Project Management for Construction Chapter III

[Skinhead]

3.1 Design and Construction as an Integrated System
In the planning of facilities, it is important to recognize the close relationship between design and construction. These processes can best be viewed as an integrated system. Broadly speaking, design is a process of creating the description of a new facility, usually represented by detailed plans and specifications; construction planning is a process of identifying activities and resources required to make the design a physical reality. Hence, construction is the implementation of a design envisioned by architects and engineers. In both design and construction, numerous operational tasks must be performed with a variety of precedence and other relationships among the different tasks.
Several characteristics are unique to the planning of constructed facilities and should be kept in mind even at the very early stage of the project life cycle. These include the following:
• Nearly every facility is custom designed and constructed, and often requires a long time to complete.
• Both the design and construction of a facility must satisfy the conditions peculiar to a specific site.
• Because each project is site specific, its execution is influenced by natural, social and other locational conditions such as weather, labor supply, local building codes, etc.
• Since the service life of a facility is long, the anticipation of future requirements is inherently difficult.
• Because of technological complexity and market demands, changes of design plans during construction are not uncommon.

Chương III – Quá trình thiết kế và thi công
3.1. Thiết kế và thi công là một hệ thống hợp nhất
Trong công tác lập kế hoạch cho các công trình,việc nhận thức được mối quan hệ mật thiết giữa thiết kế và thi công là điều rất quan trọng. Các quá trình này tốt nhất là có thể được xem là một hệ thống hợp nhất. Nói rộng ra, thiết kế là một quá trình tạo ra sự mô tả một công trình mới, thường được thể hiện bằng các kế hoạch và đặc tính kỹ thuật chi tiết; lập kế hoạch thi công là một quá trình xác định các hoạt động và nguồn lực cần thiết để đưa thiết kế trở thành hiện thực
Do đó, thi công là việc thực hiện một thiết kế do các kiến trúc sư và kỹ sư hình dung ra. Trong cả thiết kế và thi công, rất nhiều nhiệm vụ phải được thực hiện với sự ưu tiên cũng như với các mối liên hệ giữa các nhiệm vụ với nhau.
Có rất nhiều đặc trưng là đặc thù đối với quá trình lập kế hoạch cho các công trình xây dựng và cần phải được quan tâm thậm chí ngay từ giai đoạn đầu của vòng đời dự án. Các đặc tính này bao gồm:
- Hầu như mỗi công trình đều được thiết kế và thi công với đặc thù, và thường đòi hỏi thời gian dài để hòan thành.
- Cả việc thiết kế và thi công của một công trình đều phải đáp ứng các điều kiện đặc thù với một địa điểm cụ thể,
- Do mỗi dự án đều có một địa điểm riêng, việc thực hiện nó sẽ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện về tự nhiên, xã hội và các điều kiện khu vực khác như thời tiết, cung cấp nhân lực, quy phạm xây dựng của vùng…
- Do tuổi thọ công trình dài nên việc tiên liệu các yêu cầu trong tương lai là rất khó.
- Do tính phức tạp về kỹ thuật và nhu cầu của thị trường, các thay đổi về bản vẽ thiết kế trong quá trình thi công không phải là không thường xảy ra.

In an integrated system, the planning for both design and construction can proceed almost simultaneously, examining various alternatives which are desirable from both viewpoints and thus eliminating the necessity of extensive revisions under the guise of value engineering. Furthermore, the review of designs with regard to their constructibility can be carried out as the project progresses from planning to design. For example, if the sequence of assembly of a structure and the critical loadings on the partially assembled structure during construction are carefully considered as a part of the overall structural design, the impacts of the design on construction falsework and on assembly details can be anticipated. However, if the design professionals are expected to assume such responsibilities, they must be rewarded for sharing the risks as well as for undertaking these additional tasks. Similarly, when construction contractors are expected to take over the responsibilities of engineers, such as devising a very elaborate scheme to erect an unconventional structure, they too must be rewarded accordingly. As long as the owner does not assume the responsibility for resolving this risk-reward dilemma, the concept of a truly integrated system for design and construction cannot be realized.

Trong một hệ thống hợp nhất, kế hoạch thiết kế và thi công có thể được tiến hành gần như cùng lúc, khảo sát các khả năng khác nhau là cần thiết từ cả hai góc độ và vì thế loại bớt tình trạng chỉnh sửa kéo dài dưới hình thức giá trị lắp dựng. Hơn nữa, việc xem xét các bản thiết kế liên quan đến quá trình xây dựng chúng có thể được tiến hành như những quá trình của dự án từ kế hoạch đến thiết kế. Chẳng hạn, nếu chuỗi dây chuyền của một cấu trúc và tải trọng tới hạn trên cấu trúc lắp ráp từng phần trong quá trình xây dựng được xem xét một cách cẩn thận như một phần của thiết kế cấu trúc tổng thể, các tác động của thiết kế lên cốp pha và lên các chi tiết lắp ráp có thể được lường trước. Tuy nhiên, nếu các chuyên gia thiết kế phải chịu trách nhiệm về việc này, họ phải được thưởng vì đã cùng gánh chịu rủi ro cũng như là đảm nhận những công việc phát sinh này. Tương tự, khi các nhà thầu lãnh trách nhiệm của các kỹ sư, cũng như là việc đặt ra một kế hoạch rất tỷ mỉ để dựng lên một cấu trúc bất thường, họ cũng phải được thưởng như thế. Chừng nào mà chủ đầu tư không chịu trách nhiệm giải quyết vấn đề rủi ro - phần thưởng, khái niệm về một hệ thống hợp nhất thực sự giữa thiết kế và thi công sẽ không thành hiện thực.

It is interesting to note that European owners are generally more open to new technologies and to share risks with designers and contractors. In particular, they are more willing to accept responsibilities for the unforeseen subsurface conditions in geotechnical engineering. Consequently, the designers and contractors are also more willing to introduce new techniques in order to reduce the time and cost of construction. In European practice, owners typically present contractors with a conceptual design, and contractors prepare detailed designs, which are checked by the owner's engineers. Those detailed designs may be alternate designs, and specialty contractors may also prepare detailed alternate designs.


Một chú ý thú vị là các chủ đầu tư Châu âu thường có thái độ mở hơn với công nghệ và cùng gánh chịu rủi ro với tư vấn và nhà thầu. Cụ thể, họ thường sẵn sàng chịu trách nhiệm hơn đối với các trạng thái ngầm không đoán biết trước được trong kỹ thuật địa chất. Kết quả là, các nhà tư vấn thiết kế và nhà thầu cũng sẵn sàng đưa ra các kỹ thuật mới hơn nhằm giảm thời gian và chi phí xây dựng. Trong môi trường hành nghề ở Châu âu, các chủ đầu tư thường giới thiệu các nhà thầu với bản thiết kế sơ bộ, và các nhà thầu sẽ chuẩn bị các bản vẽ chi tiết được kiểm tra bởi các kỹ sư của chủ đầu tư. Những thiết kế chi tiết này có thể là các bản thiết kế luân phiên, và các nhà thầu chuyên môn cũng có thể chuẩn bị các bản vẽ luân phiên chi tiết.

Responsibility for Shop Drawings
The willingness to assume responsibilities does not come easily from any party in the current litigious climate of the construction industry in the United States. On the other hand, if owner, architect, engineer, contractor and other groups that represent parts of the industry do not jointly fix the responsibilities of various tasks to appropriate parties, the standards of practice will eventually be set by court decisions. In an attempt to provide a guide to the entire spectrum of participants in a construction project, the American Society of Civil Engineers issued a Manual of Professional Practice entitled Quality in the Constructed Project in 1990. This manual is intended to help bring a turn around of the fragmentation of activities in the design and construction process.

Ví dụ 3-1: Trách nhiệm thực hiện bản vẽ thi công Shop Drawings
Thiện chí chịu trách nhiệm không phải là dễ dàng đối với bất kỳ đối tác nào trong một môi trường của ngành xây dựng hay kiện tụng như ở Mỹ. Mặt khác, nếu chủ đầu tư, kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thầu và các nhóm khác đại diện cho các thành phần của ngành mà không cùng nhau quy định trách nhiệm của các nhiệm vụ khác nhau cho các bên thích hợp, thì rốt cuộc theo thông lệ trách nhiệm sẽ được quy kết theo quyết định của toà án. Nhằm mục đích cung cấp một hướng dẫn cho toàn bộ các bên tham gia trong một dự án xây dựng, Hiệp hội kỹ sư dân dụng Hoa kỳ đã xuất bản cuốn Sổ tay thực hành chuyên nghiệp với tên gọi Chất lượng trong các dự án đã xây dựng vào năm 1990. Cuốn sổ tay này nhằm giúp mang lại một sự thay đổi triệt để của phân đoạn các công tác trong quá trình thiết kế và xây dựng.

Shop drawings represent the assembly details for erecting a structure which should reflect the intent and rationale of the original structural design. They are prepared by the construction contractor and reviewed by the design professional. However, since the responsibility for preparing shop drawings was traditionally assigned to construction contractors, design professionals took the view that the review process was advisory and assumed no responsibility for their accuracy. This justification was ruled unacceptable by a court in connection with the walkway failure at the Hyatt Hotel in Kansas City in 1985. In preparing the ASCE Manual of Professional Practice for Quality in the Constructed Project, the responsibilities for preparation of shop drawings proved to be the most difficult to develop. [1] The reason for this situation is not difficult to fathom since the responsibilities for the task are diffused, and all parties must agree to the new responsibilities assigned to each in the recommended risk-reward relations shown in Table 3-1.

