Ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM trong quản lý an toàn lao động thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up

HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ NGỌC NHI MSHV:1870415 Ngày, tháng, nă

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THỊ NGỌC NHI

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THÔNG TIN CÔNG TRÌNH BIM

TRONG QUẢN LÝ AN TOÀN LAO ĐỘNG

THI CÔNG TẦNG HẦM THEO PHƯƠNG PHÁP BOTTOM UP

Chuyên ngành: Quản lý xây dựng

Mã số: 8580302

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP.HCM

Cán bộ Hướng dẫn : PGS.TS PHẠM HỒNG LUÂN Chữ ký:

Cán bộ chấm phản biện 1: TS ĐỖ TIẾN SỸ Chữ ký:

Cán bộ chấm phản biện 2: TS ĐẶNG NGỌC CHÂU Chữ ký:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 11 tháng 01 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS LÊ HOÀI LONG – CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

2 TS PHẠM VŨ HỒNG SƠN – THƯ KÝ

3 TS ĐỖ TIẾN SỸ - PHẢN BIỆN 1

4 TS ĐẶNG NGỌC CHÂU – PHẢN BIỆN 2

5 TS ĐINH CÔNG TỊNH - ỦY VIÊN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN THỊ NGỌC NHI MSHV:1870415

Ngày, tháng, năm sinh: 02 – 02 – 1995 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế

Chuyên ngành: Quản Lý Xây Dựng Mã số : 8580302

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THÔNG TIN CÔNG TRÌNH BIM TRONG QUẢN

LÝ AN TOÀN LAO ĐỘNG THI CÔNG TẦNG HẦM THEO PHƯƠNG

PHÁP BOTTOM UP

- Phân tích nguy cơ mất an toàn lao động do xung đột không gian làm việc

trong quá trình thực hiện các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp

bottom up

- Tích hợp các thông tin phân tích mối nguy công tác vào mô hình BIM 4D hỗ

trợ quá trình lập kế hoạch an toàn lao động một cách hiệu quả

PGS.TS LÊ ANH TUẤN

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến GVHD PGS.TS Phạm Hồng Luân, Thầy đã luôn tin tưởng, tận tình hướng dẫn và đưa ra nhiều lời nhận xét, góp ý quý báu trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn Những hướng dẫn và góp

ý này đã góp phần định hướng và dẫn dắt đến những kết quả đạt được của luận văn

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Bộ môn Thi Công và Quản lý Xây dựng đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian tôi tham gia chương trình cao học

Xin cảm các anh chị, bạn bè lớp cao học khóa 2017, 2018, những người đi trước dày dạn kinh nghiệm thực tế, đã không ngần ngại chia sẻ những kiến thức thực

tế để hỗ trợ tôi vượt qua các rào cản về kinh nghiệm thi công Xin cảm ơn các anh chị, bạn bè và các Thầy Cô đồng nghiệp ở Bộ môn Hình họa – Vẽ kỹ thuật đã động viên tinh thần, giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu này Cảm ơn gia đình đã luôn ở bên, ủng hộ con trên mọi chặng đường

Cuối cùng, tôi xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến anh chị chuyên gia, người có kinh nghiệm liên quan tại các công trình tôi đến tham quan, khảo sát Sự giúp đỡ của các anh chị là sự đóng góp to lớn vào sự thành công của luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

An toàn lao động (ATLĐ) là một trong những vấn đề cần được quan tâm khi thực hiện một dự án xây dựng Tỷ lệ tai nạn lao động trong lĩnh vực xây dựng khi so sánh với những ngành công nghiệp khác là tương đối cao Quá trình thi công tầng hầm đòi hỏi sự tham gia của nhiều loại máy móc thiết bị và con người, một khi xảy

ra tai nạn lao động sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng, rất nhiều người có thể cùng

bị thương hay tử vong khi xảy ra sự cố sạt lở, sụp đổ hay va chạm giữa con người với máy móc thi công Vì vậy việc đảm bảo ATLĐ cho con người khi thi công tầng hầm

là rất cần thiết

Đề tài nghiên cứu đã xây dựng một quy trình để ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM hỗ trợ công tác quản lý ATLĐ cho các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up Bước đầu tiên của quy trình là xây dựng mô hình BIM 4D, chứa thông tin tiến độ, thông tin không gian làm việc của các đối tượng thi công

Sử dụng mô hình BIM 4D để mô phỏng không gian làm việc, xác định xung đột không gian làm việc giữa các công tác, từ đó đưa ra các biện pháp an toàn để xử lý xung đột không gian làm việc, giảm thiểu nguy cơ xung đột, hạn chế hậu quả do các nguy cơ này gây ra Bước tiếp theo là tích hợp các thông tin đánh giá mối nguy công tác JHA vào từng công tác thi công trong mô hình BIM 4D, hỗ trợ ban an toàn lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan Việc lập kế hoạch ATLĐ trên mô hình BIM 4D theo tiến độ thi công sẽ giúp cho kỹ sư an toàn có thể cập nhật các tình huống thay đổi trên công trường kịp thời từ đó đưa ra biện pháp xử lý nhanh chóng, chính xác hơn

ABSTRACT

Safety is one of the issues that need to be considered when implementing a construction project The proportion of accidents in the construction industry when compared to others is relatively high Basement construction requires the participation of many types of machinery and people, once an accident occured will lead to serious consequences, many people can be injured owing to the collision between people and construction machines Therefore, ensuring safety when constructing basements is necessary

This study proposes a process to apply Building Information Modeling (BIM)

to support the safety management The first step is to build a 4D BIM model, including schedule and workspace of activities The 4D BIM model after that is used

to identify workspace conflicts between activities The next step is to integrate Job Hazard Analysis data (JHA) into each activity in the 4D BIM model This process supports the safety engineers to make a safety plan visually and update safety information on site promptly

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện Các kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

Tác giả luận văn Trần Thị Ngọc Nhi

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Lý do hình thành đề tài: 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 6

1.3 Phạm vi nghiên cứu: 6

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7

2.1 Một số khái niệm: 7

2.2 Phân tích và đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước: 10

2.2.1 Một số nghiên cứu về ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM trong quản lý ATLĐ: 10

2.2.2 Một số nghiên cứu về quản lý không gian làm việc của các công tác: 15

CHƯƠNG 3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Quy trình nghiên cứu 20

3.2 Mô phỏng không gian làm việc: 22

3.2.1 Xác định không gian làm việc: 22

3.2.2 Mô phỏng không gian làm việc trong mô hình BIM: 23

3.2.3 Xung đột không gian làm việc: 24

3.2.4 Giải quyết xung đột không gian làm việc: 29

3.3 Thực hiện phân tích mối nguy công tác- JHA cho các công tác thi công tầng hầm: 30

3.4 Thực hiện phân tích mối nguy công tác JHA cho các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up: 36

CHƯƠNG 4.ÁP DỤNG NGHIÊN CỨU VÀO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 37

