Sự kết hợp giữa BIM và BMS - giải pháp tối ưu cho công nghệ quản lý vận hành nhà cao tầng ở Việt Nam 

Sự kết hợp giữa BIM và BMS - giải pháp tối ưu cho công nghệ quản lý vận hành nhà cao tầng ở Việt Nam

Sự kết hợp giữa BIM và BMS - giải pháp tối ưu cho công nghệ quản lý vận hành nhà cao tầng ở Việt Nam Blog

1. Đặt vấn đề

Tốc độ đô thị hoá mạnh mẽ ở các đô thị lớn tại Việt Nam đã tạo ra một lượng lớn các toà nhà cao tầng. Theo Nghị định 46/2015/NĐ-CP quy định về quản lý chất lượng và bảo trì công trình xây dựng và Thông tư 03/2016/TT-BXD phân cấp công trình dân dụng nhà ở, công cộng, hạ tầng kỹ thuật, công nông nghiệp, giao thông, quốc phòng an ninh: Độ dài vòng đời của một toà nhà cao tầng có thể kéo dài từ 50 đến 100 năm, trong đó giai đoạn đầu tư xây dựng chỉ chiếm khoảng 1/10 quá trình này còn lại là giai đoạn vận hành. Trong vòng đời của một dự án đầu tư xây dựng, vận hành và bảo trì là một giai đoạn kéo dài, phức tạp, chứa đựng nhiều rủi ro, chi phí cho giai đoạn vận hành thường chiếm đến 50% tổng chi phí vòng đời của dự án, và đối với các dự án hạ tầng, chi phí này có thể chiếm một tỷ lệ cao hơn, khoảng 80%, gấp khoảng 4 lần tổng chi phí của tất cả các giai đoạn còn lại [20]. Ở Việt Nam, nhà cao tầng mới chỉ xuất hiện khoảng 20 năm trở lại đây [9]. Những toà nhà cao tầng đời đầu đến nay cũng chưa thực hiện hết chu kỳ đầu tiên của mình. Chính vì vậy, quản lý vận hành toà nhà là một lĩnh vực rất mới ở Việt Nam, cụ thể văn bản đầu tiên quy định nghề nghiệp này là Thông tư 14/2011/TT-BXD hướng dẫn đào tạo, bồi dưỡng kiến thức chuyên môn, nghiệp vụ quản lý vận hành chung cư.

Tuy nhiên đứng trước nhu cầu rất lớn của xã hội đối với ngành nghề này thì hoạt động quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam ngày càng trở nên chuyên nghiệp. Các doanh nghiệp quản lý vận hành toà nhà hàng đầu của Việt Nam phần lớn đều là các công ty con hay chi nhánh của các tập đoàn lớn trên thế giới về quản lý tài sản và phát triển bất động sản [8]. Điều này đã giúp cho các doanh nghiệp có thể tiếp cận với những công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới về quản lý vận hành toà nhà. Cụ thể trên trang web của một số doanh nghiệp vận hành toà nhà có tiếng của Việt Nam như PMC, CBRE, Savills … đều quảng cáo về hệ thống quản lý toà nhà BMS [6]. Đây cũng là công nghệ vận hành toà nhà được áp dụng ở nhiều nước phát triển trên thế giới.

Bên cạnh BMS, thì trong vài năm trở lại đây mô hình thông tin công trình BIM cũng đang được áp dụng mạnh mẽ ở Việt Nam. Đã có nhiều công trình áp dụng thành công BIM trong thiết kế và thi công và tiến tới sẽ áp dụng trong vận hành. BIM cũng được đưa vào chương trình quốc gia theo Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 phê duyệt Đề án áp dụng Mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình. Tuy nhiên BIM trong giai đoạn vận hành trên thế giới cũng như ở Việt Nam vẫn còn đang ở giai đoạn sơ khai [10],[28]. Nhiều các công trình nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh tiềm năng mà BIM đem lại nếu được áp dụng vào giai đoạn vận hành. [17]

Có thể thấy BMS và BIM là 2 công nghệ quản lý vận hành toà nhà hàng đầu hiện nay. Một bên là công nghệ đã có và đang được áp dụng, một bên là công nghệ mới chưa được áp dụng rộng rãi nhưng lại rất tiềm năng. Bài báo này sẽ trả lời cho câu hỏi BIM hay BMS công nghệ nào sẽ áp dụng phù hợp cho vào hoạt động quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam trong tương lai. Ngoài phần đặt vấn đề và kết luận thì nội dung của bài báo gồm có 4 phần: (1) Giới thiệu về công nghệ quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam, BIM và BMS; (2) Phân tích về cách thức vận hành của BIM và BMS; (3) Rút ra ưu điểm, nhược điểm của từng công nghệ (4) Phạm vi áp dụng phù hợp cho BIM và BMS đối với hoạt động quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam. 

2. Giới thiệu về công nghệ quản lý vận hành toà nhà, hệ thống quản lý toà nhà (BMS), mô hình thông tin công trình (BIM)

2.1. Giới thiệu về công nghệ quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam

  • Khái niệm công nghệ quản lý vận hành toà nhà

Thuật ngữ toà nhà là cách gọi khác của nhà cao tầng. Theo TCXDVN-194-2006- Nhà cao tầng- Công tác khảo sát địa kỹ thuật ban hành trong quyết định 14/2006-QĐ-BXD- “Nhà cao tầng là nhà ở và các công trình công cộng có số tầng lớn hơn 9.”