Các bản vẽ thi công tại công trường thể hiện các chi tiết lắp ráp để dựng lên một cấu trúc phản ánh ý định và nhân tố căn bản của thiết kế cấu trúc ban đầu. Chúng được chuẩn bị bởi nhà thầu xây dựng và được chuyên gia thiết kế xét duyệt. Tuy nhiên, vì trách nhiệm chuẩn bị các bản vẽ thi công shop drawing theo thông lệ là của các nhà thầu xây dựng, các chuyên gia thiết kế tiến hành xét duyệt mà quá trình xét duyệt này là tư vấn và không chịu trách nhiệm về tính chính xác của họ. Lý lẽ này đã bị toà án phán xét là không thể chấp nhận được liên quan đến sai phạm tại đường dạo trong Khách sạn Hyatt ở Kansas City năm 1985. Quá trình chuẩn bị cho cuốn Sổ tay Thực hành chuyên nghiệp trong cuốn Chất lượng trong các Dự án đã xây dựng đã cho thấy trách nhiệm tiến hành thực hiện bản vẽ thi công shop drawing là phần khó triển khai nhất. Lý do là không khó để thăm dò vì những trách nhiệm cho việc này là thiếu chặt chẽ, và tất cả các bên phải đồng ý với trách nhiệm mới được phân bổ cho họ trong các mối quan hệ rủi ro- phần thưởng đề xuất được trình bày trong Bảng 3-1.

Traditionally, the owner is not involved in the preparation and review of shop drawings, and perhaps is even unaware of any potential problems. In the recommended practice, the owner is required to take responsibility for providing adequate time and funding, including approval of scheduling, in order to allow the design professionals and construction contractors to perform satisfactorily.

Thông thường, chủ đầu tư không tham gia vào việc thực hiện và xét duyệt bản vẽ thi công shop drawings, và có lẽ thậm chí là không nhận thức được bất kỳ vấn đề tiềm ẩn nào. Trong quá trình tiến hành, chủ đầu tư được yêu cầu phải chịu trách nhiệm cung cấp vốn và thời gian thoả đáng, bao gồm cả việc thông qua kế hoạch, nhằm tạo điều kiện cho các chuyên gia tư vấn và các nhà thầu xây dựng tiến hành công việc một cách hài lòng.

 

[Skinhead]

3.2 Innovation and Technological Feasibility
Tính khả thi của công nghệ và sáng tạo.

The planning for a construction project begins with the generation of concepts for a facility which will meet market demands and owner needs. Innovative concepts in design are highly valued not for their own sake but for their contributions to reducing costs and to the improvement of aesthetics, comfort or convenience as embodied in a well-designed facility. However, the constructor as well as the design professionals must have an appreciation and full understanding of the technological complexities often associated with innovative designs in order to provide a safe and sound facility. Since these concepts are often preliminary or tentative, screening studies are carried out to determine the overall technological viability and economic attractiveness without pursuing these concepts in great detail. Because of the ambiguity of the objectives and the uncertainty of external events, screening studies call for uninhibited innovation in creating new concepts and judicious judgment in selecting the appropriate ones for further consideration.

Kế hoạch cho một dự án xây dựng bắt đầu với việc phác thảo những ý tưởng cho một công trình đáp ứng những nhu cầu của thị trường và những yêu cầu của chủ đầu tư. Những ý tưởng sáng tạo trong thiết kế được đánh giá cao không chỉ vì lợi ích cho chính chúng mà còn cho những đóng ghóp của nó cho việc giảm chi phí và làm tăng yếu tố thẩm mỹ, tiện nghi hay sự thuận tiện thể hiện trong công trình được thiết kế tốt. Tuy nhiên, nhà thầu cũng như là những chuyên gia thiết kế cần phải có một sự hiểu biết đầy đủ và cần thiết về những phức tạp về công nghệ thường đi kèm với những thiết kế sáng tạo nhằm tạo ra một công trình ổn định. Vì những ý tưởng này thường là có tính khởi đầu hoặc thử nghiệm, những nghiên cứu sàng lọc được tiến hành để xác định độ tin cậy công nghệ tổng thể và sự hấp dẫn về mặt về kinh tế mà không cần theo đuổi những ý tưởng này đến mức hết sức chi tiết. Chính vì sự mơ hồ của những mục tiêu này và sự không chắc chắn của những yếu tố bên ngoài, những nghiên cứu sàng lọc kêu gọi những đổi mới trong phạm vi cho phép trong việc tạo ra những ý tưởng mới và những phán quyết đúng đắn trong việc lựa chọn một phương án phù hợp để tiến hành xem xét kỹ hơn.

One of the most important aspects of design innovation is the necessity of communication in the design/construction partnership. In the case of bridge design, it can be illustrated by the following quotation from Lin and Gerwick concerning bridge construction:
The great pioneering steel bridges of the United States were built by an open or covert alliance between designers and constructors. The turnkey approach of designer-constructor has developed and built our chemical plants, refineries, steel plants, and nuclear power plants. It is time to ask, seriously, whether we may not have adopted a restrictive approach by divorcing engineering and construction in the field of bridge construction.

Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của sáng tạo trong thiết kế đó là sự cần thiết của việc trao đổi giữa các bên thiết kế/xây dựng. Trong trường hợp của thiết kế cầu, nó có thể được minh họa bằng đoạn trích sau từ Lin và Gerwick liên quan đến xây dựng cầu :
Những cây cầu thép vĩ đại đầu tiên của Hoa Kỳ đã được xây dựng bằng một sự kết hợp công khai hoặc ngầm giữa những nhà thiết kế và những nhà xây dựng. Phương thức chìa khóa trao tay của nhà thiết kế - nhà xây dựng đã phát triển và xây dựng cho chúng ta những nhà máy hóa học, nhà máy lọc tinh chế, nhà máy thép và những nhà máy điện nguyên tử. Đã đến lúc phải đặt câu hỏi một cách nghiêm túc liệu chúng ta có thể không chấp nhận phương pháp giới hạn bằng việc chia tách engineering và xây dựng trong lĩnh vực xây cầu.

If a contractor-engineer, by some stroke of genius, were to present to design engineers today a wonderful new scheme for long span prestressed concrete bridges that made them far cheaper, he would have to make these ideas available to all other constructors, even limiting or watering them down so as to "get a group of truly competitive bidders." The engineer would have to make sure that he found other contractors to bid against the ingenious innovator.

Nếu một kỹ sư – nhà thầu, bằng một ý tưởng độc đáo nào đó, giới thiệu cho các kỹ sư thiết kế ngày nay một thiết kế tuyệt vời mới cho những cây cầu bê tông dự ứng lực khẩu độ lớn mà làm chúng rẻ hơn rất nhiều, anh ta có lẽ sẽ phải thuyết phục được các nhà thầu thậm chí là làm dịu họ để “có được một nhóm những nhà thầu cạnh tranh thực sự”. Người kỹ sư này phải đảm bảo rằng anh ta đã tìm được những nhà thầu khác bỏ thầu cho sáng tạo đột phá kia.

If an engineer should, by a similar stroke of genius, hit on such a unique and brilliant scheme, he would have to worry, wondering if the low bidder would be one who had any concept of what he was trying to accomplish or was in any way qualified for high class technical work.

Nếu một kỹ sư , bằng một ý tưởng độc đáo tương tự, gặp phải một thiết kế độc nhất và thông minh, anh ta có lẽ sẽ lo lắng, băn khoăn là liệu người bỏ thầu thấp có thể là một người hiểu được những gì anh ta đang cố gắng thực hiện hay dù sao cũng đủ khả năng thực hiện công việc đòi hỏi kỹ năng cao cấp hay không.

Innovative design concepts must be tested for technological feasibility. Three levels of technology are of special concern: technological requirements for operation or production, design resources and construction technology. The first refers to the new technologies that may be introduced in a facility which is used for a certain type of production such as chemical processing or nuclear power generation. The second refers to the design capabilities that are available to the designers, such as new computational methods or new materials. The third refers to new technologies which can be adopted to construct the facility, such as new equipment or new construction methods.

Những ý tưởng thiết kế sáng tạo cần phải được kiểm tra về tính khả thi công nghệ. Ba mức công nghệ được quan tâm đặc biệt là : những yêu cầu công nghệ cho vận hành và sản xuất, nguồn lực thiết kế và công nghệ xây dựng. Mức thứ nhất liên quan đến những công nghệ mới mà có thể được áp dụng ở một công trình mà được sử dụng cho một dạng sản xuất nào đó chẳng hạn như là chế biến hóa học hoặc phát sinh năng lượng nguyên tử. Mức thứ hai muốn nói đến những khả năng thiết kế mà có thể sẵn dụng cho những người thiết kế, chẳng hạn như là những phương pháp tính toán máy tính hoặc là những vật liệu mới. Mức ba là những công nghệ mới mà có thể được thừa hưởng để xây dựng công trình, chẳng hạn như là những trang thiết bị mới hoặc những phương pháp xây dựng mới.

