Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong đánh giá công trình xanh

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THÔNG TIN CÔNG TRÌNH (BIM) TRONG ĐÁNH GIÁ CÔNG TRÌNH XANH * Cục Phát triển đô thị, Bộ Xây dựng ** Khoa Kinh tế và QLXD, Trường ĐH Xây dựng 91Số 57-58.2018 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG Đào Thị Như*, Vũ Kim Yến** Tóm tắt: Ở mỗi cấp độ “công trình xanh” khác nhau, dự án lại cần tổng mức đầu tư và chi phí vận hành khác nhau. Bên cạnh việc đạt được mục tiêu “Công trình xanh” đề ra, chủ đầu tư cũng rất quan tâm đến chi phí cho mỗi cấp độ đó. Các bước ứng dụng BIM trong đánh giá công trình xanh sẽ giúp tự động hóa việc đánh giá sự thay đổi về chi phí cho công trình xanh theo các giải pháp thiết kế khác nhau, đồng thời đáp ứng được mục tiêu giá trị của dự án như kì vọng của chủ đầu tư và các bên hữu quan, ngay từ giai đoạn đầu của thiết kế. Từ khóa: BIM; công trình xanh; LOTUS, LEED. Abstract: At each different level of “green buildings”, the project needs a different level of investment and operating costs. Going along with each level of “Green Building”, the cost is always considered as an important and strong interest of the investors. The steps of BIM application in green building assess- ment will help to automate the assessment of changes in green building cost for different design options, while meeting the project’s value goals as expected by the investors and stakeholders, right from the beginning phase of the design. Keywords: BIM, green building, LOTUS, LEED. Nhận ngày 22/12/2017, chỉnh sửa ngày 29/12/2017, chấp nhận đăng ngày 5/1/2018 Xu hướng Công trình xanh (CTX) và Xây dựng bền vững (XDBV) đang là mục tiêu hướng tới của ngành Xây dựng trong tương lai. Mục đích chính của XDBV là đạt được các hiệu quả về sinh thái, kinh tế, xã hội, cụ thể hơn là sử dụng tiết kiệm nguồn tài nguyên và giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới, chứng minh những lợi ích khi ứng dụng Mô hình thông tin công trình - Building Information Modeling (viết tắt là BIM) trong quản lý xây dựng, cũng như những lợi ích mà dự án hướng tới mục tiêu CTX mang lại. Tuy nhiên, vì những lí do khác nhau, các chủ đầu tư vẫn còn “băn khoăn” trong việc có áp dụng BIM và CTX trong dự án hay không. Do đó, cần thiết có những công cụ để đánh giá CTX, ứng dụng mô hình BIM, để hỗ trợ cho việc ra quyết định của chủ đầu tư ngay từ giai đoạn đầu của thiết kế. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH THÔNG TIN CÔNG TRÌNH (BIM) Khái niệm về BIM Được chấp nhận nhiều nơi trên thế giới bởi các tổ chức khác nhau, khái niệm BIM được Uỷ ban Tiêu chuẩn BIM tại Mỹ (NBIMS) định nghĩa “Mô hình thông tin công trình là sự biểu diễn bằng số các thuộc tính vật lý và chức năng của công trình, chia sẻ nguồn tri thức các thông tin của công trình, tạo một cơ sở đáng tin cậy cho các quyết định trong suốt vòng đời từ ý tưởng ban đầu cho đến khi dỡ bỏ nó” [2]. BIM là một quan niệm mới cho phép xây dựng công trình ảo trước. Bằng cách này, các đối tác tham gia dự án có thể xem xét và đánh giá hiệu quả trước khi thực hiện. Giải quyết được các vấn đề liên 92 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG quan ngay ở giai đoạn ban đầu của dự án, đạt được kết quả tiết kiệm đáng kể về mặt thời gian, chi phí và năng lượng. Cùng với các khả năng theo dõi kế hoạch, chi phí và quản lý được nâng cao, một thế giới hoàn toàn mới được mở ra cho cơ hội ứng dụng BIM. Hình 1: Sơ đồ tổng quát về BIM Ưu nhược điểm của mô hình thông tin công trình (BIM) Ưu điểm: Tăng khả năng phối hợp thông tin (tăng sự cộng tác giữa các bên có liên quan); Thiết kế dễ hình dung hơn; BIM được sử dụng để đánh giá nhiều phương án thiết kế khác