Luận án Tiến sĩ Quản lý Xây dựng: Mô hình tối ưu vật liệu bền vững tòa nhà cao tầng Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUANG TRUNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH PHÂN BỔ TỐI ƯU VẬT LIỆU BỀN VỮNG TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUANG TRUNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH PHÂN BỔ TỐI ƯU VẬT LIỆU BỀN VỮNG TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý Xây dựng Mã số chuyên ngành: 62580302 Phản biện độc lập: TS.

Nguyễn Hoài Nghĩa Phản biện độc lập: PGS.TS Hà Duy Khánh Phản biện: PGS.TS Trần Quang Phú Phản biện: TS. Đinh Công Tịnh Phản biện: TS. Nguyễn Anh Thư NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1.TS Lương Đức Long 2.TS Phạm Anh Đức LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Nguyễn Quang Trung i TÓM TẮT LUẬN ÁN Trong quá trình phát triển, các nước đang phát triển ngày càng đẩy nhanh tốc độ đô thị hóa với việc xây dựng ngày càng nhiều các công trình hạ tầng mà đặc biệt là các tòa nhà cao tầng. Việc xây dựng này có tác động đáng kể và liên tục gia tăng áp lực đối với môi trường vì chúng tạo ra một phần lớn lượng khí thải carbon và sử dụng một số lượng đáng kể tài nguyên và năng lượng phục vụ cho quá trình xây dựng. Chính điều này đã gây ra các vấn đề về môi trường như biến đổi khí hậu, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, phát sinh nhiều chất thải và thay đổi tình trạng đất đai.

Để giảm thiểu tác động của các tòa nhà trong vòng đời của chúng, công trình xây dựng bền vững đã nổi lên như một triết lý xây dựng mới, khuyến khích sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường hơn, thực hiện các kỹ thuật để tiết kiệm tài nguyên và giảm tiêu thụ chất thải và cải thiện chất lượng môi trường trong nhà. Dựa vào kết quả nghiên cứu, tác giả đã thực hiện các quá trình khảo sát, thu thập dữ liệu từ thực tế và sử dụng phần mềm SPSS để đánh giá các nhân tố nào ảnh hưởng quan trọng đến quyết định xây dựng công trình xây dựng bền vững cũng như ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng bền vững trong các công trình xây dựng tại Đà Nẵng, Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cũng đã sếp hạng các tiêu chí theo thứ tự mức độ quan trọng nhằm giúp cho việc phân tích kết quả và đề xuất, kiến nghị một cách thuận tiện. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu, tác giả đã đề xuất một số khuyến nghị nhằm góp phần nâng cao việc sử dụng vật liệu xây dựng bền vững cũng như những khuyến nghị nhằm góp phần thúc đẩy xây dựng công trình bền vững tại Đà Nẵng, Việt Nam.

Ngoài ra, tác giả đã đề xuất mô hình hỗ trợ sử dụng phương pháp Gradient tổng quát hóa (GRG) trong thuật toán di truyền (GA) được bổ trợ trong Microsoft Excel tiêu chuẩn (Frontline Systems, 2020) để thực hiện tối ưu hóa với nhiều ràng buộc khác nhau. Sau khi nhập tất cả dữ liệu đầu vào, mô-đun tối ưu hóa sẽ xây dựng một mô hình thỏa mãn các mục tiêu mà chủ đầu tư đặt ra. Cụ thể: (1) Nghiên cứu đã xây dựng được một mô hình tối ưu để chọn tỷ lệ vật liệu thân thiện với môi trường đạt được chi phí đầu tư ban đầu tối thiểu và tổng số ngày lao ii động, khác với thiết kế truyền thống và có thể tối đa hóa điểm số của dự án xây dựng thông qua hệ thống dựa trên Lotus ở giai đoạn ban đầu của các dự án xây dựng. Hơn nữa, nghiên cứu này đã xây dựng một nền tảng tích hợp lựa chọn vật liệu thân thiện với môi trường, cho phép chủ sở hữu và nhà thiết kế xây dựng để tối ưu hóa việc ra quyết định thông qua kiến thức về loại vật liệu, chiến lược xây dựng và hệ thống chứng nhận công trình xây dựng bền vững dựa trên Lotus tại Việt Nam (2) Đồng thời, nghiên cứu này đã phát triển một mô hình tối ưu nhằm hỗ trợ cho người ra quyết định lựa chọn các các giải pháp tiết kiệm năng lượng của tòa nhà trong suốt quá trình sử dụng nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế của chủ tòa nhà có xét đến các yếu tố về môi trường.