A new facility may involve complex new technology for operation in hostile environments such as severe climate or restricted accessibility. Large projects with unprecedented demands for resources such as labor supply, material and infrastructure may also call for careful technological feasibility studies. Major elements in a feasibility study on production technology should include, but are not limited to, the following:

Một công trình có thể bao gồm công nghệ mới phức hợp để có thể vận hành trong những môi trường khắc nghiệt chẳng hạn như là thời tiết xấu hay khả năng tiếp cận giới hạn. Những dự án lớn với những yêu cầu chưa từng có về nguồn nhân lực, vật liêu hay cơ sở hạ tầng cần có những nghiên cứu tính khả thi về công nghệ một cách hết sức cẩn thận. Những thành tố chính trong một nghiên cứu khả thi về công nghệ sản xuất sẽ bao gồm, nhưng không giới hạn các yếu tố sau:

• Project type as characterized by the technology required, such as synthetic fuels, petrochemicals, nuclear power plants, etc.
• Loại dự án được phân loại theo yêu cầu công nghệ, chẳng hạn như là năng lượng nhân tạo, chất hoá dầu, nhà máy điện nguyên tử.v.v.
• Project size in dollars, design engineer's hours, construction labor hours, etc.
• Loại dự án được phân loại theo tài chính, thời gian làm việc của kỹ sư thiết kế, giờ lao động xây dựng.v.v.
• Design, including sources of any special technology which require licensing agreements.

• Thiết kế, bao gồm nguồn lực về bất kỳ công nghệ đặc biệt nào mà yêu cầu chứng chỉ.
• Project location which may pose problems in environmental protection, labor productivity and special risks.
• Vị trí của dự án mà có thể gây ra những vấn đề trong việc bảo vệ môi trường, năng suất lao động và những rủi ro đặc biệt.

 

[nostgn]

Construction Project Management C.III

CHào các bác, em đang theo dõi bài dịch của bác hungolia về C P M. Các chương 1&2 thấy bác dịch đủ. Tự nhiên chương 3 thấy được co một đoạn. Em thử dịch tiếp mong các bạn góp ý.
Rất cảm ơn bác Hungolia

An example of innovative design for operation and production is the use of entropy concepts for the design of integrated chemical processes. Simple calculations can be used to indicate the minimum energy requirements and the least number of heat exchange units to achieve desired objectives. The result is a new incentive and criterion for designers to achieve more effective designs. Numerous applications of the new methodology has shown its efficacy in reducing both energy costs and construction expenditures. [4] This is a case in which innovative design is not a matter of trading-off operating and capital costs, but better designs can simultaneously achieve improvements in both objectives

Một ví dụ cho sự sáng tạo trong vận hành và sản xuất là việc sử dụng đa cấp hoặc không phân cấp các ý tưởng cho việc thiết kế tổ hợp xử hóa chất. Những phương pháp tính toán đơn giản có thể áp dụng để đưa ra yêu cầu tối thiêu về năng lượng và sự trao đổi nhiệt thấp nhất để đạt được mục tiêu mong muốn. Kết quả tính toán này cung cấp mục tiêu và tiêu trí mới cho nhà thiết kế để công việc của họ hiệu quả hơn. Nhiều ứng dụng của phương pháp mới cho thấy hiệu quả của nó trong việc giảm cả chi phí năng lượng và chi phí xây dựng. Đây là trường hợp sáng tạo trong thiết kế không phải là vấn đề của việc cân đối giữa chi phí vận hành và vốn đầu tư, nhưng một thiết kế tốt hơn sẽ kết hợp được sự cải tiến cho cả hai mục tiêu.

The choice of construction technology and method involves both strategic and tactical decisions about appropriate technologies and the best sequencing of operations. For example, the extent to which prefabricated facility components will be used represents a strategic construction decision. In turn, prefabrication of components might be accomplished off-site in existing manufacturing facilities or a temporary, on-site fabrication plant might be used. Another example of a strategic decision is whether to install mechanical equipment in place early in the construction process or at an intermediate stage. Strategic decisions of this sort should be integrated with the process of facility design in many cases. At the tactical level, detailed decisions about how to accomplish particular tasks are required, and such decisions can often be made in the field.

Sự lựa chọn công nghệ và phương thức xây dựng liên quan đến cá quyết định chiến lược và chiến thuật về các công nghệ phù hợp và thứ tự thực hiện. Ví dụ, sự mở rộng công trình mà dùng cấu kiện đúc sẵn thể hiện quyết định ở tầm chiến lược. Khi đó, cấu kiên đúc sẵn có thể được chết tạo tại nhà máy hay xưởng gia công tạm, hoặc có thể được chế tạo tại hiện trường. Một ví dụ khác về quyết định chiến lược là nên lắp đặt các thiết bị cơ khí vào giai đoạn đầu hay giai đoạn trung gian của quá trình xây dựng. Quyết định chiến lược loại này nên được kết hợp với qua trình thiết kế trong nhiều trường hợp. Ở tầm chiến thuật, đời hỏi cá quyết định chi tiết về các công việc cụ thể, các quyết định loại này thường được ra tại hiên trường.

Construction planning should be a major concern in the development of facility designs, in the preparation of cost estimates, and in forming bids by contractors. Unfortunately, planning for the construction of a facility is often treated as an after thought by design professionals. This contrasts with manufacturing practices in which the assembly of devices is a major concern in design. Design to insure ease of assembly or construction should be a major concern of engineers and architects. As the Business Roundtable noted, "All too often chances to cut schedule time and costs are lost because construction operates as a production process separated by a chasm from financial planning, scheduling, and engineering or architectural design. Too many engineers, separated from field experience, are not up to date about how to build what they design, or how to design so structures and equipment can be erected most efficiently." [5]

Kế hoạch triển khai xây dựng cần được coi là một mối quan tâm chủ yếu của quá trình thiết kế, quá trình lập dự toán, và quá trình lập hồ sơ dự thầu của nhà thầu. Không may là việc lập kế hoạch xây dựng thường được coi là công việc của giai đoạn sau đối với các nhà thiết kế chuyên nghiệp. Điều này trái ngược với thực tế các ngành sản xuất trong đó lắp ráp cá thiết bị đợc co là một mối quan tâm chính của nàh thiết kế. Thiết kế nhằm bảo đảm thuận tiện trong quá trình lắp ráp hay xây dựng nên được coi là mối quan tâm chính của các kỹ sư và kiến trúc sư.
Theo ghi chép của B R: "Phần lớn các cơ hội thường xuyên để đẩy nhanh tiến độ và giảm chi phí bị để mất vì quá trình xây dựng được vận hành như quá tình sản xuất bị chia cắt giữa kế hoạch tài chính, tiến độ và kỹ sư hoặc kiến trúc sư. Nhiều kỹ sư, họ không có trải nghiệm hiện trường, không hề biết làm thế nào để thi công những thứ họ vẽ ra, hoặc họ không biết làm thế nào thiết kế các kết cấu và cấu kiến có thể được lắp dựng hiệu quả nhất"

 

[nostgn]

Example 3-3: Innovative use of structural frames for buildings
The structural design of skyscrapers offers an example of innovation in overcoming the barrier of high costs for tall buildings by making use of new design capabilities. A revolutionary concept in skyscraper design was introduced in the 1960's by Fazlur Khan who argued that, for a building of a given height, there is an appropriate structural
system which would produce the most efficient use of the material.

Việc thiết kế các tòa nhà chọc trời đã đưa đến một ví dụ cho sự sáng tạo để vượt qua rào cản về chi phí cho các tòa nhà cao tầng bằng việc sử dụng những năng lực thiết kế mới. Một quan niệm mang tính cách mạng trong việc thiết kế các tòa nhà chọc trời được Fazlur Khan đưa ra năm 1960, theo đó đối với mỗi tòa nhà có độ cao cho trước luôn tòn tại một hệ thống kết cấu sao cho việc sử dụng vật liệu được hiệu quả nhất.

Before 1965, most skyscrapers were steel rigid frames. However, Fazlur Khan believed that it was uneconomical to construct all office buildings of rigid frames, and proposed an array of appropriate structural systems for steel buildings of specified heights as shown in Figure 3-1. By choosing an appropriate structural system, an engineer can use structural materials more efficiently. For example, the 60-story Chase Manhattan Building in New York used about 60 pounds per square foot of steel in its rigid frame structure, while the 100-story John Hancock Center in Chicago used only 30 pounds per square foot for a trusted tube system. At the time the Chase Manhattan Building was constructed, no bracing was used to stiffen the core of a rigid frame building because design engineers did not have the computing tools to do the complex mathematical analysis associated with core bracing.

Trước năm 1965, hầu hết các tòa nhà chọc trời là dạng khung thép cứng. Tuy vậy, Fazlur Kan tin tưởng rằng việc tất cả các tòa nhà chọc trời được xây dựng theo đạng khung cứng không phải là giải pháp đảm bảo tính kinh tế, và Khan đã đề xuất một loạt các dạng kết cấu phù hợp cho từng chiều cao nhà (Figure 3-1) Bằng việc chọn dangạng kết cấu phù hợp, kỹ sử có thể sử dụng vật liệu hiệu quả hơn. Ví dụ: Tòa nhà Chase Manhttan Building 60 tầng ở New York sử dụng hết 60pound thép một cho foot vuông trong kết cấu khung cứng, trong khi đó tòa nhà John Hancock Center cao 100taangf tại Chicago chỉ dừng hết 30pound trong kết cấu hệ ổng chủ lực. Cùng lúc tòa nhà Chase Manhttan Building được hoàn thành, không có sự tằng cường để làm cứng lõi khung cứng của tòa nhà vì các kỹ sư không có đủ công cụ tính toán để thức hiện các phân tính toán học phức tạp liên quan đến gia cường lõi.

