Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Xây dựng Điện 3 - Giải pháp tốt nhất cho lựa chọn tốt nhất
Chọn ngôn ngữ:
Thứ sáu, 30/12/2022

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO, THỰC TẾ TĂNG CƯỜNG TRONG THIẾT KẾ, XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH CÁC CÔNG TRÌNH ĐIỆN

1. GIỚI THIỆU

Công nghệ thực tế ảo (Virtual reality – VR), thực tế tăng cường (Augmented reality – AR) được biết đến như những công nghệ tiến tiến nhất hiện nay, nó đã phát triển và được ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực như: giáo dục, quân sự, giải trí, … giúp các ngành này đạt được bước tiến lớn trong công cuộc chuyển đổi số.

Hiện nay, ngành xây dựng cũng đang áp dụng một công nghệ hiện đại và mang lại nhiều lợi ích đó là công nghệ mô hình thông tin công trình (BIM). Công nghệ BIM tạo ra một mô hình 3D chứa đựng tất cả thông tin của dự án từ giai đoạn thiết kế đến giai đoạn thi công, vận hành. Câu hỏi đặt ra là làm sao để đưa mô hình BIM ảo đó ra ngoài công trình thực tế một cách trực quan nhất. Công nghệ VR, AR sẽ giúp cho công tác làm việc với mô hình BIM một cách dễ dàng và trực quan. Bên cạnh đó công nghệ VR, AR sẽ khai thác triệt để mô hình 3D của BIM và có nhiều ứng dụng trong các giai đoạn thiết kế, thi công và vận hành nhưng với chi phí không cao và thời gian ngắn vì đã có sẵn mô hình 3D thông tin từ việc áp dụng BIM. Trong nghiên cứu này sẽ đưa ra cách thức khai thác mô hình BIM trên các ứng dụng VR, AR và những lợi ích của nó mang lại.

2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Khái niệm thực tế ảo VR, thực tế tăng cường AR:

  • Thực tại ảo (Virtual reality – VR) là thuật ngữ mô tả môi trường mô phỏng bằng máy tính, hình ảnh hiển thị trên màn hình thông qua kính nhìn ba chiều, cùng với các giác quan khác như âm thanh, xúc giác… để tạo ra một thế giới “như thật”. Thế giới “nhân tạo” này lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn của người sử dụng.

AR có thể được định nghĩa là một hệ thống đáp ứng ba tính năng cơ bản: sự kết hợp giữa thế giới thực và ảo, tương tác thời gian thực và phối hợp 3D chính xác các đối tượng ảo và thực. Thông tin cảm giác được phủ lên có thể mang tính xây dựng (tức là phụ gia cho môi trường tự nhiên) hoặc phá hoại (tức là che dấu môi trường tự nhiên). Trải nghiệm này được kết hợp liền mạch với thế giới vật lý sao cho nó được coi là một khía cạnh nhập vai của môi trường thực.

So sánh AR và VR, AR cho phép người dùng trải nghiệm thế giới thực, đã được tăng cường kỹ thuật số hoặc nâng cao theo một cách nào đó. Còn VR loại bỏ người dùng khỏi trải nghiệm thực tế đó, thay thế nó bằng một mô phỏng hoàn toàn. VR yêu cầu nhập vai hoàn toàn, các thiết bị VR đóng cửa hoàn toàn với thế giới vật lý.

2.2 Mô hình thông tin công trình BIM

BIM là một quy trình tiên tiến được ứng dụng trong ngành xây dựng (AEC), là cả quá trình tạo lập xây dựng mô hình 3D kỹ thuật số chứa thông tin được sử dụng xuyên suốt trong vòng đời của một dự án thiết kế, hạ tầng và xây dựng.

Hiện nay mô hình thông tin BIM (Building Information Modeling) ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình.

Khả năng tương thích giữa công nghệ VR, AR và ngành xây dựng là rất cao, và là một công nghệ được kỳ vọng sẽ có tác dụng cộng hưởng với BIM.

2.3 Mô hình BIM được sử dụng để nghiên cứu

Mô hình dữ liệu 3D được sử dụng để nghiên cứu ứng dụng công nghệ thực tế ảo VR, thực tế tăng cường AR là mô hình BIM của Dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3.