nhau, hỗ trợ cho việc xem xét và ra quyết định được chính xác hơn; Tính linh hoạt; Tính toán chính xác hơn; Giảm chi phí lắp đặt; Lịch sử công trình. Nhược điểm: Phí đào tạo và chi phí cho cơ sở hạ tầng để triển khai BIM; Thêm nhiều việc phải tiến hành trước khi công trình được xây dựng; Thay đổi tiến trình đấu thầu, mua sắm và xây dựng. CÔNG TRÌNH XANH VÀ XÂY DỰNG BỀN VỮNG Khái niệm XDBV là một khái niệm mang tính dài hạn nhằm cân bằng giữa các mục tiêu kinh tế, tính cân bằng xã hội và các tác động đối với môi trường [3]. Các thiết kế mang tính bền vững cố gắng để sử dụng các nguồn năng lượng thiên nhiên sẵn có như năng lượng mặt trời và thông gió tự nhiên để giảm tối đa việc tiêu hao các năng lượng “nhân tạo” của dự án. Nói cách khác, trong phạm vi các hoạt động xây dựng, đó là việc thiết kế, xây dựng và vận hành các tòa nhà sẽ tận dụng tốt nhất điều kiện sẵn có với tiến bộ công nghệ mới để giảm thiểu tối đa các tác động xấu đến môi trường (BCA, 2014). Thuật ngữ Công trình xanh (Green Building) ban đầu được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ, sau này trở thành thuật ngữ phổ thông ở Châu Mỹ, Australia và Đông Á. Tại Việt Nam, khái niệm này mới xuất hiện vài năm trở lại đây, nhưng bản chất của CTX thì không mới, bởi từ hàng trăm năm trước, các yếu tố bền vững đã được áp dụng trong thiết kế và xây dựng công trình. Lấy nhà ở dân gian làm ví dụ, dạng công trình này mát vào mùa hè và ấm vào mùa đông, đặc biệt là có thể ứng phó rất uyển chuyển với thời tiết thay đổi thất thường. Các yếu tố về khí động học và thông gió cũng được áp dụng hợp lý, nhằm mang lại một môi trường sống thoải mái mà không dùng đến năng lượng. Trào lưu CTX chỉ thực sự bắt đầu cách đây hơn 2 thập kỷ, kể từ khi Hội đồng CTX của Mỹ (USGBC) được thành lập năm 1993. Cơ quan này biên soạn ra các nhóm tiêu chí về tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm nước, sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường... thể hiện trong tiêu chuẩn viết tắt là LEED (Leadership in Energy and Environmental Design). CTX hay còn gọi là CTBV, là công trình đảm bảo các yếu tố [7]: Sử dụng có hiệu quả năng lượng, nước, nguyên vật liệu và giảm thiểu ảnh hưởng của quá trình xây dựng tới sức khỏe của con người và môi trường; Việc này phải tiến hành trong suốt một vòng đời của công trình: Tìm kiếm địa điểm hợp lí, thiết kế, xây dựng, hoạt động, bảo quản và phá bỏ; Giảm thiểu chất thải, ô nhiễm và những nguyên nhân làm suy thoái môi trường. LỢI ÍCH VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG TRÌNH XANH Lợi ích + Về mặt môi trường: CTX rất “thân thiện với môi trường”, nó làm giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính, giảm lượng nước và năng lượng tiêu thụ mỗi ngày, xử lý và tái chế chất thải hợp lý [4-7]. + Về mặt tài chính: CTX thường mang lại lợi ích về tài chính cho các nhà đầu tư có tầm nhìn dài hạn. Khi đưa vào sử dụng, các CTX tiết kiệm được trung bình 30% năng lượng, 35% phát thải carbon, 30-50% nước và 50-90% chi phí cho rác thải [4-7]. Tuy nhiên, đa số nhà đầu tư không biết trong tổng chi phí đầu tư cho một tòa nhà thương mại (từ thiết kế, xây dựng,vận hành cho tới lúc dỡ bỏ), chi phí giai đoạn đầu (thiết kế và xây dựng) chỉ chiếm 10-20% [4-7]. Như vậy, 80-90% tổng đầu tư được sử dụng trong giai đoạn vận hành. Vòng đời trung bình của các tòa nhà thương mại khoảng từ 30-50 năm. Nếu một CTX hoạt động hiệu quả có khả năng tiết kiệm 30% mức sử dụng năng lượng và nước sẽ giúp các nhà đầu tư tiết kiệm một khoản lớn trong tổng chi phí đầu tư. 93Số 57-58.2018 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG + Về mặt năng lượng: Các nghiên cứu phổ biến cho thấy CTX giúp tiết kiệm trung bình 30% năng lượng. Chiếu sáng có