Theo khoản 1 điều 3 Thông tư 10/2015/TT-BXD Quy định về đào tạo, bồi dưỡng nghiệp vụ quản lý vận hành chung cư: “Quản lý vận hành toà nhà có thể được hiểu là việc điều khiển, duy trì hoạt động của hệ thống thiết bị kỹ thuật, các dịch vụ bảo vệ, an ninh, vệ sinh môi trường, quản lý rủi ro và hướng dẫn việc sử dụng toà nhà cho các chủ sở hữu, người sử dụng toà nhà.”

Công nghệ là một tập hợp những công cụ như máy móc, kỹ thuật, kỹ năng, phương pháp tổ chức nhằm giải quyết một vấn đề hay cải tiến một giải pháp đã tồn tại để đạt được một mục đích cụ thể. [1]

Như vậy công nghệ quản lý vận hành toà nhà được hiểu là tập hợp các kiến thức, máy móc, kỹ thuật, kỹ năng, phương pháp tổ chức các hoạt động vận hành toà nhà như: điều khiển duy trì hệ thống kỹ thuật, các dịch vụ bảo vệ, an ninh ... để giúp cho toà nhà vận hành một cách bình thường, an toàn và hiệu quả.

  • Đặc điểm của công nghệ quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam

Mặc dù nhà cao tầng đã xuất hiện ở Việt Nam được hơn 20 năm nhưng phải đến khi Thông tư 14/2011/TT-BXD hướng dẫn đào tạo, bồi dưỡng kiến thức chuyên môn, nghiệp vụ quản lý vận hành chung cư ra đời thì hoạt động quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam mới có căn cứ để coi là một ngành nghề chuyên nghiệp.

Sự đa dạng về mục đích sử dụng, chủ sở hữu, mức độ hiện đại của các toà nhà cao tầng ở Việt Nam cũng dẫn tới việc ứng dụng công nghệ trong hoạt động quản lý vận hành không đồng đều. Ví dụ: toà nhà có mục đích để ở thì việc ứng dụng khoa học công nghệ không quá cấp thiết do các yêu cầu công việc ở mức đơn giản chỉ cần cách quản lý thủ công, truyền thống cũng đủ đáp ứng rồi. Nhưng đối với toà nhà có mục đích kinh doanh thương mại, hay mục đích hỗn hợp thì yêu cầu công việc phức tạp và các phương pháp thủ công không thể đáp ứng được do đó việc ứng dụng công nghệ lại là nhu cầu cấp thiết.

Trình độ ứng dụng khoa học công nghệ của các doanh nghiệp quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam cũng có sự khác biệt rất lớn. Bên cạnh những doanh nghiệp Việt Nam mới thành lập còn non trẻ thì cũng có nhiều các doanh nghiệp nước ngoài là chi nhánh của các tập đoàn lớn trên thế giới về phát triển bất động sản hay quản lý tài sản ở Việt Nam. Nhờ đó đã đưa những công nghệ quản lý toà nhà tiên tiến hiện đại trên thế giới vào áp dụng ở Việt Nam. Cụ thể trong top 10 doanh nghiệp quản lý vận hành toà nhà hàng đầu ở Việt Nam thì có đến 8/10 đại diện đến từ các doanh nghiệp nước ngoài có chi nhánh ở Việt Nam: CBRE, PMC, Savills … [8]

Từ khi được coi là một ngành nghề chuyên nghiệp đến nay thì tốc độ ứng dụng công nghệ trong quản lý vận hành toà nhà cũng diễn ra rất nhanh. Từ chỗ quản lý vận hành theo phương thức quản lý thủ công bằng con người đến chỗ áp dụng các phần mềm vi tính cho một vài công tác riêng lẻ như: thang máy, điện nước, an ninh … và đến nay là hệ thống quản lý toà nhà (BMS). Hệ thống này cho phép vận hành toà nhà một cách đồng bộ mang tính thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện [4]. Bên cạnh BMS thì trong vài năm trở lại đây mô hình thông tin công trình BIM cũng đang được nghiên cứu để áp dụng BIM trong vận hành. Việc áp dụng BIM thành công trong thiết kế và thi công trong nhiều dự án xây dựng ở Việt Nam đã chứng minh được những lợi ích to lớn mà BIM mang lại đồng thời khẳng định tiềm năng áp dụng của BIM hoạt động quản lý vận hành toà nhà.

2.2. Giới thiệu hệ thống quản lý toà nhà BMS

Hệ thống quản lý tòa nhà (Building Management System - BMS) hay còn gọi là Hệ thống tự động hóa tòa nhà (Building Automation System) là một hệ thống được cài đặt trong các tòa nhà để kiểm soát và điều khiển các chức năng của tòa nhà liên quan đến điều hòa nhiệt độ, thông gió, điều hòa không khí, ánh sáng, chắn nắng, hệ thống an toàn, hệ thống an ninh báo động và nhiều chức năng khác [26]. Bản chất của hệ thống quản lý tòa nhà là một hệ thống điều khiển dựa trên công nghệ máy tính để theo dõi và điều chỉnh hệ thống cơ điện của tòa nhà hướng tới mục tiêu phát triển bền vững [18], các hệ thống được kết nối với công nghệ BMS thường có thông số về sử dụng năng lượng ở mức 40%, tỷ lệ này tiệm cận đến 70% trong trường hợp tính toán cả năng lượng tiêu thụ cho hệ thống chiếu sáng [11][25]. Các nhà sản xuất và cung ứng dịch vụ quản lý tòa nhà sử dụng hệ thống BMS sẽ lập trình tự động hóa hệ thống của BMS của họ, tích hợp các chức năng kiểm soát, cung cấp thông tin về một thiết bị công trình cụ thể, cung cấp các cảnh báo về hệ thống và cho phép người vận hành có thể thiết lập các mốc và lịch trình bảo trì hệ thống [21].