4.1 Mô hình BIM 3D của công trình: 37

4.2 Liên kết thông tin tiến độ vào mô hình BIM 3D 37

4.3 Đưa thông tin tiến độ từ Dynamo sang các đối tượng 3D trong Revit: 41

4.3.1 Tổng quan các Script 41

4.4 Tạo không gian làm việc cho các đối tượng thi công trong mô hình BIM 43

4.4.1 Tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ cừ Larsen: 44

4.4.2 Tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ Kingpost: 45

4.4.3 Tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ Shoring: 47

4.4.4 Tạo không gian làm việc cho các máy móc thiết bị thi công trên công trường 49

4.5 Liên kết đối tượng không gian làm việc từ mô hình BIM 3D vào mô hình BIM 4D: 50

4.6 Kiểm tra xung đột và giải quyết xung đột không gian làm việc: 50

4.6.1 Kiểm tra xung đột không gian làm việc: 50

4.7 Tích hợp JHA cho các công tác thi công tầng hầm trong mô hình BIM 4D

56

CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

5.1 Kết luận: 63

5.2 Kiến nghị: 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….67

PHỤ LỤC………71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Một số khái niệm về quản lý rủi ro theo từ Tiêu chuẩn OHSAS 18001 –

2007 Hệ thống quản lý sức khỏe và an toàn nghề nghiệp – Các yêu cầu 9

Bảng 2.2: Một số nghiên cứu về ứng dụng mô hình thông tin BIM trong quản lý ATLĐ 13

Bảng 2.3:Công cụ được sử dụng trong các nghiên cứu trước: 16

Bảng 2.4:Phân loại không gian trong các nghiên cứu trước: 17

Bảng 2.5:Phân loại xung đột không gian làm việc trong các nghiên cứu trước 18

Bảng 3.1: Các phần mềm được sử dụng trong nghiên cứu: 22

Bảng 3.2: Các phần mềm hỗ trợ mô phỏng BIM 4D 26

Bảng 3.3: Ma trận đánh giá rủi ro 4x4 theo tiêu chuẩn ANSI B11 TR3:2000 [31] 33 Bảng 3.4:Ma trận đánh giá rủi ro 5x5 theo Thông tư số 40/2018/TT-BCT [32] 33

Bảng 3.5:Khả năng xảy ra: 34

Bảng 3.6:Mức độ nghiêm trọng: 34

Bảng 3.7: Ma trận đánh giá rủi ro theo nghiên cứu của Collins et al [33] 35

Bảng 4.1: Các nguy cơ gây mất ATLĐ khi thực hiện các công tác thi công tầng hầm 57

Bảng 4.2: Bảng JHA cho công tác thi công đào đất 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1: Quy trình ứng dụng mô hình thông tin BIM quản lý ATLĐ 21

Hình 3.2: Quy trình phân tích mối nguy công tác JHA 31

Hình 3.3: Quy trình nhận diện mối nguy và đánh giá rủi ro 32

Hình 3.4: Quy trình đánh giá mức độ rủi ro của mối nguy 35

Hình 4.1:Mô hình BIM 3D – Đối tượng thi công không chứa thông tin tiến độ 37

Hình 4.2: Liên kết thông tin tiến độ vào mô hình BIM 3D 38

Hình 4.3: Bảng tiến độ thi công trong MS Project 39

Hình 4.4: Xuất thông tin tiến độ từ file MS Project sang MS Excel 40

Hình 4.5: Bản data MS Excel đã được lọc các dữ liệu cần thiết 40

Hình 4.6: Tổng quan các Script đưa thông tin tiến độ từ Dynamo sang các đối tượng 3D trong Revit 41

Hình 4.7:Giao diện người dùng 41

Hình 4.8:Mô hình BIM 3D – Các đối tượng đã được gán mã WBS 42

Hình 4.9:Mô hình BIM 4D trong Synchro Pro 42

Hình 4.10: Tổng quan các Script tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ cừ Larsen 44

Hình 4.11: Tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ cừ Larsen 44

Hình 4.12: Tổng quan các Script Tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ Kingpost 45

Hình 4.13: Giao diện người dùng 45

Hình 4.14: Xác định level mặt đất khi thi công hệ kingpost 46

Hình 4.15: Giao diện người dùng khai báo các thông số không gian làm việc của công tác thi công hệ kingpost 46

Hình 4.16:Không gian làm việc của công tác thi công hệ kingpost 47

Hình 4.17:Tổng quan các Script tạo không gian làm việc cho công tác thi công hệ Shoring 47

Hình 4.18: Giao diện người dùng 48

Hình 4.19:Giao diện người dùng khai báo các thông số không gian làm việc của công tác thi công hệ shoring 48

Hình 4.20:Không gian làm việc thi công hệ shoring lớp 1 49

Hình 4.21: Không gian làm việc thi công hệ shoring lớp 1 và 2 49

Hình 4.22: Không gian làm việc cho máy móc và thiết bị thi công trên công trường 50

Hình 4.23: Tạo group tài nguyên không gian thi công 51

Hình 4.24: Điều chỉnh các chế độ kiểm tra va chạm 52

Hình 4.25: Kết quả kiểm tra xung đột không gian làm việc 53

Hình 4.26: Kết quả kiểm tra xung đột không gian làm việc 54

Hình 4.27:Kết quả kiểm tra xung đột không gian làm việc 54

Hình 4.28: Kết quả kiểm tra xung đột không gian làm việc 55

Hình 4.29: Kết quả kiểm tra xung đột không gian làm việc 55

Hình 4.30:Kết quả kiểm tra xung đột không gian làm việc 56

Hình 4.31: Khai báo JHA cho các công tác 62

Hình 4.32: Gán thông tin mức độ rủi ro cho các mối nguy 62

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BIM Building Information Modeling – Mô hình thông tin công JHA Job Hazard Analysis – Phân tích mối nguy công tác

WBS Work Breakdown Structure – Cấu trúc phân chia công việc

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ

An toàn lao động (ATLĐ) là một trong những vấn đề cần được quan tâm khi thực hiện một dự án xây dựng Tỷ lệ tai nạn lao động trong lĩnh vực xây dựng khi so sánh với những ngành công nghiệp khác là tương đối cao Công bố ngày 11/04/2019 của Bộ Lao động, Thương binh và Xã hội cho biết, trong năm 2018, lĩnh vực xây dựng có tỷ lệ tai nạn lao động cao nhất trong các ngành nghề, chiếm 15% tổng số trường hợp tai nạn lao động, theo sau đó là lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, dệt may và giày da [1]

Quá trình thi công tầng hầm đòi hỏi sự tham gia của nhiều loại máy móc thiết

bị và con người, một khi xảy ra tai nạn lao động sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng, rất nhiều người có thể bị thương hay tử vong cùng lúc khi xảy ra sự cố sạt lở, sụp đổ hay va chạm giữa con người với máy móc thi công Vì vậy việc đảm bảo ATLĐ cho con người khi thi công tầng hầm là rất cần thiết

Đảm bảo ATLĐ, đối với bản thân người lao động là đảm bảo cho họ được làm việc trong môi trường an toàn, nguy cơ tai nạn lao động được giảm tới mức tối thiểu, nhờ đó mà năng suất lao động tăng lên, hiệu quả công việc cao hơn; đối với doanh nghiệp là đảm bảo giảm thiểu khả năng xảy ra tai nạn lao động, giảm thiểu chi phí khắc phục hậu quả do tai nạn lao động gây ra

Để đảm bảo ATLĐ trên công trường thì phải thực hiện tốt công tác quản lý ATLĐ ngày từ giai đoạn lập kế hoạch Vai trò chính của quản lý ATLĐ là xác định bất cứ nguy cơ mất ATLĐ nào trước khi nó xảy ra bằng cách xác định các nhân tố rủi

ro, đánh giá mức độ rủi ro, đưa ra các phương án an toàn phù hợp [2] Thiết lập một

kế hoạch ATLĐ thực tế và hiệu quả là một bước thiết yếu dẫn đến thành công của dự