Giới thiệu dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3:

Dự án Trạm biến áp 110kV Mỹ Phước 3 và đường dây đấu nối được thể hiện ở hình 2, tỉnh Bình Dương do Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng điện 3 (PECC3) thực hiện tư vấn thiết kế và giám sát tác giả theo hợp đồng với Tổng công ty Điện lực miền Nam, Ban quản lý dự án Điện lực miền Nam. Tổng diện tích xây dựng trạm: 3.930 m2.

Áp dụng BIM vào công tác thiết kế TBA 110kV Mỹ Phước 3 được thực hiện từ giai đoạn báo cáo nghiên cứu khả thi đến giai đoạn thiết kế thi công và hoàn công. Mô hình BIM của dự án bao gồm mô hình hiện trạng, mô hình các thiết bị điện, cấu kiện xây dựng, nhà điều khiển, hệ thống mương cáp, hệ thống PCCC, … được mô hình hóa với mức độ phát triển chi tiết cao LOD 300-350, mô hình chuẩn xác từ kích thước, số lượng, đến đầy đủ các đặc tính kỹ thuật và thông tin chi tiết và đảm bảo khả năng xuất bản vẽ 2D và thống kê khối lượng từ mô hình BIM. Mô hình BIM lưu trữ thông tin đầy đủ trong quá trình phê duyệt trên môi trường dữ liệu chung (CDE).

Hình 1. Mô hình BIM dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3
Hình 1. Mô hình BIM dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3

 

Hình 2. Hình ảnh thực tế TBA 110kV Mỹ Phước 3
Hình 2. Hình ảnh thực tế TBA 110kV Mỹ Phước 3

Theo hình 1, hình 3, hình 4 cho thấy sản phẩm mô hình BIM của dự án TBA Mỹ Phước 3 có đầy đủ chi tiết, các định dạng mô hình theo tiêu chuẩn BIM của quốc tế và Việt Nam đáp ứng yêu cầu đầu vào của các ứng dụng VR, AR hiện nay.

Hình 3. Mô hình tổng thể TBA 110kV Mỹ Phước 3 trên CDE
Hình 3. Mô hình tổng thể TBA 110kV Mỹ Phước 3 trên CDE
Hình 4. Mức độ chi tiết của các cấu kiện trong mô hình BIM dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3
Hình 4. Mức độ chi tiết của các cấu kiện trong mô hình BIM dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3

2.4 Yêu cầu trang bị phần cứng, phần mềm để áp dụng công nghệ VR, AR

Các thiết bị chính để sử dụng thực tế ảo VR và so sánh ưu, nhược điểm giữa chúng được thể hiện ở bảng 1 và hình 5, hình 6.

Bảng 1. So sánh ưu và nhược điểm của các thiết bị VR

Thiết bị di động, điện thoại thông minh chạy hệ điều hành android / IOS + boxThiết bị chuyên dụng thực tế ảo VR, kính Oculus Quest và kính HTC Vive Pro
Ưu điểmDễ sử dụng, giá thành thấp.

 

Chất lượng hình ảnh cao, ứng dụng nhiều tính năng, trải nghiệm chân thật.
Nhược điểmChất lượng hình ảnh không cao, ứng dụng chưa được tối ưu.Giá thành cao, khó sử dụng cần phải đào tạo trước khi sử dụng.
Hình 5. Thiết bị di động là điện thoại thông minh chạy hệ điều hành android / IOS + box
Hình 5. Thiết bị di động là điện thoại thông minh chạy hệ điều hành android / IOS + box

VR 6

Hình 6. Thiết bị chuyên dụng thực tế ảo VR, kính Oculus Quest và kính HTC Vive Pro
Hình 6. Thiết bị chuyên dụng thực tế ảo VR, kính Oculus Quest và kính HTC Vive Pro

 

VR 8

 

  • Thiết bị chính để sử dụng thực tế tăng cường AR và so sánh ưu nhược điểm giữa các thiết bị được thể hiện ở bảng 2 và hình 7

Bảng 2. So sánh ưu và nhược điểm của các thiết bị AR

Thiết bị di động, máy tính bảngThiết bị AR chuyên dụng
Ưu điểmDễ sử dụng, cơ động tiện dụng, giá thành thấp.Chất lượng hình ảnh cao, độ chính xác cao, ứng dụng nhiều tính năng có thể tương tác từ xa,
Nhược điểmChất lượng hình ảnh không cao, độ chính xác không cao, các ứng dụng chưa được tối ưu, không thể sử dụng cho mô hình có dung lương lướng.Giá thành cao, khó sử dụng cần phải đào tạo trước khi sử dụng và cần có sự hiểu biết về việc xử lý mô hình.

