BIM – Lịch sử hình thành và phát triển.

Chào mừng quay trở lại sau 2 tuần vắng bóng, hôm nay Tony xin chia sẻ cùng các bạn một chủ đề mới khá thú vị – Lịch sử hình thành và phát triển của BIM.

Phần Một : Bim là gì ? Những khái niệm và phát kiến ban đầu.

Có một sự thật ít người biết là BIM  và Chiến tranh quân sự có một mối liên quan mật thiết với nhau. Cách đây hơn 60 năm kể từ thời chiến tranh lạnh. Cuộc chạy đua Nga – Mỹ về các thiết bị tối tân như tàu ngầm, tên lửa, tàu vũ trụ với giá trị hàng tỉ dollar đầu tư và mức độ chính xác của các thiết bị này cực kỳ cao ở mức những tiêu chuẩn và kỹ thuật thông thường không thể đáp ứng được. Từ nhu cầu kết nối, phối hợp các thiết kế phức tạp đến độ khắt khe về sai số trước khi tiến hành chế tạo.

 

Mỗi sai sót dù là nhỏ nhất cũng sẽ phải trả một cái giá rất đắt đỏ, do đó đòi hỏi phải đầu tư phát triển công nghệ phần mềm thiết kế giúp các đội ngũ kỹ sư thuộc nhiều bộ phận có thể hình dung, giao tiếp, giải quyết vấn đề một cách hiệu quả và chính xác hơn. Xây dựng những đối tượng 3D trực quan với sự trợ giúp của máy tính, những bản vẽ kỹ thuật 2D phải được xuất ra từ mô hình này đó là những lý thuyết tiền đề cho ra ý tưởng về Mô hình thông tin BIM ngày nay. Sau đó kế đến là sự phối hợp thử nghiệm tính khả thi khi lắp ráp các bộ phận máy móc với nhau, rồi cũng phải kể đến sự kế thừa quản lý thông tin qua các phiên bản thiết kế.

 

Công nghệ này không phải do một cá nhân đơn lẻ đưa ra mà nó là cả một quá trình dài của sự cải tiến, nâng cấp đến từ các nước đang chạy đua về công nghệ quân sự thời những năm 70 như Hoa Kỳ, Liên Xô, Trung Bắc Âu và cả Nhật Bản cùng đóng góp vào để tạo nên cơ sở lý luận và lập trình nên nhiều phần mềm thiết kế ngày nay.

Để theo dõi lịch sử của BIM, chúng ta phải quay trở lại những ngày đầu của máy tính; đào sâu vào nền tảng khái niệm. Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer- Aided Design) và sản xuất, gia công có sự trợ giúp của máy tính CAM (Computer-Aided Manufacturing) được phát triển thành hai công nghệ riêng biệt cùng một lúc vào những năm 60. Vào thời điểm đó, không ai thấy trước rằng cả CAM và CAD cuối cùng sẽ đan xen và nổi lên mạnh mẽ trong nền công nghiệp thế giới.

Năm 1957 phần mềm Pronto Phần mềm gia công dưới sự trợ giúp của máy tính (CAM) ra đời dưới sự phát triển của Dr. Patrick J. Hanratty, một thời gian sau ông đã nâng cấp lên thành DAC (Design Automated by Computer) trở thành hệ thống CAM/CAD đầu tiên có thiết kế giao diện người dùng.

Năm 1962, Douglas C. Englebart đã viết một bài báo có tựa đề “Augmenting Human Intellect”. Trong đó, ông đề cập đến ý tưởng kiến trúc sư tương lai thiết kế dựa trên “đối tượng”, thao tác tham số và cơ sở dữ liệu quan hệ. Đây chính xác là những gì các BIM Software hiện tại đang thực thi.

