IFC 4x3: Chuẩn dữ liệu openBIM cho công trình hạ tầng

OpenBIM và IFC

Trong khi việc áp dụng BIM đang dần trở nên phổ biến, lợi ích của BIM vẫn chưa được người sử dụng nhận thức rõ ràng. Tiềm năng của BIM chỉ có thể đạt được thông qua sự trao đổi không giới hạn giữa các bên liên quan về thông tin của công trình trong suốt các giai đoạn trong vòng đời của nó. Một trong những thách thức trong việc triển khai và áp dụng BIM là yêu cầu về hệ thống các phần mềm sử dụng để xây dựng mô hình thông tin xuyên suốt vòng đời công trình. Thách thức này xuất phát từ việc các bên liên quan thường chỉ sử dụng một hệ sinh thái phần mềm nhất định với việc chia sẻ thông tin qua các tệp dữ liệu gốc (tệp dữ liệu độc quyền) của phần mềm. Mỗi hệ thống phần mềm sử dụng phương pháp tổ chức dữ liệu khác nhau, do đó các tệp dữ liệu này thường sẽ không thể chia sẻ hoặc tích hợp được với những phần mềm khác ngoài hệ sinh thái đã được yêu cầu. Đây chính là cách tiếp cận của ClosedBIM (BIM đóng). Mặc dù nhiều hệ sinh thái đã được phát triển khá đầy đủ các chức năng hỗ trợ BIM, như hệ thống các giải pháp của AutoDesk, nhưng việc lệ thuộc vào một hệ sinh thái theo cách tiếp cận ClosedBIM sẽ giới hạn quá trình làm việc của người sử dụng với những chuyên môn khác nhau liên quan đến công trình.

OpenBIM (BIM mở) hướng tới sự cộng tác và trao đổi thông tin dự án sử dụng các dạng tệp dữ liệu trung lập, không độc quyền bởi các hệ thống phần mềm. Trong các định dạng trung lập đó, IFC là một định dạng dữ liệu có cấu trúc được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO. Các tệp IFC cho phép mô tả rất đa dạng và chi tiết các loại thông tin hình học và phi hình học. Bên cạnh đó, với việc sử dụng Môi trường Dữ liệu Chung (CDE) trong dự án xây dựng, nền tảng tuân thủ chuẩn trao đổi dữ liệu mở như IFC cho phép tất cả các bên tham gia dự án chia sẻ thông tin theo cách chung, mở và chuẩn hóa; bất kể phần mềm nào được sử dụng để tạo, đọc, bổ sung nội dung, nếu tuân thủ chuẩn IFC, không có gì khác ngoài việc tải lên/tải xuống tệp IFC để truy cập và sử dụng thông tin. Một lợi ích lớn khác khi sử dụng định dạng IFC là người dùng không phụ thuộc vào phiên bản phần mềm với định dạng tệp mới cho mỗi phiên bản gần đây.

Sơ lược về sự phát triển của IFC và IFC 4x3

Phiên bản đầu tiên của IFC, IFC 1.0, được sử dụng lần đầu vào năm 2000. Kể từ thời điểm đó, định dạng IFC đã trải qua một số phát triển (Hình 1). Sau phiên IFC 2x3 đã được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng, buildingSMART tiếp tục phát triển phiên bản mới IFC 2x4, được biết đến với tên gọi IFC 4, phát hành vào ngày 12 tháng 3 năm 2013 và được chính thức công nhận bởi tiêu chuẩn ISO16739 :2013 và phiên bản gần nhất là ISO 16739-1:2024. Với phiên bản mới IFC 4x3, ngành xây dựng đã tiến một bước quan trọng hướng tới số hóa cơ sở hạ tầng trong định dạng openBIM. Tiêu chuẩn mới của bSI (buildingSMART International) đã được tạo ra để mở rộng lợi ích của IFC cả cho những công trình hạ tầng dạng tuyến, như đường, đường sắt, cầu và cống.

Hình 1. Các phiên bản của IFC (biblus.accasoftware.com)

Các đặc trưng của IFC4x3

  ifcAlignment

Một khái niệm quan trọng được giới thiệu trong IFC4x3 là đối tượng ifcAlignment. Alignment trong chuyên môn hạ tầng kỹ thuật được gọi là tim tuyến (hoặc một trục định tuyến nào đó phụ thuộc vào loại công trình). Đây là yếu tố cần thiết để xác định hình học của mô hình công trình giao thông và vị trí của các đối tượng cấu thành nó. Về cơ bản, mô hình 3D sẽ không còn được định vị theo tập hợp các trục Descartes mà chỉ liên quan đến Alignment.