án

Để hoàn thành một dự án, trên công trường xây dựng sẽ có hàng ngàn công tác được triển khai do đó việc xác định tất cả các nguy hiểm, các yếu tố rủi ro về an toàn luôn là thách thức đối với người lập kế hoạch ATLĐ Cách thức để lập một kế hoạch ATLĐ truyền thống đó là kỹ sư an toàn sẽ quan sát điều kiện công trường thực tế, sử dụng các bản vẽ thiết kế 2D, kết hợp với thông tin tiến độ để xác định những nguy cơ mất ATLĐ tiềm ẩn, từ đó đưa ra những biện pháp phòng tránh phù hợp Thực tế thì rất khó để có thể hiểu và phân tích rõ ràng các tình huống thực tế có thể xảy ra nếu chỉ dùng mỗi bản vẽ 2D Mặc dù bản vẽ 2D vẫn cung cấp đầy đủ thông tin của công trình theo các hướng chiếu khác nhau nhưng nó đỏi hỏi sự tưởng tượng và điều này

là không dễ Khi cân nhắc đến vấn đề là các dự án xây dựng ngày càng phức tạp cùng với sự thiếu hụt nguồn nhân lực cho lĩnh vực xây dựng thì lập kế hoạch ATLĐ một cách thủ công như vậy dẫn đến tốn thời gian, tốn nhân lực và dễ sai sót

Với mục tiêu xây dựng kế hoạch ATLĐ hiệu quả, nhiều biện pháp cải tiến trong công nghệ cũng như trong cách thức thực hiện đã được áp dụng, tuy nhiên, vấn đề an toàn vẫn chưa được cải thiện nhiều Kế hoạch quản lý và giám sát ATLĐ chưa đầy

đủ, thiếu sự tương tác giữa các bên tham gia dự án, thiếu sự huấn luyện ATLĐ được cho là những nhân tố chính dẫn đến tai nạn và thương vong khi xây dựng một công trình [3] Mặc cho những nỗ lực to lớn từ các chuyên gia an toàn, các chính sách của chính phủ, của cơ quan có thẩm quyền, những con số tai nạn lao động vẫn không hề giảm Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng bản chất động của ngành xây dựng cũng là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến thực trạng này [3]

Môi trường xây dựng là một môi trường động, các thông tin trên công trường thường xuyên thay đổi theo không gian, thời gian Do đó, những thông tin này nên được cập nhật theo tiến độ dự án cùng với thông tin về biện pháp an toàn để công nhân, kỹ sư, ban chỉ huy và các bên tham gia dự án có thể nhận thức về những nguy

cơ mất ATLĐ một cách kịp thời Những thông tin này có thể được phản ánh bằng mô hình thông tin công trình – Building Information Modeling (BIM)

BIM là một công nghệ cung cấp nền tảng giúp các bên liên quan có thể chia sẻ thông tin, phân tích các thông tin của công trình liên quan đến kiến trúc, kết cấu, tiến

độ, chi phí, chất lượng…, như vậy, thông tin được chia sẻ trên hệ dữ liệu không đơn giản chỉ là thông tin về cấu trúc bên ngoài của tòa nhà mà là toàn bộ thông tin hỗ trợ cho quá trình thiết kế, thi công, vận hành dự án BIM được ví như là một bước đột phá từ thiết kế 2D truyền thống sang mô hình 3D động được xây dựng từ hệ thống dữ liệu liên quan đến kiến trúc và chức năng của công trình Điều đó có nghĩa là thay vì dựa vào những thiết kế giấy 2D truyền thống, BIM cung cấp một mô hình được xây dựng từ hệ thống dữ liệu chứa những thông tin liên quan của dự án để các bên liên quan có thể dễ dàng cập nhật, thảo luận.[4]

Trong những năm gần đây, công nghệ mô phỏng đã được áp dụng cho nhiều giai đoạn của dự án, mô hình thông tin công trình BIM có thể được sử dụng để lập

mô hình hiện trạng công trình, ước tính chi phí, lập kế hoạch triển khai theo giai đoạn, lập kế hoạch bố trí mặt bằng công trường, lập mô hình thiết kế, kiểm tra thiết kế, phân tích kết cấu, phân tích năng lượng… Nhờ vào tính năng mô hình hóa, BIM có thể phát hiện các xung đột thiết kế, việc phát hiện sớm và đưa ra các giải pháp kịp thời

sẽ giúp giảm chi phí phát sinh, tăng năng suất lao động, đảm bảo chất lượng công trình [4] Ngoài ra, BIM 3D, BIM 4D có thể cải thiện an toàn lao động bằng cách cho phép kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thầu, tất cả các bên tham gia vào dự án tiếp cận điều kiện công trường một cách thực tế từ đó nhận diện được những nguy hiểm có thể xảy

ra trước khi thực hiện công tác [3]

Ý tưởng chính của công cụ BIM 4D là tích hợp trục tiến độ vào mô hình BIM 3D Nhà thầu có thể kiểm tra tính khả thi của tiến độ thi công thông qua mô phỏng 4D Nếu có xung đột hay bất cứ thay đổi nào trong thiết kế, những thay đổi này dễ dàng được cập nhật vào bảng tiến độ trước khi các công tác diễn ra [4]

Như vậy, BIM là một cách tiếp cận mới trong thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì công trình BIM 3D có thể được sử dụng để mô hình hóa những hình ảnh thực

tế của công trình Sử dụng BIM đã và đang thay đổi cách thức thiết kế, xây dựng công

trình đối với ngành công nghiệp xây dựng Hơn thế nữa, thông tin về tiến độ có thể

được thêm vào các mô hình BIM 3D để tạo ra mô hình BIM 4D Mối quan hệ giữa

không gian và thời gian được mô tả một cách chính xác trong mô hình BIM 4D [5]

Công nghệ BIM có thể được sử dụng để cải thiện ATLĐ bằng cách kết nối kế

hoạch an toàn với kế hoạch thi công, cung cấp mô phỏng bình đồ công trường, cung

cấp những biện pháp để quản lý thông tin trên công trường, hỗ trợ giao tiếp thông tin

an toàn trong nhiều tình huống khác nhau ví dụ như đưa ra cảnh báo về các nguy cơ

gây mất ATLĐ Việc sử dụng BIM đồng thời cũng khuyến khích các bên tham gia

dự án như là nhà thầu phụ, chuyên gia an toàn, chuyên gia y tế cùng tham gia vào quá

trình đánh giá rủi ro và lập kế hoạch an toàn [6]

Đối với quản lý ATLĐ, có thể ứng dụng BIM trong những nhiệm vụ sau: (i)

Huấn luyện ATLĐ, (ii) Thiết kế biện pháp an toàn, (iii) Lập kế hoạch ATLĐ (phân

tích nguy cơ mất ATLĐ và lập biện pháp phòng tránh), (iv) Điều tra tai nạn, (v) Giai

đoạn bảo trì Với những những nhiệm vụ này, kỹ sư an toàn có thể sử dụng mô hình

3D được tạo ra từ giai đoạn thiết kế, tích hợp thông tin tiến độ để tạo thành mô hình

4D cho phép xác định các xung đột, sau đó đưa ra biện pháp xử lý ban đầu [6]

Azhar & Salman [3] đã mô tả ba lợi ích chính nhận được từ việc áp dụng công

nghệ BIM vào quản lý ATLĐ đó là : (1) Cải thiện vấn đề giao tiếp, phổ biến kế hoạch

ATLĐ đến những người tham gia dự án, (2) Vấn đề giao tiếp, phổ biến kế hoạch

ATLĐ đến chủ đầu tư cũng được cải thiện, (3) Kết quả phân tích các nguy cơ gây mất