Cùng thời gian đó, một số nhà khoa học nghiên cứu công nghệ GIS (Geographic Information Systems). Trong đó đáng chú ý có Christopher Alexander đưa ra các cơ sở ban đầu về việc lập trình hướng đối tượng (object-oriented programming)- thuật ngữ mà các bạn BIM Developer chắc chắn không xa lạ gì trong việc lập trình Tools cho các ứng dụng BIM hiện tại.

Vào năm 1963, Sketchpad Phần mềm đầu tiên có giao diện đồ hoạ được phát triển tại MIT Lincoln Labs bởi Ivan Sutherland, phần mềm cho phép thể hiện được thông tin hình học của đối tượng 3D. Nhìn chung, nó đã đi tiên phong trong cách tương tác giữa người và máy tính, nối tiếp đó là một bước đột phá lớn trong sự phát triển của nền công nghiệp đồ họa.

 

Năm 1975, Charles Eastman đã xuất bản một báo cáo khoa học gọi là Building Description System (BDS). Trình bày về các ý tưởng của việc Parametric Design (thiết kế bằng thuật toán), với một cơ sở dữ liệu tích hợp, có thể sử dụng để làm cơ sở phân tích tính toán, định lượng, thể hiện được trên mô hình 3D. Báo cáo của Eastman là những mô tả cơ bản về BIM mà ta đang biết ngày nay, ông đã thiết kế ra được một chương trình cho phép người dùng truy cập vào Cơ sở dữ liệu (Database) có thể sắp xếp, phân loại và truy xuất thông tin theo nhu cầu. BDS là một trong những dự án đầu tiên trong lịch sử BIM tạo thành công cơ sở dữ liệu xây dựng.

1977, Charles Eastman đã tạo ra ngôn ngữ lập trình GLIDE (Graphical Language for Interactive Design) trong CMU Labs và nó thể hiện hầu hết các đặc điểm của nền tảng BIM hiện đại.

Thập niên 80 bắt đầu với sự phát triển nhiều hệ thống khác nhau trên thế giới, đạt được nhiều thành tựu trong lĩnh vực công nghiệp xây dựng. Năm 1986 phần mềm RUCAPS (Really Universal Computer-Aided Production System) được sử dụng để thiết kế dự án cải tạo Sân bay Heathrow, đây là lần đầu tiên trong lịch sử BIM được sử dụng trong xây dựng nhà tiền chế (Prefabricated construction).

Phần Hai: Thời kỳ thiết kế xây dựng mô hình ảo (Virtual Design and Construction)

Trong khi các nhà phát triển phần mềm đang chạy đua ở Hoa kỳ và Anh, thì ở Hungary một thiên tài về ngôn ngữ lập trình xuất hiện phát triển một phần mềm mà sau này thay đổi cả lịch sử khái niệm và thị trường phần mềm BIM trong nhiều thập kỷ tiếp theo. Người mà chúng ta đang nhắc đến là Gábor Bojár và phần mềm ArchiCAD do chính ông phát triển.

Với công nghệ tương tự BDS, Bojár đã trở thành đối tác của Steve Jobs để phát hành Graphisoft’s Radar CH vào năm 1984 chạy trên hệ điều hành Apple Lisa OS của gã khổng lồ công nghệ Apple nổi tiếng sau này. Để rồi sau đó năm 1987 ArchiCAD ra đời trở thành phần mềm đầu tiên có thể cài đặt trên máy tính cá nhân. Phát triển theo khái niệm Virtual building

 

Điều thú vị chưa dừng lại ở đó, chỉ cách văn phòng ArchiCAD 2000m về phía bắc, cũng trong năm 1987 Tekla đã hoàn thành cơ sở dữ liệu kết hợp và đồ họa cho phiên bản hệ thống BIM đầu tiên của họ. Và cuộc chiến trên thị trường BIM Software bắt đầu.

Quay trở lại năm 1985, tại Mỹ, Diehl Graphsoft đang phát triển Vectorworks, một trong những chương trình 3D đa nền tảng đầu tiên. Vectorworks cũng là một trong những đơn vị đi đầu trong việc giới thiệu về khả năng của BIM cho người dùng trên toàn thế giới. Cùng năm đó, Công ty Parametric Technology Corporation (PTC) được thành lập, họ phát hành Pro/EngineER vào năm 1988, được coi là phần mềm thiết kế mô hình tham số đầu tiên được bán trên thị trường trong lịch sử BIM.

Tách ra từ PTC, Irwin Jungreis và Leonid Raiz thành lập công ty phần mềm cho riêng mình Charles River Software. Bộ đôi đồng sáng lập này muốn phát triển một phiên bản kiến ​​trúc của Pro / EngineER có thể xử lý các dự án phức tạp hơn ArchiCAD. Đến năm 2000, họ đã có một chương trình có tên  Revit “Revise it!” một cụm từ được tạo ra mang ý nghĩa là sự sửa đổi và cải tiến. Revit đã cách mạng hóa BIM bằng cách sử dụng một công cụ thay đổi tham số có thể thực hiện được thông qua lập trình hướng đối tượng và bằng cách tạo một nền tảng cho phép thêm tham biến (parameter) theo ý muốn của người dùng.

Sự phát triển Thuật Ngữ và Định nghĩa

Robert Aish được xem là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ “Building Modelling” trong một báo cáo xuất bản năm 1986. Trong bài viết ông đã lập luận cho những gì chúng ta biết về BIM và các công nghệ để thực hiện nó.

Vài năm sau, một tài liệu đầu tiên sử dụng thuật ngữ “Building Information Model” được viết bởi G.A. Van Nederveen và F. Tolman vào tháng 12 năm 1992

 

 

Phối hợp đa mô hình

Các mô hình rời rạc, phát triển từ nhiều bộ môn, nhiều đơn vị nhiều công cụ khác nhau phải được tổng hợp, kết hợp lại thành một Model thống nhất đó chính là khái niệm Phối hợp “Collaboration” ngày càng phổ biến và tác động lớn trong ngành công nghiệp xây dựng, được đưa thành những điều khoản trong các hợp đồng, có cả một quy trình phối hợp rõ ràng trong hệ thống thông tin tích hợp của dự án, để các bên liên quan làm việc trên mô hình BIM có thể truy cập lẫn nhau.

 

Năm 1995, định dạng tập tin International Foundation Class (IFC) một tiêu chuẩn tổng quát đã được phát triển, để cho phép dữ liệu được chia sẻ, trao đổi tương thích với các chương trình phần mềm BIM khác nhau. Việc ưu tiên sử dụng định dạng IFC giúp cho thông tin mô hình 3D được bảo toàn. Điều này đã cách mạng hoá giải pháp phối hợp mô hình đa bộ môn. Năm 1997, ArchiCAD đã phát hành giải pháp Teamwork cho phép các kiến trúc sư và kỹ sư làm việc, cập nhật từ xa vào cùng một dự án thông qua Internet, cho phép cộng tác và phối hợp dự án ở quy mô lớn hơn, thuận tiện hơn.

Năm 2001, NavisWorks đã phát triển và đưa ra thị trường JetStream, một phần mềm 3D design review về cơ bản có thể phối hợp dữ liệu định dạng tệp khác nhau, cho phép mô phỏng và phát hiện xung đột đa bộ môn

Khi Autodesk chạy đua để đứng đầu thị trường BIM, Hãng đã mua lại Revit vào năm 2002, NavisWorks vào năm 2007. Phát triển ứng dụng Formit 2012 cho phép truy cập mô hình BIM trên thiết bị di động

Ngoài ra, còn các nhà cung cấp và phát triển phần mềm khác chiếm thị phần nhỏ hơn như hãng Bentley phát triển Generative Components (GC) nền tảng BIM tập trung vào sự linh hoạt của tham biến và hỗ trợ xử lý bề mặt hình học phức tạp. Năm 2006, Gehry Technologies phát hành Digital Project một chương trình tương tự GC. Cả hai nền tảng này đều mang tính cách mạng theo một nghĩa nào đó, chúng cho phép người dùng tạo ra các công trình kiến trúc mang tính đột phá với các hình dạng phức tạp, cho ra đời một con đường gọi là “parametricism” trào lưu chủ nghĩa thiết kế tham số.