thể đem tới hiệu quả tiết kiệm cao, chiếm trung bình 35% tổng năng lượng tiêu thụ của một tòa nhà. Hiệu quả CTX khá rõ trong việc cản nhiệt, trồng cây với ý thức cải thiện cảnh quan và vi khí hậu. Nó còn giúp thiết kế hệ thống điện, nước và hạ tầng một cách hiệu quả và tiết kiệm [4-7]. + Củng cố thương hiệu: Thương hiệu tòa nhà xanh được sử dụng như một lợi thế cạnh tranh của chủ đầu tư, thể hiện trách nhiệm xã hội của doanh nghiệp, nâng cao giá trị thương hiệu và giúp định vị khác biệt đối với đối thủ. Chủ đầu tư có thể sử dụng nó cho việc quan hệ công chúng và quan hệ Chính phủ [4-7]. + Đem lại lợi ích cho Chính phủ: CTX giúp giảm áp lực lên tài nguyên thiên nhiên, giảm tiêu thụ năng lượng, xử lý chất thải và ô nhiễm... Bên cạnh đó, các CTX cũng bảo đảm một môi trường sống đô thị tốt hơn [4-7]. Hạn chế + Chi phí xây dựng CTX thường cao hơn 20 -30 % so với chi phí ban đầu nên gặp khó khăn về mặt vốn đầu tư. Điều này có thể nhìn thấy rõ từ giai đoạn thiết kế cũng như khi thi công, khi CTX đòi hỏi một số vật liệu chuyên biệt hay các nội thất thông minh. Điều này làm tăng chi phí sản phẩm và sẽ tốn thêm chi phí quảng bá để bán sản phẩm để người tiêu dùng có thể chấp nhận mức giá đắt hơn đó. + Để thiết kế và xây dựng được CTX đòi hỏi phải có một đội ngũ cán bộ thiết kế giàu kinh nghiệm, trình độ chuyên môn cao. CTX phụ thuộc rất nhiều vào con người, từ các bước đào tạo cho đến triển khai đội ngũ thực hiện. HỆ THỐNG ĐÁNH GIÁ CÔNG TRÌNH XANH ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM ● Hệ thống LEED LEED là hệ thống tiêu chuẩn quốc tế về kiến trúc xanh, được công nhận và thẩm định cho những công trình kiến trúc, cung cấp cho bên thứ ba và chứng nhận rằng một tòa nhà hoặc một sở hữu công cộng được thiết kế và xây dựng dựa theo những tiêu chuẩn hướng đến việc cải thiện hiệu suất, kết hợp với các tiêu chuẩn về tiết kiệm năng lượng, hiệu quả thoát nước, giảm lượng khí thải C02, nâng cao chất lượng môi trường sống, nâng cao khả năng quản lý nguồn tài nguyên và khả năng linh hoạt của công trình trong việc thích ứng với sự thay đổi. LEED cung cấp cho các chủ sở hữu, cũng như các nhà quản lý một cơ sở vững chắc trong việc xác định và thực hiện các giải pháp “kiến trúc xanh” đạt tiêu chuẩn và khả thi như thiết kế, thi công, vận hành, bảo hành. LEED là một tiêu chuẩn rất thuyết phục bởi sự linh hoạt vì nó dễ dàng áp dụng cho tất cả các loại công trình - từ công trình thương mại cho đến dân cư. Nó hoạt động trong suốt quy trình xây dựng - thiết kế và xây dựng, vận hành, bảo hành, trang bị cho con người những sự đổi mới đáng kể. Và LEED mở rộng các lợi ích của mình vượt khỏi những lĩnh vực xây dựng đặc thù, lạc hậu vào những lĩnh vực có liên quan trong quá trình phát triển [7]. Khi được chứng nhận LEED nghĩa là công trình đó sử dụng hiệu quả nước và năng lượng, thải ít khí CO2 và tận dụng tốt các nguồn tài nguyên ở địa phương giúp giảm thiểu mức độ sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất và vận chuyển. ● Hệ thống LOTUS LOTUS (hoặc Bộ Công cụ Đánh giá LOTUS) là một hệ thống đánh giá mang tính tự nguyện theo định hướng thị trường do Hội đồng CTX Việt Nam xây dựng riêng cho môi trường xây dựng của Việt Nam [5]. Bộ công cụ đánh giá LOTUS được xây dựng dựa trên các hệ thống đánh giá CTX quốc tế khác nhau và đặt mục tiêu hướng đến: Thiết lập bộ tiêu chuẩn dành riêng cho Việt Nam; Định hướng cho ngành Xây dựng trong nước hướng tới sử dụng tiết kiệm các nguồn tài nguyên thiên nhiên; Giới thiệu và thúc đẩy các hoạt động xây dựng thân thiện với môi trường. LOTUS được xây dựng trên cơ sở quá trình nghiên cứu lâu dài với những ý kiến chuyên môn của các chuyên gia trong nước và quốc tế, đặc biệt chú trọng đến các điều kiện tự nhiên