Với các quy trình được kết nối với nhau này, phương thức trao đổi và tích hợp thông tin vẫn chưa được tiêu chuẩn hóa, điều này làm gia tăng độ phức tạp của dự án, dẫn đến khó khăn trong việc ước tính và lập kế hoạch chính xác cho phạm vi dự án. Hơn nữa, nó cũng kéo theo sự chậm trễ, tăng thêm chi phí sản xuất và phát sinh những hạn chế về năng suất và hiệu quả của tổng thể quá trình xây dựng.

Đối với một trong những ngành lớn nhất của nền kinh tế toàn cầu, bài toán năng suất đang là vấn đề mà ngành xây dựng phải đối mặt. Trong khi năng suất lao động ở tất cả các ngành công nghiệp đã tăng 2,8% trong hai thập kỷ qua, thì ngành xây dựng chỉ tăng 1% năng suất trong cùng khoảng thời gian. Nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Toàn cầu McKinsey (The McKinsey Global Institute - MGI) chỉ ra rằng chỉ riêng việc thực hiện chuyển đổi số có thể giúp tăng năng suất khoảng 15% và giảm chi phí từ 4 đến 6%. Bài viết này phân tích những lợi ích của số hóa mang lại cho lĩnh vực xây dựng và điểm qua những công nghệ đang được áp dụng hiện nay.

Số hóa đánh dấu một sự thay đổi lớn khỏi các phương thức truyền thống đã tồn tại nhiều năm khi nó tích hợp các công cụ kỹ thuật số để hợp nhất hóa các quy trình kinh doanh, sản xuất, vận hành hiện tại. Bằng cách loại bỏ các quy trình rườm rà và tập trung đầu tư vào số hóa, các công ty xây dựng có thể nâng cấp hoạt động kinh doanh của mình, cải thiện các quy trình và hệ thống để giúp nhân viên làm việc hiệu quả hơn, giảm chi phí và gia tăng lợi nhuận.

Trong một nghiên cứu được công bố vào đầu năm 2020 bởi Trung tâm Nghiên cứu Kinh tế Châu Âu Leibniz (ZEW), các lý do khiến ngành xây dựng chậm hơn trong việc triển khai các dự án số hóa gồm có:

• 62,4% các công ty được khảo sát cho rằng chi phí tài chính quá cao.
• 61,5% công ty đã bị chậm tiến độ.
• 57,5% cho rằng các quy định bảo vệ dữ liệu quá nghiêm ngặt là một trong những trở ngại quan trọng.
• 55,6% đổ lỗi cho việc mở rộng băng thông rộng không hợp lý gây nên độ trễ

Tuy nhiên, cuộc khảo sát của ZEW cũng cho thấy đối với một ngành phụ thuộc vào lao động cần kỹ thuật cao và đang phải đối mặt với sự thiếu hụt lao động toàn ngành thì việc đầu tư vào công nghệ chắc chắn mang lại cơ hội to lớn cho năng suất và khả năng cạnh tranh trong tương lai. Những thành công ban đầu đã được thể hiện rõ ràng, với việc mô hình hóa thông tin xây dựng (Building Information Modeling - BIM) đã thúc đẩy đáng kể quá trình số hóa trong lĩnh vực này.

Mô hình thông tin xây dựng (Building Information Modeling - BIM)

BIM là một quy trình có thể được sử dụng để xem tất cả dữ liệu có liên quan trong toàn bộ vòng đời của một công trình. Các dữ liệu được lưu trữ cũng như kết hợp và liên kết với nhau. Dưới dạng mô hình 3D, BIM lập bản đồ mọi giai đoạn, từ thiết kế, quy hoạch, xây dựng, cơ sở hạ tầng và quyền quản lý của tòa nhà cho đến khi cải tạo hoặc phá dỡ. Cùng với các mô hình BIM 3D, các mô hình BIM 5D và BIM 7D cũng được sử dụng rộng rãi.

Xây dựng mô hình thông tin cho phép các công ty phát triển mô phỏng kỹ thuật số ngay từ giai đoạn lập kế hoạch. Ngoài việc trực quan hóa tất cả các giai đoạn và cấu trúc của dự án, mô hình còn cung cấp thông tin về tiến độ, chi phí và hiện trạng của dự án, không phải dưới dạng tài liệu hoặc bảng biểu mà thay vào đó được tích hợp trong mô hình BIM trung tâm ba chiều. Bằng cách này, tình trạng yếu kém trong kế hoạch dự kiến có thể được ngăn chặn sớm và xác định được các chi phí bổ sung có thể có.