 

[nostgn]

3.3 Innovation and Economic Feasibility
Innovation is often regarded as the engine which can introduce construction economies and advance labor productivity. This is obviously true for certain types of innovations in industrial production technologies, design capabilities, and construction equipment and methods. However, there are also limitations due to the economic infeasibility of such innovations, particularly in the segments of construction industry which are more fragmented and permit ease of entry, as in the construction of residential housing.

3.3 Sáng tạo và tính khả thi về mặt kinh tế

Sự sáng tạo thườngđược xem là động lực mang lại hiệu quả kinh tế cho công trình và tăng năng xuất lao động. Điều đó rõ ràng là đúng cho các dạng sáng tạo trong công nghệ sản xuất, năng lực thiết kế, và thiết bị xây dựng, các phương pháp thực hiện. Tuy nhiên, vẫn có các giới hạn bởi tính bất khả thi về mặt kinh tế cho các sáng tạo đó, đặc biệt là ở các phân đoạn của ngành công nghiệp xây lắp được chia nhỏ và cho phép các bên tham gia dễ dàng, đối với các công trình nhà ở.

Market demand and firm size play an important role in this regard. If a builder is to construct a larger number of similar units of buildings, the cost per unit may be reduced. This relationship between the market demand and the total cost of production may be illustrated schematically as in Figure 3-2. An initial threshold or fixed cost F is incurred to allow any production. Beyond this threshold cost, total cost increases faster than the units of output but at a decreasing rate. At each point on this total cost curve, the average cost is represented by the slope of a line from the origin to the point on the curve. At a point H, the average cost per unit is at a minimum. Beyond H to the right, the total cost again increases faster than the units of output and at an increasing rate. When the rate of change of the average cost slope is decreasing or constant as between 0 and H on the curve, the range between 0 and H is said to be increasing return to scale; when the rate of change of the average cost slope is increasing as beyond H to the right, the region is said to be decreasing return to scale. Thus, if fewer than h units are constructed, the unit price will be higher than that of exactly h units. On the other hand, the unit price will increase again if more than h units are constructed.


Nhu cầu của thị trường và quy mô của công ty đóng vai trò quan trọng trong sự xem xét này. Nếu một nhà thầu xây dựng một số lượng lớn các đơn vị tương tự nhau của công trình thì chi phí cho mỗi đơn vị sẽ giảm. Mõi quan hệ giữa nhu cầu của thị trường và tổng chi phí sản xuất của sản phẩm được biẻu thị trên biểu đổ Figure 3.1. Chi phí cố định F là bắt buộc đối với mọi sản phẩm. Sau chi phí cố định, tổng chi phí tăng nhanh hơn tốc độ tăng trưởng của sản phẩm nhưng với tỷ lệ giảm dần. Mỗi điểm trên đường cong tổng chi phí, chi phí trung bình được biểu hiện bằng độ dốc của đường thẳng đi từ điểm gốc đến điểm trên đường cong.Tại điểm H, chi phí trung bình cho một đơn vị sản phẩm là thấp nhất. Từ điển H sang bên phải, tổng chi phí tăng nhanh hơn tốc độ tăng trưởng của đơn vị sản phẩm với tỷ lệ tăng dần. Khi tỷ lệ thay đổi của chi phí trung bình giảm hoặc không đổi từ O đến H trên đường cong, khoảng từ O đến H được gọi là tăng đến quy mô: Khi tỷ lệ thay dổi của chi phí trung bình tăng từ H sang bên phải, vùng đó được gọi là giảm về quy mô. Như vậy, nếu số lượng đơn vị sản phẩm xay dựng nhỏ hơn H, chi phí đơn vị sẽ cao hơn nếu xây dựng H đơn vị. Mặt khác, chi phí đơn vị sẽ tăng nếu số lượng đơn vị được xây dựng lớn hơn H.

 

[nostgn]

Nowhere is the effect of market demand and total cost more evident than in residential housing. [7] The housing segment in the last few decades accepted many innovative technical improvements in building materials which were promoted by material suppliers. Since material suppliers provide products to a large number of homebuilders and others, they are in a better position to exploit production economies of scale and to support new product development. However, homebuilders themselves have not been as successful in making the most fundamental form of innovation which encompasses changes in the technological process of homebuilding by shifting the mixture of labor and material inputs, such as substituting large scale off-site prefabrication for on-site assembly.

Nhà ở là bằng chứng rõ nhất của sự ảnh hưởng của nhu cầu thị trường và tổng chi phí. Phần nhà ở trong vài thập kỷ gần đây đã chấp nhận nhiều sự sáng tạo về phát triển công nghệ vật liệu của nhà cung cấp. Khi nhà cung cấp vật liệu cung cấp cho số lượng lớn chủ thầu xây dựng nhà ở và các công trình khác, họ có điều kiện tốt để khai thác lợi ích kinh tế của sản phẩm trên quy mô lớn và có điều kiện để phát triển sản phẩm mới. Tuy nhiên,các nhà thầu xây tự họ chưa đạt được thành công trong việc tạo nên hầu hết các nền móng của các hình thức sáng tạo bao gồm việc thay đổi công nghệ trong quá trình xây dựng bằng việc thay đổi các thành phần của vạt liệu và nhân công đầu vào, ví dụ dùng cấu kiện đúc sẵn thay cho chế tạo tại hiện trường.

 

[Skinhead]

( Tiếp )
There are several major barriers to innovation in the technological process of homebuilding, including demand instability, industrial fragmentation, and building codes. Since market demand for new homes follows demographic trends and other socio-economic conditions, the variation in home building has been anything but regular. The profitability of the homebuilding industry has closely matched aggregate output levels. Since entry and exist from the industry are relatively easy, it is not uncommon during periods of slack demand to find builders leaving the market or suspending their operations until better times. The inconsistent levels of retained earnings over a period of years, even among the more established builders, are likely to discourage support for research and development efforts which are required to nurture innovation. Furthermore, because the homebuilding industry is fragmented with a vast majority of homebuilders active only in local regions, the typical homebuilder finds it excessively expensive to experiment with new designs. The potential costs of a failure or even a moderately successful innovation would outweigh the expected benefits of all but the most successful innovations. Variation in local building codes has also caused inefficiencies although repeated attempts have been made to standardize building codes.

Có một số rào cản đối với sự sáng tạo trong tiến trình công nghệ của việc xây dựng nhà ở, bao gồm cả yêu cầu về tính không bền vững, phân khúc nghành, và quy chuẩn xây dựng. Kể từ khi nhu cầu nhà ở của thị trường đi theo xu hướng nhân khẩu học và những điều kiện kinh tế xã hội khác, sự biến đổi trong việc xây dựng nhà ở đã trở nên phổ biến . Tính sinh lời của ngành xây dựng nhà đã gần đạt đến mức độ hiệu suất tổng. Khi việc tham gia hay rút khỏi nghành này đã trở nên tương đối dễ dàng, nó không là cá biệt trong suốt thời kỳ của nhu cầu ế ẩm để tìm những nhà thầu rời bỏ thị trường hoặc trì hoãn quá trình thi công của mình cho tới những thời điểm tốt hơn. Những mức độ lỏng lẻo của lợi tức duy trì được trong suốt nhiều năm, thậm chí trong số nhiều hơn những nhà thầu có uy tín, dường như chán nản với việc ủng hộ những nỗ lực nghiên cứu và phát triển – những thứ bắt buộc đối với việc nuôi dưỡng những phát minh. Hơn nữa, bởi vì nghành xây dựng nhà ở được phân khúc với với một lượng lớn những nhà thầu chỉ hoạt động trong những vùng sở tại. Những chi phí tiềm tàng của thất bại hoặc thậm chí là sự thành công tương đối của cải tiến có thể còn đắt hơn lợi nhuận mong đợi của tất cả ngoại trừ những cải tiến thành công nhất. Hàng loạt những quy chuẩn xây dựng cũng đã gây ra sự thiếu hiệu quả mặc dù người ta đã rất nỗ lực để tiêu chuẩn hóa những quy chuẩn này.

In addition to the scale economies visible within a sector of the construction market, there are also possibilities for scale economies in individual facility. For example, the relationship between the size of a building (expressed in square feet) and the input labor (expressed in laborhours per square foot) varies for different types and sizes of buildings. As shown in Figure 3-3, these relationships for several types of buildings exhibit different characteristics. [8] The labor hours per square foot decline as the size of facility increases for houses, public housing and public buildings. However, the labor hours per square foot almost remains constant for all sizes of school buildings and increases as the size of a hospital facility increases.

