English
Tóm tắt: Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ và có sức ảnh hưởng rất lớn tới mọi hoạt động của đời sống xã hội trong đó có ngành xây dựng nói chung và cầu đường nói riêng. Công nghệ mới giúp tất cả các bên tham gia tiếp cận dự án hiệu quả hơn từ khâu thiết kế, thi công tới vận hành. Nắm bắt và ứng dụng công nghệ mới trong ngành xây dựng là nhu cầu cấp thiết đối với tất cả doanh nghiệp. Tùy vào quy mô, đặc thù của từng doanh nghiệp và việc ứng dụng các công nghệ mới sẽ khác nhau. Bài viết cung cấp thông tin về các xu hướng công nghệ kỳ vọng giúp tăng hiệu suất xây dựng công trình giao thông.
Đặt vấn đề
Ngày nay, việc ứng dụng đổi mới công nghệ đang xảy ra ở tất cả các lĩnh vực – từ các tiện ích dành cho người dân cho đến các giải pháp công nghệ y tế phức tạp. Ngành xây dựng cũng không ngoại lệ, rất nhiều tiến bộ công nghệ đã và đang được nghiên cứu ứng dụng để nâng cao hiệu suất xây dựng công trình. Công nghệ xây dựng mới đang mang lại những thay đổi lớn trong tất cả các khâu từ khảo sát, thiết kế, thi công và vận hành công trình. Theo McKinsey – Công ty tư vấn xây dựng lâu đời và lớn nhất thế giới, việc áp dụng công nghệ số có thể tăng năng suất ngành lên tới 15% đem lại kết quả ấn tượng, hiệu quả, chính xác và an toàn cao hơn.
Vậy xu hướng công nghệ xây dựng nào có ảnh hưởng nhất? Dưới đây là 10 giải pháp công nghệ hàng đầu đã làm thay đổi ngành xây dựng công trình trong những năm gần đây. Không những thế, các công nghệ này chắc chắn sẽ còn ảnh hưởng và tiếp tục phát huy hiệu quả trong những năm tiếp theo.
1. Công nghệ Chế tạo trước và lắp ghép Mô đun trong xây dựng cầu đường
Xây dựng kiểu mô đun là chế tạo trước các thành phần cấu kiện trong nhà xưởng, sau đó vận chuyển đến địa điểm xây dựng và lắp ráp chúng với nhau tạo thành công trình. Trong công tác xây dựng cầu đường, một số hạng mục chế tạo trước trong nhà máy như dầm cầu, cống bê tông, kết cấu thép…đang đem lại hiệu quả rõ rệt về nhiều mặt.
Lợi ích của cách làm này rất đa dạng. Đầu tiên chính là tốc độ, với giải pháp này có thể giảm thời gian xây dựng khoảng 30-50%. Với xây dựng truyền thống chúng ta cần đúc từng đốt dầm, đốt này xong mới đến đốt kia với cầu đúc hẫng…Với cầu lắp hẫng xây dựng kiểu mô đun, khi đang hoàn thiện phần dầm này, phần dầm khác đang được sản xuất ở một địa điểm khác. Thời gian xây dựng nhanh hơn có nghĩa là khả năng thanh toán nhanh hơn, tạo ra lợi thế về dòng tiền.
Không dừng lại ở đó, theo thời gian, xây dựng dạng mô đun cũng giúp giảm chi phí. Quy trình sản xuất được lặp lại, nghĩa là bạn đã tiết kiệm được một phần chi phí. Không phải tất cả các công trình đều giống nhau hoàn toàn, nhưng sẽ có những điểm tương đồng nhất định. Bạn chỉ việc lặp đi lặp lại quá trình tương tự, hiệu quả công việc cao hơn và tất nhiên, nó đồng nghĩa với việc giúp bạn giảm chi phí.
Cuối cùng, một lợi thế có thể kể đến chính là vấn đề lao động. Trong các đô thị, các nhà thầu khó có thể tìm kiếm công nhân lành nghề. Khi công nghiệp hóa việc xây dựng, chúng ta có thể có nguồn cung lao động dồi dào. Việc sử dụng lao động không lành nghề và chưa qua đào tạo trong nhà máy dễ dàng hơn nhiều so với việc “tung” họ ra công trường xây dựng ngổn ngang.
2. Ứng dụng vật liệu tiên tiến trong xây dựng công trình
Vật liệu tiên tiến là các vật liệu được thiết kế chế tạo để thể hiện một tính năng đặc biệt cho nhu cầu sử dụng cụ thể.
Trong công tác xây dựng bao giờ vật liệu cũng đóng vai trò cụ thể. Vật liệu là một trong các yếu tố quyết định chất lượng, giá thành và thời gian thi công công trình. Thông thường chi phí về vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ tương đối lớn trong tổng giá thành xây dựng 75-80% đối với các công trình dân dụng và công nghiệp, 70-75% đối với các công trình giao thông, 50-55% đối với các công trình thủy lợi.
Chính vì vậy, ngành Vật liệu xây dựng trong tương lai sẽ phải tăng cường nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất để giảm sức lao động, tăng năng suất lao động, đồng thời cho ra mắt những vật liệu mới thân thiện với môi trường và tiện ích hơn.
