Thứ Sáu, 28 tháng 12, 2012

Giới thiệu về công nghệ BIM và phần mềm Revit trong thiết kế


I. CÁC NGUYÊN LÝ CỦA THỜI ĐẠI CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Mỗi giai đoạn trong quá trình phát triển của nhân loại đều có những nguyên lý hoạt động của nó. Trong thời đại công nghệ thông tin, khi sử dụng máy tính để sản xuất, có những nguyên lý được ứng dụng để đem lại những hiệu quả và năng suất cao hơn. Nếu sử dụng máy tính trong thiết kế xây dựng cần chú ý những nguyên lý sau.
1. Nguyên lý 20 – 80
Hãy xét đến ví dụ sau: trong một phường có 100 em đến tuổi vào lớp 1. Theo luật giáo dục, tất cả phải đi học. Nếu tất cả phải làm đơn xin đi học sẽ phải tốn chi phí thực hiện 100 cái đơn. Nếu áp dụng nguyên lý 20 – 80 chỉ cần ra thông báo với nội dung: em nào không muốn đi học mới làm đơn. Như vậy, số đơn sẽ giảm đi thậm chí bằng không nếu bố mẹ của các em chấp hành luật giáo dục, giảm được rất nhiều chi phí. Bạn có thấy rất nhiều phần mềm có phần Select All (chọn tất cả) và Filter (lọc).
2. Nguyên lý lợi ích tăng thêm
Hãy xét đến ví dụ sau: trước đây khi chưa có máy tính, các nhà văn thường phải dùng máy đánh chữ để ghi lại những sáng tác của mình. Sau đó, muốn xuất bản phải đem đến nhà in người thợ sắp chữ bằng những con chì để in theo phương pháp Typo. Sau khi in xong, đối với tác giả tập bản thảo chẳng còn một gía trị gì nữa ngoài tính chất kỷ niệm. Khi dùng máy tính thay cho máy đánh chữ, tác giả lưu tập tin này lại để đưa lên Blog của mình cho những người không có điều kiện mua sách để xem. Sau một thời gian có nhiều tác phẩm, tác giả (hay nhà xuất bản) có thể tổng hợp lại để ra tuyển tập mà không phải tốn thêm một công sức gì cả. Như vậy, công sức của việc dùng máy tính để sản xuất không những giúp tạo ra năng suất cao hơn mà còn giá trị tăng thêm ẩn chứa trong quá trình sản xuất.
Bạn có thấy phần mềm nào mà không có lệnh Save hay không?
3. Nguyên lý tạo lập một lần dùng nhiều lần
Hãy xét đến ví dụ sau: bạn đang cần việc làm và dự định xin việc ở 10 công ty. Bạn sẽ viết 10 cái đơn xin việc hay chỉ dùng Word tạo lập 1 cái, rồi mỗi lần in ra từng đơn chỉ thay đổi từng tên của một trong 10 công ty. Nếu chúng ta không áp dụng nguyên lý này nghĩa là phải viết 10 cái đơn thì khả năng không thống nhất trong nội dung đơn xin việc sẽ xảy ra. Càng nhiều đơn càng có nhiều khả năng sai lầm xảy ra.
Bạn có thấy phần mềm nào mà không có lệnh Copy và Save As hay không?
I. CÁC CÔNG NGHỆ VÀ PHẦN MỀM CỦA AUTODESK CHO NGÀNH XÂY DỰNG
1. Quá trình hình thành và phát triển công nghệ
Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, có rất nhiều phần mềm phục vụ cho nhu cầu thiết kế xây dựng. Tuy nhiên, với thị trường của Việt Nam thì những phần mềm của Hãng AutoDesk vẫn là những phần mềm được nhiều người sử dụng nhất. Vì vậy, dưới đây sẽ phân tích quá trình phát triển sản phần mềm có liên quan đến ngành thiết kế xây dựng của hãng này.
a. Công nghệ thứ nhất: CAD
Trước cuối thế kỷ 20, CAD với ý nghĩa Computer AddedDesign(máy tính hỗ trợ thiết kế) đã cố gắng đáp ứng mong muốn trợ giúp con người trong thiết kế. Với những sản phẩm như AutoCad (gọi tắt là ACAD), 3DS Max… bút kim và thước T … lần lần biến mất trong phòng làm việc của người thiết kế và thay thế vào đó là những máy tính, máy in… Chúng ta cho ra đời những bản vẽ rất đẹp, rất thực nhưng cũng lắm sai sót.