Bên cạnh những nền kinh tế quy mô có thể nhìn thấy trong một lĩnh vực của thị trường xây dựng, cũng có những khả năng về những nền kinh tế quy mô trong khả năng cá nhân. Chẳng hạn, mối quan hệ giữa kích cỡ công trình (được đo bằng feet vuông) và nhu cầu nhân công (đo bằng giờ lao động/feet vuông) thay đổi tùy theo thể loại và quy mô công trình khác nhau. Như minh họa trong hình 3-3, những mối quan hệ này đối với vài thể loại công trình cho thấy những tính chất khác nhau. Số giờ lao động trên mỗi feet vuông giảm khi kích thước của công trình tăng đối với nhà ở tư nhân, nhà ở công cộng, và những công trình công cộng. Tuy nhiên, số giờ lao động trên mỗi feet vuông hầu như cố định cho mọi kích cỡ đối với công trình trường học và tăng khi quy mô công trình bệnh viện tăng lên.

Example 3-4: Use of new materials
Ví dụ 3-4: Sử dụng những vật liệu mới.
In recent years, an almost entirely new set of materials is emerging for construction, largely from the aerospace and electronics industries. These materials were developed from new knowledge about the structure and properties of materials as well as new techniques for altering existing materials. Additives to traditional materials such as concrete and steel are particularly prominent. For example, it has been known for some time that polymers would increase concrete strength, water resistance and ability to insulate when they are added to the cement. However, their use has been limited by their costs since they have had to replace as much as 10 percent of the cement to be effective. However, Swedish researchers have helped reduce costs by using polymer microspheres 8 millionths of an inch across, which occupy less than 1 percent of the cement. Concretes made with these microspheres meet even the strict standards for offshore structures in the North Sea. Research on micro-additives will probably produce useful concretes for repairing road and bridges as well.

Trong những năm gần đây, hàng loạt những vật liệu gần như hoàn toàn mới đã xuất hiện ứng dụng cho ngành xây dựng, chủ yếu là từ ngành vũ trụ và điện tử. Những vật liệu này đã được phát triển từ những hiểu biết về cấu trúc và đặc tính của chúng cũng như là những công nghệ mới làm biến đổi vật liệu cũ. Những phụ gia cho vật liệu truyền thống như là bê tông và thép là đặc biệt nổi bật. Ví dụ, người ta đã biết rằng khi cho polime vào có thể tăng cường độ bê tông, khả năng chịu nước và khả năng bảo vệ. Tuy vậy, việc thực hiện cũng bị hạn chế do chi phí, bởi vì phải thay thế tới 10% của xi măng thì nó mới hiệu quả. Mặc dù thế, những nhà nghiên cứu người Thụy Điển đã có thể làm giảm chi phí bằng cách sử dụng polime với hạt cầu siêu nhỏ đường kính 8 phần triệu inch, và chúng chỉ chiếm chưa đến 1% xi măng. Bê tông làm với những hạt cầu siêu nhỏ này có thể đáp ứng được những tiêu chuẩn khắt khe cho những công trình ngoài khơi trên biển Bắc. Nghiên cứu về phụ gia siêu nhỏ có lẽ sẽ tạo ra những bê tông hữu ích cho việc sửa đường cũng như là cầu.
Example 3-5: Green Buildings
Ví dụ 3-5: Những công trình thân thiện môi trường.
The Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) Green Building Rating System is intended to promote voluntary improvements in design and construction practices. In the rating system, buildings receive points for a variety of aspects, including reduced energy use, greater use of daylight rather than artificial lights, recycling construction waste, rainfall runoff reduction, availability of public transit access, etc. If a building accumulates a sufficient number of points, it may be certified by the Green Building Alliance as a "green building." While some of these aspects may increase construction costs, many reduce operating costs or make buildings more attractive. Green building approaches are spreading to industrial plants and other types of construction.

Hệ thống đánh giá xếp loại công trình thân thiện với môi trường LEED là nhằm thúc đẩy những cải tiến mang tính tình nguyện trong việc hành nghề thiết kế và xây dựng. Trong hệ thống đánh giá này, những công tình nhận những điểm số trong một loạt các tiêu chí, bao gồm việc giảm tiêu thụ năng lượng, sử dụng nhiều ánh sáng tự nhiên hơn là nhân tạo, tái chế rác thải xây dựng, giảm thất thoát nước mưa, khả năng sẵn dụng của tiếp cận giao thông công cộng..vv. Nếu một công trình đạt được đủ số điểm, nó có thể được chứng nhận là “ Công trình thân thiện với môi trường” bởi Tổ chức công trình thân thiện môi trường. Mặc dù một số mặt có thể làm tăng chi phí cho công trình, nhưng những chi phí vận hành lại giảm xuống vẫn làm những công trình thuộc thể loại này hấp dẫn hơn. Cách tiếp cận công trình thân thiện giờ đây đang lan cả sang những nhà máy công nghiệp và những dạng công trình xây dựng khác.

 

[Skinhead]

3.4 Design Methodology
3.4 Phương pháp thiết kế

While the conceptual design process may be formal or informal, it can be characterized by a series of actions: formulation, analysis, search, decision, specification, and modification. However, at the early stage in the development of a new project, these actions are highly interactive as illustrated in Figure 3-4. [11] Many iterations of redesign are expected to refine the functional requirements, design concepts and financial constraints, even though the analytic tools applied to the solution of the problem at this stage may be very crude.

Trong khi quá trình thiết kế ý tưởng có thể là chính thống hoặc không chính thống, nó có thể được mô tả bởi một loạt các công việc như: công thức hóa, phân tích, tìm kiếm, quyết định, ghi chú, và hiệu chỉnh. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của dự án, những công việc này tương tác lẫn nhau như được minh họa trong Hình 3-4. Rất nhiều những tương tác của quá trình thiết kế chỉnh sửa sẽ điều chỉnh những yêu cầu về công năng, những ý tưởng thiết kế và những sức ép về tài chính, mặc dù những công cụ phân tích áp dụng cho giải pháp của những vấn đề trong giai đoạn này có thể rất sơ khai.

The series of actions taken in the conceptual design process may be described as follows:
Những công việc cần thực hiện trong quá trình thiết kế ý tưởng này có thể được mô tả như sau:


• Formulation refers to the definition or description of a design problem in broad terms through the synthesis of ideas describing alternative facilities.
• Công thức hóa liên quan đến những định nghĩa hoặc những mô tả quả một vấn đề thiết kế trong những thuật ngữ rộng thông qua sự tổng hợp của những ý tưởng mô tả những công trình khác nhau.
• Analysis refines the problem definition or description by separating important from peripheral information and by pulling together the essential detail. Interpretation and prediction are usually required as part of the analysis.
• Những phân tích điều chỉnh lại những định nghĩa hoặc mô tả vấn đề bằng cách tách biệt những thông tin ngoại vi và bằng cách hòa hợp những chi tiết cơ bản. Sự giải thích và dự đoán thường là một phần bắt buộc của quá trình phân tích.
• Search involves gathering a set of potential solutions for performing the specified functions and satisfying the user requirements.
• Sự tìm kiếm bao gồm tập hợp một loạt những giải pháp tiềm năng để thực hiện những chức năng về mặt lý thuyết và thỏa mãn những yêu cầu của người sử dụng.
• Decision means that each of the potential solutions is evaluated and compared to the alternatives until the best solution is obtained.
• Quyết định nghĩa là mỗi một trong những giải pháp tiềm năng đều được đánh giá và so sánh với những giải pháp khác cho đến khi chọn được cái tốt nhất.
• Specification is to describe the chosen solution in a form which contains enough detail for implementation.
• Ghi chú là để mô tả giải pháp đã được lựa chọn trong một dạng đầy đủ chi tiết để tiến hành thực hiện
• Modification refers to the change in the solution or re-design if the solution is found to be wanting or if new information is discovered in the process of design.
• Hiệu chỉnh liên quan đến sự thay đổi trong giải pháp hoặc tiền thiết kế nếu giải pháp đó được đánh giá là cần thiết hoặc nếu xuất hiện những thông tin mới trong quá trình thiết kế.

As the project moves from conceptual planning to detailed design, the design process becomes more formal. In general, the actions of formulation, analysis, search, decision, specification and modification still hold, but they represent specific steps with less random interactions in detailed design. The design methodology thus formalized can be applied to a variety of design problems. For example, the analogy of the schematic diagrams of the structural design process and of the computer program development process is shown in Figure 3-5 [12].

Khi dự án chuyển dần từ giai đoạn hoạch định ý tưởng đến thiết kế chi tiết, quá trình thiết kế trở nên chính thức hơn. Nói chung, những công việc công thức hóa, phân tích, tìm kiếm, quyết định, ghi chú và hiệu chỉnh vẫn duy trì, những chúng thể hiện những bước cụ thể với ít tương tác ngẫu nhiên hơn trong thiết kế chi tiết. Phương pháp thiết kế vì thế mà được công thức hóa và có thể được áp dụng cho rất nhiều vấn đề thiết kế. Chẳng hạn, sự tương đồng của những biểu đồ của quá trình thiết kế cấu trúc và của quá trình phát triển chương trình máy tính được minh họa ở Hình 3-5.

 

[Skinhead]

The basic approach to design relies on decomposition and integration. Since design problems are large and complex, they have to be decomposed to yield subproblems that are small enough to solve. There are numerous alternative ways to decompose design problems, such as decomposition by functions of the facility, by spatial locations of its parts, or by links of various functions or parts. Solutions to subproblems must be integrated into an overall solution. The integration often creates conceptual conflicts which must be identified and corrected. A hierarchical structure with an appropriate number of levels may be used for the decomposition of a design problem to subproblems. For example, in the structural design of a multistory building, the building may be decomposed into floors, and each floor may in turn be decomposed into separate areas. Thus, a hierarchy representing the levels of building, floor and area is formed.