Trong quá trình phát triển hệ thống này càng ngày càng trở nên linh hoạt và có thể tích hợp được nhiều tiện ích hơn. Mức độ cao nhất của BMS hiện nay là hệ thống tích hợp quản lý toà nhà IBMS (Integrated Building Management System). Hệ thống này cho phép quản lý toà nhà “thông minh” hơn ở chỗ đưa thêm các mối liên hệ tương tác với các quy trình nghiệp vụ “định hướng người dùng”, các luật, qui định, chính sách về quản lý để vận hành hệ thống một cách tối ưu. [7]

2.3. Giới thiệu về BIM trong giai đoạn vận hành

Mô hình thông tin công trình (BIM) đang trở thành một xu hướng trong việc áp dụng các tiến bộ khoa học công nghệ phục vụ ngành công nghiệp xây dựng, nó được ví như một “công nghệ số toàn cầu” mang đến một sự cải tổ về cấu trúc và quy trình của toàn bộ ngành công nghiệp xây dựng [15]. Thực chất, công nghệ BIM cung cấp cho chủ đầu tư, những chủ thể sử dụng và vận hành tòa nhà một công cụ mạnh mẽ để truy soát và sử dụng toàn bộ các thông tin về công trình từ một mô hình công trình ảo có thể truy cập được từ các thiết bị máy tính [27][24][13]. Theo [30], BIM cũng được nhấn mạnh như một “cách thức làm việc mới, sử dụng các công nghệ mới để thúc đẩy quản lý và thực hiện dự án, kiểm soát tốt hơn quy trình xây dựng, tăng sự hợp tác giữa các bên liên quan trong quá trình thực hiện dự án, tăng khả năng giải quyết các vấn đề sự cố và quản trị rủi ro”. Daniel W.M Chan [14] khẳng định trong nghiên cứu của mình rằng BIM không chỉ là một công cụ thiết kế, mà là một hệ thống hỗ trợ việc quản lý trong suốt vòng đời của một dự án.

Yêu cầu về thông tin công trình để thực hiện đầy đủ các hoạt động quản lý vận hành toà nhà là yêu cầu ở mức độ cao nhất đối với thông tin của mô hình BIM. Cụ thể theo tiêu chuẩn về các cấp độ BIM của Anh, ở cấp độ 3 sự hợp tác hoàn chỉnh và toàn diện trong việc lập kế hoạch, xây dựng và vòng đời hoạt động của một công trình xây dựng sẽ đạt được. Việc chia sẻ, thu thập và lưu trữ dữ liệu sẽ tập hợp vào một nguồn dữ liệu duy nhất. Cách tiếp cận phổ biến này đối với dữ liệu công trình xây dựng được gọi là “BIM mở”, do đó, đây là mục tiêu cuối cùng của ngành xây dựng.

Macintosh HD:private:var:folders:9g:bdshjpzs603_3d80sh5j4d6r0000gn:T:TemporaryItems:1a-1024x702.png

Hình 1. Mô hình các mức độ phát triển của BIM theo Bew và Richards

Ở Việt Nam dấu mốc đánh dấu BIM có cơ sở pháp lý được áp dụng thực tiễn là thời điểm: Luật Xây dựng số 50/QH13/2014 được Quốc hội khóa XIII thông qua ngày 18/06/2014 và có hiệu lực từ 01/01/2015 đã quy định một số nội dung liên quan đến Hệ thống thông tin công trình. Sau đó, các văn bản dưới luật cũng có những quy định cụ thể về BIM như: khoản 2 Điều 23, khoản 2 Điều 25 Nghị định số 32/2015/NĐ-CP ngày 25/3/2015; điều 3 Thông tư 06/2016/TT-BXD ngày 10/03/2016; Quyết định 79/QĐ-BXD ngày 15/02/2017. Đặc biệt là đề án áp dụng Mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình trong giai đoạn từ năm 2017 đến 2019 tại Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016.

Trong danh sách những dự án thí điểm áp dụng BIM ở Việt Nam ban hành theo quyết định số 362/QĐ-BXD ngày 02/04/2018 có đến 7/20 dự án đăng ký sẽ áp dụng BIM trong quản lý vận hành Điều này cho thấy mặc dù việc áp dụng BIM vào thực tiễn mới chỉ được 5 năm nhưng Việt Nam đã có những định hướng cho tương lai để áp dụng BIM cho cả giai đoạn vận hành chứ không chỉ dừng lại ở thiết kế, thi công như hiện nay.

3. Phương thức hoạt động của BMS, BIM trong quản lý vận hành toà nhà

3.1. Phương thức hoạt động của BMS trong quản lý vận hành toà nhà

Hệ thống BMS luôn được cấu thành bởi 2 phần (hình 2), hệ thống phần cứng và hệ thống phần mềm; hai hệ thống này kết nối với nhau sử dụng một giao thức được thiết lập bởi nhà sản xuất.