Mô hình hóa thông tin xây dựng là một đòn bẩy quan trọng cho quá trình số hóa ngành xây dựng và ngày càng phổ biến, rộng rãi hơn trong những năm gần đây. Mô hình này có thể được áp dụng trong các hạng mục khác nhau của lĩnh vực xây dựng, từ các nhà phát triển tòa nhà, kiến ​​trúc sư, kỹ sư cho đến kỹ thuật viên xây dựng.

Máy bay không người lái trong lĩnh vực xây dựng

Bên cạnh việc lập mô hình thông tin xây dựng, các ứng dụng và công cụ kỹ thuật số khác cũng đang phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực xây dựng và việc bắt gặp máy bay không người lái trên các công trường xây dựng không còn lạ bởi chúng đóng vai trò quan trọng trong số hóa ngành xây dựng. Các máy bay drone với khả năng cơ động, trọng lượng nhẹ và cực dễ sử dụng - thường được ưu tiên lựa chọn. Máy bay không người lái chủ yếu được sử dụng bởi giám sát công trường, quản lý dự án và đại diện của cơ quan quản lý tòa nhà và có thể sử dụng tại chỗ cho nhiều mục đích, chẳng hạn như: phát hiện các sai sót xây dựng tiềm ẩn, lưu giữ lại tiến độ xây dựng, kiểm tra các vấn đề an toàn, khảo sát các bộ phận xây dựng hoặc thậm chí là vận chuyển trang thiết bị.

Việc sử dụng máy bay không người lái còn hỗ trợ tiết kiệm chi phí trong xây dựng, bởi những vấn đề liên quan tới mặt bằng là một lý do chính khiến các dự án bị trì hoãn và vượt quá ngân sách. Sự khác biệt giữa điều kiện địa chất và ước tính khảo sát ban đầu có thể đòi hỏi những thay đổi tốn kém vào phút cuối đối với phạm vi và thiết kế của dự án. Các kỹ thuật mới tích hợp công nghệ hình ảnh độ nét cao, quét laser 3-D và hệ thống thông tin địa lý, được hỗ trợ bởi máy bay không người lái (UAV), có thể cải thiện đáng kể tính chính xác và tốc độ.

Thực tế ảo cho các chuyến thăm công trường từ xa

Thực tế ảo (Virtual Reality-VR) đang thực sự cách mạng hóa ngành xây dựng, đặc biệt là về an toàn công trường. Nhờ thực tế ảo, nhân viên có thể được đào tạo và chuẩn bị tối ưu trước các nhiệm vụ của họ trên công trường xây dựng ngay cả khi công trình chưa được tiến hành, vì họ có thể thăm quan và hình dung thông tin dữ liệu hình ảnh được giả lập qua kính VR. Do đó, các tình huống nguy hiểm có thể được mô phỏng và các phản ứng chính xác được tích hợp như hỏa hoạn hoặc giông bão.v.v.

Thực tế tăng cường cung cấp cái nhìn sơ lược về cảnh quan

Công nghệ thực tế tăng cường (Augmented Reality-AR) đã và đang tạo ra những trải nghiệm độc đáo trong rất nhiều ngành nghề, lĩnh vực trong thời gian vừa qua. Vì các mô hình kỹ thuật số thường đã được tạo ra bằng cách sử dụng mô hình thông tin tòa nhà, dữ liệu chứa trong chúng có thể được sử dụng cho VR hoặc AR một cách lý tưởng, cho phép các phép đo được tự động hóa, các lỗi trong quá trình lập kế hoạch và triển khai được phát hiện sớm và dự báo các nguy cơ có thể xảy ra. Do đó, các công cụ kỹ thuật số trong lĩnh vực xây dựng làm cho các quy trình hiệu quả hơn, giảm hàng loạt chi phí và cải thiện đáng kể an toàn lao động.

