Một số thách thức trong công tác quản lý vận hành và bảo dưỡng sửa chữa nhà máy, tiền đề của việc số hóa nhà máy trên nền tảng BIM được IBM đúc kết như minh họa tại hình 1.

Hình 1. Những thách thức trong công tác quản lý vận hành Nhà máy - (Nguồn: IBM Maximo)

Những thách thức này đều liên quan đến việc quản lý thông tin của nhà máy trong suốt vòng đời của nó. Một nguồn thông tin đầy đủ, chính xác, chi tiết, trực quan và trong mối liên hệ chặt chẽ với từng hệ thống, thiết bị trong nhà máy cùng với lịch sử, nguồn gốc của chúng đều được số hóa sẽ giải quyết phần lớn những thách thức nêu trên.

Những tiến bộ công nghệ gần đây đã giúp cho việc số hóa nhà máy điện trở nên khả thi và áp lực thị trường đã khiến việc này trở nên cấp thiết. Một trong những công nghệ cốt lõi khi số hóa nhà máy điện phải kể đến là mô hình thông tin công trình BIM.

Hình 2. Mô hình BIM Turbine gió và Nacell (Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Nhà máy điện gió Tân Thuận)

Hình 3. Video mô hình BIM Turbine gió và Nacell (https://www.youtube.com/watch?v=vjwprfr2dCw) (Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Nhà máy điện gió Tân Thuận)

Lợi ích của việc ứng dụng BIM trong giai đoạn vận hành công trình nhà máy điện

Là một công nghệ mới nổi, BIM cung cấp cho các tổ chức, công ty đang quản lý vận hành, bảo trì các công trình điện một phương tiện mạnh mẽ để truy xuất thông tin công trình từ mô hình ảo, một cách chính xác, trực quan, nhanh chóng.

Công nghệ BIM cũng thúc đẩy sự phát triển sự tương tác thông tin và có khả năng hỗ trợ toàn bộ vòng đời của công trình từ công tác lập kế hoạch đến công tác vận hành và bảo trì và đến khi tháo dỡ công trình.

BIM không nhất thiết thay thế nhiều loại công nghệ, hệ thống thông tin đang được sử dụng để quản lý vận hành, bảo trì, mà BIM có thể hỗ trợ, tận dụng và nâng cao hiệu quả sử dụng các hệ thống, công nghệ này.

Ưu điểm của việc ứng dụng BIM trong công tác quản lý vận hành, bảo trì các công trình điện bao gồm:

a. Nâng cao chất lượng bàn giao dữ liệu công trình khi hoàn thành cho đơn vị quản lý vận hành, bảo trì; tiết kiệm thời gian và chi phí;

Hình 4. Ảnh hưởng đáng kể của chi phí khi thiếu thông tin và phải bổ sung thông tin từ giai đoạn này sang giai đoạn khác trong suốt vòng đời công trình (Nguồn: BIM for Facility Managers của tác giả Paul Teicholz)

b. Hình thành tài sản số công trình, dễ tìm kiếm tài liệu liên quan đến công trình, thay thế cho các thư viện truyền thống, rời rạc.

Hình 5. Các tài liệu được phân loại và gắn vào mô hình BIM Trạm bơm nước tuần hoàn nhà máy nhiệt điện (Nguồn: PECC2- Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Trạm bơm nước tuần hoàn Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1)

Hình 6. Các tài liệu đính kèm vào mô hình BIM Trạm bơm nước tuần hoàn nhà máy nhiệt điện (Nguồn: PECC2 Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Trạm bơm nước tuần hoàn Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1)

Hình 7. Các tài liệu đính kèm vào đối tượng BIM “Bơm tuần hoàn” nhà máy nhiệt điện (Nguồn: PECC2-Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Trạm bơm nước tuần hoàn Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1)

c. Số hóa các quy trình vận hành, bảo trì lên không gian số có ứng dụng BIM, phân rõ quyền trách nhiệm của các cá nhân tham gia vận hành, bảo trì.

Hình 8 Số hóa quy trình xử lý sự cố ứng dụng BIM (Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Nhà máy điện gió Tân Thuận)

Hình 9. Video trình diễn Số hóa quy trình xử lý sự cố ứng dụng BIM (https://www.youtube.com/watch?v=tQI5vJmrnEw&t=10s)

(Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Nhà máy điện gió Tân Thuận)

d. Hệ thống thông tin công trình hợp nhất, xoay quanh mô hình BIM, cung cấp cho các đơn vị quản lý vận hành, bảo trì một nguồn duy nhất để quản lý vận hành, bảo trì, tránh mất mát thông tin.

