Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và các dự án thủy điện ngày càng mở rộng về quy mô, bài toán đặt ra cho chủ đầu tư và đơn vị thiết kế là phải đảm bảo an toàn – chính xác – hiệu quả trong suốt vòng đời dự án. Tuy nhiên, sự phức tạp của địa hình, hệ thống hạng mục đồ sộ cùng yêu cầu kỹ thuật khắt khe khiến các phương pháp thiết kế và quản lý truyền thống không còn đáp ứng được. Đây chính là lý do khiến BIM (Building Information Modeling) dần trở thành tiêu chuẩn mới cho các dự án nhà máy thủy điện, giúp nâng cao năng lực thiết kế, tối ưu thi công và đảm bảo vận hành bền vững trong nhiều thập kỷ.
Thách thức khi xây dựng nhà máy thủy điện
Xây dựng nhà máy thủy điện luôn được xếp vào nhóm dự án hạ tầng phức tạp nhất hiện nay. Dưới đây là những thách thức cốt lõi mà các dự án thủy điện thường phải đối mặt.
Điều kiện địa hình – địa chất phức tạp, khó khảo sát
Các dự án thủy điện thường tọa lạc tại vùng núi cao, thung lũng sâu, nơi địa hình hiểm trở và hệ tầng địa chất thay đổi liên tục. Những yếu tố như đá gãy, đứt đoạn, hang karst, mạch nước ngầm… khiến công tác khảo sát gặp nhiều hạn chế và khó “nhìn thấy toàn cảnh”.
Hệ quả là dữ liệu khảo sát dễ sai lệch, dẫn đến thiết kế thiếu chính xác và phải điều chỉnh trong giai đoạn thi công. Chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể ảnh hưởng lớn đến thiết kế đập, đường hầm dẫn nước, giếng điều áp hay đường ống áp lực.
Hệ thống hạng mục đồ sộ và liên kết chặt chẽ
Một dự án thủy điện bao gồm rất nhiều hạng mục quy mô lớn:
- Đập dâng, đập tràn
- Cửa nhận nước, đường hầm và đường ống áp lực
- Nhà máy thuỷ điện và các tổ máy
- Hệ thống cơ khí – thuỷ lực phức tạp
- Trạm biến áp, đường dây truyền tải
Các hạng mục này liên quan mật thiết và tác động trực tiếp đến nhau. Chỉ một thay đổi nhỏ trong thiết kế cửa nhận nước hoặc vị trí thiết bị có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống, gây chậm tiến độ hoặc phát sinh chi phí khổng lồ.
Khó khăn trong phối hợp đa bộ môn
Dự án thủy điện yêu cầu sự tham gia của nhiều bộ môn: kết cấu, thủy lực – thủy công, cơ khí – điện, SCADA, truyền tải… Khi phối hợp bằng bản vẽ 2D và trao đổi thủ công, các vấn đề dễ xảy ra:
- Trùng lặp hoặc sai lệch dữ liệu
- Nhầm phiên bản tài liệu
- Xung đột thiết kế (đường ống giao cắt, thiết bị không đủ không gian lắp đặt, đường hầm cắt vào địa tầng yếu…)
- Không hình dung được tổng thể, khó đánh giá tính khả thi của phương án
Kết quả là quá trình thiết kế kéo dài và tiềm ẩn nhiều rủi ro.
Rủi ro về tiến độ và chi phí rất lớn
Rủi ro về tiến độ và chi phí của dự án thủy điện luôn ở mức rất cao do quy mô đầu tư lớn. Chỉ một sai lệch nhỏ trong khảo sát hoặc thiết kế cũng có thể làm tăng đáng kể khối lượng đào đắp, bê tông và chi phí vật liệu. Khi phải điều chỉnh đường hầm hay hướng tuyến dẫn nước vì không phù hợp địa chất, tiến độ có thể chậm hàng tháng, kéo theo chi phí nhân công và thuê thiết bị thi công tăng lên mỗi ngày. Bên cạnh đó, thi công thủy điện phụ thuộc nhiều vào mùa mưa – mùa khô, nên bất kỳ chậm trễ nào cũng dễ gây gián đoạn và tạo hiệu ứng dây chuyền. Tất cả những yếu tố này khiến chi phí quản lý và tổ chức thi công đội lên nhanh chóng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đầu tư của dự án.
