Ứng dụng BIM trong nền công nghiệp cho Bối cảnh Công Nghệ Đang Phát Triển

Công nghệ ngày nay đang không ngừng mở rộng và trở nên phức tạp hơn, khiến việc xác định giải pháp nào phù hợp với vấn đề nào trở nên khó khăn hơn bao giờ hết. Điều này đặc biệt đúng với Mô hình Thông tin Công trình – Building Information Modeling (BIM) và hàng loạt giải pháp thuộc danh mục BIM. Sự mở rộng này đã dẫn đến việc BIM bị phân mảnh thành nhiều biến thể và “hương vị” khác nhau, phù hợp và được điều chỉnh cho các ngành công nghiệp mà chúng phục vụ. Sự phân chia này, một mặt, đã thành công trong việc mở rộng quy mô các ngành, nhưng mặt khác, cũng tạo ra sự nhầm lẫn và tê liệt do phân tích bằng cách coi tất cả các giải pháp BIM đều có cùng một tiện ích. Để hiểu rõ hơn về BIM và mục đích của nó, tốt nhất nên bắt đầu từ nguồn gốc của nó.

Vào năm 1850, nhà máy lọc dầu hiện đại đầu tiên của Mỹ (một lò chưng cất một thùng) được xây dựng ở Pittsburgh, Pennsylvania. Nhà máy lọc dầu này được sử dụng như một nguồn nhiệt đơn giản để tách dầu hỏa, thứ nhanh chóng thay thế dầu mỏ trở thành nhiên liệu ưa thích cho đèn và chiếu sáng. Dự án này có thể đủ đơn giản để thực hiện mà không cần máy tính, nhưng lượng và loại quy trình xử lý vật liệu hiện nay phức tạp hơn nhiều. Giấy bút không đủ để ghi lại tất cả dữ liệu cần thiết để phát triển các dự án cải tạo/xây mới này.

Trong một thế kỷ rưỡi qua, các ngành công nghiệp của chúng ta đã hiện đại hóa và trưởng thành. Giờ đây, nhiều luồng dữ liệu, trên nhiều lĩnh vực và ngành nghề, phải được phối hợp trong các nhóm lớn hơn. Điều này nhằm đảm bảo rằng các dự án cơ sở phức tạp có thể được thực hiện trong khung thời gian ngày càng ngắn hơn.

BIM có nhiều tên gọi.

Đôi khi nó là Mô hình Thông tin Cơ sở – Facility Information Modeling (FIM), Mô hình Thông tin Nhà máy – Plant Information Modeling – Process Information Modeling (PIM), Mô hình Thông tin Quy trình (cũng là PIM) hoặc Mô hình Thông tin Tài sản – Asset Information Modeling (AIM). Từ viết tắt của BIM thậm chí còn có thể hoán đổi từ mô hình hóa thông tin sang quản lý thông tin.

Vậy, khi mọi người nói BIM, họ thực sự muốn nói gì?

Mô hình thông tin công trình là đại diện kỹ thuật số của các đặc điểm vật lý và chức năng của một cơ sở. Nó đóng vai trò như một nguồn kiến ​​thức chung về thông tin của một cơ sở, tạo thành cơ sở đáng tin cậy cho các quyết định trong suốt vòng đời của nó. Nó thường là một quy trình mô hình dựa trên 3D nhằm tăng cường sự cộng tác và giao tiếp. Nó thực hiện điều này bằng cách cung cấp thông tin chi tiết về các thành phần của tòa nhà. Và khi bạn nói về các thành phần của tòa nhà, bạn đang nói về các tấm, dầm, tường, cửa sổ, thiết bị và có thể một số đường ống và ống dẫn.

Hình thức mô hình thông tin công trình này xuất hiện vào những năm 1970 khi các kiến ​​trúc sư bắt đầu sử dụng máy tính để thiết kế và vẽ. Đến những năm 1990, BIM đã phát triển từ mô hình 2D sang 3D, tích hợp hình học với dữ liệu. Đầu những năm 2000, BIM đã mở rộng sang sự hợp tác giữa các lĩnh vực, cải thiện khả năng phối hợp và hiệu quả của dự án. Các chính phủ trên toàn thế giới đã bắt buộc sử dụng BIM cho các dự án công, thúc đẩy việc áp dụng nó trong ngành xây dựng. Ngày nay, BIM không chỉ bao gồm mô hình hóa mà còn cả mô phỏng, phân tích và quản lý vòng đời. Nó cách mạng hóa cách các tòa nhà được thiết kế, xây dựng và bảo trì.

