Bài phân tích vai trò của BIM trong thiết kế công trình kiến trúc thông minh thông qua các nội dung: mô hình dữ liệu kiến trúc, thiết kế tham số, mô phỏng hiệu năng và tích hợp hệ thống thông minh. Trên cơ sở đó, nghiên cứu làm rõ tiềm năng của BIM như một nền tảng dữ liệu – hiệu năng, góp phần nâng cao chất lượng thiết kế và tạo tiền đề cho phát triển mô hình bản sao số (Digital Twin) trong giai đoạn vận hành công trình tại Việt Nam.
1. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, kiến trúc thông minh và chuyển đổi số đã trở thành định hướng quan trọng trong phát triển ngành xây dựng tại Việt Nam [1], [2]. Công trình kiến trúc không chỉ đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ và công năng mà còn phải tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng, nâng cao tiện nghi môi trường trong nhà và hỗ trợ quản lý vận hành hiệu quả [3].
Phương pháp thiết kế kiến trúc truyền thống, dựa trên bản vẽ hai chiều và quy trình thiết kế tuyến tính, bộc lộ nhiều hạn chế khi xử lý các hệ thống phức hợp và yêu cầu hiệu năng đa mục tiêu. Trong bối cảnh đó, BIM được Bộ Xây dựng xác định là công cụ và phương pháp then chốt trong lộ trình hiện đại hóa và số hóa ngành xây dựng [1], [2].
Mục tiêu của bài báo là làm rõ vai trò khoa học của BIM trong thiết kế kiến trúc thông minh, tiếp cận BIM như một nền tảng dữ liệu và hiệu năng, thay vì chỉ là công cụ mô hình hóa.
2. Cơ sở lý thuyết về kiến trúc thông minh và BIM
2.1. Kiến trúc thông minh như một hệ thống phức hợp
Kiến trúc thông minh được tiếp cận như một hệ thống phức hợp, trong đó không gian kiến trúc, con người sử dụng, các hệ thống kỹ thuật và môi trường tự nhiên tương tác liên tục trong suốt vòng đời công trình [10]. Đặc trưng quan trọng của kiến trúc thông minh là khả năng thu thập dữ liệu, phản hồi theo điều kiện vận hành và tối ưu hóa hiệu năng.
Do đó, thiết kế kiến trúc thông minh đòi hỏi phương pháp tiếp cận tích hợp, cho phép mô hình hóa và quản lý các mối quan hệ đa chiều ngay từ giai đoạn thiết kế.
2.2. BIM như mô hình thông tin tích hợp
Theo hướng dẫn của Bộ Xây dựng, BIM là mô hình số thể hiện các đặc tính vật lý và chức năng của công trình, bao gồm hình học, vật liệu, hệ thống kỹ thuật và thông tin quản lý [2]. Tính tham số và tính liên kết của BIM tạo điều kiện cho việc cập nhật đồng bộ mô hình và phân tích các kịch bản thiết kế khác nhau.
3. BIM trong thiết kế kiến trúc thông minh dựa trên dữ liệu
3.1. Mô hình dữ liệu kiến trúc và hỗ trợ ra quyết định
Trong thiết kế kiến trúc thông minh, mô hình BIM đóng vai trò là cơ sở dữ liệu trung tâm, cho phép tích hợp dữ liệu khí hậu, dữ liệu sử dụng không gian và thông tin hệ thống kỹ thuật. Thiết kế kiến trúc chuyển từ cách tiếp cận dựa trên giả định sang dựa trên dữ liệu định lượng, góp phần nâng cao độ tin cậy của quyết định thiết kế [4], [6].
Cấu trúc mô hình dữ liệu BIM trong thiết kế kiến trúc thông minhNguồn: Tác giả xây dựng
3.2. Tính liên thông dữ liệu giữa các giai đoạn thiết kế
BIM cho phép duy trì tính liên thông dữ liệu từ giai đoạn ý tưởng đến thiết kế kỹ thuật. Các quyết định thiết kế ban đầu có thể được kiểm chứng thông qua phân tích hiệu năng ở các giai đoạn sau, hạn chế sai lệch thông tin và rủi ro kỹ thuật [5].
4. Thiết kế tham số và tối ưu hóa kiến trúc trong môi trường BIM
4.1. Thiết kế tham số trong kiến trúc thông minh
Thiết kế tham số cho phép xác lập mối quan hệ giữa hình khối kiến trúc, công năng và điều kiện môi trường thông qua tập hợp các biến số. Khi được tích hợp trong môi trường BIM, thiết kế tham số hỗ trợ xây dựng các mô hình kiến trúc có khả năng điều chỉnh linh hoạt theo các kịch bản thiết kế khác nhau [8].