Tuy nhiên, đến thời điểm này của thế kỷ 21, chúng ta cũng đều nhận ra rằng: phần mềm ACAD chỉ giúp chúng ta vẽ (Draw) là chính chứ thiết kế (Design) thì chẳng có bao nhiêu. Vì vậy, CAD chỉ là Computer AddedDraw.Đứng trước những thực tế như vậy, một số người có khả năng lập trình bằng AutoLisp đã phát triển thêm một số lệnh chuyên ngành kíến trúc. Tuy nhiên, sự phát triển này cũng không thể hơn nữa vì thiếu những cơ sở pháp lý mang tính vĩ mô. Điều này được thể hiện cụ thể qua sự việc là đến nay (đầu thế kỷ 21), Việt Nam vẫn chưa có một quy chuẩn về đặt tên Layer (Hiệp Hội Kiến Trúc Sư Hoa Kỳ - AIA – đã ban hành tiêu chuẩn này từ năm 1994) hoặc quản lý kỹ thuật của bản vẽ điện tử.
Tuy nhiên, đối với một số ngành khác cần đến ACAD như là một công cụ vẽ kỹ thuật thì ACAD vẫn còn những giá trị rất lớn. Vì vậy, nó vẫn tiếp tục được phát triển và phiên bản mới nhất hiện này là ACAD 2010.
Dưới góc độ của một người thiết kế kiến trúc, tôi đánh giá phần mềm ACAD (đại diện cho công nghệ thứ nhất) khi được sử dụng cho công việc của mình như sau:
· ACAD có giá trị rất lớn nếu chúng ta xem nó như là một công cụ để thể hiện
· Một vấn đề rất quan trọng khi thiết kế kiến trúc là tư duy hình học phải xuất hiện trước tư duy số học, phải vẽ một hình chữ nhật đã tôi mới quyết định chiều dài và chiều rộng của nó bao nhiêu để đi đến quyết định quy mô của không gian. Điều này rất khó thực hiện với ACAD. Nếu không có một con số cụ thể thì rất khó xuất hiện một thông tin hình học.
· Trong thiết kế kiến trúc (cũng như trong thiết kế xây dựng nói chung), các hình chiếu của một công trình (thông tin hình học) mang tính khống chế hai chiều rất nghiêm ngặt. Một sự thay đổi thông tin của một hình chiếu này phải được phản ánh đến các hình chiếu liên quan. ACAD đến nay vẫn chưa có khả năng này để giúp đỡ cho người thiết kế. Đây là nguyên nhân gây ra nhiều sai lệch trong một hồ sơ thiết kế của chúng ta hiện nay.
· Lãng phí thời gian do lập lại rất nhiều lần một động tác để đi đến cùng một kết quả. Ví dụ: chỉ để vẽ 1 cửa ra vào phải vẽ 4 lần : trên mặt bằng, trên mặt đứng, trên mặt cắt, trên phối cảnh. Điều này vi phạm nguyên lý tạo lập một lần dùng nhiều lần.