Cách tiếp cận cơ bản của thiết kế dựa trên sự phân tích và tương tác. Vì những vấn đề thiết kế là rộng lớn và phức tạp, chúng cần phải được phân tích thành những vấn đề phụ phát sinh đủ nhỏ để có thể được giải quyết. Có rất nhiều cách khác nhau để phân tích những vấn đề này, chẳng hạn như phân tích theo công năng, bẳng những vị trí không gian của các phần của nó, hoặc bằng những liên kết của rất nhiều phần hoặc công năng. Những giải pháp cho những vấn đề phụ phải được tích hợp vào một giải pháp tổng thể. Một cấu trúc tầng bậc với một số mức độ thích hợp có thể được dùng cho quá trình phân tích một vấn đề thiết kế chính thành những vấn đề nhỏ. Chẳng hạn, trong thiết kế kết cấu của một công trình cao tầng, công trình có thể được chia tách thành từng tầng, và mỗi tầng đến lượt mình lại được chia tách thành các không gian riêng biệt. Do đó, một hệ thống tầng bậc thể hiện các tầng của công trình, sàn và khu vực được hình thành.

Different design styles may be used. The adoption of a particular style often depends on factors such as time pressure or available design tools, as well as the nature of the design problem. Examples of different styles are:

Những phong cách thiết kế khác nhau cũng có thể được sử dụng. Việc áp dụng một phong cách thiết kế cụ thể nào đó thường phụ thuộc vào những yếu tố như là tiến độ hoặc những công cụ thiết kế sẵn có cũng như là bản chất của những vấn đề thiết kế. Những ví dụ về các phong cách thiết kế là:


• Top-down design. Begin with a behavior description of the facility and work towards descriptions of its components and their interconnections.
• Thiết kế từ trên xuống( từ tổng thế đến chi tiết): Khởi đầu với một đặc thù hình dạng của công trình và công việc hướng đến môt tả những thành phần của nó và những quan hệ kế nối giữa chúng.

• Bottom-up design. Begin with a set of components, and see if they can be arranged to meet the behavior description of the facility.
• Thiết kế từ dưới lên ( từ bộ phận đến tổng thể): Khởi đầu với một loạt những thành phần và xem xét liệu chúng có thể được xắp xếp để đáp ứng đặc thù hình dạng của công trình không.


The design of a new facility often begins with the search of the files for a design that comes as close as possible to the one needed. The design process is guided by accumulated experience and intuition in the form of heuristic rules to find acceptable solutions. As more experience is gained for this particular type of facility, it often becomes evident that parts of the design problem are amenable to rigorous definition and algorithmic solution. Even formal optimization methods may be applied to some parts of the problem.

Thiết kế của một công trình mới thường bắt đầu với việc tìm kiếm những dữ liệu càng đến gần với cái mình mong muốn càng tốt. Quá trình thiết kế được định hướng bằng những kinh nghiệm và trực giác được tích lũy dưới hình thức của những quy tắc đòi hỏi tìm tòi để tìm kiếm những giải pháp chấp nhận được. Khi những kinh nghiệm được tích lũy càng nhiều cho loại công trình như thế này, nó thường trở nên hiển nhiên rằng những phần của vấn đề thiết kế phải tuân theo định nghĩa nghiêm ngặt và giải pháp có tính thuật toán. Thậm chí những phương pháp lạc quan hóa một cách chính thức cũng có thể được áp dụng đối với một số phần của vấn đề.

 

[Skinhead]

3.5 Functional Design
3.5 Thiết kế công năng

The objective of functional design for a proposed facility is to treat the facility as a complex system of interrelated spaces which are organized systematically according to the functions to be performed in these spaces in order to serve a collection of needs. The arrangement of physical spaces can be viewed as an iterative design process to find a suitable floor plan to facilitate the movement of people and goods associated with the operations intended.

Mục tiêu của thiết kế công năng cho một công trình dự kiến là nhìn nhận công trình đó như là một hệ thống phức hợp của những không gian tương quan với nhau được tổ chức một cách có hệ thống theo những chức năng sẽ được sử dụng trong những không gian đó nhằm phục vụ một loạt những nhu cầu. Sự xắp xếp của những không gian vật lý có thể được nhìn nhận như là một quá trình thiết kế lặp đi lặp lại để tìm ra một mặt bằng phù hợp tạo điều kiện thuận lợi cho những hoạt động của con người và hàng hóa kết hợp với những vận hành dự kiến.

A designer often relies on a heuristic approach, i.e., applying selected rules or strategies serving to stimulate the investigation in search for a solution. The heuristic approach used in arranging spatial layouts for facilities is based generally on the following considerations:

Người thiết kế thường dựa vào một phương pháp tự tìm kiếm nghĩa là áp dụng những quy tắc đã được lựa chọn hoặc những chiến lược nhằm kích thích sự tìm tòi trong việc tìm kiếm giải pháp. Phương pháp này được sử dụng để xắp xếp những sơ đồ không gian cho các chức năng nói chung là dựa trên những yếu tố sau:

1. identification of the goals and constraints for specified tasks,
2. determination of the current state of each task in the iterative design process,
3. evaluation of the differences between the current state and the goals,
4. means of directing the efforts of search towards the goals on the basis of past experience.

1. Đặc điểm của những mục đích và yêu cầu cho những nhiệm vụ cụ thể.
2. Định hình của tình trạng hiện thời của mỗi nhiệm vụ trong quá trình thiết kế lặp đi lặp lại.
3. Đánh giá sự khác biệt giữa tình trạng hiện thời và các mục tiêu.
4. Các phương tiện định hướng những nỗ lực tìm kiếm hướng đến các mục tiêu trên nền tảng kinh nghiệm quá khứ.

Hence, the procedure for seeking the goals can be recycled iteratively in order to make tradeoffs and thus improve the solution of spatial layouts.

Do đó, quá trình nỗ lực đạt đến mục tiêu có thể được tái sử dụng một cách lặp đi lặp lại nhằm tạo ra sự cân bằng và do đó cải thiện được giải pháp cho sơ đồ không gian.

Consider, for example, an integrated functional design for a proposed hospital. Since the responsibilities for satisfying various needs in a hospital are divided among different groups of personnel within the hospital administrative structure, a hierarchy of functions corresponding to different levels of responsibilities is proposed in the systematic organization of hospital functions. In this model, the functions of a hospital system are decomposed into a hierarchy of several levels:

Chẳng hạn, xem xét một thiết kế công năng tích hợp cho một bệnh viện dự kiến. Vì trách nhiệm thỏa mãn những nhu cầu khác nhau trong một bệnh viện được chia thành những nhóm khác nhau về nhân sự trong cấu trúc điều hành bệnh viện, một cấu trúc tầng bậc về chức năng tương ứng với những mức độ trách nhiệm khác nhau được đề xuất trong tổ chức hệ thống của các chức năng bệnh viện. Trong mô hình này, các chức năng của một hệ thống bệnh viện được phân tách thành một cấu trúc tầng bậc với vài cấp độ:

1. Hospital--conglomerate of all hospital services resulting from top policy decisions,
2. Division--broadly related activities assigned to the same general area by administrative decisions,
3. Department--combination of services delivered by a service or treatment group,
4. Suite--specific style of common services or treatments performed in the same suite of rooms,
5. Room--all activities that can be carried out in the same internal environment surrounded by physical barriers,
6. Zone--several closely related activities that are undertaken by individuals,
7. Object--a single activity associated with an individual.

1. Bệnh viện – Một tập hợp của tất cả các dịch vụ bệnh viện do những quyết định chính sách cấp cao.
2. Bộ phận – Những hoạt động liên quan một cách rộng rãi được chỉ định tới một khu vực chung bằng những quyết định hành chính.
3. Khoa – Sự kết hợp của những dịch vụ do một nhóm điều trị hoặc dịch vụ cung cấp.
4. Dãy – Một kiểu đặc thù của dịch vụ hoặc điều trị chung được thực hiện trong cùng một dãy phòng.
5. Phòng – Tất cả các hoạt động có thể được tiến hành trong cùng một môi trường nội bộ được bao quanh bởi những rào chắn vật lý.
6. Khu vực – Một vài những hoạt động liên quan mật thiết được tiến hành bởi những cá nhân.
7. Đối tượng – Một hoạt động đơn lẻ kết hợp với một cá nhân

In the integrated functional design of hospitals, the connection between physical spaces and functions is most easily made at the lowest level of the hierarchy, and then extended upward to the next higher level. For example, a bed is a physical object immediately related to the activity of a patient. A set of furniture consisting of a bed, a night table and an armchair arranged comfortably in a zone indicates the sphere of private activities for a patient in a room with multiple occupancy. Thus, the spatial representation of a hospital can be organized in stages starting from the lowest level and moving to the top. In each step of the organization process, an element (space or function) under consideration can be related directly to the elements at the levels above it, to those at the levels below it, and to those within the same level.