Hợp tác trong môi trường số

Số hóa quy trình có nghĩa là chuyển từ giấy tờ sang chia sẻ thông tin trực tuyến theo thời gian thực để bảo đảm tính minh bạch và cộng tác, tiến độ kịp thời và đánh giá rủi ro, kiểm soát chất lượng, và cuối cùng là các kết quả tốt hơn và đáng tin cậy hơn. Một lý do giải thích cho năng suất kém của ngành xây dựng là do chủ yếu vẫn dựa vào giấy tờ để quản lý các quy trình và sản phẩm như bản vẽ thiết kế, mua sắm vật liệu xây dựng, đặt hàng chuỗi cung ứng, nhật ký thiết bị và báo cáo tiến độ hàng ngày… Trong một dự án xây dựng đường hầm của Mỹ có sự tham gia của gần 600 nhà cung cấp, nhà thầu đã phát triển một giải pháp nền tảng duy nhất để đấu thầu và quản lý hợp đồng. Điều này đã giúp nhóm tiết kiệm hơn 20 giờ làm việc của nhân viên mỗi tuần, cắt giảm 75% thời gian tạo báo cáo và tăng tốc độ truyền tải tài liệu lên 90%. Trong một trường hợp khác, một dự án đường sắt trị giá 5 tỷ đô la đã tiết kiệm được hơn 110 triệu đô la và nâng cao năng suất bằng cách sử dụng quy trình làm việc tự động để xem xét và phê duyệt.

Internet of Things (IoTs) và phân tích nâng cao

Số lượng người, lượng thiết bị xây dựng đa dạng và khối lượng công việc diễn ra cùng lúc, các địa điểm dự án ngày càng dày đặc hơn. Do đó chúng tạo ra một lượng lớn dữ liệu, phần lớn trong số đó thậm chí còn không được thu thập, chưa nói đến việc đo lường và xử lý.     

IoT đã được ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực khác; cảm biến và công nghệ không dây cho phép thiết bị và tài sản trở nên “thông minh” bằng cách kết nối chúng với nhau. Trên một công trường xây dựng, IoT sẽ cho phép máy móc, thiết bị, vật liệu, cấu trúc xây dựng và thậm chí cả ván khuôn “nói chuyện” với nền tảng dữ liệu trung tâm để nắm bắt các thông số hiệu suất quan trọng. Cảm biến, thiết bị giao tiếp gần (Near-Field Communications - NFC) và các công nghệ khác có thể giúp giám sát năng suất và độ tin cậy của cả nhân viên và tài sản.

Tiến bộ công nghệ của các quy trình thiết kế

Vật liệu xây dựng mới, chẳng hạn như bê tông tự phục hồi, vật liệu siêu nhẹ và xốp aerogel, vật liệu nano, cũng như các phương pháp xây dựng sáng tạo, chẳng hạn như in 3-D và mô-đun lắp ráp sẵn, có thể giảm chi phí và tăng tốc độ xây dựng đồng thời cải thiện chất lượng và an toàn. Vật liệu xây dựng đại diện cho một ngành công nghiệp toàn cầu trị giá 1 nghìn tỷ đô la trong bối cảnh vật liệu thường chiếm hơn một nửa tổng chi phí của các dự án. Các vật liệu truyền thống như bê tông, xi măng và nhựa đường chiếm phần lớn nhu cầu này.

Thách thức của số hóa trong ngành xây dựng

Một thách thức lớn mà ngành xây dựng phải đối mặt là làm thế nào để đưa các địa điểm không hiệu quả vào sử dụng hiệu quả. Khi xã hội đô thị hóa, họ cần phải sử dụng đầy đủ hơn số lượng đất hạn chế. Khi ngày càng có nhiều đất được phát triển, các mặt bằng trước đây quá khó, hoặc thậm chí là không thể xây dựng sẽ sớm trở thành địa điểm đáng mơ ước.

