Trên cơ sở đó, bài báo đề xuất mô hình phát triển học liệu số dựa trên BIM, trong đó mô hình công trình số đóng vai trò là nền tảng tích hợp các nội dung giảng dạy, bài tập thực hành và tài liệu học tập. Đồng thời, nghiên cứu xây dựng quy trình phát triển và khai thác học liệu BIM phục vụ một số học phần chuyên ngành kỹ thuật xây dựng. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao tính trực quan trong giảng dạy, hỗ trợ đổi mới phương pháp đào tạo và thúc đẩy quá trình chuyển đổi số trong giáo dục kỹ thuật xây dựng.
1. Đặt vấn đề
Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư và quá trình chuyển đổi số đang diễn ra mạnh mẽ, giáo dục đại học nói chung và đào tạo ngành kỹ thuật xây dựng nói riêng đang đứng trước yêu cầu đổi mới phương pháp giảng dạy và phát triển học liệu số. Đối với các ngành kỹ thuật, việc ứng dụng các công nghệ số nhằm tăng cường tính trực quan và khả năng mô phỏng trong giảng dạy được xem là một hướng tiếp cận quan trọng nhằm nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực [1], [2].
Ngành kỹ thuật xây dựng có đặc thù gắn chặt với công trình thực tế, đòi hỏi người học phải hiểu rõ cấu trúc không gian của công trình, mối quan hệ giữa các hệ thống kiến trúc, kết cấu, cơ điện và quá trình thi công. Tuy nhiên, trong điều kiện đào tạo hiện nay, việc tổ chức cho sinh viên tiếp cận công trình thực tế hoặc thực hành tại các phòng thí nghiệm quy mô lớn còn gặp nhiều hạn chế do điều kiện cơ sở vật chất, kinh phí và yêu cầu an toàn. Vì vậy, việc phát triển học liệu số và môi trường học tập trực quan trở thành một giải pháp quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập.
Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling – BIM) là một trong những công nghệ cốt lõi của ngành xây dựng hiện đại, cho phép mô hình hóa công trình trong môi trường số và tích hợp thông tin trong suốt vòng đời dự án. Nhờ khả năng trực quan hóa và mô phỏng đa chiều, BIM mở ra tiềm năng lớn trong việc phát triển học liệu số phục vụ đào tạo kỹ thuật xây dựng [3].
Xuất phát từ thực tiễn đó, việc nghiên cứu ứng dụng BIM để xây dựng học liệu số phục vụ đào tạo ngành kỹ thuật xây dựng tại Học viện Hậu cần là cần thiết, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và thúc đẩy chuyển đổi số trong giáo dục kỹ thuật.
2. Thực trạng ứng dụng BIM trong đào tạo kỹ thuật xây dựng
Trong những năm gần đây, BIM đã được nhiều cơ sở đào tạo trên thế giới đưa vào chương trình đào tạo ngành kiến trúc và kỹ thuật xây dựng. Các nghiên cứu cho thấy BIM giúp người học hiểu rõ hơn về cấu trúc công trình, nâng cao khả năng phối hợp giữa các bộ môn và phát triển tư duy hệ thống trong thiết kế và thi công [3].
Tại Việt Nam, cùng với lộ trình áp dụng BIM trong ngành xây dựng, một số trường đại học đã đưa BIM vào giảng dạy thông qua các học phần chuyên ngành hoặc tích hợp trong các đồ án thiết kế. Việc triển khai này giúp người học tiếp cận sớm với công nghệ BIM và hình thành kỹ năng sử dụng phần mềm trong môi trường xây dựng hiện đại.
Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc ứng dụng BIM trong đào tạo hiện nay vẫn còn một số hạn chế. Trước hết, nhiều chương trình đào tạo mới chỉ tập trung vào việc giảng dạy phần mềm BIM, trong khi việc khai thác BIM như một nền tảng xây dựng học liệu số phục vụ giảng dạy vẫn còn hạn chế. Bên cạnh đó, hệ thống học liệu BIM phục vụ đào tạo chưa được chuẩn hóa và thiếu các mô hình công trình mẫu phục vụ giảng dạy.
Đối với Học viện Hậu cần – nơi đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật xây dựng phục vụ nhiệm vụ quốc phòng và sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước – việc tổ chức thực hành tại công trình thực tế còn gặp nhiều hạn chế do điều kiện đặc thù của môi trường quân đội. Điều này đặt ra yêu cầu cần xây dựng hệ thống học liệu số trực quan dựa trên BIM nhằm hỗ trợ hiệu quả cho quá trình giảng dạy và học tập.