4.2. Tối ưu hóa đa mục tiêu
BIM kết hợp với các công cụ phân tích cho phép thực hiện tối ưu hóa đa mục tiêu, bao gồm hiệu quả năng lượng, tiện nghi vi khí hậu và hiệu quả sử dụng không gian. Cách tiếp cận này góp phần nâng cao tính khoa học và minh bạch trong quá trình ra quyết định thiết kế [3].
Quy trình thiết kế tham số và tối ưu hóa đa mục tiêu trong BIMNguồn: Tác giả xây dựng
5. Mô phỏng hiệu năng công trình trong giai đoạn thiết kế
5.1. Mô phỏng năng lượng và môi trường
BIM cung cấp nền tảng để thực hiện các phân tích về chiếu sáng tự nhiên, tải nhiệt, thông gió và tiêu thụ năng lượng ngay từ giai đoạn thiết kế sơ bộ. Việc tích hợp mô phỏng hiệu năng sớm giúp giảm chi phí điều chỉnh và nâng cao chất lượng thiết kế [4], [6].
5.2. Thiết kế dựa trên hiệu năng
Thông qua mô phỏng, thiết kế kiến trúc chuyển từ tiếp cận định tính sang thiết kế dựa trên hiệu năng, trong đó các chỉ số đo lường được sử dụng làm cơ sở so sánh và lựa chọn phương án thiết kế [10].
6. BIM và tích hợp hệ thống thông minh – Hướng tới Digital Twin
BIM đóng vai trò là nền tảng trung gian để tích hợp các hệ thống thông minh như HVAC, chiếu sáng và quản lý tòa nhà. Khi mô hình BIM được kết nối với dữ liệu vận hành và cảm biến, công trình có thể phát triển thành mô hình bản sao số (Digital Twin), hỗ trợ giám sát và tối ưu hóa vận hành theo thời gian thực [7], [9].
Mối quan hệ giữa BIM và Digital Twin trong vòng đời công trìnhNguồn: Tác giả xây dựng.
8. Kết luận
BIM không chỉ là công cụ hỗ trợ thiết kế mà là nền tảng dữ liệu – hiệu năng cốt lõi cho kiến trúc thông minh. Việc ứng dụng BIM một cách hệ thống trong thiết kế kiến trúc góp phần nâng cao chất lượng công trình, tối ưu hóa vận hành và tạo tiền đề cho phát triển Digital Twin tại Việt Nam.
ThS Vũ Đức Việt
Khoa Doanh trại - Học viện Hậu cần
Tài liệu tham khảo
[1] Bộ Xây dựng (2016). Quyết định số 2500/QĐ-TTg phê duyệt Đề án áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM). Hà Nội.
[2] Bộ Xây dựng (2021). Hướng dẫn áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong giai đoạn thiết kế và thi công. NXB Xây dựng, Hà Nội.
[3] Phạm Ngọc Minh (2022). "Thực trạng và khó khăn trong việc áp dụng BIM tại Việt Nam". Tạp chí Vật liệu và Xây dựng, số 6, tr. 21–27.
[4] Nguyễn Minh Ngọc, Bùi Hải Phong, Vũ Mai (2023). "Ứng dụng BIM trong thiết kế và xây dựng hệ thống kỹ thuật công trình". Tạp chí Khoa học Trường Đại học Tân Trào, 9(3), tr. 45–53.
[5] Nguyễn Kim Hoàng, Đinh Tuấn Hải (2025). "Cơ hội và thách thức khi triển khai BIM trong các dự án đô thị tại Việt Nam". Tạp chí Khoa học liên ngành, 8(1), tr. 45–58.
[6] Nguyễn Trọng Hiếu, Nguyễn Anh Thư (2025). "Đánh giá mức độ sử dụng BIM trong các dự án hạ tầng kỹ thuật". Tạp chí Vật liệu và Xây dựng, số 2, tr. 32–40.
[7] Nguyễn Văn T., Mai Anh Đức, Ngô Ngọc Trí (2025). "Ứng dụng BIM trong quản lý tiến độ thi công". Tạp chí KH&CN – Đại học Đà Nẵng, 23(4), tr. 78–86.
[8] Vũ Đức Hùng Phú (2024). "Tối ưu hóa thiết kế dự án xây dựng thông qua BIM". Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Xây dựng, 8(5), tr. 18–29.
[9] Nguyễn Kim Hoàng (2024). "Tiếp cận mô hình bản sao số trong quản lý vận hành công trình xây dựng". Tạp chí Kiến trúc, số 11, tr. 52–59.
[10] Hội Kiến trúc sư Việt Nam (2023). Kiến trúc thông minh và kiến trúc bền vững trong bối cảnh chuyển đổi số. Hà Nội.