ATLĐ được diễn giải rõ ngay từ giai đoạn hình thành dự án

Đối với ngành xây dựng Việt Nam, công nghệ BIM còn khá mới mẻ và chỉ mới

được đưa vào áp dụng cho các công trình xây dựng trong vài năm trở lại đây Hiện

tại công nghệ BIM chủ yếu được áp dụng ở giai đoạn thiết kế, cụ thể như: lập mô

hình thiết kế, kiểm tra xung đột thiết kế Việc tận dụng mô hình BIM từ giai đoạn

thiết kế để đưa sang công tác quản lý thi công, quản lý ATLĐ vẫn chưa được quan

tâm nhiều và ở Việt Nam thật sự chưa có nhiều nghiên cứu tập trung vào vấn đề này

Áp lực hoàn thành dự án đúng hạn, chạy tiến độ tạo ra sự chồng chéo các công tác thi công trên công trường xây dựng Xung đột không gian làm việc của các công tác là điều xảy ra thường xuyên khi nhiều công tác cùng diễn ra trong một không gian làm việc giới hạn tại cùng một thời điểm Việc lên kế hoạch để thi công nhiều công tác đồng thời cũng như giải quyết vấn đề không gian làm việc của chúng là vấn đề đang được quan tâm nghiên cứu [7]

BIM 4D có thể mô hình hóa và phân tích không gian làm việc cho các hoạt động xây dựng trong suốt giai đoạn lập kế hoạch, lập tiến độ và thậm chí là khi giai đoạn thiết kế đã được hoàn tất Mô hình BIM 4D được khuyến khích sử dụng khi chúng có thể giảm thiểu tắc nghẽn không gian làm việc, giảm thiểu xung đột không gian làm việc, là điều thường xuyên xảy ra trên công trường xây dựng Điều này giúp đảm bảo ATLĐ và năng suất lao động.[7]

Trên công trường xây dựng, không gian làm việc của các công tác thay đổi liên tục, vị trí và kích thước của những không gian này thay đổi trong không gian ba chiều theo thời gian Chỉ khi có những công cụ tự động xác định, tiếp cận, phân tích xung đột không gian làm việc của các công tác thì những xung đột này mới được loại bỏ giúp đảm bảo ATLĐ tại công trường

Như vậy, với mong muốn khắc phục việc lập kế hoạch ATLĐ một cách thủ công, chỉ dựa trên bản vẽ 2D và kinh nghiệm của kỹ sư an toàn, giúp lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan, giúp kỹ sư an toàn có thể xác định trước được khi nào, tại sao và ở nơi đâu có thể xảy ra các nguy cơ mất ATLĐ từ đó đưa ra các biện pháp phòng tránh phù hợp, giúp các bên tham gia dự án có thể dễ dàng cập nhật và giám sát thông tin ATLĐ trên công trường, tác giả tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu

“Ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM trong quản lý an toàn lao động thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up” Đề tài sẽ tích hợp thông tin ATLĐ vào mô hình thông tin BIM để phục vụ cho công tác quản lý ATLĐ cho các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up

Nghiên cứu này sẽ giải quyết hai vấn đề:

1 Phân tích nguy cơ mất an toàn lao động do xung đột không gian làm việc trong quá trình thực hiện các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom

up

2 Tích hợp các thông tin phân tích mối nguy công tác vào mô hình BIM 4D hỗ trợ quá trình lập kế hoạch ATLĐ một cách hiệu quả

Mô phỏng không gian làm việc của các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up trong mô hình BIM, chạy giả lập tiến độ thi công, phát hiện và giải quyết các xung đột không gian gây mất an toàn lao động

Tích hợp các thông tin ATLĐ: yếu tố rủi ro gây mất ATLĐ, mức độ rủi ro của các yếu tố này,… từ đó hỗ trợ công tác lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan

Đối tượng nghiên cứu: Ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM để quản lý

an toàn lao động cho các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up Phạm vi nghiên cứu: Các công trình xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm thi công theo phương pháp bottom up trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

- BIM 3D:

BIM là nền tảng, là công nghệ, là quá trình, rất nhiều công nghệ và phần mềm được kết hợp với nhau trong môi trường BIM, quá trình này giúp khởi tạo, sử dụng

và quản lý các thông tin bao gồm thông tin hình học và thông tin phi hình học của dự

án xây dựng Từ môi trường mô phỏng của BIM, các bên tham gia dự án có thể hình dung được quá trình thực hiện dự án, xác định được các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình thiết kế, xây dựng, vận hành dự án từ đó hỗ trợ đưa ra các biện pháp giải quyết kịp thời đồng thời tăng cường sự trao đổi thông tin, thảo luận giữa các bên

Mô hình 3D thông tin – BIM 3D là một mô hình ba chiều không chỉ chứa các thông tin hình học về chiều cao, chiều rộng, chiều dài của đối tượng mà còn chứa các thông tin phi hình học là các dữ liệu về đặc điểm kỹ thuật, phương pháp lắp đặt, xây dựng đối tượng ví dụ như thông tin về đặc tính của sản phẩm, thông số kỹ thuật, nhà cung cấp là ai, cách lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng cho đối tượng như thế nào

Mô hình BIM 3D có thể được sử dụng để phối hợp mô hình 3D nhằm mục đích kiểm tra xung đột, va chạm, lỗi thiết kế giữa các bộ môn như kiến trúc, kết cấu, cơ điện nước; sử dụng để triển khai bản vẽ thi công 3D; bóc tách khối lượng

- BIM 4D

Mô hình BIM 4D được hình thành khi tích hợp trục thời gian - tiến độ vào mô hình BIM 3D Mô hình BIM 4D có thể được sử dụng để lập tiến độ, lập kế hoạch thi công, kế hoạch tổ chức mặt bằng công trường, kế hoạch cung ứng vật liệu, nhân công; giúp cho các bên tham gia dự án có cái nhìn tổng quát, hiểu rõ hơn về dự án, nghiên cứu các bảng tiến độ, các phương án thi công khác nhau để phân tích các yếu tố rủi

ro có thể xảy ra, phân tích mức độ phù hợp của từng phương án từ đó lựa chọn được bảng tiến độ và biện pháp thi công tối ưu cho dự án

- Kế hoạch ATLĐ:

Kế hoạch ATLĐ là một tài liệu chính thức, đề xuất các biện pháp và quy trình

an toàn sẽ được áp dụng tại môi trường làm việc Kế hoạch ATLĐ được lập ra nhằm đảm bảo an toàn cho người lao động, đảm bảo tổ chức một môi trường làm việc an toàn, thân thiện Kế hoạch ATLĐ tập trung mô tả những nguy cơ mất ATLĐ có thể xảy ra trong quá trình thực hiện dự án, làm thế nào để loại bỏ hoặc kiểm soát chúng

và loại thiết bị nào sẽ được sử dụng để đảm bảo an toàn cho người lao động [8] Kế hoạch ATLĐ là một phần của kế hoạch thi công [3], được lập ra trong giai đoạn chuẩn

bị dự án và được áp dụng trong giai đoạn thực hiện dự án

- Nguy cơ mất ATLĐ:

Nguy cơ mất ATLĐ là những mối nguy hiểm có khả năng gây hại Trong điều kiện thực tế, một mối nguy hiểm thường liên quan đến tình trạng hay hoạt động không được kiểm soát có thể dẫn đến tai nạn hoặc thương vong Việc phân tích, xác định các mối nguy hiểm và loại bỏ hoặc kiểm soát chúng càng sớm càng tốt sẽ giúp ngăn ngừa các thiệt hại nghiêm trọng có thể xảy ra [9]