Hình 7. Thiết bị AR chuyên dụng, kính AR Мicrosoft hololens

Hình 7. Thiết bị AR chuyên dụng, kính AR Мicrosoft hololensCác phần mềm chuyên dụng để ứng dụng VR, AR : Unity Reflect, Augment, Gamma AR, Visual live, augin, AR Viewer,…

3. KẾT QUẢ

Nghiên cứu đưa ra được giải pháp triển khai công nghệ VR, AR với những dự án xây dựng đã áp dụng BIM, và những lợi ích của việc áp dụng công nghệ trên mang lại trong các giai đoạn thiết kế, thi công và vận hành.

  • Sử dụng công nghệ VR, AR vào giai đoạn thiết kế để trình diễn mô hình BIM, tạo lập mô hình ảo công trình trong tương lai và tương tác với mô trường bên ngoài được minh họa ở hình 9; (hình ảnh đứng làm việc ở văn phòng và nhìn thấy mô hình thực tế ảo giống như người kỹ sư đang đứng ngoài công trình thực tế). bên cạnh đó AR có thể cung cấp cho người dùng góc nhìn công trình trong tương lai ngay tại vị trí thực địa để biết được hình dáng, kích thước của công trình đó tương lai như thế nào giúp người dùng có thể dễ dàng lựa chọn phương án thiết kế, tương tác giữa công trình với yếu tố bên ngoài.
Hình 9. Sử dụng công nghệ VR nhập vai vào môi trường ảo để xem trước mô hình BIM của dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3 trong giai đoạn thiết kế, hình bên trái là khung cảnh nhìn thấy khi đeo kính VR.
Hình 9. Sử dụng công nghệ VR nhập vai vào môi trường ảo để xem trước mô hình BIM của dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3 trong giai đoạn thiết kế, hình bên trái là khung cảnh nhìn thấy khi đeo kính VR.

VR 11

  • Sử dụng công nghệ VR, AR để hỗ trợ công tác lắp đặt, giám sát xây dựng trong giai đoạn thi công, hình ảnh chụp được trong quá trình giám sát ngoài công trình được thể hiện ở hình 10, hình 11.

Hình 10. Giám sát thi công bằng công nghệ AR trên công trình thực tế TBA 110kV Mỹ Phước 3

Hình 10. Giám sát thi công bằng công nghệ AR trên công trình thực tế TBA 110kV Mỹ Phước 3
Hình 10. Giám sát thi công bằng công nghệ AR trên công trình thực tế TBA 110kV Mỹ Phước 3
Hình 11. Sử dụng AR để giám sát, kiểm tra lắp đặt thiết bị TBA 110kV Mỹ Phước 3
Hình 11. Sử dụng AR để giám sát, kiểm tra lắp đặt thiết bị TBA 110kV Mỹ Phước 3
  • Cách thức sử dụng công nghệ VR, AR và mô hình BIM để tăng cường khả năng phối hợp giữa các bên trong dự án. Ví dụ như trong hình 12 thực hiện phối hợp giữa chủ đầu tư và nhà thầu trên mô hình BIM TBA 110kV bằng công nghệ VR.
Hình 12: Phối hợp giữa các bên trong dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3 bằng ứng dụng VR
Hình 12: Phối hợp giữa các bên trong dự án TBA 110kV Mỹ Phước 3 bằng ứng dụng VR
  • Sử dụng công nghệ VR, AR để khai thác mô hình BIM trong giai đoạn vận hành dự án. Ví dụ ở hình số 13 là công tác quản lý, vận hành thiết bị nhờ sự trợ giúp của công nghệ AR có thể dễ dàng truy xuất thông tin thiết bị theo vị trí thực tế mong muốn một cách nhanh chóng (qua ipad hoặc điện thoại).
Hình 13. Quản lý, vận hành công trình TBA 110kV bằng ứng dụng AR dựa trên dữ liệu của mô hình BIM và thông tin được truy suất từ mô hình BIM để phục vụ công tác vận hành
Hình 13. Quản lý, vận hành công trình TBA 110kV bằng ứng dụng AR dựa trên dữ liệu của mô hình BIM và thông tin được truy suất từ mô hình BIM để phục vụ công tác vận hành

VR 16

4. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguồn tài liệu tham khảo:

Nhứt Nam – Yến Nhi – Khắc Văn

Page top