3. Giải pháp ứng dụng BIM xây dựng học liệu số trong đào tạo kỹ thuật xây dựng
Trên cơ sở phân tích thực trạng ứng dụng BIM trong đào tạo kỹ thuật xây dựng, có thể nhận thấy rằng vấn đề cốt lõi không chỉ nằm ở việc đưa phần mềm BIM vào chương trình đào tạo mà quan trọng hơn là xây dựng một hệ thống học liệu số dựa trên BIM có khả năng hỗ trợ trực tiếp cho quá trình giảng dạy và học tập. Theo Eastman và cộng sự [1], BIM không chỉ là một công cụ thiết kế mà còn là một nền tảng quản lý thông tin công trình cho phép tích hợp dữ liệu hình học, thông tin kỹ thuật và các quy trình xây dựng trong suốt vòng đời dự án. Do đó, việc khai thác BIM như một nền tảng học liệu số có thể tạo ra môi trường học tập trực quan và tương tác cao cho người học.
Các thành phần cơ bản của việc ứng dụng BIM
Dựa trên cách tiếp cận đó, nghiên cứu đề xuất mô hình phát triển học liệu số BIM cho đào tạo kỹ thuật xây dựng tại Học viện Hậu cần, bao gồm ba nội dung chính: xây dựng mô hình học liệu số dựa trên BIM, phát triển quy trình xây dựng học liệu BIM và tổ chức triển khai ứng dụng trong giảng dạy.
3.1. Xây dựng mô hình học liệu số dựa trên BIM
Mô hình học liệu số BIM được xây dựng dựa trên nguyên tắc tích hợp giữa mô hình công trình số và nội dung học tập chuyên ngành. Trong mô hình này, BIM đóng vai trò là nền tảng dữ liệu trung tâm, liên kết với các tài nguyên học tập như bài giảng, hình ảnh, bản vẽ kỹ thuật, video mô phỏng và các bài tập thực hành.
Khác với các học liệu truyền thống chỉ bao gồm văn bản và bản vẽ 2D, học liệu BIM cho phép người học tương tác trực tiếp với mô hình công trình trong môi trường 3D. Mỗi đối tượng trong mô hình BIM (dầm, cột, móng, tường, hệ thống cơ điện…) được gắn với các thông tin kỹ thuật, tài liệu học tập và các bài tập phân tích liên quan. Khi người học lựa chọn một đối tượng trong mô hình, hệ thống có thể hiển thị các thông tin như cấu tạo chi tiết, vật liệu sử dụng, phương pháp thi công hoặc các vấn đề kỹ thuật liên quan.
Hình 2. Mô hình BIM và thành phần của mô hình BIM
Theo Abdirad và Dossick [3], việc tích hợp BIM vào học liệu đào tạo giúp tăng cường khả năng hình dung không gian của người học và hỗ trợ hiệu quả cho các phương pháp học tập dựa trên dự án (Project-Based Learning). Nhờ đó, người học có thể tiếp cận kiến thức kỹ thuật thông qua việc khám phá mô hình công trình, thay vì chỉ học thông qua bản vẽ hoặc tài liệu lý thuyết.
Đối với đào tạo ngành kỹ thuật xây dựng, mô hình học liệu BIM có thể được áp dụng cho nhiều học phần khác nhau như:
Kết cấu công trình: phân tích cấu tạo dầm, cột, sàn và hệ kết cấu.
Nền móng công trình: mô phỏng cấu tạo móng và tương tác giữa móng với nền đất.
Kỹ thuật thi công: minh họa các bước thi công và tổ chức mặt bằng công trường.
Quản lý xây dựng: phân tích tiến độ và phối hợp các hệ thống kỹ thuật trong công trình.
Nhờ đó, BIM không chỉ đóng vai trò là công cụ hỗ trợ giảng dạy mà còn trở thành một môi trường học tập trực quan, giúp người học hiểu sâu hơn về cấu trúc và hoạt động của công trình xây dựng.
3.2. Quy trình xây dựng học liệu số dựa trên BIM
Để triển khai học liệu số BIM một cách hiệu quả, nghiên cứu đề xuất quy trình phát triển học liệu gồm năm bước chính.
Bước 1: Lựa chọn học phần và nội dung đào tạo
Các học phần có tính trực quan cao và liên quan trực tiếp đến cấu trúc công trình được ưu tiên lựa chọn để triển khai học liệu BIM. Việc lựa chọn học phần cần dựa trên mục tiêu đào tạo và mức độ phù hợp của BIM trong việc minh họa nội dung kiến thức.
Bước 2: Xây dựng mô hình BIM phục vụ giảng dạy
Các mô hình BIM được xây dựng dựa trên các công trình mẫu hoặc các dự án thực tế. Mức độ chi tiết của mô hình (Level of Development – LOD) được điều chỉnh phù hợp với mục tiêu đào tạo nhằm đảm bảo tính trực quan nhưng không làm tăng độ phức tạp không cần thiết của mô hình.
Theo tiêu chuẩn ISO 19650 [4], việc quản lý thông tin BIM cần tuân theo các nguyên tắc chuẩn hóa dữ liệu và tổ chức thông tin nhằm đảm bảo khả năng chia sẻ và tái sử dụng mô hình trong các giai đoạn khác nhau của dự án.
Bước 3: Tích hợp nội dung kiến thức vào mô hình BIM
Sau khi xây dựng mô hình BIM, các nội dung giảng dạy được tích hợp trực tiếp vào các đối tượng trong mô hình. Ví dụ: Gắn bản vẽ chi tiết vào các cấu kiện kết cấu; Liên kết video mô phỏng thi công với các giai đoạn thi công trong mô hình; Tích hợp các bài tập phân tích kỹ thuật vào các thành phần của công trình.
Cách tiếp cận này cho phép người học tiếp cận kiến thức theo hướng học tập dựa trên đối tượng (object-based learning), trong đó mỗi thành phần của công trình trở thành một đơn vị học tập độc lập.
Bước 4: Phát triển bài giảng số và bài tập thực hành
Từ mô hình BIM, giảng viên xây dựng các bài giảng trực quan kết hợp giữa mô hình 3D, bản vẽ kỹ thuật và các nội dung phân tích chuyên môn. Đồng thời, các bài tập thực hành được thiết kế nhằm giúp sinh viên khai thác mô hình BIM để giải quyết các vấn đề kỹ thuật.
Bước 5: Triển khai thử nghiệm và đánh giá hiệu quả
Học liệu BIM được triển khai thử nghiệm trong một số học phần chuyên ngành. Hiệu quả của học liệu được đánh giá thông qua phản hồi của giảng viên và sinh viên, cũng như kết quả học tập của người học.
3.3. Tổ chức hệ thống học liệu BIM phục vụ đào tạo
Bên cạnh việc xây dựng các mô hình BIM riêng lẻ, việc tổ chức hệ thống học liệu số BIM đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khả năng khai thác và sử dụng lâu dài của các học liệu này.
Hệ thống học liệu BIM phục vụ đào tạo bao gồm: Bộ mô hình BIM cho các công trình mẫu phục vụ giảng dạy; Các bài giảng số tích hợp mô hình BIM; Bộ bài tập thực hành và tình huống học tập; Tài liệu hướng dẫn khai thác mô hình BIM cho giảng viên và sinh viên.
Các học liệu này có thể được lưu trữ trong hệ thống quản lý học tập (Learning Management System – LMS) của nhà trường, cho phép người học truy cập và khai thác trong quá trình học tập.
Theo Succar [2], việc xây dựng hệ thống học liệu BIM trong đào tạo không chỉ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy mà còn góp phần hình thành năng lực làm việc trong môi trường BIM – một kỹ năng ngày càng quan trọng đối với kỹ sư xây dựng trong bối cảnh chuyển đổi số của ngành xây dựng.
4. Kết luận
BIM đang trở thành một công nghệ quan trọng trong ngành xây dựng hiện đại và có tiềm năng lớn trong việc đổi mới phương pháp đào tạo kỹ thuật xây dựng. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xây dựng học liệu số dựa trên BIM giúp nâng cao tính trực quan trong giảng dạy, hỗ trợ học viên, sinh viên hiểu rõ cấu trúc công trình và mối quan hệ giữa các hệ thống kỹ thuật.
Bài báo đã phân tích thực trạng ứng dụng BIM trong đào tạo kỹ thuật xây dựng và đề xuất mô hình xây dựng học liệu số dựa trên BIM phục vụ giảng dạy tại Học viện Hậu cần. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở tham khảo cho các cơ sở đào tạo kỹ thuật trong việc triển khai học liệu số BIM, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và thúc đẩy quá trình chuyển đổi số trong giáo dục kỹ thuật xây dựng.
Trung tá Phạm Tri Thức - Khoa Doanh trại - Học viện Hậu cần
Trung tá Lê Quang Quả - Ban Doanh trại, Phòng Hậu cần - Kỹ thuật, Sư đoàn 5, Quân khu 7
Tài liệu tham khảo
1. Eastman, C., Teicholz, P., Sacks, R., Liston, K. (2011), BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors, John Wiley & Sons, USA.
2. ISO 19650-1:2018, Organization and digitization of information about buildings and civil engineering works, including building information modelling (BIM) – Information management using BIM – Part 1: Concepts and principles, International Organization for Standardization (ISO).
3. Succar, B. (2009), Building information modelling framework: A research and delivery foundation for industry stakeholders, Automation in Construction, Elsevier.
4. Abdirad, H., & Dossick, C. (2016), BIM curriculum design in architecture, engineering, and construction education, Journal of Information Technology in Construction (ITcon).
5. Bộ Xây dựng (2021), Quyết định số 348/QĐ-BXD ngày 02/4/2021 ban hành Hướng dẫn áp dụng BIM trong hoạt động xây dựng. Hà Nội.
6. Bộ Xây dựng (2020), Quyết định số 258/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt lộ trình áp dụng BIM.