Hình 2. Các bộ phận cơ bản cấu thành hệ thống BMS [26]

Phần cứng bao gồm các thiết bị truyền động, cảm biến và thiết bị phần cứng. Các thiết bị truyền động sẽ phản ứng với các tín hiệu đóng mạch, hay biến thiên theo cường độ dòng điện qua các điện trở, hay là các thiết bị vật lý như lam chắn nắng tòa nhà hay rèm che cửa sổ tự động. Cảm biến là các thiết bị chuyển đổi các thực tại vật lý thành các tín hiệu có thể đo lường được. Các thiết bị truyền động và các cảm biến sẽ được kết nối với các cổng đầu vào/đầu ra (I/O ports) của thiết bị phần cứng (hardware modules), các thiết bị phần cứng này sẽ cung cấp các tín hiệu điện phù hợp với các mệnh lệnh yêu cầu đầu ra về sản phẩm kỹ thuật số và tạo thành các văn bản dữ liệu từ các tín hiệu đầu vào [26].

Phương thức thu thập, trao đổi, xử lý dữ liệu của hệ thống BMS bao gồm 3 lớp [26]: Lớp thấp nhất được nhóm tác giả tạm dịch là lớp nền (field layer), tại lớp này, sự tương tác và các giao thức liên kết với các thiết bị ngoại vi (cảm biến, thiết bị truyền động) được diễn ra; Lớp giữa được nhóm tác giả tạm dịch là lớp tự động hóa (automation layer), tại lớp này, các phép đo lường được xử lý, các vòng kiểm soát, điều khiển được thực thi và các báo động được kích hoạt; Lớp trên cùng được nhóm tác giả tạm dịch là lớp quản lý (management layer), lớp này diễn ra các hoạt động về thể hiện, chuyển tiếp, xu hướng hoá, truy cập và lưu trữ các dữ liệu hệ thống.

3.2. Phương thức hoạt động của BIM trong quản lý vận hành toà nhà

Khi kết thúc quá trình xây dựng, một mô hình BIM hoàn công sẽ được tạo ra, về mặt lý thuyết, mô hình này phải bao gồm đầy đủ các thông tin về công, bao gồm cả thông tin hình học và phi hình học trình (kiến trúc, kết cấu công trình, thông tin chi tiết về thiết bị công trình, hướng dẫn bảo trì và vận hành ...), và mô hình này sẽ được kế thừa để sử dụng như một nhân tố quan trọng phục vụ vận hành và bảo trì công trình. Do đó, có thể khẳng định Mô hình thông tin công trình hoàn công là một trong những yêu cầu dữ liệu đầu vào có thể tận dụng để đưa vào mô hình thông tin trong giai đoạn quản lý vận hành.

Hàm lượng thông tin được tạo dựng và tích hợp vào mô hình BIM hoàn công chính là một yếu tố quan trọng quyết định sự hiệu quả của việc ứng dụng BIM phục vụ giai đoạn vận hành và bảo trì công trình xây dựng. Theo quy định về các mức độ phát triển thông tin của Viện Kiến trúc Hoa Kỳ (The American Institute of Architects), LOD500 chính là mức độ phát triển thông tin lý tưởng cho mô hình BIM phục vụ cho giai đoạn vận hành, cụ thể LOD500 được mô tả như sau: “Các thành phần mô hình được thể hiện bằng đồ họa tại thời điểm sau khi hoàn thành quá trình thi công và lắp đặt trên thực tế; các kích thước, hình dáng, vị trí, số lượng và hướng của các thành phần phải được thể hiện chính xác với thực tế thi công, lắp đặt. Các thông tin phi hình học có thể được đính kèm với các thành phần mô hình”. [24]

Bảng 1. Phương thức hoạt động của BMS và BIM trong QLVH toà nhà

TT

Yếu tố

BMS

BIM

1

Dữ liệu đầu vào

Hồ sơ công trình do chủ đầu tư bàn giao (Hồ sơ pháp lý, hồ sơ hoàn công của nhà chung cư, nội quy quản lý sử dụng, quy trình bảo trì,
hợp đồng dịch vụ vận hành)

Mô hình BIM hoàn công bao gồm cả thông tin hình học và phi hình học (kiến trúc, kết cấu công trình, thông tin chi tiết về thiết bị công trình, hướng dẫn bảo trì và vận hành ...) với hàm lượng thông tin ở mức LOD 200

2

Phần cứng

Hệ thống các thiết bị truyền động , cảm biến và thiết bị cấp quản lý, bộ điều khiển cấp trường [26]

Hệ thống các thiết bị của lắp đặt để phục vụ cho việc áp dụng BIM trong vận hành phụ thuộc vào từng phần mềm khác nhau.

3

Phần mềm

Một ứng dụng phần mềm dành riêng để thực hiện việc điều khiển liên tục các thiết bị truyền động vật lý  dựa trên những phản hồi được cung cấp bởi các thiết bị cảm biến giám sát đầu vào (như cảm biến ánh sáng, cảm biến không gian...) hoặc dựa trên các mệnh lệnh của hệ thống [18].