Sự chuyên môn hóa của BIM

Tuy nhiên, BIM không phải là mới đối với các ngành công nghiệp chế biến và sản xuất, ngoại trừ tên gọi. BIM đã được định nghĩa bởi nhiều nguồn trong những năm qua, chủ yếu phát triển từ các hệ thống thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) cần đáp ứng các tiêu chuẩn mới về bao gồm dữ liệu. Nhưng dữ liệu hiện đang được xác định, có thể là mới đối với ngành kiến ​​trúc, kỹ thuật và xây dựng – Architecture, Engineering, and Construction (AEC), công nghiệp và thương mại, đã được sử dụng từ lâu trong các ngành công nghiệp khác.

Phân tích cú pháp, bảo mật và chia sẻ dữ liệu cho những người cộng tác chính xác vào đúng thời điểm là vấn đề chung của nhiều ngành.

Vì vậy, trong khi mô hình thông tin công trình bao gồm một loạt các khía cạnh trong thiết kế cơ sở, có một số thành phần cụ thể cho các cơ sở công nghiệp mà có thể không được giải quyết đầy đủ. Thiết kế quy trình, sơ đồ dòng chảy quy trình chi tiết, sơ đồ đường ống và thiết bị đo đạc hoặc P&ID, yêu cầu phần mềm và chuyên môn chuyên biệt vượt ra ngoài các công cụ BIM thông thường. Ngoài ra, còn có máy móc và thiết bị hạng nặng. BIM thông thường có thể bao gồm các biểu diễn cơ bản về thiết bị, nhưng các thông số kỹ thuật chi tiết, dữ liệu vận hành và yêu cầu bảo trì cho các thiết bị công nghiệp lớn thường yêu cầu phần mềm và cơ sở dữ liệu chuyên biệt.

Sau đó, bạn có các hệ thống điều khiển. Việc thiết kế và tích hợp các hệ thống điều khiển phức tạp – như bộ điều khiển logic khả trình – Programmable Logic Controller (PLC) hoặc hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu điều khiển giám sát – Supervisory Control and Data Acquisition(SCADA) cho các quy trình công nghiệp – thường yêu cầu các công cụ và chuyên môn kỹ thuật chuyên biệt.

Sau đó, chúng ta xem xét các cân nhắc chi tiết về an toàn, phân tích mối nguy và đánh giá rủi ro cụ thể cho môi trường công nghiệp – thường liên quan đến phương pháp luận và công cụ phần mềm chuyên biệt. Trong khi các khả năng BIM thông thường bao gồm một số chức năng cơ bản, các công cụ kỹ thuật và phân tích chuyên biệt được yêu cầu hầu hết thời gian cho các ngành công nghiệp khác như tiện ích và cơ sở hạ tầng – đặc biệt là với phân phối điện và cấp nước. Ngoài an toàn, việc đảm bảo tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn cụ thể của ngành thường yêu cầu các kiến ​​thức và công cụ phần mềm chuyên biệt này không thường được bao gồm trong nền tảng BIM.

Vì vậy, trong khi BIM đang phát triển để bao gồm nhiều khả năng tích hợp hơn, các thành phần chuyên biệt này thường yêu cầu sự cộng tác giữa các mô hình BIM và các công cụ chuyên biệt khác để thiết kế toàn diện các nhà máy công nghiệp được quản lý. Sự phức tạp của các dự án công nghiệp này khiến việc phân loại các yếu tố dựa trên các định nghĩa tương đối đơn giản của mô hình thông tin công trình truyền thống trở nên khó khăn.

Ví dụ, một hệ thống cơ khí để sưởi ấm và làm mát, cùng với hệ thống ống nước và điện, tốt nhất là chức năng cơ bản nhất cho các cơ sở sản xuất và chế biến công nghiệp. Với nhiều tập hợp con của các ngành nghề và chuyên ngành hơn, các thuật ngữ để xác định các hệ thống này yêu cầu mức độ phức tạp cao hơn nhiều.

