Mô hình hóa thông tin xây dựng (BIM) là một nền tảng kỹ thuật số; một công cụ trực quan hóa; và quan trọng nhất, là một cách làm việc trong ngành kiến ​​trúc, kỹ thuật, xây dựng và vận hành (AECO) để chuyển đổi công việc thiết kế và xây dựng không thể đoán trước và năng động thành dữ liệu và tổ chức dữ liệu đó. Đây là mặt trận cơ bản cho sự đổi mới trong thế giới thiết kế và xây dựng, có liên hệ mật thiết với hầu hết mọi đổi mới công nghệ khác trong toàn ngành trong một lĩnh vực của nền kinh tế đang rất cần nó. Theo McKinsey, các dự án xây dựng lớn thường mất nhiều thời gian hơn 20% để hoàn thành và trung bình vượt quá ngân sách 80%. Năng suất của ngành xây dựng đã giảm kể từ những năm 1990 và đây là một trong những ngành ít được số hóa nhất của nền kinh tế, chỉ đứng sau nông nghiệp và săn bắn.  

Tình trạng này là kết quả của sự phân mảnh và phân tán cực độ của ngành công nghiệp AECO, vốn được tổ chức như một mạng lưới các công ty khu vực và địa phương hoạt động trên các loại hình dự án rất khác nhau ở nhiều vùng địa lý khác nhau, mỗi công ty lại giải quyết các điều kiện và quy định địa phương. Về cơ bản, mỗi công trình mới là một nguyên mẫu được tạo ra bởi các nhà xây dựng và thiết kế biệt lập, nơi mà sự chuẩn hóa và đồng nhất rất hiếm. Điều này gây khó khăn cho việc thu thập, chia sẻ và sử dụng dữ liệu có thể hợp lý hóa sản xuất, như trong các ngành công nghiệp thống nhất hơn, chẳng hạn như sản xuất.   

BIM cho AECO được sử dụng bởi các nhà thiết kế tại các công ty kiến ​​trúc, kỹ sư, thợ xây tại các công ty xây dựng, chuyên gia vận hành và bảo trì, cũng như chính chủ sở hữu tòa nhà. Mọi giai đoạn trong quá trình thiết kế và vận hành tòa nhà đều có thể được hưởng lợi từ BIM. Bằng cách chia sẻ mô hình 3D của tòa nhà được nhúng dữ liệu xác định các đặc tính của nó (vật liệu, kích thước, mối quan hệ không gian, hiệu suất năng lượng, v.v.) với toàn bộ nhóm trên nền tảng đám mây, BIM mang lại khả năng kiểm soát đáng kinh ngạc đối với toàn bộ quy trình. 

BIM mang lại những lợi ích toàn diện trong suốt vòng đời xây dựng, từ sự hợp tác hợp lý đến kết quả được cải thiện: 

1. Cải thiện sự hợp tác và giao tiếp 

Khi BIM được chia sẻ cho toàn bộ nhóm dự án, từ chủ đầu tư đến nhà thầu phụ, mọi người đều có thể vận hành từ một nguồn thông tin duy nhất được cập nhật liên tục, do đó giảm đáng kể nhu cầu gửi RFI dài dòng và email qua lại. Bản thân mô hình trở thành nơi giải đáp thắc mắc, chứ không phải là một tập dữ liệu ẩn danh trên ổ cứng của đồng nghiệp. Với mức độ tự động hóa ngày càng cao, công nghệ điều phối BIM có thể tạo ra các báo cáo và số liệu, phân phối chúng đến các thành viên trong nhóm liên quan.  

2. Hình ảnh trực quan được cải tiến 

Về cơ bản, BIM là một công cụ mô hình hóa, yêu cầu các tòa nhà phải được hình dung như một vật thể 3D. Điều này khiến nó trở thành một công cụ trực quan hóa vượt trội, giúp các kiến ​​trúc sư tinh chỉnh thiết kế và trình bày ý tưởng với chủ đầu tư. Tương tự, các nhà thầu xây dựng và kỹ sư có thể sử dụng khả năng trực quan hóa này để bóc tách từng lớp kết cấu và mặt tiền, từ đó hiểu rõ hơn các vấn đề hóc búa và phức tạp trước khi đưa vào thi công bằng thép và bê tông. Các dự án công cộng đòi hỏi sự đồng thuận rộng rãi từ nhiều cộng đồng khác nhau sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các tính năng trực quan hóa của BIM, vì chúng cung cấp chi tiết cụ thể cần thiết để truyền tải chính xác chương trình và chức năng của bất kỳ tòa nhà nào.  