- Phân tích mối nguy công tác – Job Hazard Analysis (JHA)

Phân tích mối nguy của công tác là một kỹ thuật phân tích từng bước công việc của công tác để xác định các mối nguy hiểm trước khi chúng xảy ra Nó tập trung vào mối quan hệ giữa người thực hiện công tác, từng bước công việc của công tác, công

cụ thực hiện và môi trường làm việc Lý tưởng nhất là sau khi xác định được các mối nguy không được kiểm soát, kỹ sư an toàn sẽ lập các bước để loại bỏ hoặc giảm thiểu rủi ro đến mức chấp nhận được [9]

- Đánh giá mức độ rủi ro cho các nguy cơ gây mất ATLĐ:

Một số khái niệm về quản lý rủi ro được trích dẫn từ Tiêu chuẩn OHSAS 18001 – 2007 Hệ thống quản lý sức khỏe và an toàn nghề nghiệp – Các yêu cầu [10]

Bảng 2.1: Một số khái niệm về quản lý rủi ro theo từ Tiêu chuẩn OHSAS 18001 –

2007 Hệ thống quản lý sức khỏe và an toàn nghề nghiệp – Các yêu cầu

Mối nguy Nguồn, tình huống hoặc hành động có khả năng tiềm ẩn

gây nguy hiểm, khiến cho con người bị chấn thương, suy giảm sức khỏe hoặc sự kết hợp cả hai tình trạng trên

Nhận diện mối nguy Quá trình nhận ra sự tồn tại của mối nguy và xác định

đặc tính của chúng

Suy giảm sức khỏe Phát hiện ra tình trạng thể chất và tinh thần bất ổn phát

sinh hoặc trở nên tồi tệ khi thực hiện một công tác

Sự cố Các sự kiện liên quan đến công việc mà có thể dẫn đến

tình trạng chấn thương, suy giảm sức khỏe hoặc chết người

Rủi ro Sự kết hợp của khả năng xảy ra của sự kiện và mức độ

nguy hiểm của tình trạng chấn thương hoặc suy giảm sức khỏe gây ra bởi sự kiện đó

Đánh giá rủi ro Quá trình đánh giá mức độ của các rủi ro phát sinh từ các

mối nguy, xem xét và quyết định xem rủi ro đó có chấp nhận được hay không

Nơi làm việc Tất cả khu vực mà các hoạt động liên quan đến công việc

được diễn ra dưới sự kiểm soát của tổ chức Quá trình đánh giá rủi ro sẽ cho thấy được mức độ nguy hiểm của các yếu tố rủi

ro từ đó đưa ra được các biện pháp phòng ngừa hợp lý, kịp thời

- Không gian làm việc:

Các công tác trong một dự án xây dựng đều cần các không gian để triển khai một cách an toàn, đó gọi là không gian làm việc của công tác Trong suốt thời gian thực hiện công tác, những không gian này sẽ thay đổi liên tục trong không gian ba chiều theo thời gian Cần phải quản lý không gian làm việc cho các công tác từ giai đoạn lập kế hoạch đến giai đoạn thi công, hạn chế tới mức tối thiểu xung đột không gian làm việc giữa các công tác, gây ra chậm trễ tiến độ hay tai nạn lao động [11] Đối với dự án xây dựng, mỗi công tác yêu cầu những loại không gian làm việc khác nhau Không gian làm việc vừa được xem như là một loại tài nguyên, vừa được xem như là một điều kiện ràng buộc trong quá trình lập tiến độ dự án Quy hoạch không gian làm việc bất hợp lý sẽ dẫn đến xung đột không gian – thời gian tại công trường Xung đột không gian – thời gian hay nói cách khác là xung đột không gian làm việc của các công tác tại một thời điểm thi công là tình huống mà các đội công nhân của hai hay nhiều công tác cùng chia sẻ một không gian làm việc Xung đột không gian làm việc gây cản trở việc thực hiện các công tác, làm giảm năng suất lao động và có thể dẫn đến các mối nguy hiểm gây mất ATLĐ [12]

Sulankivi et al [14] nghiên cứu cải thiện việc lập kế hoạch ATLĐ và vấn đề giao tiếp các thông tin an toàn trên công trường giữa các bên tham gia dự án bằng cách sử dụng mô hình BIM 4D Mô hình này kết nối các thông tin an toàn với kế

hoạch thi công, cung cấp thông tin tổ chức mặt bằng công trường, kế hoạch an toàn, cung cấp thông tin về các biện pháp quản lý, cập nhật thông tin trên công trường

Bansal [15] nghiên cứu phát triển một hệ thống quản lý an toàn bằng cách kết hợp hệ thống thông tin địa lý GIS, mô hình BIM 3D và thông tiến độ liên kết với nhau trong một môi trường chung Nghiên cứu còn sử dụng GIS trong việc phát triển hệ thống dữ liệu thông tin an toàn mà từ đó các thông tin an toàn được truy xuất và liên kết với các công tác trong bảng tiến độ hay các cấu kiện trong mô hình 3D Mô phỏng 4D kết hợp với mô phỏng bình đồ công trường và thông tin an toàn trong một môi trường duy nhất hỗ trợ người lập kế hoạch an toàn xác định được khi nào, ở đâu và tại sao xảy ra các nguy cơ mất an toàn lao động

John et al [16] đã xây dựng mô hình BIM 4D tích hợp các dữ liệu về luật, các quy tắc an toàn vào đối tượng giúp các bên tham gia dự án tăng cường sự nhận thức

về các nguy cơ gây mất an toàn trên công trường từ đó giảm thiểu được xác suất xảy

cả giai đoạn thiết kế và giai đoạn thi công, giúp đơn vị thiết kế có thể tối ưu hóa các bản vẽ thiết kế để giảm tới mức tối thiểu các nguy cơ mất ATLĐ trong quá trình thực hiện công tác đồng thời hỗ trợ đơn vị thi công lựa chọn các biện pháp phòng ngừa ngay từ đầu để hạn chế các tai nạn trên công trường xây dựng

Azhar et al [6] xây dựng hệ thống quản lý và hỗ trợ lập kế hoạch ATLĐ dựa trên nền tảng BIM Mô hình BIM 4D được sử dụng để hỗ trợ lập các kế hoạch an toàn

sau: Quản lý cần trục; Quản lý rủi ro khi thực hiện công tác đào đất; Chống té ngã tại các vị trí cạnh cắt; Chống té ngã cho công nhân làm việc trên mái; Kế hoạch phản hồi các trường hợp khẩn cấp

Arslan et al [18] xây dựng một hệ thống theo dõi điều kiện môi trường làm việc theo thời gian để đưa ra những cảnh báo về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường trong trường hợp có hại đến sức khỏe của công nhân nếu làm việc lâu dài dưới điều kiện này Hệ thống có tên là “Hệ thống giám sát, trực quan hóa và thông báo tình trạng môi trường làm việc theo thời gian thực”, là sự kết hợp giữa BIM và hệ thống cảm biến không dây

Riaz et al [19] đã tích hợp BIM và công nghệ cảm biến không dây để thu thập

và thông báo các thông tin an toàn cho công nhân khi làm việc trong môi trường kín hay không gian hạn chế

Zhang et al [20] đề xuất một nền tảng để hệ thống hóa các thông tin, quy định, các kiến thức về quản lý ATLĐ và liên kết với BIM Người dùng có thể sử dụng nền tảng này để tích hợp nhiều bộ JHA vào mô hình BIM, mô phỏng và đánh giá tính khả thi của các biện pháp an toàn được lựa chọn Như vậy hệ thống này có thể hỗ trợ ban

an toàn lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan trước khi thực hiện dự án

Zhang et al [21] phát triển một nền tảng kiểm tra các quy tắc an toàn để phát hiện và ngăn ngừa nguy cơ té ngã trong mô hình thông tin công trình Thuật toán có thể xác định vị trí của các nguy cơ té ngã trên mép tấm sàn bê tông và cung cấp chỉ dẫn lắp đặt của thiết bị chống rơi tương ứng để giải quyết các nguy cơ một cách trực quan trong BIM

Kim et al [22] đã xây dựng một nền tảng lập kế hoạch ATLĐ để mô phỏng không gian chuyển động của các tổ đội công nhân sử dụng giàn giáo Thuật toán kiểm tra an toàn được xây dựng trong nền tảng này sẽ tự động xác định các nguy cơ mất

an toàn khi làm việc trên hệ thống giàn giáo và đưa ra các biện pháp phòng ngừa trước khi thực hiện công tác

Azhar & Salman [3] cho thấy rằng công nghệ BIM và công nghệ thực tế ảo Virtual Reality (VR) có thể kết hợp với nhau để trở thành công cụ lập kế hoạch ATLĐ, quản lý ATLĐ cũng như huấn luyện ATLĐ Thông qua mô hình BIM, mô phỏng 4D

và môi trường thực tế ảo VR, đội ngũ thiết kế, kỹ sư và nhà thầu có thể đưa ra các biện pháp an toàn ngay trong giai đoạn thiết kế để hạn chế tới mức tối thiểu các nguy

cơ mất an toàn trên công trường

Bảng 2.2: Một số nghiên cứu về ứng dụng mô hình thông tin BIM trong quản lý ATLĐ

ArchiCAD, Tekla Structure

Bansal, 2011[15] Xây dựng hệ thống dữ liệu thông

tin an toàn, lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan bằng sự kết hợp mô hình BIM 4D và GIS

GIS, BIM 3D, BIM 4D

Kim & Ahn, 2011

[2]

Xây dựng hệ thống quản lý ATLĐ cho quá trình lắp đặt và tháo dỡ kết cấu tạm

ArchiCAD, Google Sketch Up

Azhar et al., 2011

[6]

Trả lời cho các câu hỏi nghiên cứu: (i) Liệu công nghệ BIM có khả thi cho việc đánh giá ATLĐ?, (ii) Những loại mối nguy hiểm nào có thể được xác định thông qua mô hình BIM?, (iii) Làm thế nào để các công ty xây dựng có thể áp dụng mô hình BIM để quản

3D – walk throughs, 3D

simulation

lý ATLĐ trong từng giai đoạn khác nhau của dự án?

Qi, 2011 [17] Xây dựng bộ công cụ cụ an toàn

có thể kiểm tra những mối nguy

do té ngã một cách tự động trong

mô hình thông tin công trình BIM

Express Data Manager,

Kiviniemi et al., 2011

[23]

Phát triển một quy trình sử dụng công nghệ BIM để lập kế hoạch

và quản lý ATLĐ, giao tiếp giữa các bên tham gia dự án

Qi et al., 2014

[24]

Xây dựng một bộ công cụ tự động kiểm tra những nguy hiểm do té ngã từ trên cao trên nền tảng BIM Bộ công cụ này kiểm tra ngay từ giai đoạn thiết kế, giúp đơn vị thi công có thể đưa ra các biện pháp phòng tránh để giảm thiệt hại ngay từ bước đầu thực hiện dự án

BIM, Model checking software

Arslan et al., 2014

[18]

Xây dựng hệ thống theo dõi điều kiện môi trường để quản lý an toàn sức khỏe cho người lao động

BIM, Hệ thống cảm biến không dây (WSN), RFID

Riaz et al., 2014

[19]

Quản lý ATLĐ khi làm việc trong môi trường kín hay không gian hạn chế

Phần mềm BIM – Revit, Hệ thống dữ liệu – SQL Server, Hệ cảm biến – TinyOS

Zhang et al., 2015

[20]

Hệ thống hóa các thông tin, quy định an toàn, liên kết với mô hình BIM để lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan

Autodesk Revit, Google Sketch Up, Autodesk 3Ds Max, Unity 3D, Camtasia Recorder, iMovie, Oculus Rift

2.2.2 Một số nghiên cứu về quản lý không gian làm việc của các công tác:

Trong nghiên cứu của mình, Kassem & Mohamad [25] đã tích hợp thông tin tiến độ theo phương pháp đường găng và dữ liệu mô hình thông tin công trình trong môi trường BIM 4D/5D để quản lý không gian làm việc của các công tác

Với mục đích giúp các bên tham gia dự án có thể xác định và hình dung không gian làm việc cần thiết cho công tác hoặc các không gian bị tắc nghẽn, Zhang et al [7] đã đưa ra một phương pháp tự động mô phỏng không gian làm việc trong BIM bằng cách sử dụng công nghệ viễn thám và công nghệ mô phỏng không gian làm việc Nghiên cứu đã tính toán các tham số không gian làm việc dựa trên dữ liệu theo dõi vị trí làm việc của công nhân thu được từ kinh nghiệm làm việc trên công trường Những thông số này trở thành đặc tính của đối tượng không gian làm việc khi được

mô phỏng bằng BIM Cuối cùng, tác giả sử dụng mô hình BIM để xác định và phân tích xung đột không gian làm việc

Moon et al [26] xây dựng một phương pháp tạo ra không gian làm việc bằng cách sử dụng hộp không gian giới hạn và xây dựng thuật toán để phát hiện xung đột tiến độ cũng như xung đột không gian làm việc

Mirzaei et al.[12] Phát triển một hệ thống xác định và định lượng mức độ tác động của xung đột không gian - thời gian trên nền tảng BIM 4D Với cách tiếp cận

này các xung đột sẽ được xác định một cách chính xác, mức độ nghiêm trọng của xung đột cũng được định lượng thông qua việc tính toán kích thước không gian bị xung đột và mức độ tắc nghẽn công nhân trong không gian làm việc của mỗi công tác

Bảng 2.3:Công cụ được sử dụng trong các nghiên cứu trước:

Tính toán

không gian

làm việc

Do người dùng định nghĩa loại

và kích thước

Do người dùng định nghĩa loại

và kích thước

Dữ liệu theo dõi vị trí làm việc của công nhân trên công trường

Dữ liệu từ nghiên cứu trước

Xác định từ

vị trí của tổ đội công nhân khi thực hiện công tác

Mô phỏng

không gian

làm việc

Hộp không gian giới hạn

Hộp không gian giới hạn

Tham chiếu

bề mặt đối tượng

Tham chiếu bề mặt đối tượng

Hộp không gian giới hạn

Môi

trường

triển khai

4D/5D BIM

Bảng 2.4:Phân loại không gian trong các nghiên cứu trước:

Kassem &

Mohamad, 2014

[25]

Zhang et al., 2015 [7]

Không gian làm việc của công nhân

Không gian cho công nhân

Không gian của đối

tượng

Không gian vận chuyển vật liệu

Không gian lưu trữ vật liệu

Không gian vận chuyển vật liệu

Không gian an toàn Không gian cho

thiết bị/ kết cấu tạm

Không gian cho thiết bị/ kết cấu tạm

Không gian thiết bị/công trình tạm

Không gian an toàn

Không gian an toàn

Không gian an toàn

Bảng 2.5:Phân loại xung đột không gian làm việc trong các nghiên cứu trước

Wu & Chiu, 2010

[28]