· Có bao giờ chúng ta tự hỏi: sau khi thi công xong thì hồ sơ thiết kế còn có khả năng khai thác được gì nữa không? Chắc chắn là còn rất nhiều, như quản lý và vận hành dự án cũng rất cần hồ sơ thiết kế, nhưng ACAD không tạo điều kiện để chúng ta làm việc đó, nghĩa là giá trị tăng thêm của sản phẩm không có.
b. Công nghệ thứ hai: Object CAD
Trước khi xuất bản ACAD 2000, AutoDesk có thử nghiệm một phiên bản 14.1 gọi tên là Acad for Architecture. Phần mềm này là sự kết hợp giữa hai phần mềm Acad và AEC (truớc đây của hãng SoftDesk). Đây là phiên bản dành riêng cho ngưới thiết kế kiến trúc. Người sử dụng đón nhận phiên bản này một các nồng nhiệt vì họ thấy rằng đây đúng là một phần mềm CAD đúng nghĩa (ComputerAidedDesign). Phấn khởi trước kết quả đó, AutoDesk chính thức phát hành phần mềm Architectural Desktop 2.0 (gọi tắt là ADT 2.0). Tuy nhiên, càng sử dụng họ càng thấy thiếu những công cụ cần thiết. AutoDesk tiếp tục phát triển cho đến phiên bản Architectural Desktop 2006 được xem như là phiên bản được sử dụng phổ biến nhất. Hiện nay, phần mềm này đã đổi tên và phát hành dưới tên ACAD Architecture 2010 là phiên bản mới nhất.
Công nghệ này được xuất phát từ ý tưởng: đối tượng nghiên cứu của Kiến Trúc Sư là không gian. Đối tượng làm việc không còn là Line, Polylines … như với ACAD nữa, với ACAD Architecture chúng ta trực tiếp làm việc với các thành phần của một công trình như tường, cửa đi, cửa sổ … dưới hình thức mô hình 3D (3D Model). Các thành phần 2D như các hình chiếu thẳng góc (mặt đứng, mặt cắt …) đều do phần mềm sản sinh ra theo yêu cầu của người thiết kế. Vì vậy công nghệ này được gọi tên là Object CAD.
Đây thực sự là một cuộc cách mạng. Cuộc cách mạng này là mầm mống để ra đời các phần mềm phục vụ chuyên ngành sâu như:
· ACAD Building: dành cho thiết kế MEP
· ACAD Detailing: hổ trợ cho thiết kế kết cấu
· ACAD Mechanical: dành cho thiết kế cơ khí
· …
Điều này không chỉ xảy ra đối với phần mềm Vector mà còn cả phần mềm Raster.
· 3DS Max: dùng cho tạo hình phục vụ ngành giải trí, điện ảnh
· 3DS Max Design: dùng cho thiết kế kiến trúc.
· …
Lúc này thuật ngữ CAD được biến thành CAADD (ComputerAidedArchitecturalDesign andDatabase).
Sau khi sử dụng phần mềm của công nghệ này cho một số công trình và cũng qua giảng dạy tại Trung Tâm Tin Học của trường Đại Học Kiến Trúc. So với công nghệ thứ nhất thì công nghệ này đã tiến bộ rất lớn. Hầu như những khiếm khuyết quan trọng của công nghệ thứ nhất đã được khắc phục. Tuy nhiên, tôi có thêm một số nhận xét sau:
· ACAD Architecture là một phần mềm có ý tưởng rất hay, nhưng xử lý ý tưởng để đưa vào thực tế thì còn lắm vấn đề
· Thông tin phi hình học đã được tạo lập tự động khi thông tin hình học xuất hiện.
· Mối liên hệ giữa các hình chiếu được khống chế rất tốt nhưng không hoàn hảo.
· Do cơ bản vẫn dựa trên các thuật toán của ACAD nên cần phải học ACAD trước khi học ACAD Architecture. Vì vậy, thời gian huấn luyện để sử dụng phải kéo dài.
· Tuy có phần mềm đi kèm là Viz Render đi kèm, nhưng việc nghiên cứu và tạo lập các thông tin hình học theo dạng Raster vẫn chưa thuận tiện.
c. Công nghệ thứ ba: PBM
Trong lúc AutoDesk phát triển những phần mềm chuyên sâu như vậy, thì cũng có những hãng phần mềm khác cho ra đời những sản phẩm dựa trên ý tưởng của công nghệ thứ hai. Tuy nhiên, ở đây có các điểm khác biệt:
· Xử lý theo cách khác với AutoDesk nên ý tưởng đi vào thực tế tốt hơn.