Parametricism Là một xu hướng, một hướng đi mới của kiến trúc hiện đại. Kiến trúc Tham số tạo ra một hình khối kiến trúc có sự khác biệt một cách liên tục, tính mềm dẻo và tính linh hoạt được tận dụng triệt để. Nó cho phép tạo ra một hình thù phức tạp nhưng liền mạch, thanh lịch và hoàn toàn khả thi trong việc xây dựng trên thực tế. Vấn đề cốt lõi và quan trọng nhất làm tiền đề cho việc tạo hình của công trình chính là việc thiết kế tham số ban đầu. Cơ sở lý luận, logic và nền tảng cấu trúc ban đầu của những mô hình chứa thuật toán phức tạp này chình là hình học phi Euclide nói chung hay cụ thể là toán học.

 

Tổng kết lại dòng thời gian của lịch sử phát triển BIM như sau:

1957 — Pronto software. Computer-Aided Machining (CAM) phần mềm hổ trợ thiết kế đầu tiên ra đời

1961 — DAC (Design Automated by Computer)

1963 — Sketchpad, CAD.

1966 — Teknillinen laskenta Oy Tiền thân của phần mềm Tekla được thành lập.

1975 — Building Description System (BDS)

1977 — Graphical Language for Interactive Design (GLIDE)

1982 — 2D CAD

1984 — Radar CH

1985 — Vectorworks

1986 — Really Universal Computer-Aided Production System (RUCAPS)

1987 — ArchiCAD / Tekla

1988 — Pro/ENGINEER

1992 — Building Information Model Định nghĩa về BIM được Autodesk công bố

1993 — Building Design Advisor

1994 — miniCAD

1995 — International Foundation Class (IFC) file format. Định dạng dữ liệu IFC ra đời

1997 — ArchiCAD’s Teamwork

1999 — Onuma

2000 — Revit

2001 — NavisWorks

2002 — Autodesk mua lại Revit

2003 — Generative Components

2004 — Revit 6 update

2006 — Digital Project

2007 — Autodesk mua lại NavisWorks

2008 — Parametricist Manifesto

2012 — formit

 

Đến thời điểm hiện tại BIM đã đi được một chặn đường hơn 60 năm hình thành và phát triển, càng ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm khi nhiều tổ chức cá nhân nhận ra tiềm năng to lớn của BIM đối với ngành kiến trúc, kỹ thuật, xây dựng (AEC). Chúng ta đang được chứng kiến sự tích hợp giữa thiết kế xây dựng ảo và hoạt động thiết kế bền vững, tương tác thực tế ảo VR, điện toán đám mây và AI. Những xu hướng này liên tục được cập nhật và nhanh chóng ảnh hưởng đến sự phát triển của BIM lên những nấc tiếp theo. Đây là giai đoạn thú vị để chúng ta cùng nhau trải nghiệm và chứng kiến sự phát triển của nền công nghiệp xây dựng hiện đại.

Qua bài viết này Tony hy vọng các bạn có một góc nhìn rõ ràng hơn trong việc học tập, nghiên cứu, phát triển BIM đúng với tinh thần của những người khai sinh ra nó. “Đi thật xa để trở về” với đúng bản chất ban đầu không gì khác ngoài mục đích là để mang lại sự thuận tiện, trực quan, chính xác và hiệu quả hơn cho quá trình thiết kế, thi công và vận hành dự án.

Xin chúc các bạn thành công. Hẹn gặp lại

Tony