3. Quản lý tài nguyên nâng cao 

Mục đích của việc chuyển đổi số BIM là thúc đẩy hiệu quả và triển khai nguồn lực một cách thông minh ở mọi giai đoạn. Vì BIM mã hóa quy trình xây dựng thành dữ liệu, nó là một công cụ hỗ trợ vô giá cho việc đánh giá các thành phần xây dựng và lập ngân sách cho chúng, thường tự động hóa quy trình khởi công với độ chính xác cao hơn nhiều so với việc đếm thủ công.  

4. Giảm thiểu rủi ro 

Từ an toàn xây dựng đến chi phí vượt mức và chậm trễ, nhiều vấn đề có thể (và đã) xảy ra sai sót tại công trường xây dựng. Nhưng BIM có thể bổ sung thêm các lớp bảo mật mới cho từng vấn đề này. Với tất cả các thành viên trong nhóm làm việc trong một mô hình tích hợp và được cập nhật động, các xung đột và sai sót rất dễ phát hiện trước khi chúng trở nên tốn kém. Ví dụ, với tính năng phát hiện xung đột, các kỹ sư của China Zun Tower tại Bắc Kinh đã giảm 80% lệnh thay đổi so với các dự án tương tự. Hơn nữa, các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) hoạt động trong BIM đang học cách tự động đánh giá rủi ro bằng hình ảnh, về an toàn xây dựng, chậm trễ và chi phí vượt mức.  

5. Cải thiện kết quả dự án 

BIM giúp các dự án được hoàn thành nhanh hơn, tiết kiệm chi phí hơn, với kết quả chất lượng cao hơn. Một khảo sát quốc tế của Building Smart International cho thấy 77% doanh nghiệp coi môi trường dữ liệu chung như BIM là cách tốt nhất để chia sẻ lượng thông tin lớn. Hai phần ba doanh nghiệp cho biết BIM là cách nhanh hơn để giải quyết xung đột và các vấn đề về chất lượng, tạo điều kiện thuận lợi cho môi trường dự án hợp tác, đồng thời cải thiện khả năng hiểu và hiển thị các quyết định thiết kế.  

6. Tối ưu hóa hoạt động và bảo trì 

Vai trò của BIM không chỉ dừng lại ở việc cắt băng khánh thành. BIM cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cách thức vận hành hàng ngày của các tòa nhà, từ hệ thống MEP và HVAC đến mức tiêu thụ năng lượng và hiệu suất nhiệt mặt trời. Đây là thước đo không thể thay thế về hoạt động vận hành và bảo trì tòa nhà, đồng thời là chìa khóa để giảm chi phí vòng đời tòa nhà, vốn chiếm phần lớn chi phí năng lượng và công sức của một tòa nhà. Bằng cách kết nối mô hình BIM với các cảm biến Internet vạn vật (IoT), chủ sở hữu sẽ nhận được luồng dữ liệu thời gian thực về hoạt động của tòa nhà tại mọi thời điểm.  

7. Cải thiện tính bền vững 

Việc kết nối BIM với cả hệ thống bền vững thụ động và chủ động mang đến cái nhìn toàn diện về năng lượng và tài nguyên mà một tòa nhà đang tiêu thụ và sản xuất. Điều này cho phép chủ sở hữu nghiên cứu cách thức hoạt động của tòa nhà theo thời gian và điều chỉnh hiệu suất của nó để phù hợp, chẳng hạn như định tuyến năng lượng được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời hoặc tua-bin gió, phản ứng với nhiệt độ bên ngoài hoặc quản lý nước mưa tại chỗ. Tích hợp AI cho phép các mô hình này được định hình để tự động giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng.  

8. Giảm thiểu làm lại 

Khả năng hiển thị mạnh mẽ và chi tiết này vào quy trình xây dựng giúp phát hiện các lỗi trong mô hình trước khi cần sửa chữa trong thực tế. BIM cho phép các nhóm dự đoán những vấn đề có thể tồn tại trong mô hình, gỡ rối các vấn đề và sắp xếp các công việc xây dựng cần thiết để giải quyết chúng.  