Ngày 18/8/2020, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chiến lược phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam thời kỳ 2021-2030, định hướng đến năm 2050. Chiến lược có 6 quan điểm chính nhằm thúc đẩy ngành Vật liệu xây dựng phát triển mạnh mẽ hơn trong thời gian tới. Một trong số đó là tiếp cận và ứng dụng nhanh nhất các thành tựu khoa học, công nghệ, quản lý nhất trong cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0.
Việc ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất vật liệu xây dựng sẽ mang lại rất nhiều ưu điểm như dễ dàng giám sát hoạt động của máy móc trong dây chuyền; giảm nhân công, tăng đầu tư vào công nghệ; tăng năng suất lao động; nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư, dễ dàng lên kế hoạch bảo dưỡng và thay thế vật tư, sắp xếp phương án dự trù hay tính toán được thời gian làm việc của cả dây chuyền sản xuất.
Hiện tại Việt Nam đã có một số sản phẩm vật liệu xây dựng áp dụng tiến bộ của khoa học công nghệ mới tạo dựng được thương hiệu và chất lượng ở trong nước lẫn quốc tế. Ví dụ như kính tiết kiệm năng lượng low-e, gạch bê tông siêu nhẹ AAC, thanh polyme cốt sợi thủy tinh chống ăn mòn, dùng cho các công trình ven biển, xốp cách nhiệt, tấm lợp sinh thái, sơn thích ứng biến đổi khí hậu…
Trong thời gian tới, một số lĩnh vực vật liệu xây dựng ứng dụng công nghệ sẽ phát triển rất nhanh như vật liệu cho kết cấu tập trung theo hướng những loại vật liệu bền, thiết kế mô hình cấu kiện, lắp ghép, thi công thuận tiện; vật liệu bao che nhẹ, cách âm, cách nhiệt, chống thấm nước, thi công, lắp ghép nhanh; vật liệu trang trí, hoàn thiện hấp thụ tia UV hoặc phản xạ tia UV cho ánh sáng trắng truyền quang.
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư sẽ khiến việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng vật liệu xây dựng thông minh, vật liệu xanh trở thành xu thế tất yếu, không thể tách rời quá trình phát triển kinh tế – xã hội. Từ đó, ngành Vật liệu xây dựng sẽ đóng vai trò rất quan trọng đối với nhiệm vụ xây dựng các đô thị thông minh, đô thị xanh. Đặc biệt, để đáp ứng yêu cầu tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, ngành Vật liệu xây dựng sẽ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ để tăng cường sử dụng phế thải, phế liệu trong sản xuất. Hướng đi mới này sẽ là yếu tố quan trọng giúp ngành vật liệu xây dựng phát triển bền vững trong tương lai.
Để làm được những điều nói trên, ngành Vật liệu xây dựng phải thực hiện đồng bộ một số giải pháp như tiếp tục hoàn thiện cơ chế chính sách, chú trọng ưu đãi, sản xuất và sử dụng vật liệu xanh, vật liệu tiết kiệm năng lượng; đổi mới, hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn quy chuẩn kỹ thuật; đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu và áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất.
3. Công nghệ 3D và ảnh hưởng tới Xây dựng công trình
In 3D công trình xây dựng đề cập đến các công nghiệp khác nhau sử dụng in 3D làm phương pháp cốt lõi để chế tạo các tòa nhà hoặc các cấu kiện xây dựng. In 3D trong xây dựng có 2 cách hoạt động là in cả công trình thành một khối và in từng bộ phận sau đó lắp ráp.
– In cả khối bằng máy in 3D khổng lồ: Đây là một phương pháp in khá phức tạp vì để in được một ngôi nhà lớn thì cần phải có một máy in bao quát được cả ngôi nhà đó. Bù lại ngôi nhà sẽ rất chắc chắn vì là một khối hoàn chỉnh, không cần mối ghép, lại đỡ tốn nhân sự lắp ráp.
– In 3D các cấu kiện lắp ráp: Phương pháp này phổ biến vì không cần đến máy in 3D cỡ lớn. Tuy hơi tốn thời gian nhưng có thể sản xuất hàng loạt và linh hoạt.
Có nhiều phương pháp in 3D được sử dụng ở quy mô xây dựng, bao gồm các phương pháp chính sau: đùn (bê tông/xi măng, sáp, bọt, polyme), kết dính bột (liên kết polymer, liên kết phản ứng, thiết kế) và hàn đắp.
Ưu điểm của in nhà 3D so với xây dựng truyền thống:
– Thời gian xây dựng: thông thường chỉ tốn 1 tuần đến 10 ngày cho việc hoàn thành một căn nhà.
– Cần ít nhân công: toàn bộ nhân công chủ yếu cho khâu thiết kế và vật liệu
– Vật liệu đa dạng: có thể sử dụng gần như mọi loại vật liệu
– Tiết kiệm chi phí: Thời gian thi công cực nhanh, không cần quá nhiều nhân lực như nhà truyền thống, giúp tiết kiệm hơn rất nhiều so với kiểu xây dựng truyền thống.
