EnglishKhông phải cứ thử nghiệm công nghệ xây dựng mới là sẽ gặp rủi ro. Với SketchUp, chuyên gia về VDC Renzo di Furia sẽ cho chúng ta thấy cách áp dụng và phát triển quy trình cho các công cụ mới thông qua việc prototype trên các dự án xây dựng quy mô nhỏ— với sự hỗ trợ từ sinh viên Đại học Washington.
Kiến trúc sư được biết đến là những người có ước mơ lớn. Họ thiết kế để truyền cảm hứng cho sự phát triển xã hội và một tương lai bền vững hơn, nhưng nhà thầu mới là người biến những ý tưởng lớn thành hiện thực. Hiểu được cách chuyển đổi từ ý tưởng trên máy thành từng khối bê tông thực tế lại là một thách thức riêng. Khi kiến trúc sư đang phá bỏ giới hạn trong thiết kế, đồng nghĩa những nhà thầu cũng cần phá bỏ giới hạn khi xây dựng, có những câu hỏi được đặt ra như: Thiết kế sáng tạo thì cấu trúc chắc chắn không? Làm thế nào cộng tác giữa các đội nhóm đa ngành một cách hiệu quả? Cách tốt nhất để đổ bê tông cho các hình dạng phức tạp và cơ bản? Các chuyên gia xây dựng thường muốn thử nghiệm quy trình công nghệ mới, nhưng họ thiếu thời gian và ngân sách và càng không muốn chủ đầu tư nghĩ rằng họ đang lãng phí tài nguyên khi thử nghiệm.
Trong ngành xây dựng có rất ít chỗ để hỗ trợ sự sáng tạo tối đa, dù vậy, việc tìm kiếm không gian cho sự khám phá và thử nghiệm trong khuôn khổ thời hạn và ngân sách thực tế vẫn là có thể. Renzo di Furia, chủ sở hữu của RDF Consulting Services và tư vấn cho Turner Construction, đã phát triển mô hình kinh doanh của mình dựa trên cách suy nghĩ khác biệt của anh. Anh ấy cùng với các sinh viên làm việc trong không gian 3D qua các giai đoạn của từng dự án và phát triển một hệ sinh thái công nghệ toàn diện để cho phép các đội nhà thầu khám phá cách xây dựng sáng tạo.
Prototype, Prototype nữa, và Prototype lại.
Các chuyên gia xây dựng phải liên tục tiếp thu những kiến thức mới để tiết kiệm thời gian và ngân sách, nhưng thường họ bị rơi vào vòng lặp của các quy trình cũ và khó thay đổi thành hướng đi sáng tạo rất dễ gặp phải. Với tình trạng đấy, các giải pháp nghiên cứu áp dụng thức tế là một chiến lược đầu tư dài hạn có thể mang lại lợi nhuận cho dự án hiện tại, nhưng quan trọng hơn là vẫn có thể sử dụng cho các dự án tương lai và cho cả các công trình lớn hay nhỏ sau này. Hợp tác với chương trình thạc sĩ và Tiến Sĩ ở đại học Washington, Renzo đã thử nghiệm công nghệ xây dựng tiết kiệm chi phí mà vẫn mang lại cho sinh viên kinh nghiệm thực tế trong sự nghiệp của họ. Anh ấy hiểu rằng nếu anh ấy không liên tục đổi mới, thì những người đồng nghiệp trong cùng ngành cũng sẽ chịu thiệt thòi.
Các tiến bộ mà NASA đã phát triển để đạt được tới không gian đã tạo ra một môi trường sáng tạo mới cho một thế hệ công nghệ hoàn chỉnh. Chúng ta cần một cuộc cách mạng tương tự trong ngành xây dựng. Nhưng không chỉ là về việc đầu tư vào công nghệ tiên tiến nhất; mà còn là áp dụng các công nghệ đã nghiên cứu vào các vấn đề thực tế, tạo thí nghiệm để tạo ra một quá trình hoàn thành công việc mà có thể lặp lại, và triển khai việc áp dụng và học tập trên quy mô lớn.”
Renzo di Furia
Các trường đại học và các chuyên gia hợp tác.
Tại sao lại chọn sinh viên?
Sinh viên là nhóm người lý tưởng để thử nghiệm công nghệ xây dựng mới vì hầu hết họ đã lớn lên tiếp xúc nhiều với điện thoại thông minh và máy tính; việc tiếp xúc với công nghệ mới không phải là lựa chọn đầu tiên của họ. Khủng hoảng khí hậu toàn cầu sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến thế hệ của sinh viên hiện tại, vì vậy họ nên được động viên để tìm ra các giải pháp công nghệ để giúp phát triển một tương lai bền vững hơn. Bởi vì họ không nhất thiết phải bỏ đi hoàn toàn những quy trình lạc hậu — những cách làm việc đã tồn tại từ lâu và giờ đây có thể là bài học quý giá với nhiều chuyên gia xây dựng để có thể sẽ dễ dàng sáng tạo ra những giải pháp đổi mới hơn.
“Hãy tưởng tượng một tương lai nơi mà các nghiên cứu và thực hành được tích hợp một cách mượt mà vào việc hình thành xây dựng của chúng ta.”
Hợp tác Nghiên cứu Ứng dụng Đại học Washington (ARC)
Động lực cho sự thay đổi
Giáo sư Carrie Dossick, phó hiệu trưởng nghiên cứu tại Đại học Washington, hiểu rõ tiềm năng chưa được khai thác của sinh viên tại trường. Bà đã sáng lập một chương trình giáo dục, Hợp tác Nghiên cứu Ứng dụng (ARC), mang lại lợi ích cho cả sinh viên và các chuyên gia xây dựng. Renzo khi nghe nói về chương trình đã ngay lập tức tham gia với tư cách là thành viên và đóng góp cho nghiên cứu ngành công nghiệp.
“ARC đã tập hợp một nhóm đa ngành của các công ty xây dựng môi trường với các chuyên gia giảng viên và nghiên cứu sinh sau đại học tại Trường Môi trường Xây dựng Đại học Washington (CBE) để giải quyết những thách thức khó khăn nhất mà các công ty đang phải đối mặt. Thế hệ kế tiếp của những người hành nghề xây dựng sẽ áp dụng sự sáng tạo và kiến thức về các phương pháp mới nhất, đẩy nhanh tiến triển và chuẩn bị cho công việc tương lai của lĩnh vực này.”
Hợp tác Nghiên cứu Ứng dụng Đại học Washington (ARC)
Học Sinh, Turner Construction, và Nhà hát Opera Sydney
Việc đưa sinh viên cùng với các chuyên gia sẽ thúc đẩy sự đổi mới quy trình làm việc đã được thử nghiệm vào năm 2018. Turner Construction vừa mua một máy CNC mới và cần một nhóm thử các phương pháp xây dựng khác nhau trước khi sử dụng nó cho một công việc lớn với những hậu quả rủi ro cao.
Vào thời điểm đó, Renzo làm việc trong bộ phận thiết kế và xây dựng ảo (VDC) của Turner. Anh cộng tác với các sinh viên đại học để phát triển một quy trình tốt hơn cho ván khuôn đúc sẵn bằng máy CNC. Nhóm quyết định tái tạo Nhà hát Opera Sydney nổi tiếng bằng phương pháp xây dựng hiện đại.
Trung tâm nghệ thuật trình diễn được xây dựng tại Sydney, Úc, khởi công xây dựng vào năm 1959 và mở cửa vào năm 1973 và được cả thế giới biết đến với những cánh buồm lát gạch men trắng mang tính biểu tượng. Các sườn và tấm mái đúc sẵn đều được sản xuất tại một nhà máy tại chỗ, một phương pháp vận hành bê tông rất tiên tiến vào thời đó. Ít được biết đến hơn là việc xây dựng đã gặp nhiều vấn đề ngay từ đầu. Cấu trúc khối đế nơi đặt các vỏ sò được xây dựng nhiều năm trước khi hoàn thiện thiết kế kết cấu, trong đó yêu cầu hầu hết các cột đỡ vỏ phải được gia cố xuống nền đá và gây ra sự chậm trễ đáng kể trong quá trình xây dựng.
“Không có sách hướng dẫn nào chỉ cho chúng tôi cách tạo ra những thứ chúng tôi cần bằng máy CNC của mình. Đó là rất nhiều thử nghiệm và sai sót. Có rất nhiều, rất nhiều điều phức tạp. Chúng tôi đã học được điều đó khi tháo chiếc máy ra và lắp lại.”
Renzo di Furia
Các thành phần sườn vỏ, từ mô hình 3D đến sườn thành phẩm theo tỷ lệ 1:4. Hình ảnh bao gồm phối cảnh phân đoạn vỏ và sườn, mô hình cốt thép, ván khuôn, lắp ráp, dạng tước và sườn đã hoàn thiện
Renzo và các sinh viên bắt đầu nghiên cứu của mình bằng cách xem xét quá trình xây dựng và tìm cách tái tạo nó bằng máy CNC. Họ nghiên cứu các bản vẽ xây dựng 2D của Nhà hát lớn và chuyển chúng thành mô hình 3D. Từ đó, nhóm nghiên cứu mô hình hóa cốt thép và ván khuôn. Sau khi tạo mô hình 3D, nhóm đã sử dụng thành công máy CNC để tạo khuôn và đổ một số chi tiết sườn đúc sẵn theo tỷ lệ 1:4.
Nhóm đã phát triển quy trình sản xuất tiền chế kỹ thuật số dựa trên mô hình từ dự án nghiên cứu của họ. Loại công việc này phức tạp và trước đây đòi hỏi đầu tư lao động cao nhưng lợi nhuận lại thấp. Nghiên cứu cách sử dụng máy CNC cùng với các cải tiến quy trình khác đã giúp việc đổ bê tông hiệu quả hơn và giúp công việc phù hợp với tiến độ xây dựng có thể quản lý được. Những tiến bộ này đã giành được một số giải thưởng trong ngành, bao gồm Giải thưởng Cải tiến Xuất sắc Xây dựng Washington của AGC năm 2018.
Tạo đà
Khi làm việc tại Turner Construction, Renzo đã làm việc với ARC để phát triển một khóa học giáo dục thường xuyên có tên là Mô hình hóa ảo cho chế tạo kỹ thuật số, nhằm mục đích giúp sinh viên tìm hiểu sâu hơn về mô hình hóa chế tạo kỹ thuật số. Nó đề cập đến các yếu tố cốt lõi của hộp công cụ chế tạo kỹ thuật số: quét laser để chụp ảnh thực tế, tham khảo các tài liệu lịch sử, xây dựng mô hình nâng cao, định dạng tệp để cắt laser, định tuyến CNC và in 3D. Với sự phát triển của chương trình giảng dạy này, sinh viên hiện tại và tương lai có thể thực hành xây dựng mô hình tiên tiến và giải quyết vấn đề trong đời thực đối với các công nghệ chế tạo sẵn mới khi chúng xuất hiện.
Sử dụng SketchUp dành cho lập mô hình 3D và Scan Essentials để nhập các đám mây điểm, học viên tham gia khóa học sẽ học cách lập mô hình một tòa nhà lịch sử. Khóa học này lý tưởng cho những sinh viên muốn tìm hiểu thêm về quản lý thiết kế-xây dựng hoặc muốn học các kỹ năng thực tế có thể giúp họ chuyển sang vai trò liên quan. SketchUp cung cấp phần mềm cho sinh viên sử dụng và các video hướng dẫn. Chương trình này là một kết quả tích cực khác của việc hợp tác với Đại học Washington và ủng hộ khẳng định của Renzo rằng việc tạo ra một môi trường đích thực, hướng tới nghiên cứu phải bao gồm cả học tập và giảng dạy.