Có nhiều phần mềm BIM trong BIM trong quản lý vận hành. Nhưng mỗi phần mềm này thiên về một lĩnh vực khác nhau của quản lý toà nhà. Ví dụ: Ecodomus: được thiết kế cho chủ sở hữu bất động sản để thực hiện các quy trình bảo trì, đặc biệt là cắt giảm chi phí năng lượng và lao động trong khi Archibus: Quản lý cơ sở vật chất, cơ sở hạ tầng, và bất động sản ...

4

Quy trình

Kết nối giữa phần cứng và phần mềm bằng “chồng giao thức mạng lưới” và các thiết bị vi điều khiển bao gồm 3 lớp: lớp nền, lớp tự động hoá, lớp quản lý

Sử dụng các phần mềm của BIM để đưa thêm các thông tin công trình trong giai đoạn vận hành vào mô hình thông tin công trình hoàn công đã có

5

Dữ liệu đầu ra

Các thông tin hỗ trợ việc ra các quyết định liên quan đến việc điều khiển hệ thống thiết bị công trình, hướng tới mục tiêu giảm thiểu chi phí vận hành trong khi vẫn đảm bảo được sự thoải mái của người sử dụng trong quá trình sử dụng công trình

Mô hình thông tin công trình với đầy đủ các thông tin trong suốt vòng đời cung cấp cho chủ đầu tư, những chủ thể sử dụng và vận hành tòa nhà một công cụ mạnh mẽ để truy soát và sử dụng toàn bộ các thông tin về công trình từ một mô hình công trình ảo có thể truy cập được từ các thiết bị máy tính [27][24][13].

 

4. Ưu nhược điểm của BMS, BIM trong quản lý vận hành toà nhà.

4.1. Ưu, nhược điểm của ứng dụng BMS trong quản lý vận hành tòa nhà

Những lợi ích mà BMS mang lại trong thực tế đã được chứng minh trong suốt quá trình tồn tại từ khi ra đời đến nay. BMS vẫn đang được coi là công nghệ số một về quản lý vận hành toà nhà bởi những ích lợi sau:

Giảm chi phí năng lượng nhờ tính năng quản lý tập trung điều khiển và quản lý năng lượng, Giảm chi phí nhân công và thời gian đào tạo nhân viên vận hành - cách sử dụng dễ hiểu, mô hình quản lý được thể hiện trực quan trên máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân sự và đào tạo [3]

BMS giúp kết nối tất cả các hệ thống như: bảo mật; chiếu sáng; chữa cháy; kiểm soát truy cập; sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC); thang máy; và nhiều thành phần cơ điện khác của cấu trúc [12] [29]

BMS hỗ trợ người quản lý cơ sở quản lý môi trường xây dựng hiệu quả hơn [22]. Cụ thể như: Tổng hợp, báo cáo thông tin; Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kịp thời trước khi có những sự cố; Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu [4] [3]

Ngoài ra những tính năng này IBMS còn thêm những tính năng cao hơn như: Giao tiếp tốc độ cao với mạng ngang hàng; Cấu hình nhận diện tự động và xác định những địa chỉ hợp lý cho các thiết bị cấp trường; Tích hợp những yếu tố công nghệ cao nhằm phát hiện và giảm thiểu những cảnh báo không đúng, qua đó đáp ứng ngày càng hiệu quả hơn; Kết hợp những loại cảm biến khác nhau cho phép tiêu chuẩn hoá các thiết bị dò tìm. [2] [3]

4.1.2. Hạn chế của việc áp dụng BMS vào quản lý vận hành toà nhà

Bên cạnh những lợi ích to lớn mà BMS mang lại cho quản lý vận hành toà nhà, trong xu thế mới của công nghệ - kỹ thuật BMS cũng bộc lộ những hạn chế:

Hầu hết dữ liệu được tạo ra trong giai đoạn vận hành là dữ liệu tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên dữ liệu BMS cho thấy lượng năng lượng đang được tiêu thụ nhưng nó không thể tự xác định lý do tại sao lượng tiêu thụ này lại bị tiêu thụ.[19]

BMS có thể được sử dụng để đối chiếu dữ liệu năng lượng về hiệu suất hoạt động ở mức độ lớn. Tuy nhiên, rất khó để nắm bắt chính xác dữ liệu về hành vi của người cư ngụ về ảnh hưởng của nó đối với mức tiêu thụ năng lượng và quan trọng hơn là tự động hóa việc thu thập dữ liệu đó. Do đó, để hiểu rõ hơn về mức tiêu thụ năng lượng vốn có trong các ứng dụng BIM, sẽ rất hữu ích khi tích hợp mô hình hóa của năm yếu tố ảnh hưởng đến mức tiêu thụ năng lượng này.[19]

Về mặt trực quan hoá, BMS so với những công nghệ mới như BIM khá hạn chế bởi những dữ liệu của BMS khá phức tạp và đòi hỏi phải được đào tạo mới có thể hiểu được những thông tin này, điều này rất hạn chế với một số đối tượng của toà nhà như người sử dụng và cấp quản lý của nhà phát triển bất động sản. Còn các thông tin của BIM được thể hiện trong mô hình 3D của công trình và tất cả các đối tượng sử dụng công trình đều có thể truy cập những dữ liệu của công trình theo phân quyền đã thiết lập. 