Xung đột thiết kế Xung đột dẫn đến mất ATLĐ Xung đột gây hư hại

Xung đột gây tắc nghẽn không gian Kassem &

Xung đột nhưng không gây ảnh hưởng Thắng, 2017 [27] Xung đột thiết kế

Xung đột không gian Xung đột dẫn đến nguy cơ tai nạn lao động Xung đột không gây ảnh hưởng

Như vậy đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện về việc ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM để lập kế hoạch ATLĐ, huấn luyện ATLĐ, quản lý ATLĐ trên công trường, xác định và phân tích các mối nguy gây mất ATLĐ thường gặp như

té ngã trên cao, làm việc trong không gian kín, tiếp xúc với điều kiện môi trường làm việc có hại cho sức khỏe, quản lý ATLĐ khi thi công các hạng mục chính cũng như các kết cấu tạm BIM được sử dụng để mô hình hóa công trình kết hợp với các thông tin liên quan giúp cho các bên tham gia có thể dễ dàng thảo luận, trao đổi, cập nhật thông tin BIM được sử dụng để phân tích, xác định, đánh giá mức độ rủi ro các mối nguy hiểm có thể xảy ra từ đó giúp kỹ sư an toàn có thể đề ra các biện pháp an toàn ngay từ đầu, hạn chế thiệt hại khi tai nạn xảy ra Mặc dù vậy, vẫn chưa có nhiều nghiên cứu tập trung mô phỏng, xác định, phân tích nguy cơ gây mất ATLĐ tại cấp

độ công tác theo tiến độ thi công thực tế

Ngoài ra cũng có nhiều nghiên cứu được thực hiện để xác định và mô phỏng không gian làm việc, mô phỏng và xác định mức độ tác động của xung đột không gian làm việc đến dự án Nghiên cứu này sẽ kế thừa kết quả của những nghiên cứu

đã thực hiện nhằm xây dựng quy trình xác định và mô phỏng không gian làm việc, xác định xung đột không gian làm việc dẫn đến các nguy cơ mất ATLĐ khi thực hiện các công tác thi công tầng hầm

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM quản lý ATLĐ cho các công tác thi công tầng hầm theo phương pháp bottom up cụ thể là: Phân tích xung đột không gian làm việc các công tác dẫn đến nguy cơ mất ATLĐ, Tích hợp các yếu tố rủi ro gây mất ATLĐ vào từng công tác trong mô hình BIM 4D Việc phân tích xung đột không gian làm việc và tích hợp các yếu tố rủi ro vào mô hình BIM 4D

sẽ hỗ trợ ban an toàn, ban chỉ huy dự án lập kế hoạch ATLĐ một cách trực quan, hiệu quả, tiết kiệm thời gian, nhân lực Quy trình được áp dụng cho các công tác: Đóng cừ Larsen, Thi công hệ Kingpost, Thi công đào đất, Thi công lắp dựng hệ Shoring

Để hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra, nghiên cứu này sẽ được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Tổng quan tài liệu Tổng quan các tài liệu trong và ngoài nước nghiên

cứu ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM nhằm cải thiện công tác quản lý ATLĐ trên công trường xây dựng, các nghiên cứu ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM để tính toán, mô phỏng, phân tích, giải quyết xung đột không gian làm việc, các nghiên cứu về quản lý rủi ro, đánh giá rủi ro trong quản lý ATLĐ Kết quả của các nghiên cứu này sẽ được kế thừa và phát triển trong nghiên cứu này

Bước 2: Xây dựng mô hình BIM 4D chứa thông tin tiến độ và không gian làm

việc của các công tác Tạo các biến dữ liệu tiến độ cho các đối tượng thi công trong

mô hình BIM 3D, liên kết các dữ liệu tiến độ thi công từ MS Project vào các biến này, liên kết mô hình BIM 3D từ Autodesk Revit vào Synchro Pro để tạo ra mô hình BIM 4D Tạo đối tượng không gian làm việc cho các đối tượng thi công tương ứng trong mô hình BIM 3D, gán thông tin tiến độ cho các đối tượng này, liên kết đối tượng không gian làm việc vào mô hình BIM 4D

Bước 3: Kiểm tra xung đột không gian làm việc và giải quyết xung đột không

gian làm việc hỗ trợ công tác lập kế hoạch ATLĐ

Bước 4: Tích hợp thông tin phân tích mối nguy công tác JHA vào mô hình BIM

MS Excel

Liên kết dữ liệu tiến độ vào mô hình BIM 3D Dynamo Revit

Bắt đầu

Tạo mô hình BIM 4D Revit Synchro Pro

Tạo không gian làm việc

Tự động nhận diện

mã WBS

Revit

Kiểm tra xung đột không gian làm việc

Thông tin JHA

Tạo mô hình BIM 4D chứa thông tin ATLĐ

hỗ trợ lập

kế hoạch ATLĐ Synchro Pro

Hình 3.1: Quy trình ứng dụng mô hình thông tin BIM quản lý ATLĐ

Bảng 3.1: Các phần mềm được sử dụng trong nghiên cứu:

Autodesk Revit Xây dựng mô hình BIM 3D

Dynamo BIM Liên kết dữ liệu tiến độ từ MS Project, MS Excel vào mô hình

BIM 3D Tạo ra đối tượng không gian làm việc

Tự động nhận diện mã WBS tương ứng cho các đối tượng không gian làm việc vừa được tạo ra

MS Project Lập tiến độ thi công cho dự án

MS Excel Đưa thông tin tiến độ thi công – mã WBS từ MS Project vào

Dynamo Synchro Pro Tạo mô hình BIM 4D chứa thông tin tiến độ, không gian làm

việc, thông tin ATLĐ Chạy giả lập 4D, xác định xung đột không gian làm việc Tích hợp các thông tin ATLĐ cho từng công tác thông qua chức năng Risk register

3.2.1 Xác định không gian làm việc:

Không gian cũng được xem là một nguồn tài nguyên cần được phân bổ, quản lý một cách hợp lý trên công trường xây dựng Để hoàn thành một dự án xây dựng sẽ

có hàng trăm công tác được diễn ra trên công trường xây dựng và mỗi công tác này đều cần được bố trí một không gian đầy đủ để thực hiện

Phần Tổng quan tài liệu đã trình bày một số nghiên cứu trong và ngoài nước thực hiện các nghiên cứu về quản lý không gian làm việc trong xây dựng Các nghiên cứu này đã đưa ra nhiều cách phân loại không gian khác nhau, một số loại không gian được trình bày trong Bảng 2.4, cụ thể: Không gian của đối tượng thi công, Không gian của con người, Không gian của thiết bị, Không gian của kết cấu tạm, Không gian

lưu trữ vật tư, Không gian vận chuyển vật tư, Không gian phụ trợ, Không gian an toàn…

Kế thừa từ các kết quả nghiên cứu đó, trong nghiên cứu này tác giả xác định bốn loại không gian như sau:

- Không gian của đối tượng thi công: là không gian của bản thân cấu kiện

- Không gian của con người: khoảng không gian cần thiết để công nhân, kỹ sư… thực hiện công tác một cách an toàn, đảm bảo năng suất lao động

- Không gian của thiết bị: không gian cần thiết để vận hành thiết bị một cách an toàn

- Không gian vận chuyển vật tư: không gian yêu cầu cho vận chuyển vật tư, thiết bị