Hạn chế trong quản lý thông tin và kiểm soát phiên bản
Trong các dự án thủy điện, dữ liệu thường nằm rời rạc trong hàng trăm bản vẽ CAD, PDF và báo cáo riêng lẻ, khiến việc quản lý thông tin trở nên phức tạp và dễ sai sót. Khi không có hệ thống tập trung, các bên rất khó truy vết lịch sử thay đổi và xác định đâu là phiên bản bản vẽ mới nhất, dẫn đến nguy cơ thi công theo tài liệu lỗi thời. Việc cập nhật thông tin không đồng bộ giữa các đơn vị thiết kế, giám sát và thi công khiến quá trình triển khai liên tục bị gián đoạn, kéo theo rủi ro chậm tiến độ và tăng chi phí cho toàn dự án.
Thách thức trong vận hành và bảo trì suốt hàng chục năm
Nhà máy thủy điện có vòng đời vận hành kéo dài từ 40 đến 80 năm, đòi hỏi phải quản lý một khối lượng dữ liệu khổng lồ về thiết bị, hồ sơ kỹ thuật, lịch sử bảo trì và các thông số vận hành. Khi thông tin bị lưu trữ rời rạc hoặc thất lạc, đơn vị vận hành gặp nhiều khó khăn trong việc theo dõi tuổi thọ thiết bị, đánh giá rủi ro an toàn đập, lập kế hoạch bảo trì định kỳ và phòng ngừa sự cố. Những hạn chế này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn nghiêm trọng, cho thấy ngành thủy điện cần một phương pháp quản lý dữ liệu hiện đại và hiệu quả hơn.
BIM giải quyết những thách thức này như thế nào?
Giảm sai số khảo sát và thiết kế nhờ mô hình hoá địa hình & địa chất 3D
Thủy điện có địa hình phức tạp, nhiều đoạn hầm dài xuyên núi, đường ống áp lực thay đổi theo điều kiện địa chất. Trên bản vẽ 2D, rất khó hình dung sự thay đổi cao độ, độ dốc, phạm vi lớp đất đá.
BIM giúp giải quyết triệt để bằng cách:
- Tích hợp dữ liệu địa hình, địa chất, khoan khảo sát vào mô hình 3D thực địa,
- Mô phỏng chính xác hướng tuyến đường hầm, lớp đá – khe nứt có thể ảnh hưởng đến ổn định kết cấu,
- Đánh giá sớm điểm rủi ro: đoạn đá yếu, đoạn cần tăng kết cấu chống đỡ, khu vực dễ thấm.
Nhờ đó, các sai lệch có thể làm tăng hàng chục nghìn m³ đào đắp hoặc bê tông được loại bỏ ngay từ giai đoạn thiết kế, giảm mạnh nguy cơ đội vốn.
Loại bỏ xung đột thiết kế trong không gian hầm lò – nơi sai sót nhỏ có thể gây chậm tiến độ hàng tháng
Không gian hầm lò thủy điện vốn chật hẹp, chứa nhiều hệ thống phức tạp như đường ống áp lực, thông gió, cáp điện, hệ thống thoát nước, dầm – vách bê tông. Trên CAD, việc nhận ra va chạm là gần như không thể. BIM giúp:
- Tự động phát hiện xung đột giữa kết cấu – đường ống – cơ điện bằng clash detection,
- Hiển thị trực quan vị trí va chạm (giao cắt ống, ống đâm vào vách, cáp chạy trùng tuyến…),
- Đưa ra phương án điều chỉnh tối ưu trước khi ra công trường.
Điều này giúp tránh tình trạng phải khoan lại, cắt ống, đổi tuyến hay phá vỡ kết cấu — các nguyên nhân phổ biến gây trễ tiến độ 1–3 tháng trong dự án thủy điện.
