM trong thực tế dự án, giúp các đơn vị tư vấn thiết kế giải quyết những khó khăn phát sinh trong quá trình triển khai công trình tại Việt Nam, mang lại giá trị ứng dụng cao và khả năng thực thi rõ ràng.

Một số dự án tiêu biểu ứng dụng BIM tại Việt Nam

Việt Nam đã đưa công nghệ BIM vào trong thực tiễn các hoạt động xây dựng. Cầu Cửa Đại (Quảng Ngãi, năm 2016) là một trong những công trình đầu tiên ứng dụng BIM tại Việt Nam (BIM cấp độ 1). Dự án sử dụng mô hình 3D kết hợp với dữ liệu tiến độ và quản lý vận hành, giúp tối ưu hóa thiết kế, hạn chế xung đột và giảm thiểu sai sót thi công. Landmark 81 (TP.HCM, năm 2018) là tòa nhà cao nhất Việt Nam, đã khai thác, ứng dụng BIM cấp độ 2, trong đó các bên liên quan cùng làm việc trên các mô hình CAD 3D và chia sẻ dữ liệu qua định dạng chuẩn để phối hợp hiệu quả. Việc sử dụng BIM giúp kiểm soát chính xác tiến độ, chi phí và các vấn đề kỹ thuật phức tạp trong thi công.

Mô hình BIM Landmark 81 (Nguồn: bim.gov.vn/)

Dự án tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên (TP.HCM), một trong những dự án hạ tầng trọng điểm áp dụng công nghệ BIM từ cấp độ 2 đến cấp độ 3. Trong quá trình triển khai, dự án đã sử dụng mô hình 3D kết hợp với quản lý tiến độ, tài nguyên và điều phối giữa nhiều nhà thầu quốc tế – đặc biệt phát huy hiệu quả trong giai đoạn lắp đặt hệ thống cơ điện và kiểm tra vận hành, trước khi đưa vào khai thác cuối năm 2024. Bước sang năm 2025, TP.HCM bắt đầu ứng dụng các giải pháp quản lý số dựa trên công nghệ BIM và GIS để phục vụ công tác duy tu, bảo trì kết cấu tuyến Metro một cách hiệu quả và bền vững hơn.

Giao diện chương trình WEBGIS quản lý duy tu và bảo trì kết cấu công trình (Nguồn: hcmfosted.vn/)

***

Với khả năng tích hợp thông tin toàn diện, không chỉ là một công nghệ, BIM đang trở thành một phương pháp tiếp cận mới trong ngành xây dựng, thay đổi cách chúng ta thiết kế, xây dựng và quản lý các công trình. Mặc dù vẫn còn những thách thức trong quá trình triển khai, những lợi ích to lớn mà BIM mang lại là không thể phủ nhận. Việc nắm bắt và ứng dụng hiệu quả BIM sẽ là chìa khóa để các đơn vị xây dựng nâng cao năng lực cạnh tranh, đạt được hiệu quả cao hơn trong quá trình hoạt động, tạo nên nhiều công trình chất lượng, bền vững cho tương lai. Trong bối cảnh hội nhập quốc tế, việc đẩy mạnh ứng dụng BIM là một bước đi tất yếu và cần thiết để ngành xây dựng Việt Nam hòa nhịp với xu hướng toàn cầu.

Minh Thư

----------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính:

[1] Lê Hoàng Anh. Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM – building information modeling) trong xây dựng công trình giao thông
[2] Sonam Rinchen, Saeed Banihashemi, Suhair Alkilani. Driving digital transformation in construction: Strategic insights into building information modelling adoption in developing countries. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666721524000231
[3] Nghiên cứu giải pháp quản lý số theo công nghệ BIM và GIS cho đường sắt đô thị TP.HCM. https://hcmfosted.vn/nghien-cuu-giai-phap-quan-ly-so-theo-cong-nghe-bim-va-gis-cho-duong-sat-do-thi-tp-hcm/
[4] Trang thông tin công nghệ BIM Việt Nam. https://bim.gov.vn/
[5] https://www.united-bim.com/