I-Chen Wu et al [28] đã đề xuất công thức tính toán không gian làm việc như

để đảm bảo cho công nhân khỏi các mối nguy khi thực hiện công việc

Trong nghiên cứu này, không gian làm việc sẽ do kỹ sư an toàn tính toán theo công thức 3.1 trên cơ sở điều kiện thi công, biện pháp thi công,… của công trường

3.2.2 Mô phỏng không gian làm việc trong mô hình BIM:

Xuyên suốt thời gian thực hiện dự án sẽ có hàng trăm công tác được triển khai với hàng nghìn cấu kiện, máy móc thiết bị và công nhân trên công trường, việc xác định, tính toán, phân bổ không gian cho tất cả các đối tượng trên theo tiến độ thi công nếu được thực hiện hoàn toàn thủ công thì sẽ tốn nhiều thời gian, tốn nhân lực, dễ xảy ra sai sót

Ngày nay, nhiều ứng dụng công nghệ mới đã được áp dụng trong ngành xây dựng để hỗ trợ cho việc thiết kế, lập kế hoạch thi công, quản lý, một trong số đó là

mô hình thông tin công trình BIM Tận dụng mô hình BIM 3D từ giai đoạn thiết kế, với các thông tin sẵn có như vị trí, cao độ, kích thước của cấu kiện, kết hợp với thông tin tiến độ của từng công tác có thể tạo nên nền tảng để mô phỏng không gian làm việc của từng đối tượng thi công

Không gian làm việc của đối tượng trong mô hình BIM được hiểu là một đối tượng tạm thời Không gian làm việc của đối tượng sẽ xuất hiện ở thời điểm bắt đầu

và biến mất ở thời điểm kết thúc của công tác

Không gian làm việc của các đối tượng sẽ được mô phỏng là một khối hình hộp bao trùm bên ngoài đối tượng, kích thước của khối hình hộp này do người sử dụng tức là người lập kế hoạch an toàn xác định căn cứ vào quy định an toàn được áp dụng, tùy thuộc vào biện pháp thi công được lựa chọn, tùy thuộc vào điều kiện mặt bằng công trường thi công

Không gian làm việc cho các công tác thi công tầng hầm - công tác đóng cừ larsen, công tác thi công kingpost, công tác đào đất, công tác lắp dựng hệ shoring bao gồm không gian làm việc của máy móc, không gian làm việc của con người và không gian làm việc của đối tượng thi công: larsen, kingpost, shoring Không gian làm việc bao gồm không gian của bản thân đối tượng, không gian để công nhân thực hiện công tác, không gian an toàn

3.2.3 Xung đột không gian làm việc:

Để đảm bảo tiến độ xây dựng, tại một thời điểm có thể có nhiều công tác cùng được thực hiện và nếu các công tác khác nhau cùng chia sẻ một không gian làm việc thì sẽ xảy ra xung đột không gian làm việc Phần Tổng quan tài liệu đã trình bày một

số nghiên cứu trong và ngoài nước thực hiện các nghiên cứu về quản lý không gian làm việc trong xây dựng Các nghiên cứu này đã đưa ra các hình thức xung đột không

gian làm việc và được trình bày cụ thể trong Bảng 2.5 Trong đó có bốn hình thức xung đột được tập trung nghiên cứu nhiều đó là:

- Xung đột thiết kế: các dự án xây dựng ngày càng phức tạp đòi hỏi nhiều đơn

vị tham gia ngay từ giai đoạn thiết kế Ở giai đoạn thiết kế thường sẽ có đơn

vị thiết kế kiến trúc, thiết kế kết cấu, thiết kế cơ điện nước MEP tham gia Các đơn vị này sẽ thiết kế độc lập từng phần của dự án và tiến hành kiểm tra phối hợp thiết kế trên mô hình BIM, quá trình kiểm tra có thể phát hiện ra xung đột thiết kế Xung đột thiết kế là xung đột giữa các bộ phận, các cấu kiện, các đối tượng thi công của công trình

- Xung đột dẫn đến nguy cơ mất ATLĐ: các xung đột dẫn đến nguy cơ mất ATLĐ xảy ra khi không gian an toàn của một công tác này xung đột với không gian làm việc của tổ đội công nhân của một công tác khác

- Xung đột dẫn đến tình trạng tắc nghẽn không gian: xảy ra khi nhiều tổ đội công nhân, thiết bị, không gian lưu trữ vật tư cùng chia sẻ một không gian làm việc Ví dụ như nhiều máy móc thiết bị cùng ra vào công trường tại một thời điểm có thể dẫn đến tình trạng tắc nghẽn không gian Hay trường hợp không gian mặt bằng gia công của tổ đội này xung đột với không gian mặt bằng gia công của tổ đội kia dẫn đến tình trạng một tổ đội công nhân phải chờ cho đến khi tổ đội công nhân kia thực hiện xong, giải phóng mặt bằng thì mới thực hiện công tác được

- Xung đột dẫn đến hư hại: xung đột xảy ra khi không gian làm việc của thiết bị

va chạm với không gian của đối tượng đã hoàn thành trong công tác trước Xung đột này dẫn đến hư hại thiết bị máy móc, vật tư và có thể dẫn đến các tai nạn lao động

Xung đột không gian làm việc có thể dẫn đến chậm tiến độ thực hiện các công tác, giảm năng suất lao động, gây ra các tai nạn ảnh hưởng đến sức khỏe, tính mạng của công nhân vì vậy phải xác định không gian làm việc của các công tác, xác định các xung đột không gian làm việc có thể xảy ra từ đó đưa ra các biện pháp nhằm hạn chế, loại bỏ các xung đột này ngay từ giai đoạn lập kế hoạch

Đề tài nghiên cứu mô phỏng không gian làm việc, xác định xung đột không gian làm việc hỗ trợ cho việc lập kế hoạch ATLĐ nên chỉ tập trung nghiên cứu các xung đột dẫn đến nguy cơ mất ATLĐ và xung đột dẫn đến hư hại

Trong môi trường BIM 4D, không gian làm việc của đối tượng được xem là một đối tượng tạm thời được gán thêm các thông tin tiến độ Xác định xung đột không gian làm việc của các đối tượng theo tiến độ trong mô hình BIM 4D cũng giống như việc xác định xung đột thiết kế trong mô hình BIM 3D

Musa et al [29] đã thống kê một số phần mềm hỗ trợ mô phỏng BIM 4D cùng với một số tính năng nổi bật như bảng sau:

Bảng 3.2: Các phần mềm hỗ trợ mô phỏng BIM 4D

xuất ra

Phân tích rủi ro

Hệ điều hành

Autodesk

Navisworks

TXT, ASC, DGN, PRP, PRW, DWF, DWFx, W2D, DWG, DXF, FBX, IFC, RVT, SKP, NWD, NWF, NWC

3D DWF, DWFx, FBX, KML, NWD, NWF

Không Windows

Bentley

ConstructSim

ISO, XLS, DGN, DWG, PDS, PDMS, IGES, IFC

Bentley

Navigator

IFC, DGN, DWG, DXF, SKP, PDF, IGES,

KML,XML, XER

Dassault

Systemes

CATIA

3D XML, DXF, CATProduct, IG2, IGS

3D XML, DWG, DXF, PDF, IGS

Không Windows

/Linux/ Unix Dassault

IFC, XML, HTML

4D PPT, IFC Không Windows

DESTINI

Profiler (Beck

Technologies)

PDF, DWG, DXF, XLS, RVT, PEE, MC2

DWG, DXF, eQUEST, IFC, IGES,

KML/KMZ, STL, XLS

INV, HTML, DOC,