Nghiên cứu ứng dụng trên một dự án biểu tượng
Những kiến thức được phát hiện về quá trình tu sửa và đúc theo tỷ lệ một phần tư của các sườn Nhà hát Opera Sydney đã được áp dụng cho nhiều dự án khác nhau, bao gồm cả việc cải tạo và bổ sung quy mô lớn cho Thủy cung Seattle. Được xây dựng vào năm 1977, Thủy cung ven sông trung tâm của Seattle đã trở thành điểm đến nổi tiếng của người dân địa phương và khách du lịch. Việc mở rộng Thủy cung sẽ cung cấp môi trường sống biển lớn hơn để đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai. Turner Construction được thuê làm nhà thầu chính và vào tháng 11 năm 2022, họ đã hoàn thành việc đổ bê tông kéo dài hơn 23 giờ liên tục cho môi trường sống mới.
Các mô hình bổ sung mới của Thủy cung Seattle (nhấp vào mũi tên để cuộn)
“Mọi thứ chúng tôi học được trong quá trình khám phá Nhà hát Opera Sydney, kéo dài khoảng thời gian hai năm, chúng tôi đã áp dụng cho Thủy cung Seattle: cách chúng tôi lập mô hình cấu trúc, cách chúng tôi tạo mô hình cốt thép, cách chúng tôi tiếp cận ván khuôn và hơn.”
Renzo di Furia
Thử thách: một hình dạng hình học phức tạp
Một phần nguyên nhân khiến môi trường sống trở nên khó xây dựng là hình dạng hữu cơ của nó lấy cảm hứng từ đại dương và mang đến cho du khách những góc nhìn ấn tượng về cư dân sống dưới nước của nó. Vì môi trường sống được quy hoạch là rất lớn nên nhóm nghiên cứu biết rằng khả năng xây dựng cốt thép sẽ gặp nhiều thách thức. Quy trình lập mô hình ở cấp độ chế tạo, độc đáo được Turner phát triển nội bộ. Theo Turner, cấu trúc này có một bức tường bê tông cong, dày 2 foot, 355 tấn cốt thép và 680 mét khối bê tông, gấp khoảng bốn lần lượng cốt thép được sử dụng trên một lõi thông thường. Các lớp lót ván khuôn bê tông được thi công bằng cách sử dụng bọt kết cấu với lớp phủ sợi thủy tinh. Bọt được chạm khắc trực tiếp từ mô hình 3D bằng máy CNC công nghiệp lớn. Ván khuôn cho cửa sổ mở, cầu thang tròn và cổng vào ấn tượng được sản xuất bằng phương pháp chế tạo kỹ thuật số trong xưởng chế tạo của Turner.
Nghiên cứu trước đây mà sinh viên và Turner đã thực hiện về mô hình tham số phức tạp, hình học bê tông hữu cơ, khả năng thi công cốt thép và ván khuôn chế tạo kỹ thuật số bằng máy CNC đã giúp nhóm giải quyết công trình độc đáo cho Thủy cung Seattle, tiết kiệm đáng kể thời gian và tiền bạc.
Áp dụng 3D từ đầu đến cuối
Một trong những thách thức trong xây dựng – và một trong những lý do khiến nó đắt đỏ – là đội ngũ công việc có thể đông đảo và có rất nhiều thông tin cần xử lý. Bạn sẽ thường nghe về các vấn đề về ngăn cách giữa kiến trúc sư, nhà thầu và chủ sở hữu. Điều ít phổ biến hơn là nghe về các hầm chứa trong các đội xây dựng. Bạn có thể thực hiện 50 giao dịch trên một địa điểm làm việc, mỗi giao dịch cần nguyên liệu và thiết bị tại một thời điểm cụ thể. Thời gian và nguồn lực quý giá sẽ bị lãng phí nếu những nhu cầu này không được phối hợp hiệu quả.