và kinh tế của Việt Nam, các quy chuẩn, tiêu chuẩn và chính sách xây dựng hiện hành của Việt Nam. Hệ thống công cụ LOTUS đánh giá các công trình (đang trong giai đoạn thiết kế, giai đoạn hoàn công và giai đoạn vận hành) và xác định tính hiệu quả năng lượng, các tác động đến môi trường và người sử dụng công trình. Nhằm cung cấp một hệ thống công cụ đánh giá cho phần lớn các loại công trình, bộ công cụ LOTUS được thiết kế với 3 công cụ đánh giá gồm: LOTUS cho công trình phi nhà ở (LOTUS NR) và LOTUS cho công trình nhà ở (LOTUS R) để đánh giá các giai đoạn thiết kế và thi công xây dựng của công trình trong khi đó công cụ LOTUS BIO lại đánh giá giai đoạn vận hành của một công trình [3]. 94 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG Các mức chứng nhận LOTUS: Hệ thống chứng chỉ LOTUS gồm ba mức (Chứng nhận, Bạc và Vàng). Căn cứ vào số điểm công trình đạt được để xét cấp các mức chứng chỉ khác nhau cho dự án đó. Nhưng để đạt được Chứng chỉ LOTUS, một công trình phải đáp ứng được tất cả các điều kiện tiên quyết và đạt được tối thiểu 40% tổng điểm. Mỗi công cụ đều có thể tính thêm điểm cho hạng mục Sáng kiến với tối đa là 8 điểm. Hình 2: Các mức chứng nhận công trình xanh của LOTUS (Nguồn: [5]) Hạng mục của LOTUS Công cụ LOTUS cho Công trình Phi nhà ở (LOTUS NR) và Công cụ LOTUS cho Công trình Nhà ở (LOTUS R) đều gồm 9 hạng mục còn Công cụ LOTUS cho Công trình đang vận hành (LOTUS BIO) gồm 8 hạng mục để đánh giá các công trình dựa trên cách tính điểm. Các hạng mục đều được phát triển phù hợp với các nguyên tắc xây dựng xanh giúp sử dụng năng lượng và nước tiết kiệm và hiệu quả, thân thiện với môi trường và người sử dụng đồng thời giảm thiểu lượng chất thải và ô nhiễm. Mỗi hạng mục sẽ có các khoản với các tiêu chí tương ứng. Trong đó mỗi tiêu chí đều được ấn định một số điểm nhất định. Đối với các khoản có các tiêu chí là điều kiện tiên quyết bắt buộc thì công trình phải đáp ứng được các tiêu chí đó để được cấp chứng chỉ LOTUS: Năng lượng; Nước; Vật liệu; Sinh thái; Chất thải & Ô nhiễm; Sức khoẻ & Tiện nghi; Thích ứng & Giảm nhẹ; Cộng đồng; Quản lý; Sáng kiến. (Kỳ sau: Ứng dụng BIM trong đánh giá công trình xanh để đạt mục tiêu bền vững) Tài liệu tham khảo 1. Bộ Xây dựng và USAID (2014), Hội thảo đánh giá tổng quan 7 Hệ thống cấp chứng nhận công trình xanh trên thế giới và trong khu vực – Ý nghĩa chính sách cho Việt Nam, Tuyển tập Báo cáo Hội thảo, Việt Nam 2. BuildingSMARTalliance (2010), What is a BIM?, http:// www.buildingsmartalliance.org/index.php/nbims/faq/, 20/12/2017 3. Charles J Kibert (2016), Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery, Wiley 4th Edition 4. Nhị Giang (2011), “Lợi ích từ công trình xanh”, phap/2011/04/1224098/loi-ich-tu-cong-trinh-xanh/, 20/12/2017 5. Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam, org.vn/lotus, 20/12/2017 6. Nguyễn Việt Hùng (2015), Nghiên cứu xây dựng lộ trình áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế, xây dựng và quản lý công trình tại Việt Nam, Báo cáo đề tài khoa học cấp Bộ, Viện Kinh tế Xây dựng, Bộ Xây dựng 7. Phạm Đức Nguyên (2010), “The Vietnam Green Building Promotion Program and the Climate Change Adaptation in the built field”, Repport Conference, Vietnam 8. Vũ Hồng Phong (2015),“Thị trường Công trình Xanh tại Việt Nam: Tiềm năng và cơ hội”, Hội quy hoạch phát triển đô thị Việt Nam, goc-nhin/11876-thi-truong-cong-trinh-xanh-tai-viet- nam-tiem-nang-va-co-hoi.html, 20/12/2017 9. Salman Azhar, Justin Brown, Rizwan Farooqui (2013),“BIM-based Sustainability Analysis: An Evaluation of Building Performance Analysis Software”, https://www. academia.edu/14724531/BIM-based_Sustainability_ Analysis_An_Evaluation_of_Building_Performance_ Analysis_Software