Trong đó, nghiên cứu đã xác định hiệu quả năng lượng của tòa nhà đã được tăng cường bằng cách lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mặt dựng của tòa nhà với các điều kiện ràng buộc về 3 vấn đề sau: (1) số tiền đầu tư cần thiết để tối ưu hóa mặt tiền của tòa nhà, (2) phân tích lợi ích kinh tế để giảm LCC trong suốt vòng đời của dự án, (3) phân tích năng lượng để tối đa hóa năng lượng tái tạo được tạo ra. iii ABSTRACT During development process, developing countries are speeding up urbanization with the construction of more and more infrastructure works, especially high-rise buildings. These constructions have a significant impact and continuously increase the pressure on the environment because they generate a large portion of carbon emissions and utilize a significant amount of resources and energy for the construction process. This has caused environmental problems such as climate change, depletion of natural resources, generation of wastes and changes in land conditions.

In order to minimize the impact of buildings on their lifecycle, sustainable construction has emerged as a new construction philosophy, promoting the use of more environmentally friendly materials, implementing techniques technology to save resources and reduce waste consumption and improve the quality of the indoor environment. The success of sustainable construction depends on the quality and effectiveness of the sustainable systems used. If a building lacks these essential features, it will neither fulfill its environmental objectives nor generate an estimated benefit. Therefore, the market requires a general way to differentiate sustainable construction from traditional ones through the use of standards, transparent, objective and verifiable measures that the minimum sustainability requirements have been met.

To facilitate sustainable construction development, sustainable construction assessment criteria play a very important role in assessing the sustainability level of buildings. Currently, there are many assessment systems on sustainable construction in the world with the main purpose of the above evaluation standards to avoid depleting energy resources, water, raw materials, and increase the use of renewable energy and contribute to preventing the degradation of habitat on earth. Therefore, the sustainability of the building, especially the sustainability of construction materials, is getting more and more attention and is reflected in the evaluation tools in the sustainable construction assessment standards. Therefore, the research has carried out the survey process, collecting data from reality and using SPSS software to evaluate which factors are important to the decision iv to build a sustainable construction works, such as affecting the selection of sustainable building materials in construction works in Da Nang, Vietnam.

The research results also ranked the criteria in order of importance to help analyze the results and make suggestions and recommendations conveniently. Based on the research results, the author has contributed a number of recommendations to improve the use of sustainable building materials as well as to promote the construction of sustainable works in Da Nang, Vietnam. At the same time, the author has proposed a support model using the Generalized Gradient (GRG) method in the genetic algorithm (GA) supported in standard Microsoft Excel (Frontline Systems, 2020) for optimal implementation with many different constraints. After entering all the input data, the optimization module will build a model that meets the goals set by the investor.

Specifically: (1) The research has developed an optimal model for selecting the ratio of eco- friendly materials that achieve the minimum initial investment cost and total workdays, which are different from traditional design and might maximize the score of construction projects through the Lotus-based system at the beginning of construction projects. Furthermore, this research has built a platform that integrates eco-friendly material selection, allowing building owners and designers to optimize decision making through knowledge of the materials, construction strategy and Lotus-based sustainable construction certification system in Vietnam. (2) At the same time, this research has developed an optimal model to assist decision-makers in choosing the building's energy-saving solutions during use to maximize the economic benefits of building owners with consideration of environmental factors. Among them, the study has determined that the energy efficiency of the building has been enhanced by installing solar panels on the building's façade with the following three constraints: (1) the amount of investment cost is required to optimize the building's facade, (2) economic benefit analysis to reduce LCC over the life cycle of the project, (3) energy analysis to maximize renewable energy was created.

v LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lương Đức Long và PGS.TS Phạm Anh Đức đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình học tập cũng như trong việc hoàn thành luận án. Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Kỹ thuật Xây dựng mà đặc biệt là quý Thầy, Cô trong bộ môn Thi công và Quản lý Xây dựng đã tận tình chỉ dạy và trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian học tập tại Khoa, Bộ môn. Đây là những nền tảng quan trọng cho tôi để tôi có thể hoàn thành được bài luận án này. vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .iv LỜI CẢM ƠN .vi MỤC LỤC.

vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .xv MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết của đề tài .1 Mục tiêu của đề tài .4 Cách tiếp cận và quy trình nghiên cứu .1 Cách tiếp cận .2 Quy trình nghiên cứu .6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .8 Nội dung nghiên cứu .8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .9 Bố cục của luận án .10 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI .11 Khái niệm về xây dựng bền vững .11 Lợi ích của xây dựng bền vững .12 Các nghiên cứu về công trình bền vững trên thế giới .14 Các nghiên cứu về công trình xây dựng bền vững trong điều kiện Việt Nam.17 Kết luận chương 2 .20 ĐÁNH GIÁ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG BỀN VỮNG TẠI VIỆT NAM (DỮ LIỆU vii PHÂN TÍCH TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG) .22 Tình hình xây dựng bền vững ở Việt Nam .22 Các nghiên cứu về thách thức và rào cản cho việc thực hiện xây dựng bền vững trên thế giới .24 Phương pháp nghiên cứu.1 Thiết kế câu hỏi.2 Thành phần khảo sát .3 Phương pháp lấy mẫu .4 Phương pháp tiếp cận phân tích dữ liệu.