Trong thiết kế công năng tích hợp của bệnh viện, sự liên kết giữa những không gian vật lý và chức năng được tạo ra một cách dễ dàng ở mức thấp nhất của cấu trúc tầng bậc, và sau đó mở rộng lên phía trên tới các mức cao hơn. Chẳng hạn, một cái giường là một đối tượng vật lý liên quan trực tiếp tới hoạt động của một bệnh nhân. Một bộ đồ nội thất gồm giường, bàn đèn và ghế được xắp xếp một cách thuận tiện trong một khu vực chỉ định rõ phạm vi của những hoạt động cá nhân cho một bệnh nhân trong một phòng với nhiều sở hữu. Do đó, sự bố trí không gian của bệnh viện có thể được tổ chức thành những giai đoạn bắt đầu từ cấp thấp nhất và chuyển dần lên trên. Trong mỗi bước của quá trình tổ chức, một đối tượng ( không gian hoặc chức năng) được xem xét có thể liên quan trực tiếp tới những đối tượng ở cấp độ bên trên nó, những đối tượng bên dưới nó, và những đối tượng cùng cấp độ với nó.

Since the primary factor relating spaces is the movement of people and supplies, the objective of arranging spaces is the minimization of movement within the hospital. On the other hand, the internal environmental factors such as atmospheric conditions (pressure, temperature, relative humidity, odor and particle pollution), sound, light and fire protection produce constraining effects on the arrangement of spaces since certain spaces cannot be placed adjacent to other spaces because of different requirements in environmental conditions. The consideration of logistics is important at all levels of the hospital system. For example, the travel patterns between objects in a zone or those between zones in a room are frequently equally important for devising an effective design. On the other hand, the adjacency desirability matrix based upon environmental conditions will not be important for organization of functional elements below the room level since a room is the lowest level that can provide a physical barrier to contain desirable environmental conditions. Hence, the organization of functions for a new hospital can be carried out through an interactive process, starting from the functional elements at the lowest level that is regarded as stable by the designer, and moving step by step up to the top level of the hierarchy. Due to the strong correlation between functions and the physical spaces in which they are performed, the arrangement of physical spaces for accommodating the functions will also follow the same iterative process. Once a satisfactory spatial arrangement is achieved, the hospital design is completed by the selection of suitable building components which complement the spatial arrangement.

Bởi vì yếu tố chính liên quan đến không gian đó là những hoạt động của con người và hàng hóa. Đối tượng của việc bố trí không gian đó là sự đơn giản hóa những hoạt động trong bệnh viện. Mặt khác, những yếu tố môi trường nội tại chẳng hạn như là điều kiện không khí ( áp suất, nhiệt độ, độ ẩm tương đối, mùi và ô nhiễm bụi) âm thanh, ánh sáng, phòng chống cháy tạo ra những yêu cầu bắt buộc đối với việc bố trí không gian bởi vì một không gian nào đó không thể được đặt cạnh một không gian khác bởi những yêu cầu khác nhau về điều kiện môi trường. Xem xét yếu tố hậu cần là quan trọng ở tất cả các cấp độ của hệ thống bệnh viện. Chẳng hạn, sơ đồ đi lại giữa những đối tượng trong một khu vực hoặc giữa các khu vực trong một phòng là quan trọng như nhau cho việc đặt kế hoạch cho một thiết kế hiệu quả. Mặt khác, sơ đồ mong muốn liền kề dựa trên những điều kiện môi trường là không quan trọng cho tổ chức của những thành phần công năng bên dưới mức độ phòng vì một phòng là mức độ thấp nhất có thể tạo ra một hệ ngăn cách vật lý để tạo ra những điều kiện môi trường mong muốn. Do vậy, tổ chức của những chức năng cho một bệnh viện mới có thể được tiến hành qua một quá trình tương tác, bắt đầu từ những thành phần chức năng ở mức độ thấp nhất được xem như là bền vững, và tiến hành từng bước lên tới mức độ cao nhất của hệ thống. Do sự tương quan mạnh giữa công năng và không gian vật lý, nơi công năng hoạt động, sự bố trí những không gian vật lý để chứa đựng công năng cũng sẽ theo cùng quá trình lặp đi lặp lại như thế. Khi mà đạt được sự bố trí không gian thỏa đáng, thiết kế bệnh viện này sẽ được hoàn tất bằng việc lựa chọn những thành phần công trình phù hợp, những thành phần này sẽ bổ xung sự bố trí không gian.

 

[Skinhead]

Example 3-6: Top-down design style
Ví dụ 3-6: Kiểu thiết kế từ trên xuống( từ tổng thể đến chi tiết)

In the functional design of a hospital, the designer may begin with a "reference model", i.e. the spatial layouts of existing hospitals of similar size and service requirements. On the basis of past experience, spaces are allocated to various divisions as shown schematically in Figure 3-6. The space in each division is then divided further for various departments in the division, and all the way down the line of the hierarchy. In every step along the way, the pertinent information of the elements immediately below the level under consideration will be assessed in order to provide input for making necessary adjustments at the current level if necessary. The major drawback of the top-down design style is that the connection between physical spaces and functions at lower levels cannot be easily anticipated. Consequently, the new design is essentially based on the intuition and experience of the designer rather than an objective analysis of the functions and space needs of the facility. Its greatest attraction is its simplicity which keeps the time and cost of design relatively low.

Trong thiết kế công năng một bệnh viện, người thiết kế có thể bắt đầu với một “mô hình tham khảo”, có nghĩa là các sơ đồ không gian của những bệnh viện đã được xây dựng có cùng quy mô và những yêu cầu dịch vụ. Dựa trên những nền tảng kinh nghiệm đã có, các không gian được định vị rõ tới rất nhiều bộ phận như được trình bày dưới dạng biểu đồ trong hình 3-6. Không gian trong mỗi bộ phận sau đó lại được chia nhỏ nữa thành các khoa trong bộ phận, và càng được chia nhỏ nữa trong hệ thống. Trong mỗi bước như vậy, thông tin thích hợp của những thành phần ngay bên dưới cấp độ được xem xét sẽ được đánh giá nhằm cung cấp dữ liệu để tiến hành những điều chỉnh cần thiết tại cấp độ hiện thời, nếu cần thiết. Hạn chế lớn nhất của phương pháp này là sự kết nối giữa không gian vật lý và các công năng tại cấp độ thấp hơn không thể dễ dàng lường trước được. Do đó, thiết kế mới này về cơ bản là dựa trên trực quan và kinh nghiệm của người thiết kế chứ không phải một phân tích khách quan của công năng và những nhu cầu không gian của công trình. Sự hấp dẫn lớn nhất của nó đó là sự đơn giản của nó sẽ làm cho thời gian và chi phí thiết kế tương đối thấp.

Hình 3-6


Example 3-7: Bottom-up design style
Ví dụ 3-7: Kiểu thiết kế từ dưới lên ( từ chi tiết đến tổng thể )

A multi-purpose examination suite in a hospital is used as an illustration of bottom-up design style. In Figure 3-7, the most basic elements (furniture) are first organized into zones which make up the room. Thus the size of the room is determined by spatial layout required to perform the desired services. Finally, the suite is defined by the rooms which are parts of the multi-purpose examination suite.

Một dãy khám bệnh đa năng trong một bệnh viện được sử dụng để minh họa cho cách thiết kế từ dưới lên. Trong hình 3-7, những thành phần cơ bản nhất ( nội thất) được tổ chức trước tiên trong khu vực tạo thành phòng. Do đó, kích cỡ của phòng này được quyết định dựa trên sơ đồ không gian yêu cầu để thỏa mãn những dịch vụ cần thiết. Cuối cùng, dãy phòng được xác lập bởi các phòng, các phòng này là những thành phần của dãy khám bệnh đa năng.

Hình 3-7

 

[huynhkhacqui]

Nhờ các bạn dịch cho hoàn tất chương 3

Các bạn bỏ chút ít thời gian dịch cho xong chương 3 ngen.thanks. Mình post tiếp lên tài liệu tiếng anh:
3.6 Physical Structures

The structural design of complex engineering systems generally involves both synthesis and analysis. Synthesis is an inductive process while analysis is a deductive process. The activities in synthesis are often described as an art rather than a science, and are regarded more akin to creativity than to knowledge. The conception of a new structural system is by and large a matter of subjective decision since there is no established procedure for generating innovative and highly successful alternatives. The initial selection of a workable system from numerous possible alternatives relies heavily on the judicious judgment of the designer. Once a structural system is selected, it must be subjected to vigorous analysis to insure that it can sustain the demands in its environment. In addition, compatibility of the structural system with mechanical equipment and piping must be assured.
For traditional types of structures such as office buildings, there are standard systems derived from the past experience of many designers. However, in many situations, special systems must be developed to meet the specified requirements. The choice of materials for a structure depends not only on the suitability of materials and their influence on the form of the structure. For example, in the design of an airplane hangar, a steel skeleton frame may be selected because a similar frame in reinforced concrete will limit the span of the structure owing to its unfavorable ratio or resistance to weight. However, if a thin-shelled roof is adopted, reinforced concrete may prove to be more suitable than steel. Thus, the interplay of the structural forms and materials affects the selection of a structural system, which in turn may influence the method of construction including the use of falsework.
Example 3-8: Steel frame supporting a turbo-blower [14]

The design of a structural frame supporting a turbo-blower supplying pressurized air to a blast furnace in a steel mill can be used to illustrate the structural design process. As shown in Figure 3-8, the turbo-blower consists of a turbine and a blower linked to an air inlet stack. Since the vibration of the turbo-blower is a major concern to its operation, a preliminary investigation calls for a supporting frame which is separated from the structural frame of the building. An analysis of the vibration characteristics of the turbo-blower indicates that the lowest mode of vibration consists of independent vibration of the turbine shaft and the blower shaft, with higher modes for the coupled turbo-blower system when both shafts vibrate either in-phase or out-of-phase. Consequently, a steel frame with separate units for the blower side and the turbine side is selected. The columns of the steel frame are mounted on pile foundation and all joints of the steel frame are welded to reduce the vibration levels.
Since the structural steel frame also supports a condenser, an air inlet and exhaust, and a steam inlet and exhaust in addition to the turbo-blower, a static analysis is made to size its members to support all applied loads. Then, a dynamic analysis is conducted to determine the vibration characteristics of the system incorporating the structural steel frame and the turbo-blower. When the limiting conditions for static loads and natural frequencies of vibration are met, the design is accepted as satisfactory.