9. Tạo mẫu trước khi xây dựng 

Tính đến năm 2022, phần lớn hóa đơn của các công ty kiến ​​trúc đến từ việc cải tạo , chứ không phải xây dựng mới. Cho dù kiến ​​trúc sư và nhà thầu đang xử lý một công trình mới hay một tòa nhà lịch sử phức tạp hơn nhiều, BIM là một công cụ quan trọng để đánh giá điều kiện mặt bằng và bắt đầu quy trình thiết kế kỹ thuật số. Kết hợp với công nghệ chụp thực tế và ảnh trắc địa tích hợp hình ảnh mặt bằng với mô hình tòa nhà, BIM cung cấp cho các nhóm dự án sự hiểu biết chính xác về các điều kiện mà họ sẽ xây dựng: kích thước mặt bằng, bối cảnh đô thị, kết nối giao thông, v.v.  

10. Quản lý dữ liệu 

Xây dựng trong môi trường kỹ thuật số đồng nghĩa với việc quản lý tài liệu và dữ liệu bớt phức tạp và rườm rà hơn rất nhiều, nhờ đó giảm thiểu nhu cầu chuyển đổi qua lại giữa tài liệu in và tài liệu kỹ thuật số. Các bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, bản vẽ kết cấu và chi tiết có thể được tự động tạo cho các thành viên trong nhóm liên quan, và dữ liệu cơ bản có thể được sắp xếp và sắp xếp lại dễ dàng chỉ với một bảng tính Microsoft Excel. Ngoài việc tập trung tất cả tài liệu, BIM còn cung cấp bộ công cụ kiểm soát phiên bản và truy cập đầy đủ, cũng như khả năng tìm kiếm tài liệu.  

Từ nền tảng mô hình 3D ban đầu, BIM tiếp tục mở rộng chức năng với các "chiều" bổ sung. Ví dụ, BIM 4D thường được định nghĩa là tích hợp lập lịch trình và trình tự dự án, cho phép nhà thầu xem trực tiếp cách các yếu tố riêng lẻ đang được xây dựng phù hợp với kế hoạch tổng thể và xác minh việc lắp đặt chính xác và tuần tự của chúng. BIM 5D đề cập đến chi phí, gán giá trị đô la cho các yếu tố riêng lẻ để tạo ra ngân sách cập nhật nhằm ứng phó với những thay đổi trên công trường xây dựng. Một vài chiều tiếp theo của BIM ít được định nghĩa rõ ràng hơn, mặc dù BIM 6D được định nghĩa là quản lý tính bền vững và lượng khí thải carbon của các yếu tố xây dựng, và BIM 7D được xác định là kết hợp dữ liệu bảo trì, quản lý và vận hành, xử lý lịch trình bảo trì, bảo hành, kiểm tra, v.v.  

Những tính năng này được tích hợp trên nhiều công cụ phần mềm, chẳng hạn như Revit của Autodesk. Phần mềm BIM có thể được điều chỉnh cho phù hợp với từng ngành cụ thể (kiến trúc, kỹ thuật, xây dựng) và từng hệ thống công trình riêng lẻ như hệ thống cơ điện (MEP) hoặc hệ thống kết cấu. Các mô-đun phần mềm bổ sung tập trung vào việc lập lịch trình, sắp xếp và cộng tác dự án.   

Sự phát triển ồ ạt của các nền tảng BIM đã đòi hỏi một bộ tiêu chuẩn và giao thức thống nhất, đang dần được chấp nhận. Được phát triển tại Anh, Tiêu chuẩn 1192 là tiền thân của tiêu chuẩn BIM ban đầu. Năm 2018, tiêu chuẩn này đã phát triển thành Tiêu chuẩn 19650, về cơ bản đã phi địa phương hóa tiêu chuẩn đầu tiên để tạo ra một tiêu chuẩn có thể áp dụng trên phạm vi quốc tế. Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp hay nhất khi sử dụng BIM, xác định vai trò và trách nhiệm; cấu trúc mốc thời gian và thời hạn; và cách thức chia sẻ thông tin, tiêu chuẩn đồ họa, hồ sơ mời thầu, v.v.  

Công nghệ BIM mới nổi

Thiết kế sáng tạo tạo ra các biến thể trên một biểu mẫu trong các tham số được cung cấp.