Kiểm soát chặt chẽ tiến độ và chi phí nhờ mô phỏng 4D & 5D
Với chi phí đầu tư hàng nghìn tỷ đồng, mọi sự trễ tiến độ đều kéo theo chi phí nhân lực, thiết bị, TBM, cần cẩu, máy khoan… tăng theo từng ngày. BIM cho phép:
- Mô phỏng tiến độ thi công 4D để dự đoán tắc nghẽn, rescheduling trong các hạng mục đào hầm – đổ bê tông – lắp đặt thiết bị,
- Tính khối lượng theo thời gian thực khi thiết kế thay đổi,
- Cập nhật chi phí 5D để chủ đầu tư nhìn rõ tác động tài chính của từng biến động kỹ thuật.
Nhờ đó, các tình huống đội vốn vì tăng khối lượng đào đắp hoặc do thay đổi tuyến hầm được nhìn thấy trước khi thi công.
Giải quyết triệt để bài toán thất lạc thông tin và phiên bản rời rạc
Thủy điện là dự án nhiều bên tham gia: khảo sát – thiết kế – giám sát – thi công – vận hành. Nếu thông tin nằm rời rạc trong CAD, PDF, Excel sẽ dẫn đến:
- Không truy được lịch sử thay đổi
- Thi công nhầm bản vẽ cũ
- Hiểu sai thiết kế do thiếu dữ liệu đi kèm.
BIM cung cấp hệ thống quản lý dữ liệu tập trung (CDE):
- Mỗi thay đổi có nhật ký rõ ràng (who – what – when),
- Phân quyền chặt chẽ cho từng nhóm,
- Cảnh báo khi có bản vẽ lỗi thời,
- Đồng bộ mô hình và hồ sơ kỹ thuật theo thời gian thực.
Nhờ đó, thông tin luôn thống nhất từ văn phòng đến công trường, loại bỏ sai sót do dùng bản vẽ không cập nhật.
Tạo mô hình “Digital Twin” cho vận hành & bảo trì trong suốt vòng đời 40–80 năm
Vận hành nhà máy thủy điện đòi hỏi lưu trữ các thông tin về:
- Thiết bị cơ khí – thuỷ công,
- Hệ thống điện, điều khiển,
- Lịch sử sửa chữa – thay thế,
- Các thông số an toàn đập – tuabin – ống áp lực.
BIM cho phép tạo một mô hình sống (digital twin) chứa toàn bộ dữ liệu này:
- Mỗi thiết bị gắn mã định danh, thông số kỹ thuật, hướng dẫn bảo trì,
- Tra cứu lịch sử hỏng hóc hoặc thay thế chỉ trong vài giây,
- Mô phỏng tình trạng thiết bị để dự đoán hư hỏng,
- Quản lý công tác bảo trì theo chuẩn O&M.
Điều này vượt xa khả năng của hồ sơ giấy hoặc dữ liệu rời rạc truyền thống và giúp giảm sự cố vận hành – tăng độ an toàn công trình.
Tối ưu hóa thiết kế – thi công nhờ mô phỏng kỹ thuật nâng cao
BIM không chỉ để dựng hình mà còn phục vụ cho:
- Mô phỏng dòng chảy – áp lực nước (CFD),
- Phân tích ổn định nhà máy dưới tải trọng động,
- Kiểm tra khả năng chịu lực của hầm,
- Đánh giá tương tác giữa thiết bị cơ khí – kết cấu.
Nhờ có dữ liệu số hóa đồng bộ, việc mô phỏng chính xác hơn, hỗ trợ lựa chọn phương án thiết kế hiệu quả, giảm rủi ro kỹ thuật trong thi công và vận hành.
Đọc thêm: Ứng dụng BIM cho khai thác hầm lò sâu trong ngành khoáng sản
Hài Hòa là đơn vị tiên phong trong tư vấn, triển khai và phát triển giải pháp BIM cho các dự án hạ tầng – công nghiệp – năng lượng tại Việt Nam. Với đội ngũ kỹ sư chuyên sâu về hầm, thủy điện, công trình ngầm và công trình quy mô lớn, Hài Hòa cung cấp trọn bộ dịch vụ từ xây dựng mô hình BIM, kiểm tra xung đột, mô phỏng 4D–5D, quản lý dữ liệu dự án (CDE) đến phát triển phần mềm BIM tùy chỉnh. Chúng tôi đồng hành cùng chủ đầu tư và nhà thầu để tối ưu thiết kế, kiểm soát tiến độ – chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy trong suốt vòng đời dự án.