· Vận dụng một khuynh hướng đang diễn ra mạnh mẽ trong ngành công nghiệp xây dựng của thế giới từ đầu thập niên 80 của thế kỷ 20 là BIM.
Cơ sở lý luận của công nghệ này như sau:
Thông tin hình học chỉ là một hình thức thể hiện của thông tin phi hình học. Vi vậy, với các giá trị khác nhau của thông tin phi hình học sẽ làm cho thông tin hình học có những biểu hiện khác nhau.
Chúng ta hãy xem 4 cánh cửa đi dưới đây và thử nhận xét có gì đặc biệt:
Thoạt nhìn, chúng ta tưởng rằng đây là 4 cánh cửa khác nhau về hình thức. Nhưng nếu phân tích kỹ lưỡng chúng ta sẽ có các nhận xét như sau:
· Đều có một Pa-nô kính nằm giữa.
· Có 4 thanh khung cánh chung quanh Pa – nô.
· Các cánh cửa khác nhau chỉ do sự thay đổi về kích thước chiều rộng của từng khung cánh mà thôi.
Nếu sử dụng công nghệ thứ nhất hay thứ hai, chúng ta phải thiết kế 4 cánh cửa riêng biệt. Nhưng đối với công nghệ thứ 3, chúng ta chỉ cần thiết kế 1 cảnh cửa mà thôi. Trong quá trình thiết kế, chúng ta sẽ gán cho nó các tham biến (Parameter) cần thiết. Tập hợp các tham biến này được xem như là thuộc tính của một thành phần công trình. Các thuộc tính này thay đổi sẽ tạo lập không chỉ 4 loại cánh cửa trên mà vô số các cánh cửa có cùng đặc điểm như phân tích trên.
Công nghệ thứ ba PBM xem một công trình như là tập hợp các thành phần (Element). Mỗi thành phần đều có các Parameter thích ứng. Vì vậy, một mô hình như vậy là mô hình công trình có chứa Parameter – Parametric Building Modeling (PBM)
Để vận hành mô hình này làm việc có hiệu quả, một cơ chế làm việc gọi là Parametric Change Engine được sử dụng.
Điều đặc biệt của mô hình này như sau:
· Các thành phần đơn lẻ trong một thành phần chức năng của công trình đều có thể có Parameter. Lúc đó thành phần chức năng được gọi là một Component.
· Các ghi chú, ký hiệu … không phải là hình học có thể là riêng lẽ hay tổ hợp gọi là Annotation.
Các hình chiếu không kể là 2D (mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt…) hay 3D (phối cảnh đẳng trắc hay kỵ mã) được gọi là View.
Engine này sẽ điều khiển chúng làm việc với nhau một cách hệ thống. Bất cứ sự thay đổi giá trị của Parameter ở bất kỳ yếu tố nào sẽ được Engine xem xét để thực hiện nhưng luôn luôn đảm bảo tính hệ thống. Vì vậy, sự thay đổi xảy ra ở một thành phần sẽ kéo theo sự thay đổi của những yếu tố liên quan.
Đại diện cho công nghệ thứ ba này là bộ phần mềm cơ sở mang tên là Revit. Đứng ở góc độ của người làm thiết kế kiến trúc, tôi đưa ra sự so sánh đơn giản như sau:
- ACAD như là một ti vi trắng đen. Vẫn có thông tin, nhưng chất lượng thông tin bị hạn chế.
- ADT như là một ti vi màu, chất lượng thông tin đã được cải thiện đáng kể, nhưng chưa tương xứng
- REVIT như là ti vi LCD, chất lượng đến bây giờ thì không còn gì phải thảo luận. Nhưng tương lai?
Qua so sánh trên, tôi thấy rằng, tùy theo mục đích muốn đạt được khi thiết kế mà chọn phần mềm thích hợp. Chỉ có một điều phải chú ý là sự lựa chọn nên phù hợp với những nguyên lý của thời đại công nghệ thông tin và những mục đích nhắm đến của mỗi công nghệ đã được trình bày ở phần trên.