– Tương lai rộng mở với công nghệ in 3D: Nhờ sự phát triển của công nghệ, vật liệu, nhu cầu nên ngành in 3D có cơ hội phát triển và thay thế phần nào ngành công nghiệp xây dựng truyền thống.
4. Công nghệ tự động hóa trong công tác thi công công trình
Ngày nay cùng với sự phát triển của các kỹ thuật công nghệ mới, đặc biệt là sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa sẽ giúp sắp xếp, tiêu chuẩn hóa quy trình sản xuất, chuyển giao công nghệ trên toàn thế giới. Tương lai chúng ta hoàn toàn có thể hy vọng trên sự phát triển của ngành công nghệ chế tạo và tự động hóa, việc xây dựng 1 ngôi nhà chỉ mất 24 tiếng và hầu như không cần dưới sự tác động của con người.
Những cỗ máy robot đang dần thay thế con người để làm những công việc nặng nhọc đạt hiệu quả rất cao. Theo tính toán thống kê thì một năm có tới 60.000 trường hợp tử vong trong xây dựng. Tại một số nước dân số lao động đang dần già đi thì việc phát triển robot thay thế con người đang được đẩy mạnh.
Robot có hiệu suất làm việc liên tục, với độ chính xác rất cao. Sử dụng robot giúp cho công việc trở nên nhanh hơn và chính xác hơn. Tại Iran, robot có thể xây tường cao 200m liên tục trong một ngày.
Tại Anh, ngôi nhà đầu tiên được xây dựng hoàn toàn từ robot. Đây cũng có thể là căn nhà đầu tiên xây dựng trên thế giới bằng robot. Công việc xây dựng của robot diễn ra trong 3 tuần. Việc xây dựng này khác với việc in 3D. Robot cũng làm những công việc xây dựng như con người như xây gạch, trát vữa…
Tại Nhật Bản, người ta đã xây dựng một con đập bằng 100% robot xây dựng. Một điều ngoài sức tưởng tượng.
Trong tương lai xa hơn robot sẽ được sử dụng để xây dựng trong các dự án ngoài trái đất. Tại đó điều kiện khắc nhiệt robot sẽ thay thế sức con người.
5. Công nghệ ảo hóa và ứng dụng trong xây dựng công trình (AR&VR)
Thực tế ảo trong ngàng xây dựng và và thực tế tăng cường AR nó không những phục vụ cho trải nghiệm, tương tác, đánh giá mà còn có chức năng quan trọng là cho phép đánh giá các mẫu thiết kế khác nhau vào trong không gian thực nào đó, hoặc đặt thử vào các vị trí thiết kế để có sự lựa chọn tốt nhất
Các xu hướng chủ yếu sử dụng Thực tế ảo VR trong xây dựng
+ Trải nghiệm sản phẩm phục vụ marketing và bán hàng
+ Chi tiết hóa bản vẽ, mô phỏng chức năng, tiện ích các công trình, dự án
+ Thử và điều chỉnh thiết kế, bản vẽ phù hợp thực tế nhu cầu người dùng hơn.
+ Dùng VR để đào tạo các công đoạn phức tạp trong xây dựng như an toàn lao động, lắp đặt thiết bị khó và đắt tiền, phức tạp.
+ Dùng thực tế ảo để thực hành các loại máy móc trong xây dựng chính xác, các nơi có môi trường làm việc độc hại, cần độ an toàn cao.
+ Thực tế ảo và thực tế tăng cường dùng cho tham quan các công trình, dự án nhằm các mục đích như du lịch, thu hút, quảng bá…
Ngoài công nghệ thực tế ảo VR thì công nghệ thực tế tăng cường với sự hỗ trợ của các thiết bị phần cứng phổ thông (iPhone, iPad, Samsung Galaxy…) cũng đang được ứng dụng vào thực tế rất hiệu quả. Không giống như thực tế ảo, AR cho phép người dùng duy trì nhận thức đầy đủ về thế giới thực, nhưng áp dụng thông tin bổ sung vào môi trường xung quanh người dùng.
Khi phần cứng trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế để triển khai hàng loạt và giao diện người dùng ngày càng dễ truy cập hơn, AR có thể thay đổi cách xây dựng. Công nhân có thể đeo tai nghe như Mũ bảo hiểm thông minh DAQRI khi họ làm việc, duy trì quan điểm ổn định về kế hoạch xây dựng khi họ đưa chúng vào cuộc sống. Vật liệu và đồ đạc có thể nhanh chóng và dễ dàng đưa vào căn chỉnh chính xác, mà không cần phải tham khảo tài liệu giấy.
Thậm chí quan trọng hơn, công nhân có thể được nhận thức tình huống về vị trí của các công nhân khác và các thiết bị nặng. Các vấn đề chuyển động nhanh như nền tảng không ổn định hoặc thiết bị trượt có thể được gửi ngay lập tức đến tai nghe của công nhân gần đó, cho phép họ khắc phục sự cố trước khi chúng trở thành mối nguy hiểm an toàn.
Theo Tạp chí Người Xây dựng, Số 5&6/2021
