Đánh giá và tối ưu năng lượng sử dụng thông qua mô hình thông tin năng lượng công trình (bim-bem) trong thiết kế lớp vỏ toà nhà tại Việt Nam - NCS. Trương Ngọc Sơn

Tên luận án: Đánh giá và tối ưu năng lượng sử dụng thông qua mô hình thông tin năng lượng công trình (bim-bem) trong thiết kế lớp vỏ toà nhà tại Việt Nam
Chuyên ngành: Quản lý xây dựng
Mã chuyên ngành: 9580302
Nghiên cứu sinh: Trương Ngọc Sơn
Họ tên CBHD: PGS.TS. Lương Đức Long, TS. Ngô Ngọc Tri
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM
Mục tiêu của luận án
Trong bối cảnh đó, việc tối ưu hóa hiệu quả năng lượng của công trình thông qua chuyển đổi số, đặc biệt với các công nghệ như Mô hình thông tin công trình (BIM) và Mô hình mô phỏng năng lượng công trình (BEM), trở thành xu hướng tất yếu nhằm hướng tới phát triển bền vững. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc tích hợp BIM và BEM vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong các giai đoạn thiết kế công trình, dẫn đến những khó khăn trong việc đánh giá và tối ưu hóa năng lượng theo các tiêu chuẩn hiện hành như QCXDVN 09:2017/BXD. Xuất phát từ thực tiễn đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đề xuất và phát triển một khung quy trình tích hợp BIM-BEM có khả năng hỗ trợ đánh giá và tối ưu hóa hiệu quả năng lượng của công trình ngay từ giai đoạn thiết kế. Mục tiêu chung của nghiên cứu là xây dựng quy trình áp dụng BIM-BEM xuyên suốt các giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế lớp vỏ tòa nhà nhằm giảm tiêu thụ năng lượng. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: khẳng định vai trò của BIM và BEM trong thiết kế công trình sử dụng năng lượng hiệu quả, đề xuất quy trình đánh giá và tối ưu hóa năng lượng, thống kê và xử lý các lỗi thường gặp khi chuyển đổi dữ liệu, đồng thời xây dựng hệ thống tự động hóa hỗ trợ thiết kế lớp vỏ công trình. Để đạt được những mục tiêu đó, nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận từ tổng quát đến chi tiết, bắt đầu từ phân tích các yếu tố thiết kế chính như vị trí công trình, hình dạng và thiết kế lớp vỏ, tiếp tục với đánh giá lựa chọn vật liệu, và cuối cùng tối ưu hóa cấu tạo lớp vật liệu trong giai đoạn thiết kế chi tiết. Nghiên cứu kết hợp phân tích lý thuyết, tổng hợp tài liệu, mô phỏng năng lượng trên nền tảng Autodesk Insight và EnergyPlus, đánh giá thực nghiệm trên các công trình thực tế, đồng thời phát triển một hệ thống tự động hóa sử dụng thuật toán tối ưu đa mục tiêu MOJSO, mang tên EP-MOJS.
Đóng góp của luận án
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khung quy trình tích hợp BIM-BEM đề xuất đã hỗ trợ hiệu quả cho việc mô phỏng và đánh giá năng lượng công trình trong từng giai đoạn thiết kế. Các mô phỏng thực nghiệm đã chứng minh rằng việc áp dụng mô hình này giúp giảm chỉ số Cường độ sử dụng năng lượng (EUI) đáng kể và tối ưu hóa chi phí vận hành của công trình. Đặc biệt, hệ thống EP-MOJS đã tự động hóa thành công quá trình mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế, đồng thời cung cấp các giải pháp thiết kế cân bằng giữa hiệu quả năng lượng và chi phí xây dựng. Việc kiểm nghiệm quy trình trên các vật liệu lớp vỏ điển hình như tường bao che đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp đề xuất. Từ những kết quả đạt được, nghiên cứu kiến nghị việc mở rộng áp dụng khung quy trình BIM-BEM này cho nhiều loại hình công trình khác nhau trong tương lai, đồng thời tổ chức các nghiên cứu đánh giá quy mô lớn hơn với sự tham gia của nhiều chuyên gia thiết kế và quản lý dự án để xác thực tính phổ quát và khả năng ứng dụng thực tiễn. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất hướng phát triển tiếp theo là tích hợp công nghệ học máy (Machine Learning) nhằm nâng cao hiệu quả dự báo và tối ưu hóa nhanh chóng trong quá trình thiết kế. Những đóng góp này kỳ vọng sẽ hỗ trợ ngành xây dựng Việt Nam tiến gần hơn đến mục tiêu phát triển công trình xanh, tiết kiệm năng lượng, và đóng góp vào lộ trình thực hiện cam kết NET ZERO vào năm 2050.
Hiệu quả giáo dục đào tạo: Kết quả nghiên cứu của đề tài sử dụng làm tài liệu tham khảo hữu ích cho các đề tài luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ; Có thể sử dụng để tham khảo viết các bài báo khoa học, tài liệu tham khảo cho các giáo trình và sách xuất bản phục vụ cho chuyên ngành Quản lý xây dựng.
Hiệu quả kinh tế-xã hội: Khung quy trình phân tích và tối ưu năng lượng dựa trên sự kết hợp BIM-BEM cung cấp các công cụ và dữ liệu cần thiết để đánh giá và so sánh hiệu quả năng lượng của các phương án thiết kế khác nhau một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này giúp các kiến trúc sư, kỹ sư và nhà đầu tư đưa ra các quyết định thông minh, dựa trên các phân tích khoa học và dữ liệu mô phỏng chi tiết. Việc tích hợp mô phỏng và tối ưu hóa vào môi trường BIM cũng giúp giảm thời gian và chi phí cho quá trình thiết kế và điều chỉnh..
Khả năng ứng dụng: Với kết quả khảo sát thu được, khung quy trình đề xuất được đánh giá có tính ứng dụng cao, là một phương pháp đáng tin cậy để đánh giá năng lượng công trình trong các giai đoạn khác nhau của dự án. Đặc biệt, có nhu cầu thực tiễn rất lớn cần một quy trình đánh giá năng lượng toàn diện như nghiên cứu đã đề xuất để áp dụng vào các Sở, Ban ngành liên quan đến xây dựng hiện nay.