2. Khuynh hướng BIM trong lĩnh vực công nghiệp xây dựng
Để hiểu rõ BIM (Building Information Modeling) là gì, chúng ta khảo sát vai trò của sản phẩm thiết kế trong hệ thống của ngành công nghiệp xây dựng ở các góc độ.
a. Thiết kế và hồ sơ thiết kế trước khi có BIM
Theo truyền thống, sản phẩm của thiết kế là tập hợp của những bản vẽ riêng lẻ. Các đặc điểm của sản phẩm là:
· Các hình chiếu thẳng góc trên bản vẽ giấy chỉ mang tính quy ước với mục đích chuyển giao thông tin và được tạo lập một một cách riêng lẻ.
· Nội dung mỗi thông tin là một tập hợp các đường nét và chữ. Giữa chúng cũng chỉ có mối liên hệ quy ước.
· Các thông tin phải đảm bảo tính nhất quán trong toàn bộ một đồ án.
Với các đặc điểm trên, một cơ chế kiểm soát sự nhất quán của thông tin cần phải có. Tuy nhiên, hiện nay mỗi thông tin là một thành phần riêng biệt mà không chịu một sự kiểm soát nào cả hay nói cách khác mỗi thông tin là một “lĩnh địa”.
Với cách sản sinh thông tin như vậy, tính chất nhất quán không thể đảm bảo. Đây là nguyên nhân chủ yếu để hồ sơ thiết kế bằng công nghệ thứ nhất gây ra quá nhiều sai sót đến mức không thể quản lý được.
b. BIM – Building Information Modeling
BIM đề nghị thay đổi cách tạo lập thông tin để khai thác những thông tin này về sau. Với những cơ sở lý luận ban đầu:
· Các hình chiếu thẳng góc chỉ là các phần biểu hiện của một vật thể 3D và không có thực trong thực tế
· Mô hình 3D phản ánh trung thực hình dáng công trình trong tưởng tượng của người thiết kế và đây là cơ sở đáng tin cậy cho việc sản sinh (chứ không tạo lập) các thông tin 2D
BIM đề nghị một cơ chế sản sinh và quản lý thông tin hoàn toàn khác hẳn: các hình chiếu chỉ là kết quả phản ánh hình ảnh của 3D từ một góc nhìn đặc biệt vì vậy luôn bị ràng buộc với nhau bởi mô hình 3D
Cơ chế sản sinh này không chỉ có giá trị áp dụng vào một chuyên ngành thiết kế kiến trúc hay kết cấu hay … và không chỉ trong thiết kế mà còn có giá trị trong toàn bộ các ngành khác liên quan đến công trình. Cơ chế này sẽ kiểm soát tất cả các thông tin đưa vào công trình để đảm bảo tính tương thích giữa các thông tin với nhau.
Không những chỉ có những điều mà chúng ta vừa khảo sát trên, BIM còn là cơ sở để giải quyết những vấn đề mà lâu nay đang bế tắc trong ngành thiết kế xây dựng khi sử dụng máy tính như là một công cụ lao động chủ yếu. Trong những năm sắp tới, dựa trên cơ sở này các nghiên cứu về vật lý kiến trúc trong thiết kế công trình theo khuynh hướng tiết kiệm năng lượng (Green Building) hay quản lý dự án trong vòng đời của nó (4D) cũng sẽ được các phần mềm khác giải quyết. Muốn sử dụng những phần mềm như vậy, thiết kế của chúng ta phải được thực hiện bởi những phần mềm được tạo lập theo khuynh hướng BIM.
3. Yêu cầu của người thiết kế kiến trúc
Để xét xem BIM có đáp ứng được nhu cầu hiện nay của một người thiết kế kiến trúc, chúng ta thử phân tích nhu cầu của họ trong công việc hằng ngày gồm những gì.
Để thiết kế không gian và thể hiện nó qua những hình chiếu thẳng góc thì những phần mềm mà kết quả của nó theo dạng Vector như ACAD là đủ.