Hình 10. Tích hợp tất cả các hệ thống thông tin khác với mô hình BIM (Nguồn: Ecodomus)

e. Hệ thống tích hợp sử dụng để lập kế hoạch nâng cấp công trình.

Hình 11. Mô hình BIM hiện trạng được sử dụng để lên kế hoạch mở rộng ngăn lộ một trạm biến áp 110kV (Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM Nhà máy điện gió Tân Thuận)

f. Mô hình ảo cho phép xác định vị trí của thiết bị, theo dõi tình trạng thiết bị, xem lịch sử sửa chữa, bảo trì thiết bị, lên kế hoạch sửa chữa, bảo trì, cảnh báo về tình trạng thiết bị, nâng cao năng suất vận hành, bảo trì công trình.

Hình 12. Theo dõi các thuộc tính của đối tượng BIM “bơm tuần hoàn” ở nhà máy nhiệt điện. (Nguồn: PECC2-Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Trạm bơm nước tuần hoàn Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1)

Hình 13. Theo dõi các thuộc tính của đối tượng BIM “Beacon System” ở trụ Turbine gió số 10 ở Nhà máy Điện gió Tân Thuận (Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Nhà máy điện gió Tân Thuận)

Hình 14. Lịch sử sửa chữa, bảo trì máy biến áp ở trạm biến áp 110 kV (Nguồn: PECC2- Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Nhà máy điện gió Tân Thuận)

Hình 15. Theo dõi tình trạng thiết bị dự đoán trong mô hình BIM so với thực tế (Nguồn: Ecodomus)

Hình 16. Không gian Mô hình BIM trạm bơm tuần hoàn Nhà máy nhiệt điện và các thiết bị bên trong trạm bơm (Nguồn: PECC2- Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Trạm bơm nước tuần hoàn Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1)

g. Hệ thống tích hợp hỗ trợ ứng phó khẩn cấp, quản lý an ninh và lên kế hoạch khi có sự cố xảy ra

Hình 17. Mô phỏng di chuyển của con người trong công trình (Nguồn: BIM for Facility Managers của tác giả Paul Teicholz)

h. Sử dụng mô hình BIM để huấn luyện an toàn cho nhân viên quản lý vận hành, bảo trì thiết bị.

Hình 18. Đào tạo trong môi trường ảo (Nguồn: PECC2-Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Sân phân phối 500kV Nhà máy điện Vĩnh Tân 4)

i. Hệ thống tích hợp hiển thị thông tin thời gian thực

Hình 19. Dữ liệu cảm biến được hiển thị trên mô hình BIM (Nguồn: Ecodomus Schneider)

Tóm lại, ứng dụng BIM trong công tác quản lý vận hành đem lại lợi ích tiết kiệm chi phí trong suốt quá trình vận hành, bảo trì các công trình điện vì có những khoản chi phí tiết kiệm đáng kể nhờ kết quả sử dụng hệ thống quản lý tích hợp cung cấp thông tin chính xác và đầy đủ sau đây:

• Các nhân sự quản lý cấp cao có thể giám sát vận hành, bảo trì công trình từ xa để theo dõi công trình mọi lúc, mọi nơi;
• Cải thiện hiệu quả của lực lượng lao động nhờ truy xuất thông tin nhanh chóng và chính xác (trong văn phòng hoặc hiện trường), thay vì nhân viên vận hành, bảo trì phải mất nhiều thời gian tra cứu thông tin về bản vẽ, tài liệu thiết bị và các hồ sơ giấy tờ khác;
• Giảm chi phí nhờ thông tin bảo trì được cải thiện, hỗ trợ lập kế hoạch và quy trình bảo trì phòng ngừa tốt hơn. Xây dựng thiết bị hoạt động hiệu quả hơn khi được bảo trì đúng cách;
• Giảm các lỗi thiết bị gây ra khi sửa chữa khẩn cấp ảnh hưởng đến năng suất vận hành công trình;
• Cải thiện quản lý hàng tồn kho của các bộ phận và vật tư dự phòng và theo dõi tốt hơn lịch sử tài sản và thiết bị;
• Kéo dài tuổi thọ thiết bị, nhờ đó giúp giảm chi phí thay thế thiết bị.