Vai trò của BMS đối với phát triển bền vững có nhiều hạn chế do: các công cụ phân tích tính bền vững như hiệu suất năng lượng mà BMS tạo ra bị ngắt kết nối và tách biệt với các giai đoạn trước như thiết kế, thi công [31]; Không cải thiện chi phí tổng thể của dự án do không cải thiện các phương pháp xây dựng bền vững cho giai đoạn lập kế hoạch và thiết kế. [19]

4.2. Ưu, nhược điểm của ứng dụng BIM trong quản lý vận hành tòa nhà

4.2.1. Ưu điểm của ứng dụng BIM trong quản lý vận hành tòa nhà

Ưu điểm lớn nhất của BIM đối với mọi công trình xây dựng đến từ hệ thống thông tin và cơ sở dữ liệu được tạo lập và tích hợp để sử dụng trong suốt vòng đời công trình. Trong trường hợp mô hình BIM hoàn công được phát triển ở mức độ thông tin cao nhất (LOD500), một hệ thống cơ sở dữ liệu đầy đủ bao gồm cả các thông tin hình học và phi hình học về toàn bộ thiết bị công trình sẽ được tạo lập, từ đó giúp các chủ thể vận hành hiểu rõ và nắm bắt được các thông tin chi tiết về hệ thống thiết bị trong công trình, về các đặc tính của công trình cần phải chú ý trong quá trình vận hành. Các thông tin được nắm bắt chi tiết, chính xác và đầy đủ cũng hỗ trợ cho việc ra các quyết định vận hành đúng đắn, giảm thiểu các sự cố, rủi ro phát sinh trong quá trình vận hành, từ đó đảm bảo được chất lượng và hiệu suất hoạt động của tòa nhà.

Hệ thống thông tin được tích hợp trong BIM sẽ liên kết với nhau thành một mô hình đồ họa mang tính trực quan cao, điều này giúp các chủ thể vận hành hình dung rõ hơn về vị trí các thiết bị xảy ra sự cố trong công trình. Bên cạnh đó, việc thực hiện mô phỏng các sự cố có thể xảy ra trên các mô hình 3D cũng giúp các bên liên quan trong quá trình vận hành hiểu rõ hơn về vai trò và trách nhiệm của mình trong việc vận hành và bảo trì các thiết bị công trình mà không nhất thiết phải có một lượng kiến thức chuyên môn sâu rộng về thiết bị công trình.  

Một ưu điểm nữa của BIM cần được nhấn mạnh là khả năng chia sẻ và kết nối của các mô hình BIM. Mô hình BIM của một công trình là một mô hình mở cho phép cập nhập và kết nối dữ liệu với các mô hình BIM của công trình khác. Mô hình BIM của các công trình liên kết với nhau sẽ tạo nên một kho cơ sở dữ liệu tham chiếu khổng lồ, giúp ích cho việc xây dựng dữ liệu lớn (big data), tạo tiền đề cho việc phát triển đô thị theo hướng thông minh. Từ góc nhìn của các đơn vị quản lý vận hành, đặc biệt là các đơn vị quản lý vận hành một hệ thống công trình (khu đô thị, trung tâm thương mại, trường học ...), một hệ thống cơ sở dữ liệu đồng bộ sẽ trợ giúp các đơn vị này trong việc quá trình vận hành và bảo trì một hệ thống công trình, đặc biệt trong việc xác định được chính xác và kịp thời các sự cố, hỏng hóc và vị trí các thiết bị công trình cần được sửa chữa, bảo trì, trong việc dự đoán các rủi ro có thể xảy ra với hệ thống công trình để đưa ra các quyết định vận hành hợp lý, hiệu quả.

Mô hình thông tin công trình (BIM), theo đánh giá của nhóm tác giả, là một giải pháp mới mang tính tổng hợp, lấp đầy các khoảng trống về thông tin, mang đến tính đồng bộ và tính linh hoạt khi nó có thể kết hợp với đa dạng các công nghệ khác nhau hỗ trợ cho giai đoạn vận hành. Sự hỗ trợ của BIM đối với công tác quản lý vận hành có thể tóm tắt ở những điểm sau:

+ BIM hỗ trợ việc thu thập và tích hợp toàn bộ các thông tin về công trình trong một mô hình đa chiều mang tính trực quan, tính đồng bộ cao.

+ BIM hỗ trợ việc phân loại, phân luồng hệ thống thông tin, đảm bảo việc trao đổi thông tin một cách xuyên suốt, giải quyết các vấn đề về sự chồng chéo thông tin, từ đó giảm thời gian và hao phí nguồn lực cho các công tác bảo trì và sửa chữa.

+ BIM hỗ trợ việc mô phỏng, dự đoán các sự cố, rủi ro có thể xảy ra trong quá trình vận hành công trình, tạo điều kiện cho việc bảo trì, thay thế một cách kịp thời, duy trì được độ bền bỉ của công trình trong suốt giai đoạn vận hành.

+ BIM hỗ trợ việc đưa ra các quyết định vận hành thông minh giúp tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng của công trình, hướng tới xây dựng bền vững.