Để trình diễn kết quả của nghiên cứu vật liệu cho công trình dưới góc độ thẩm mỹ kiến trúc thì kết hợp ACAD với 3DS Max hay 3DS Max Design cũng giải quyết được vấn đề.
Nhưng 2 vấn đề được đặt ra là:
· Những số liệu chính xác như diện tích sử dụng, diện tích sàn xây dựng hay khối lượng xây dựng thì sẽ dùng phần mềm gì? Hay là tiếp tục tính toán thủ công như phần lớn chúng ta hiện nay.
· Trong quá trình nghiên cứu vật liệu cho công trình, việc liên tục qua lại giữa 2 phần mềm có thuận tiện hay không?
Như vậy rõ ràng một phần mềm đáp ứng cho một người thiết kế kiến trúc hiện nay làm sao phải đáp ứng được 3 yêu cầu: sản xuất được thông tin hình học (ở cả 2 dạng Vector lẫn Raster) và thông tin phi hình học (khối lượng thiết kế)
4. Chất lượng thông tin do người thiết kế kiến trúc sản xuất
Từ một yêu cầu đối với một phần mềm như vậy, Revit Architecture đã cung cấp rất nhiều công cụ để thỏa mãn người sử dụng. Nhưng ngược lại, người sử dụng phải biết sử dụng phần mềm theo 3 nguyên lý của thời đại (20 – 80, lợi ích tăng thêm, tạo lập một lần – sử dụng nhiều lần) thì chất lượng thông tin mới có giá trị để sử dụng cho BIM.
Thiết kế kiến trúc là một công đoạn nhỏ trong dây chuyền sản xuất một sản phẩm cho xã hội gồm nhiều giai đoạn. Nó thuộc vào giai đoạn thiết kế là giai đoạn gần như ban đầu của dây chuyền sản xuất. Trong giai đoạn này, thiết kế kiến trúc lại gần như là bước ban đầu. Vì vậy, thông tin mà bước này sản xuất sẽ ảnh hưởng đến việc sản xuất thông tin của các bước kế tiếp. Nếu người sử dụng phần mềm theo khuynh hướng BIM để sản xuất thông tin mà không tuân theo nguyên lý của thời đại, thì chắc chắn chất lượng sẽ không đạt.
Vì vậy, có thể kết luận rằng:
Revit Architecture là một phần mềm công cụ để sản xuất thông tin cho ngành thiết kế kiến trúc. Hiệu quả và chất lượng của sản phẩm (ở đây là thông tin) hoàn toàn tùy thuộc vào cách sử dụng phần mềm của con người.
Nếu chỉ dùng Revit Architecture để dựng hình 3D (Model) và dùng 3DS Max (Mental Ray hày V-Ray) để gán vật liệu và Render thì hết sức lãng phí. Những lãng phí kinh khủng này không chỉ xảy ra đối với tiềm năng của phần mềm mà còn đối với công sức lao động trí óc của người thiết kế.
Biết cách sử dụng Revit ngay từ những bước ban đầu sẽ giúp người sử dụng không phạm phải những sau lầm. Những sai làm này trước mắt sẽ không có tác hại gì rõ rệt, những càng đi sầu thì càng khó chữa và đặc biệt là lãng phí lao động của quá khứ rất ghê gớm.
Với bài viết này, rất mong các bạn hiểu được phần nào những mục đích phần mềm Revit Architecture nhắm đển nhằm sử dụng cho tốt hơn. Phải luôn luôn nghĩ rằng:
Người thiết kế kiến trúc chỉ là bước khởi đầu rất nhỏ trong quá trình một dự án công trình. Nếu thông tin của mình có nhiều giá trị tăng thêm chừng nào, thì không những khâu kế tiếp trong dây chuyền thiết kế (và cả các đơn vị thi công, quản lý dự án, vận hành dự án...) sẽ khai thác những lợi ích tăng thêm và đến lượt những khâu này cũng có những lợi ích tăng thêm mà người thiết kế kiến trúc có thể khai thác ngược lại.

Theo KTS. Nguyễn Phước Thiện
(trích từ hoixaydunghcm.vn)

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét