Khám phá các công nghệ xây dựng tiên tiến trong kỷ nguyên 4.0

Làn sóng công nghệ đang dần thay đổi ngành xây dựng từ cách thiết kế, lựa chọn vật liệu, cho đến cách thi công trên công trường. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan về các công nghệ xây dựng tiên tiến đang được ứng dụng hiện nay, cùng những thách thức thực tế khi triển khai tại Việt Nam.

Công nghệ thiết kế & quản lý dự án

Trước khi một công trình được thi công, giai đoạn thiết kế và lập kế hoạch chính là bước quan trọng nhất giúp giảm sai sót và tối ưu chi phí ngay từ những bước đầu tiên.

BIM (Building Information Modeling)

BIM (Building Information Modeling) là mô hình thông tin công trình, được xem là một trong những công nghệ có ảnh hưởng lớn nhất đến ngành xây dựng trong nhiều năm trở lại đây. Khác với bản vẽ 2D truyền thống, BIM xây dựng mô hình số 3D tích hợp đầy đủ dữ liệu về kiến trúc, kết cấu, hệ thống cơ điện (MEP), vật liệu, chi phí và tiến độ thi công.

Thiết kế công trình với công nghệ BIM

Điểm nổi bật của BIM là cho phép tất cả các bên tham gia dự án như chủ đầu tư, đơn vị thiết kế, nhà thầu và đơn vị quản lý cùng làm việc trên một mô hình thống nhất. Khi một hạng mục được chỉnh sửa, các thông tin liên quan sẽ được cập nhật đồng bộ, giúp hạn chế sai sót và giảm xung đột giữa các bộ môn.

Hiện nay, BIM còn được phát triển lên các cấp độ cao hơn như BIM 4D (quản lý tiến độ), BIM 5D (quản lý chi phí) và BIM 6D (quản lý vận hành công trình). Tại Việt Nam, Chính phủ cũng đang từng bước thúc đẩy lộ trình áp dụng BIM trong các dự án xây dựng nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư và quản lý.

Phần mềm quản lý tiến độ, dự toán

Bên cạnh BIM, nhiều doanh nghiệp xây dựng đã ứng dụng các phần mềm quản lý dự án như Microsoft Project, Primavera P6 hay các nền tảng quản lý công trình trên nền tảng đám mây để theo dõi tiến độ, phân bổ nhân lực và kiểm soát chi phí.

Các phần mềm này giúp nhà quản lý dễ dàng cập nhật tiến độ theo thời gian thực, phát hiện nguy cơ chậm tiến độ và điều chỉnh kế hoạch thi công kịp thời. Đồng thời, việc số hóa dữ liệu còn giúp giảm đáng kể khối lượng hồ sơ giấy, tăng tính minh bạch và hỗ trợ quá trình ra quyết định nhanh chóng hơn.

Vật liệu xây dựng mới

Song song với công nghệ thiết kế, vật liệu xây dựng cũng đang trải qua một cuộc chuyển mình mạnh mẽ, hướng đến các giải pháp bền vững, nhẹ hơn và có khả năng “tự bảo trì”.

Vật liệu xanh, vật liệu nhẹ

Xu hướng phát triển bền vững đã thúc đẩy việc sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường như bê tông tái chế, gạch không nung, bê tông khí chưng áp (AAC), thép tái chế hay vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao.

Những vật liệu này có trọng lượng nhẹ hơn vật liệu truyền thống, giúp giảm tải trọng công trình, tiết kiệm chi phí vận chuyển và giảm lượng phát thải CO₂ trong quá trình sản xuất. Đồng thời, khả năng cách âm, cách nhiệt tốt cũng góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho các công trình hiện đại.

Bê tông tự lành

Một trong những phát minh vật liệu gây chú ý nhất những năm gần đây là bê tông tự lành (self-healing concrete). Loại bê tông có khả năng tự vá các vết nứt nhỏ mà không cần can thiệp sửa chữa từ bên ngoài.

Phát minh này do giáo sư vi sinh vật học người Hà Lan Hendrik Marius Jonkers, hiện công tác tại Đại học Công nghệ Delft, nghiên cứu ra năm 2006 và phổ biến rộng rãi từ năm 2015. Cơ chế hoạt động là sử dụng vi khuẩn: vi khuẩn được trộn vào bê tông cùng các chất dinh dưỡng như canxi lactate, khi xuất hiện vết nứt và nước thấm vào, vi khuẩn sẽ phát triển và sản sinh ra canxi cacbonat để lấp đầy vết nứt.

Hình ảnh bề mặt bê tông dần tự vá lại sao một khoảng thời gian

Đáng chú ý, một số nghiên cứu chuyên sâu gần đây tại Nhật Bản cho thấy, khi kết hợp với các chất xúc tác môi trường thích hợp, công nghệ này có thể hỗ trợ lấp đầy các vết nứt lớn hơn từ 0,4 – 0,6 mm (thậm chí lên tới 0,8 mm trong điều kiện độ ẩm tối ưu) trong vòng 28-60 ngày tùy điều kiện độ ẩm môi trường. Mở ra tiềm năng kéo dài tuổi thọ công trình lên gấp đôi, gấp ba so với bê tông thông thường.

Vật liệu in 3D

Sự phát triển của công nghệ in 3D cũng kéo theo sự ra đời của các loại vật liệu chuyên dụng như bê tông in 3D, vữa xi măng cải tiến hay vật liệu composite có khả năng đông kết nhanh.

Các vật liệu này được thiết kế để đảm bảo khả năng bơm liên tục, giữ hình dạng sau khi in và đạt cường độ chịu lực theo yêu cầu. Đây là nền tảng quan trọng giúp công nghệ in 3D trong xây dựng ngày càng hoàn thiện và được ứng dụng ở nhiều quốc gia.

Đọc thêm: Bê tông nhựa là gì? Cấu tạo và các loại bê tông nhựa phổ biến

Công nghệ thi công

Không chỉ thay đổi ở giai đoạn thiết kế và vật liệu, công nghệ còn đang định hình lại cách các công trình được thi công trên thực địa, với sự xuất hiện ngày càng nhiều của máy móc tự động và robot.

In 3D công trình

Công nghệ in 3D trong xây dựng hoạt động dựa trên nguyên lý ép đùn vật liệu theo từng lớp theo bản vẽ kỹ thuật số. Có thể triển khai theo hai phương thức: in từng bộ phận công trình riêng biệt rồi lắp ráp lại, hoặc in hoàn chỉnh cả công trình thành một khối thống nhất.

Công nghệ này mang lại nhiều lợi ích như giảm lượng vật liệu dư thừa, rút ngắn thời gian thi công và hạn chế sự phụ thuộc vào lao động thủ công. Một số quốc gia như Trung Quốc, Hà Lan, Mỹ hay Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất (UAE) đã xây dựng thành công nhà ở, cầu đi bộ và các công trình quy mô nhỏ bằng công nghệ in 3D.

Tại Việt Nam, công nghệ này đã có một số ứng dụng thực tế đáng chú ý: một nhóm sinh viên Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM từng xây dựng thành công một ngôi nhà rộng 27m² bằng máy in 3D tự phát triển, hoàn thành sau khoảng 30 giờ in với chi phí chỉ hơn 50 triệu đồng. Tuy nhiên, ở quy mô thương mại, do giá thành công nghệ còn cao và việc chuyển giao công nghệ còn gặp nhiều khó khăn, in 3D công trình vẫn chưa được ứng dụng phổ biến tại Việt Nam.

Căn nhà in 3D của nhóm sinh viên tại TP.HCM

Robot xây dựng, drone khảo sát

Robot đang dần đảm nhận nhiều công đoạn thi công lặp lại, đòi hỏi độ chính xác cao hoặc nguy hiểm cho con người. Trên thế giới, một số loại robot xây tường chuyên dụng có thể đặt khoảng 3.000 viên gạch mỗi ngày. Tốc độ và độ chính xác vượt xa khả năng của con người, bên cạnh đó còn có robot phun bê tông tự động và robot phá dỡ điều khiển từ xa dùng cho các khu vực nguy hiểm.

Về phía drone, thiết bị bay không người lái được ứng dụng phổ biến nhờ khả năng hoàn thành khảo sát một khu vực rộng lớn chỉ trong vài giờ thay vì hàng tuần đo đạc thủ công, đồng thời tạo ra mô hình địa hình số và mô hình bề mặt số với độ chính xác đến vài centimét nhờ camera độ phân giải cao và cảm biến LiDAR tích hợp.

Tự động hóa trong thi công

Tự động hóa đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong các dự án xây dựng thông qua hệ thống máy móc điều khiển bằng cảm biến, GPS và trí tuệ nhân tạo.

Nhiều loại máy xúc, máy ủi hay máy san hiện đại đã được tích hợp hệ thống định vị GNSS và cảm biến điều khiển lưỡi gạt tự động, giúp thi công đúng cao độ theo bản thiết kế mà không cần đo kiểm liên tục.

Bên cạnh đó, Internet vạn vật (IoT) cũng được sử dụng để theo dõi tình trạng thiết bị, giám sát tiêu thụ nhiên liệu và cảnh báo bảo trì từ xa, góp phần giảm thời gian dừng máy và tối ưu hiệu suất vận hành.

Ứng dụng công nghệ trong thi công công trình

Công cụ và thiết bị thi công thông minh

Các loại máy đo khoảng cách laser, máy cân bằng laser tự động, máy toàn đạc điện tử hay máy GNSS RTK ngày nay đều được tích hợp thêm tính năng kết nối Bluetooth. Điều này giúp lưu trữ dữ liệu số và đồng bộ trực tiếp với phần mềm quản lý hoặc mô hình BIM, giảm thiểu sai số do đo đạc thủ công.

Tương tự, các dụng cụ điện cầm tay như máy khoan, máy cắt, máy mài cũng ngày càng được trang bị cảm biến thông minh để tự động điều chỉnh tốc độ, cảnh báo quá nhiệt hay theo dõi tuổi thọ pin. Những cải tiến này giúp người thợ làm việc an toàn và hiệu quả hơn.

Tham khảo: Cách bảo dưỡng bê tông đúng kỹ thuật giúp công trình bền chắc

Thách thức khi ứng dụng công nghệ xây dựng tại Việt Nam

Dù mang lại nhiều lợi ích rõ ràng, việc ứng dụng các công nghệ xây dựng tiên tiến tại Việt Nam vẫn còn đối mặt với không ít rào cản mang tính cấu trúc.

Chi phí đầu tư ban đầu cao

Đầu tư vào công nghệ là một khoản chi phí lớn đối với các doanh nghiệp xây dựng, đặc biệt là các doanh nghiệp vừa và nhỏ, trong khi việc duy trì và nâng cấp hệ thống công nghệ cũng đòi hỏi chi phí thường xuyên. Doanh nghiệp phải đầu tư phần mềm bản quyền, thiết bị khảo sát hiện đại, máy móc tự động cũng như hạ tầng công nghệ thông tin. Trong khi hiệu quả ứng dụng công nghệ thường không thể hiện rõ trong ngắn hạn, khiến nhiều chủ doanh nghiệp e ngại khi ra quyết định đầu tư.

Thiếu nguồn nhân lực chất lượng cao

Việc vận hành BIM, drone khảo sát, robot xây dựng hay các phần mềm quản lý chuyên sâu đòi hỏi đội ngũ kỹ sư được đào tạo bài bản. Trong khi đó, nguồn nhân lực có khả năng kết hợp giữa chuyên môn xây dựng và công nghệ số tại Việt Nam vẫn còn thiếu, khiến quá trình triển khai gặp nhiều khó khăn.

Khó khăn trong chuyển đổi số ngành xây dựng

Theo một khảo sát được trích dẫn trong báo cáo về chuyển đổi số ngành xây dựng, hiện chỉ có 2,2% doanh nghiệp xây dựng làm chủ công nghệ, và 6,2% doanh nghiệp đã hoàn thành bước xác định mục tiêu chuyển đổi số — cho thấy phần lớn doanh nghiệp trong ngành vẫn đang ở giai đoạn rất sớm của quá trình này. Bên cạnh đó, có đến 72% doanh nghiệp không biết bắt đầu chuyển đổi số từ đâu, và chỉ 10% doanh nghiệp nhỏ và vừa cho rằng chuyển đổi số đã thành công và mang lại giá trị trọng yếu, phản ánh sự thiếu định hướng rõ ràng và lộ trình phù hợp khi triển khai trên thực tế.

Sự khác biệt giữa quy mô doanh nghiệp lớn và nhỏ

Các doanh nghiệp lớn thường có đủ nguồn lực tài chính để đầu tư đồng bộ vào BIM, phần mềm quản lý hay thiết bị thi công hiện đại, nhưng lại đối mặt với rào cản khác: cơ cấu tổ chức phức tạp với nhiều phòng ban, bộ phận và cấp quản lý khiến việc truyền thông, đào tạo về chuyển đổi số trở thành một rào cản lớn.

Ngược lại, các doanh nghiệp nhỏ và vừa chiếm số lượng áp đảo trong ngành xây dựng, tuy có cơ cấu gọn nhẹ, dễ thay đổi hơn, nhưng lại thường gặp khó khăn do thiếu vốn, nhân lực và kỹ năng, hầu hết chỉ sử dụng được các công cụ cơ bản trong khi việc ứng dụng công nghệ nâng cao như AI, IoT hay điện toán đám mây còn rất hạn chế.

Công nghê xây dụng 3D tốn rất nhiều chi phí

Xu hướng công nghệ xây dựng trong tương lai

Trong những năm tới, ngành xây dựng được dự báo sẽ tiếp tục chuyển dịch theo hướng số hóa và tự động hóa. BIM sẽ ngày càng được kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT), công nghệ Digital Twin (bản sao số công trình) và dữ liệu lớn (Big Data) để quản lý toàn bộ vòng đời công trình. Đồng thời, robot thi công, drone tự động, thiết bị điều khiển từ xa và vật liệu xây dựng thông minh sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn khi chi phí công nghệ giảm dần.

Bên cạnh đó, mục tiêu phát triển bền vững và giảm phát thải carbon sẽ thúc đẩy việc nghiên cứu các loại vật liệu xanh, bê tông phát thải thấp và công nghệ tái chế vật liệu xây dựng. Đây được xem là xu hướng tất yếu, góp phần xây dựng những công trình an toàn, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.