Figure 3-8: Steel Frame Supporting a Turbo-Blower
Example 3-9: Multiple hierarchy descriptions of projects

In the previous section, a hierarchy of functional spaces was suggested for describing a facility. This description is appropriate for functional design of spaces and processes within a building, but may be inadequate as a view of the facility's structural systems. A hierarchy suitable for this purpose might divide elements into structural functions such as slabs, walls, frames, footings, piles or mats. Lower levels of the hierarchy would describe individual design elements. For example, frames would be made up of column, beam and diagonal groups which, in turn, are composed of individual structural elements. These individual structural elements comprise the limits on functional spaces such as rooms in a different hierarchical perspective. Designers typically will initiate a view appropriate for their own concerns, and these different hierarchical views must be synthesized to insure consistency and adequacy of the overall design.
3.7 Geotechnical Engineering Investigation

Since construction is site specific, it is very important to investigate the subsurface conditions which often influence the design of a facility as well as its foundation. The uncertainty in the design is particularly acute in geotechnical engineering so that the assignment of risks in this area should be a major concern. Since the degree of uncertainty in a project is perceived differently by different parties involved in a project, the assignment of unquantifiable risks arising from numerous unknowns to the owner, engineer and contractor is inherently difficult. It is no wonder that courts or arbitrators are often asked to distribute equitably a risk to parties who do not perceive the same risks and do not want to assume a disproportionate share of such risks.
Example 3-10: Design of a tie-back retaining wall [15]

This example describes the use of a tie-back retaining wall built in the 1960's when such construction was uncommon and posed a considerable risk. The engineer designing it and the owner were aware of the risk because of potentially extreme financial losses from both remedial and litigation costs in the event that the retaining wall failed and permitted a failure of the slope. But the benefits were perceived as being worth the risk--benefits to the owner in terms of both lower cost and shorter schedule, and benefits to the engineer in terms of professional satisfaction in meeting the owner's needs and solving what appeared to be an insurmountable technical problem.
The tie-back retaining wall was designed to permit a cut in a hillside to provide additional space for the expansion of a steel-making facility. Figure 3-9 shows a cross section of the original hillside located in an urban area. Numerous residential dwellings were located on top of the hill which would have been prohibitively costly or perhaps impossible to remove to permit regrading of the hillside to push back the toe of the slope. The only realistic way of accomplishing the desired goal was to attempt to remove the toe of the existing slope and use a tie-back retaining wall to stabilize the slope as shown in Figure 3-10.

Figure 3-9: Typical Cross Section of Hillside Adjoining Site

Figure 3-10: Schematic Section of Anchored Steel Sheet Pile Retaining Wall

A commitment was made by both the owner and the engineer to accomplish what was a common goal. The engineer made a commitment to design and construct the wall in a manner which permitted a real-time evaluation of problems and the ability to take mitigating measures throughout the construction of the wall. The owner made a commitment to give the engineer both the professional latitude and resources required to perform his work. A design-construct contract was negotiated whereby the design could be modified as actual conditions were encountered during construction. But even with all of the planning, investigation and design efforts, there still remained a sizable risk of failure.
The wall was successfully built--not according to a pre-devised plan which went smoothly, and not without numerous problems to be resolved as unexpected groundwater and geological conditions were encountered. Estimated costs were exceeded as each unexpected condition was addressed. But there were no construction delays and their attendant costs as disputes over changed conditions and contract terms were reconciled. There were no costs for legal fees arising from litigation nor increased interest costs as construction stopped while disputes were litigated. The owner paid more than was estimated, but not more than was necessary and not as much as if he had to acquire the property at the top of the hill to regrade the slope. In addition, the owner was able to attain the desired facility expansion in far less time than by any other method.
As a result of the success of this experience and others, the use of tie-back retaining walls has become a routine practice.
3.8 Construction Site Environment

While the general information about the construction site is usually available at the planning stage of a project, it is important for the design professionals and construction manager as well as the contractor to visit the site. Each group will be benefited by first-hand knowledge acquired in the field.
For design professionals, an examination of the topography may focus their attention to the layout of a facility on the site for maximum use of space in compliance with various regulatory restrictions. In the case of industrial plants, the production or processing design and operation often dictate the site layout. A poor layout can cause construction problems such as inadequate space for staging, limited access for materials and personnel, and restrictions on the use of certain construction methods. Thus, design and construction inputs are important in the layout of a facility.
The construction manager and the contractor must visit the site to gain some insight in preparing or evaluating the bid package for the project. They can verify access roads and water, electrical and other service utilities in the immediate vicinity, with the view of finding suitable locations for erecting temporary facilities and the field office. They can also observe any interferences of existing facilities with construction and develop a plan for site security during construction.
In examining site conditions, particular attention must be paid to environmental factors such as drainage, groundwater and the possibility of floods. Of particular concern is the possible presence of hazardous waste materials from previous uses. Cleaning up or controlling hazardous wastes can be extremely expensive.
Example 3-11: Groundwater Pollution from a Landfill [16]

The presence of waste deposits on a potential construction site can have substantial impacts on the surrounding area. Under existing environmental regulations in the United States, the responsibility for cleaning up or otherwise controlling wastes generally resides with the owner of a facility in conjunction with any outstanding insurance coverage.
A typical example of a waste problem is illustrated in Figure 3-11. In this figure, a small pushover burning dump was located in a depression on a slope. The landfill consisted of general refuse and was covered by a very sandy material. The inevitable infiltration of water from the surface or from the groundwater into the landfill will result in vertical or horizontal percolation of leachable ions and organic contamination. This leachate would be odorous and potentially hazardous in water. The pollutant would show up as seepage downhill, as pollution in surface streams, or as pollution entering the regional groundwater.

Figure 3-11: Cross-Section Illustration of a Landfill

Before new construction could proceed, this landfill site would have to be controlled or removed. Typical control methods might involve:

• Surface water control measures, such as contour grading or surface sealing.
• Passive groundwater control techniques such as underground barriers between the groundwater and the landfill.
• Plume management procedures such as pumping water from surrounding wells.
• Chemical immobilization techniques such as applying surface seals or chemical injections.
• Excavation and reburial of the landfill requiring the availability of an engineered and environmentally sound landfill.

The excavation and reburial of even a small landfill site can be very expensive. For example, the estimated reburial cost for a landfill like that shown in Figure 3-11 was in excess of $ 4 million in 1978.
3.9 Value Engineering

Value engineering may be broadly defined as an organized approach in identifying unnecessary costs in design and construction and in soliciting or proposing alternative design or construction technology to reduce costs without sacrificing quality or performance requirements. It usually involves the steps of gathering pertinent information, searching for creative ideas, evaluating the promising alternatives, and proposing a more cost effective alternative. This approach is usually applied at the beginning of the construction phase of the project life cycle.
The use of value engineering in the public sector of construction has been fostered by legislation and government regulation, but the approach has not been widely adopted in the private sector of construction. One explanation may lie in the difference in practice of engineering design services in the public and private sectors. In the public sector, the fee for design services is tightly monitored against the "market price," or may even be based on the lowest bid for service. Such a practice in setting professional fees encourages the design professionals to adopt known and tried designs and construction technologies without giving much thought to alternatives that are innovative but risky. Contractors are willing to examine such alternatives when offered incentives for sharing the savings by owners. In the private sector, the owner has the freedom to offer such incentives to design professionals as well as the contractors without being concerned about the appearance of favoritism in engaging professional services.
Another source of cost savings from value engineering is the ability of contractors to take advantage of proprietary or unusual techniques and knowledge specific to the contractor's firm. For example, a contractor may have much more experience with a particular method of tunneling that is not specified in the original design and, because of this experience, the alternative method may be less expensive. In advance of a bidding competition, a design professional does not know which contractor will undertake the construction of a facility. Once a particular contractor is chosen, then modifications to the construction technology or design may take advantage of peculiar advantages of the contractor's organization.
As a final source of savings in value engineering, the contractor may offer genuine new design or construction insights which have escaped the attention of the design professional even if the latter is not restrained by the fee structure to explore more alternatives. If the expertise of the contractor can be utilized, of course, the best time to employ it is during the planning and design phase of the project life cycle. That is why professional construction management or integrated design/construction are often preferred by private owners.