“Việc xây dựng một mô hình 3D âm thanh mà bạn có thể sử dụng trong suốt quá trình thiết kế và xây dựng cần phải thực hành và cống hiến khá nhiều — giống như học chơi một loại nhạc cụ giỏi.”
Renzo di Furia
Renzo và Turner đã tận dụng dữ liệu trong môi trường 3D cho dự án Thủy cung Seattle để cải thiện sự cộng tác giữa các nhóm. Đây hiện là dự án đầu tiên mà Turner thực hiện bằng cách sử dụng 100% giao tiếp dựa trên mô hình từ đầu đến cuối. Renzo và nhóm Turner đã sử dụng mô hình SketchUp với hàng trăm cảnh để lập kế hoạch địa điểm. Sau đó trong quá trình xây dựng, họ lấy tất cả số lượng vật liệu từ các phép đo trong mô hình 3D của môi trường sống, bao gồm mô hình 3D cho bê tông, gỗ và thép cây. Môi trường sống lần đầu tiên được mô phỏng bằng một mô hình xốp vật lý – được chạm khắc bằng máy CNC khổng lồ – một sự lặp lại sau này của quá trình mà các sinh viên đã phát triển khi nghiên cứu Nhà hát Opera Sydney.
“Đối với Thủy cung Seattle, sự phức tạp trong thiết kế đã thúc đẩy ban quản lý địa điểm áp dụng quy trình làm việc 3D hoàn chỉnh, phá vỡ các kho thông tin và cho phép giải quyết mọi câu đố bởi một nhóm thống nhất hơn nhiều. Khả năng giải quyết vấn đề hiệu quả với một nhóm lớn, khác biệt là rất hiếm và chứng tỏ giá trị to lớn của quy trình 3D thực sự.”
Renzo di Furia
Việc cập nhật mô hình 3D ngay từ đầu quá trình cho đến khi xây dựng sẽ giúp duy trì kênh liên lạc cởi mở với tất cả các bên liên quan. Nhóm của Turner gặp các kiến trúc sư và các bộ môn khác mỗi tuần một lần để xem xét mô hình 3D và giải quyết mọi thách thức.
Một hệ sinh thái công nghệ được kết nối với nhau
Khả năng tương tác giữa các phần mềm thiết kế cũng quan trọng như giao tiếp giữa mọi người trong dự án. Nhóm đã sử dụng Trimble Connect, môi trường dữ liệu chung (CDE) và nền tảng cộng tác dựa trên đám mây được tạo để giúp mọi người kết nối với các phiên bản mô hình được đồng bộ hóa. Ngoài Trimble Connect, nhóm đã sử dụng SketchUp cho mô hình 3D, LayOut để tạo tài liệu 2D, Tekla cho thiết kế kết cấu, Trimble Total Stations và Trimble Laser Scanning Solutions để khảo sát, Revit cho các tài liệu xây dựng chi tiết, v.v.
“Chúng tôi đã bắt đầu hành trình VDC của mình từ nhiều năm trước bằng cách điều phối các hệ thống MEP. Sau đó, chúng tôi rút ra những bài học đó và áp dụng chúng vào các hoạt động cụ thể mà chúng tôi tự thực hiện. Trong quá trình khám phá đó, chúng tôi nhận ra rằng con đường quan trọng thực sự của bất kỳ dự án xây dựng nào là quản lý thông tin. Kể từ đó, tôi đã tạo nguyên mẫu một hệ thống quy trình làm việc lấy cấu trúc làm trung tâm cải tiến giúp tăng cường kiểm soát chất lượng một cách đáng kể và có thể áp dụng cho bất kỳ dự án nào, dù lớn hay nhỏ.”
Renzo di Furia
Việc sử dụng công nghệ phù hợp vào đúng thời điểm đã nâng cao khả năng lập mô hình và điều phối của Turner cho Thủy cung Seattle, củng cố các quy trình kiểm soát chất lượng và giúp quản lý tất cả thông tin được chia sẻ trong suốt quá trình thiết kế và xây dựng.