4.2.2. Nhược điểm của ứng dụng BIM trong quản lý vận hành tòa nhà ở Việt Nam

Cơ sở dữ liệu thông tin vừa là ưu điểm, cũng là nhược điểm của mô hình BIM. Việc tích hợp một hàm lượng thông tin hợp lý trong mô hình BIM để phục vụ cho giai đoạn vận hành và bảo trì luôn là một vấn đề cần nghiên cứu và thử nghiệm thực tiễn. Hàm lượng thông tin của mô hình BIM sẽ lớn dần lên cùng với tuổi thọ của công trình, công trình bước vào giai đoạn tuổi già sẽ tạo ra một lượng thông tin khổng lồ trong mô hình BIM. Xét trên khía cạnh chi phí, mỗi một thông tin không cần thiết sẽ kéo theo một lượng chi phí lớn phát sinh phục vụ thu thập và lưu trữ thông tin. Do đó, các giải pháp về độ lớn thông tin tích hợp vào mô hình BIM để phục vụ cho công tác quản lý vận hành là rất cần thiết.

Việc ứng dụng BIM ở mức lý tưởng nhất cho giai đoạn vận hành cần một quá trình tạo dựng mô hình thông tin công trình ở mức độ chi tiết và chính xác cao ngay từ những giai đoạn đầu của quá trình thực hiện dự án. Điều này vô tình tạo áp lực cho các đơn vị thiết kế và ngay chính chủ đầu tư, đặc biệt trong bối cảnh ở VIệt Nam hiện nay, khi mà nhiều công trình chỉ áp dụng BIM ở mức độ thấp, chủ yếu là việc dựng các mô hình BIM phục vụ cho việc phát hiện các xung đột trong quá trình thiết kế và phục vụ một phần cho quá trình thi công. Các mô hình BIM tạo dựng ở mức độ phát triển thông tin thấp vẫn có thể áp dụng cho giai đoạn vận hành, tuy nhiên cần phải trải qua một quá trình bổ sung các thông tin thiết bị công trình vào mô hình tiêu tốn nhiều thời gian, chi phí và nhân lực. Do đó, các yêu cầu khắt khe về thông tin trong mô hình để áp dụng được hiệu quả nhất công nghệ BIM trong giai đoạn vận hành đã tạo ra một rào cản lớn, vô tình trở thành một nhược điểm của việc ứng dụng rộng rãi BIM hỗ trợ quản lý vận hành tòa nhà. Đặc biệt nếu xét trên hệ quy chiếu với các công nghệ chuyên dụng cho giai đoạn vận hành, các công nghệ này không cần những yêu cầu quá cao về thông tin, và phần nào đó vẫn đáp ứng được yêu cầu của đơn vị vận hành, chủ sở hữu và người sử dụng tòa nhà trong việc theo dõi về tiêu hao năng lượng, tình trạng an ninh, phòng cháy chữa cháy và hiện trạng của các thiết bị tiêu thụ quan trọng trong công trình.

Tính tức thời trong việc ứng dụng BIM hỗ trợ công tác quản lý vận hành tòa nhà cũng trở thành một nhược điểm không hề nhỏ. Cụ thể, như đã phân tích ở mục trước, việc tạo dựng một mô hình BIM để hỗ trợ với mức hiệu quả tối đa công tác quản lý vận hành tiêu tốn một lượng thời gian dài, và phải diễn ra ngay từ giai đoạn thiết kế công trình. Điều này cũng có nghĩa BIM không thể áp dụng được tức thời vào giai đoạn vận hành và bảo trì của những công trình mới, chưa được tạo dựng mô hình BIM từ các giai đoạn trước đó. Nói theo cách khác, ứng dụng công nghệ BIM cho giai đoạn vận hành cần một lộ trình tiêu tốn một khoảng thời gian không nhỏ, do đó, rất nhiều các đơn vị vận hành và chủ đầu tư sẽ tỏ ra quan ngại trong việc ứng dụng BIM cho công trình của họ, đặc biệt trong trường hợp các công trình này không có sẵn mô hình BIM. Sự quan ngại này chủ yếu xuất phát từ việc họ sẽ phải chờ đợi một khoảng thời gian dài cho việc tạo dựng lại và tích hợp thông tin vào mô hình BIM trước khi thấy được những hiệu quả rõ rệt của công nghệ này. Nhược điểm này sẽ càng rõ ràng hơn trong bối cảnh của ngành công nghiệp xây dựng tại Việt Nam, khi mà đa số các công trình đều không/chưa áp dụng BIM trong giai đoạn đầu tư xây dựng.

5. Phạm vi áp dụng của BMS và BIM đối với hoạt động quản lý vận hành toà nhà ở Việt Nam.

Sau khi phân tích về phương thức hoạt động của BMS và BIM và những ưu nhược điểm của hai công nghệ này khi áp dụng vào hoạt động quản lý vận hành toà nhà có thể rút ra những nhận định sau:

BMS có ưu thế hơn so với BIM về những mặt sau:

- Chi phí đầu vào cho các trang thiết bị của BMS: phần mềm quản lý, thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và chi phí về nhân sự như thuê chuyên gia, nhân viên kỹ thuật vận hành của BMS so với BIM thấp hơn nhiều.

- Các thu thập dữ liệu đầu vào của BMS đơn giản hơn nhiều so với BIM. Nếu như BMS thu thập dữ liệu từ các cảm biến lắp ở thiết bị của công trình thì BIM đòi hỏi việc thu thập dữ liệu phải bắt đầu từ khi bắt đầu thiết kế, thi công xây dựng công trình.