Ứng dụng BIM công nghiệp các cơ sở nhà máy

Vậy BIM phù hợp với thiết kế và kỹ thuật nhà máy công nghiệp như thế nào? Về cơ bản, BIM là một tập hợp con của lĩnh vực rộng lớn hơn này. Nó mang lại những lợi thế đáng kể giúp hợp lý hóa toàn bộ quy trình.

Vì vậy, BIM cho phép tạo ra các mô hình 3D chi tiết, cho phép các bên liên quan hình dung cơ sở trước khi bắt đầu xây dựng. Sau đó, nó thúc đẩy sự hợp tác tốt hơn giữa các thành viên trong nhóm, do đó giảm lỗi và xung đột, tối ưu hóa tài nguyên, giảm lãng phí và kiểm soát chi phí. Và đối với quản lý vòng đời, từ thiết kế đến phá dỡ, BIM hỗ trợ quản lý toàn bộ vòng đời của nhà máy.

Nhưng một lần nữa, BIM là một tập hợp con của mô hình công nghiệp thông minh.

Vì vậy, nếu mô hình thông tin công trình là một quy trình kỹ thuật số bao gồm việc tạo và quản lý các biểu diễn 3D chi tiết về các đặc điểm vật lý và chức năng của các tòa nhà và kết cấu trong suốt vòng đời của chúng, thì BIM công nghiệp là một ứng dụng chuyên biệt của BIM được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu riêng biệt của các nhà máy công nghiệp – bao gồm dữ liệu quy trình công nghiệp.

Điều này sẽ được sử dụng cho các nhà máy sản xuất, nhà máy điện, nhà máy lọc dầu và các dự án công nghiệp quy mô lớn khác, và liên quan đến việc tạo và quản lý các biểu diễn kỹ thuật số này về các đặc điểm vật lý và chức năng của tài sản công nghiệp trong toàn bộ vòng đời. Thuật ngữ “xây dựng” trong bối cảnh BIM công nghiệp thực sự vượt ra ngoài các cấu trúc truyền thống để bao gồm các nhà máy và cơ sở hạ tầng công nghiệp phức tạp này.

BIM công nghiệp tích hợp các ngành thiết kế và kỹ thuật khác nhau, bao gồm kiến ​​trúc, kết cấu, cơ khí, điện và đường ống thành một mô hình kỹ thuật số thống nhất. Mô hình này đóng vai trò như một cơ sở dữ liệu thông tin tập trung mà các bên liên quan có thể truy cập và sử dụng cho thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì. Ý tưởng này có thể được gọi là xương sống kỹ thuật số, hoặc trong một số ngành là luồng kỹ thuật số hoặc vàng để theo dõi dữ liệu, liên kết và tích hợp để sử dụng dữ liệu tổng thể tốt hơn trong suốt vòng đời của tài sản vật lý.

Hầu hết mọi tài sản đều được hưởng lợi từ việc có xương sống kỹ thuật số vì thông tin từ dự án kỹ thuật số có liên quan và hữu ích trong tài sản kỹ thuật số đi kèm. Dữ liệu từ giai đoạn lập kế hoạch và thiết kế không bị mất trong quá trình thực hiện để cơ sở có thể được vận hành, bảo trì và bảo mật. Toàn bộ vòng đời tài sản phụ thuộc vào thông tin thích hợp được tạo ra, phát triển và tiêu thụ bởi các bên liên quan và người tham gia dự án.

Những thách thức thực sự xoay quanh việc kết hợp BIM vào các hoạt động nhà máy công nghiệp truyền thống. Bạn muốn áp dụng đúng lợi ích của phương pháp BIM đó đồng thời bảo toàn tính toàn vẹn dữ liệu trong toàn bộ vòng đời để bạn có thể cung cấp dữ liệu cho đúng bên liên quan vào đúng thời điểm. Và thách thức là thu hẹp khoảng cách giữa khả năng của BIM và các yêu cầu công nghiệp.

Ở mảng này là nơi Hexagon đã dẫn đầu ngành và tiên phong trong việc phát triển các giải pháp BIM công nghiệp để thiết kế cơ sở mạnh mẽ hơn, cũng như tạo nền tảng kỹ thuật số cho tất cả các giai đoạn trong tương lai vào quản lý và vận hành tài sản.

Nguồn aliresources.hexagon.com