Con đường phía trước: các hệ thống lấy cấu trúc làm trung tâm
Ngành xây dựng đang chuyển sang một kỷ nguyên hợp tác mới và sẽ có những công nghệ cũng như quy trình mới được áp dụng. Renzo tin rằng việc hướng tới các hệ thống lấy cấu trúc làm trung tâm sẽ cải thiện sự phối hợp và tập hợp thông tin mô hình lại với nhau.
“Trong suốt những năm tôi làm công việc này (VDC Management), chúng tôi bắt đầu với việc điều phối MEP và sau đó áp dụng điều đó vào hoạt động bê tông tự thực hiện của mình. Tôi tin rằng có cách tốt hơn; Tôi đã tạo nguyên mẫu cho một hệ thống quy trình làm việc lấy cấu trúc làm trung tâm để giúp kết hợp dữ liệu và các nguyên tắc lại với nhau, theo một mô hình cấu trúc tập trung.”
Renzo di Furia
Dự án khác mà Renzo đã làm, Dexter Yards, tuân theo một quy trình làm mô hình tập trung vào cấu trúc hơn. Nhóm đã sử dụng mô hình 3D để phối hợp thiết bị xây dựng và hệ thống như các yếu tố thép, tường và bảng (nhấp vào các mũi tên để cuộn)
Quy trình làm mô hình tập trung vào cấu trúc cần được phát triển thêm để các đội xây dựng áp dụng nó trên các lĩnh vực. May mắn thay, chúng ta có một số sinh viên có thể giúp đỡ trong việc đó!
Sự sáng tạo và xây dựng đi đôi với nhau.
Ngành xây dựng vẫn đối mặt với những thách thức lớn về sự ngắt kết nối trong quy trình làm việc, cách áp dụng công nghệ mới và cách giảng dạy sự chấp nhận của nó trên các đội – những thách thức cần được vượt qua để xây dựng một tương lai tốt hơn và xanh hơn.
Các chuyên gia xây dựng ơi, đã đến lúc thể hiện khả năng sáng tạo của bạn khi xây dựng. Hãy liên hệ với trường đại học địa phương của bạn để kết nối với những sinh viên đang tìm kiếm chủ đề luận văn tiếp theo của họ. Trước tiên, hãy nghiên cứu và nhân rộng các giải pháp đổi mới cho các dự án nhỏ hơn, sau đó kết hợp những gì bạn học được với quy trình làm việc 3D nâng cao và công nghệ thông minh để xây dựng dự án nhanh chóng và hiệu quả hơn. Tất cả điều này sẽ truyền cảm hứng cho văn hóa học tập trong công ty của bạn nhằm giảm lãng phí và tốt hơn cho môi trường. Hãy cho thế hệ kỹ sư, nhà thầu và nhà tư vấn tiếp theo thấy rằng việc nghĩ ra các giải pháp vượt trội cũng quan trọng đối với các nhà xây dựng tương lai cũng như đối với các nhà thiết kế tương lai.
Giới thiệu về Renzo di Furia
Renzo di Furia là một chuyên gia xây dựng thực tế ảo chuyên về mô hình chế tạo. Ông đã sử dụng các công cụ tạo mô hình 3D trong hơn 18 năm và đã phát triển phương pháp triển khai BIM và VDC đơn giản hóa. Các phương pháp của ông bổ sung cho vai trò của nhân viên, thúc đẩy hoạt động xuất sắc và tối đa hóa chất lượng, năng suất và an toàn. Renzo cũng phát triển các chương trình đào tạo BIM và VDC thông qua các hiệp hội của ông với Khoa Môi trường Xây dựng của Đại học Washington, Chương trình Chuyên gia Tham quan Trimble và Trung tâm Đào tạo Quốc tế Thợ mộc, Las Vegas.
Nguồn: SketchUp