Số hóa công trình nhà máy điện trên nền tảng BIM tại PECC2

Số hóa công trình nhà máy điện trên BIM là quá trình lập mô hình BIM hiện trạng công trình, mô hình thông tin tài sản (Asset Information Model – AIM) từ hiện trạng thực tế công trình và tiến hành áp dụng mô hình AIM hỗ trợ công tác quản lý tài sản, bảo dưỡng và sửa chữa công trình.

Đối với các công trình đã ứng dụng BIM trong quá trình thiết kế, thi công thì cần cập nhật mô hình BIM thiết kế, thi công này theo hiện trạng thực tế thi công công trình để trở thành mô hình BIM hoàn công công trình, sau đó hiệu chỉnh mô hình hoàn công này thành mô hình thông tin tài sản và áp dụng mô hình thông tin tài sản trong công tác quản lý, sửa chữa vận hành công trình.

Hình 20. So sánh mô hình đám mây điểm (hiện trạng thực tế) và mô hình BIM thiết kế, sau đó cập nhật mô hình thiết kế theo mô hình đám mây điểm để tạo mô hình BIM hiện trạng dùng để ứng dụng BIM trong công tác quản lý vận hành, bảo trì (Nguồn: PECC2 - Dự án số hóa công trình trên nền tảng BIM - Khu Xử lý nước Nhà máy điện Vĩnh Tân 4 mở rộng)

Đối với các công trình hiện hữu chưa có mô hình BIM thì cần lập mô hình BIM hiện trạng thực tế công trình và áp dụng mô hình BIM hiện trạng này trong công tác quản lý, sửa chữa vận hành công trình.

Hình 21. Mô hình BIM và mô hình đám mây điểm kết hợp (Nguồn: PECC2 - Dự án Số hóa công trình trên nền tảng BIM - Sân phân phối 500kV Nhà máy điện Vĩnh Tân 4)

Quét 3D Laser (3D Laser Scan) là một công nghệ có thể giúp ghi lại chính xác hình dạng vật lý của các công trình hiện có trong các tập tin dữ liệu được gọi là đám mây điểm. Quét 3D Laser có thể nắm bắt chính xác các hình dạng phức tạp, chẳng hạn như đường ống, bố trí phòng thiết bị cơ khí v.v… Để khai thác dạng dữ liệu này, nhiều ứng dụng phần mềm mới và phức tạp cũng đang được phát triển có thể diễn giải dữ liệu đám mây điểm quét laser thành các bề mặt và đối tượng, do đó giúp tăng tốc quy trình làm việc để phát triển các mô hình công trình BIM chính xác và thực tế.

Hình 22. Ứng dụng công nghệ 3D Laser Scan trong công tác số hóa nhà máy điện trên BIM

Hiện nay, PECC2 đã trang bị các loại máy quét 3D Laser hiện đại, độ chính xác cao để thực hiện công tác số hóa các loại hình nhà máy điện.

Bảng 1. Các thiết bị quét 3D Laser hiện có tại PECC2

Cùng với việc làm chủ các quy trình, phần mềm tạo lập mô hình BIM và các công cụ quản lý tài sản bảo dưỡng sửa chữa, công trình có ứng dụng BIM.

Hình 23. Các quy trình sử dụng trong công tác số hóa công trình nhà máy điện

Hình 24. Công cụ phần mềm phục vụ công tác số hóa nhà máy điện

Hình 25. Nguồn nhân lực tham gia các dự án số hóa Nhà máy điện tại PECC2

Hình 26. Các dự án số hóa các hạng mục nhà máy điện đã thực hiện

Bảng 2. Các dự án số hóa hạng mục nhà máy điện đã thực hiện

Cùng với nguồn nhân lực được đào tạo bài bản và với các kinh nghiệm từ những dự án số hóa đã thực hiện, PECC2 tin rằng, bằng việc sử dụng các ứng dụng khoa học công nghệ như BIM hay số hóa công trình trên BIM sẽ đem lại nhiều giá trị gia tăng cho các công trình đang vận hành cũng như các công trình đầu tư xây dựng mới.

Thực hiện: Nguyễn Thành Trung