- Phương thức truyền dữ liệu đơn giản và phản ánh được sự thay đổi liên tục theo thời gian của công trình trong khi các dữ liệu được đưa vào BIM chủ yếu là dữ liệu tĩnh còn dữ liệu động đưa vào mô hình như thế nào vẫn là một bài toán khó với BIM.

Nhưng bên cạnh đó việc vận dụng BIM trong quản lý toà nhà cũng có những tiềm năng rất lớn so với BMS:

  • BIM đã được đưa vào quy định và tiêu chuẩn xây dựng của nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam cho nên có thể khẳng định BIM là tương lai của ngành công nghiệp xây dựng trên thế giới. Việc tận dụng được mô hình công trình đã được tạo lập từ thiết kế, thi công sang giai đoạn vận hành sẽ mang lại nhiều thuận lợi hơn so với việc thiết lập lại từ đầu hệ thống quản lý toà nhà như BMS.
  • Ngoài ra BIM còn có một ưu điểm nổi bật so với BMS là sản phẩm của BIM trực quan hơn so với BMS. Ở BIM mọi thong tin công trình được tích hợp trong một mô hình 3D của công trình, điều này làm cho người sử dụng dễ tiếp cận thông tin về toà nhà hơn so với BMS. Việc này làm tăng khả năng giao tiếp của các bên tham gia vào quá trình vận hành công trìn, dễ tìm được sự đồng thuận và tiếng nói chung trong quản lý vận hành toà nhà.

Từ những nhận định trên, giải pháp được đưa ra để tận dụng những ưu điểm và hạn chế những nhược điểm của cả hai công nghệ. Cụ thể là dùng BMS để thu thập dữ liệu và đưa vào mô hình thông tin công trình BIM. Giải pháp này cũng đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đưa ra như: Mô hình BIM giàu thông tin thay thế cho HMI 2D- giao diện hiển thị của BMS cho các nhà quản lý [23]; hai cách tiếp cận cơ bản để liên kết dữ liệu BMS với BIM: (1) BMS - Công cụ phân tích năng lượng - Liên kết BIM và (2) Trình tiêu thụ năng lượng - Liên kết BIM [19]; Hệ thống quản lý tòa nhà dựa trên kiến ​​thức tích hợp sử dụng các ứng dụng nD BIM (BIM-IKBMS) trong vòng đời xây dựng sau xây dựng để thúc đẩy triển khai thành công các hoạt động xây dựng bền vững [16]; Phương pháp kết hợp công nghệ tăng cường thực (AR-Augmented Reality) và công nghệ mô hình thông tin công trình BIM để đưa ra quy trình tích hợp hệ thống cơ điện trong quản lý vận hành toà nhà [8]

6. Kết luận

Nhà cao tầng hay còn gọi là toà nhà đã trở thành xu hướng tất yếu của các thành phố lớn trên thế giới bởi những tính năng ưu việt như: tiết kiệm nguồn tài nguyên đất đai quý giá của mỗi quốc gia, cung cấp một lượng lớn các đơn vị ở, sinh hoạt và làm việc cho con người, tích hợp nhiều tiện ích trong cùng một không gian … Bài toán đặt ra cho tương lai nhà cao tầng không chỉ dừng lại ở quy hoạch, thiết kế hay thi công mà chính là quản lý vận hành các toà nhà này ra sao. Đây là giai đoạn lâu dài và ảnh hưởng trực tiếp tới cuộc sống và công việc của những người sử dụng toà nhà. Hoạt động quản lý vận hành toà nhà cũng là một hoạt động rất phức tạp bởi đó không chỉ đơn thuần là việc vận hành các máy móc thiết bị của toà nhà mà còn quản lý cả những sinh hoạt của con người trong đó. Để có thể tạo ra được một trường sống và làm việc có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người việc áp dụng tiến bộ khoa học công nghệ là điều cần thiết. Mặc dù ở Việt Nam sự xuất hiện của nhà cao tầng muộn hơn so với nhiều quốc gia trên thế giới nhưng với tốc độ phát triển về khoa học công nghệ hiện nay Việt Nam hoàn toàn có khả năng áp dụng những công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới về quản lý vận hành toà nhà.

Qua việc tìm hiểu những công nghệ tiên tiến hiện đại nhất trên thế giới về quản lý vận hành toà nhà trên thế giới và Việt Nam, bài báo đã tìm ra hai công nghệ nổi bất nhất hiện nay là BMS (Building management system) và BIM (Building information modeling). Bài báo đã giới thiệu một cách sơ lược về sự ra đời và phát triển cùng phương thức hoạt động của hai công nghệ này. Từ đó phân tích hai công nghệ này về các mặt như: thu thập dữ liệu đầu vào, cách thức vận hành, dữ liệu đầu ra. Nhờ đó chỉ ra các ưu điểm và nhược điểm của từng công nghệ này khi vận dụng vào hoạt động quản lý vận hành toà nhà. Cuối cùng, bài báo đã đưa ra giải pháp áp dụng công nghệ phù hợp cho điều kiện Việt Nam: đó là sử dụng công nghệ hiện có BMS để giải quyết việc thu thập dữ liệu đầu vào cho BIM trong giai đoạn vận hành của toà nhà. Tuy nhiên, để có thể đưa giải pháp này vào trong thực tiễn cần có có những nghiên cứu cụ thể hơn về cách kết hợp hai công nghệ này. 

(Theo Tạp chí Kinh tế xây dựng số 03/2020)

  • Chia sẻ