Bản sao kỹ thuật số là đỉnh cao của BIM: một mô hình động phản ánh tình trạng xây dựng (hoặc vận hành) của một tòa nhà theo thời gian thực. Tuy nhiên, các công nghệ mới đang được tích hợp vào BIM theo những cách tinh tế và phức tạp hơn, giúp mở rộng chức năng và tính dễ sử dụng của nó.  

AI và máy học là những lĩnh vực công nghệ rộng lớn đang dần được ứng dụng vào BIM. AI hỗ trợ các nền tảng công nghệ có khả năng phát hiện và dự đoán rủi ro an toàn tại công trường xây dựng và bản sao kỹ thuật số BIM của công trình, cũng như theo dõi tiến độ xây dựng và cảnh báo sự chậm trễ. AI có thể phối hợp các mạng lưới IoT, điều khiển máy bay không người lái và ngoại suy các lớp siêu dữ liệu mới để nhúng vào các mô hình BIM. Trong hầu hết các trường hợp, các thuật toán AI này đang tìm kiếm hiệu quả về thời gian và chi phí, cũng như các cách để giảm thiểu lượng khí thải carbon. Ví dụ: Bimmatch là một nền tảng nhận dạng và mua sắm sản phẩm sử dụng AI để lựa chọn vật liệu và linh kiện lý tưởng cho một dự án nhất định, đánh giá chúng theo chi phí, lượng khí thải carbon, v.v. Nền tảng này (hoạt động như một plug-in Revit ) có thể tự động tạo danh sách vật liệu và hứa hẹn sẽ giảm 75% thời gian tìm kiếm thủ công vật liệu và linh kiện.  

Với khả năng tổ chức lịch trình giai đoạn thi công của BIM, một số nền tảng tương thích sử dụng các quy trình tham số để tạo ra vô số phương pháp và trình tự xây dựng dự án. Người dùng có thể cấu hình lại các ràng buộc này giữa chừng và mô hình hóa các tình huống bất ngờ trước. Ngoài việc rút ngắn thời gian thi công, công ty còn cho biết mức độ quản lý chi tiết này có thể tạo ra các hồ sơ dự thầu xây dựng chính xác hơn. 

AI cũng có thể được sử dụng để tạo hình khối với thiết kế tạo sinh . Ở quy mô của một tòa nhà hoặc một vật thể, thiết kế tạo sinh (tích hợp với Revit) tạo ra các biến thể hình khối trong các thông số nhất định, thường giải quyết vấn đề và đạt được mục tiêu theo cách mà không con người nào có thể thấy trực quan. Những công cụ này có thể tối đa hóa diện tích cho thuê, giảm thiểu sử dụng vật liệu, tối ưu hóa ánh sáng ban ngày hoặc tinh chỉnh các tuyến đường lưu thông chỉ bằng cách sắp xếp đồ nội thất.  

Ngay từ giai đoạn xây dựng, tiềm năng lớn nhất của BIM nằm ở công nghệ IoT, công nghệ cần thiết để đưa dữ liệu chính xác vào mô hình bản sao kỹ thuật số. Các cảm biến này có thể phát hiện nhiệt độ và độ ẩm môi trường, vị trí và đường đi của nhân viên và khách tham quan, mức tiêu thụ năng lượng, v.v., tất cả đều rất quan trọng để tinh chỉnh hoạt động của tòa nhà.  

Thực tế ảo (VR) và đặc biệt là thực tế tăng cường (AR) đang bổ sung thêm các cấp độ đắm chìm sâu hơn vào BIM, đóng vai trò then chốt trong vai trò là một công cụ cộng tác. AR được sử dụng để thêm các lớp hình ảnh (nhìn qua kính bảo hộ, máy tính bảng hoặc điện thoại thông minh) của mô hình BIM vào công trường hiện có để những người xây dựng đi qua có thể thấy đường đi của các ống thông gió HVAC chưa được lắp đặt hoặc các giá đỡ kết cấu vẫn đang được nâng lên. Một số nền tảng, chẳng hạn như Fologram và Twinbuild , sử dụng AR để thêm hướng dẫn xây dựng khung dây từng bước, chỉ ra vị trí đặt viên gạch hoặc tấm lợp tiếp theo. VR hoàn toàn tương tác, giàu hình ảnh và môi trường kỹ thuật số hoàn toàn đắm chìm, thường được gọi là metaverse, cũng đang đóng một vai trò lớn hơn trong thiết kế và xây dựng, mang đến những tầm cao mới về mô phỏng không gian và tiềm năng đi bộ.