Năng suất xây dựng đã thực sự giảm ở một số thị trường kể từ những năm 1990, lợi nhuận tài chính cho các nhà thầu thường tương đối thấp và không ổn định. Trong khi lĩnh vực xây dựng chậm áp dụng các đổi mới về quy trình và công nghệ, thì cũng có một thách thức tiếp tục khi nói đến việc sửa chữa các vấn đề cơ bản. Ví dụ, việc lập kế hoạch dự án vẫn chưa có sự phối hợp giữa văn phòng với công trường và thường được thực hiện trên giấy tờ. Hợp đồng không bao gồm các hoạt động  khuyến khích chia sẻ rủi ro và đổi mới; quản lý hiệu suất còn nhiều bất cập và các quy trình triển khai chuỗi cung ứng vẫn phức tạp. Ngành công nghiệp này vẫn chưa chấp nhận các công nghệ số mới khi những công nghệ này vẫn cần đầu tư trước, ngay cả khi lợi ích lâu dài mang lại đáng kể. Chi tiêu cho R&D trong lĩnh vực xây dựng thấp hơn các ngành khác, thấp hơn 1% doanh thu, so với 3,5% đến 4,5% cho lĩnh vực ô tô và hàng không vũ trụ. Điều này là kết quả hợp lý với chi tiêu cho công nghệ thông tin của ngành xây dựng hiện nay.

Những thách thức kỹ thuật cụ thể đối với lĩnh vực xây dựng đang làm cho tốc độ số hóa bị chậm lại. Đưa ra các giải pháp trên nhiều công trường xây dựng cho các lĩnh vực khác nhau - chẳng hạn như so sánh việc xây dựng một đường ống dẫn dầu với một sân bay - không phải là điều dễ dàng. Và với mức độ phức tạp ở nhiều mức độ khác nhau của các công ty xây dựng nhỏ hơn, thường hoạt động như một nhà thầu phụ thì việc xây dựng các năng lực mới trên quy mô lớn cũng là một thách thức.

Tuy nhiên, không điều gì trong số này sẽ trở nên dễ dàng hơn bởi các dự án ngày càng phức tạp và có quy mô lớn. Nhu cầu ngày càng tăng về xây dựng dẫn đến những ảnh hưởng tới môi trường đồng nghĩa với việc các phương thức truyền thống phải thay đổi, và tình trạng thiếu lao động lành nghề và nhân viên giám sát sẽ ngày càng đáng lo ngại. Đây là những vấn đề đòi hỏi cách suy nghĩ và cách làm việc mới.

Viện nghiên cứu toàn cầu McKinsey ước tính rằng thế giới sẽ cần chi 57 nghìn tỷ đô la cho cơ sở hạ tầng vào năm 2030 để theo kịp tốc độ tăng trưởng GDP toàn cầu. Đây là một động lực lớn cho những đại diện đi đầu trong ngành xây dựng xác định các giải pháp nhằm chuyển đổi năng suất và phân phối dự án thông qua các công nghệ mới và các phương pháp cải tiến.

Kết luận

Theo dữ liệu từ McKinsey, mục tiêu số hóa ngành xây dựng có thể giải phóng khoảng 30% năng lực lập kế hoạch. Hơn nữa, các công cụ kỹ thuật số có thể nâng cao đáng kể các tiêu chuẩn an toàn và do đó ngăn ngừa tai nạn, đồng thời các dự án xây dựng có thể được thực hiện hiệu quả hơn nhiều. Do đó những lợi ích tiềm năng của số hóa trong ngành xây dựng là rất lớn. Số hóa là phương tiện mang lại nhiều thay đổi trong thời đại ngày nay, trong khi hầu hết mọi ngành công nghiệp đang hướng tới số hóa để có triển vọng tăng trưởng tốt hơn, thì xây dựng là một lĩnh vực đang bị tụt hậu, là ngành ít số hóa nhất, mặc dù ước tính rằng trong vòng ba đến mười năm tới, đây là lĩnh vực sẽ chứng kiến ​​sự tích hợp của một số công nghệ kỹ thuật số, bao gồm BIM, Machine Learning, in 3D và robot trong quy trình làm việc.

Giống như trong bất kỳ lĩnh vực nào khác, về cơ bản công nghệ sẽ định hình lại hoạt động xây dựng trên toàn thế giới - thúc đẩy năng suất và hiệu quả, xác định lại vòng đời của dự án. Vì thế đã đến lúc ngành xây dựng bắt đầu tận dụng các công nghệ số để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về không gian sống và góp phần thúc đẩy công cuộc chuyển đổi số toàn cầu.

Nguyễn Phương Nhung

Tài liệu tham khảo

[1] Digitalization of the construction industry: The revolution is underway (Oliver Wyman)

[2]https://www.constrofacilitator.com/an-analysis-of-digitization-in-construction-industry/

[3] https://dmexco.com/stories/digitalization-construction-industry/