  Cấu trúc không gian

Cấu trúc không gian (Spatial Breakdown Structrure) là cấu trúc phân chia mô hình dự án thành các bộ phận nhỏ hơn theo các vị trí trong không gian, phục vụ cho mục đích quản lý và phân tích dữ liệu. Phân chia theo vị trí không gian cũng là phương pháp chủ yếu áp dụng trong các dự án xây dựng. Trong các dự án xây dựng dân dụng, cấu trúc dự án được tạo thành từ 4 cấp độ: Project (Dự án)®Công trình (Site) ®Tòa nhà (Building) ®Các tầng của tòa nhà (Levels). Tuy nhiên, phân bố không gian của dự án xây dựng giao thông có đặc thù khác với các tòa nhà xây dựng tập trung tại một vị trí mà có tính chất trải dài theo tuyến, với trục định hướng thường là tim tuyến (alignment). Do vậy, đối với công trình giao thông, phiên bản IFC4x3 hỗ trợ mô tả cấu trúc không gian thông qua việc phát triển hai lớp đối tượng (IFC Class) ifcFacility và ifcFacilityPart (Hình 2).

Hình 2. Cấu trúc không gian trong IFC4x3

Hình 3 minh họa ví dụ phân tách không gian của dự án cầu theo cách tiếp cận của IFC4x3. Theo đó, mô hình của một dự án cơ sở hạ tầng sẽ bắt buộc phải có một lớp ifcProject và các lớp con như một hoặc nhiều ifcSites (chỉ ra khu vực tham chiếu của mô hình và liên quan đến thông tin vị trí địa lý của dự án). Ngay phía dưới ifcSite có thể là ifcFacility tham chiếu đến đoạn tuyến đường hoặc cầu (tùy thuộc vào loại cơ sở hạ tầng đang được mô hình hóa). Tiếp theo phía dưới của ifcFacility là ifcFacilityPart, được dùng để mô tả phân cấp cơ sở hạ tầng tuyến tính theo các thành phần của nó. Để làm rõ các thành phần này, cần mô tả mỗi đối tượng ifcFacilityPart cụ thể với hai thuộc tính: UsageType để làm rõ cách cấu trúc bị phân tách (theo chiều dọc, chiều ngang,…) (Hình 4), và PredefinedType để phân loại loại phần cơ sở hạ tầng (phần mặt đường xe chạy, lề đường gia cố, lề đường không gia cố, vỉa hè… (Hình 5).

Hình 3. Cấu trúc không gian của dự án cầu trong IFC4x3 (biblus.accasoftware.com)

Hình 4. Cấu trúc không gian của dự án đường trong IFC4x3 (BIMCorner.com)

Hình 5. Mô tả các bộ phận công trình đường với IFC4x3 (BIMCorner.com)

Kết luận

Để việc áp dụng BIM được rộng rãi hơn trong lĩnh vực xây dựng, lợi ích của nó cần được nhìn nhận cho việc quản lý trong suốt vòng đời của công trình, không chỉ trong giai đoạn thiết kế, thi công mà cả trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, sự rời rạc của thông tin công trình tạo ra bởi các phần mềm khác nhau với các chuyên môn quản lý khác nhau dẫn đến trở ngại cho việc áp dụng BIM. Để cung cấp thông tin về vấn đề này, bài viết đã giới thiệu ưu nhược điểm của các cách tiếp cận BIM theo BIM đóng (Closed BIM) và BIM mở (openBIM) và IFC, một trong các tiêu chuẩn nền tảng hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu theo hướng openBIM. Phiên bản IFC4x3 đã giới thiệu nhiều đối tượng hỗ trợ mô tả các thành phần của công trình hạ tầng.

Hy vọng những chia sẻ trên đây giúp người đọc có hình dung về lợi ích của openBIM và cách tiếp cận triển khai cho lĩnh vực xây dựng hạ tầng!

Baezeni BIM Team

Tài liệu tham khảo:

https://catenda.com/blog/news/open-building-information-modeling-closed-bim-2/

https://biblus.accasoftware.com/en/ifc-4-3-the-openbim-standard-also-for-infrastructure-possible-applications/

https://plannerly.com/bim-and-ifc-models/#:~:text=BIM%20is%20used%20to%20facilitate%20the%20coordination%2C%20planning%2C,and%20allow%20for%20better%20collaboration%20between%20different%20teams.