Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông minh trong quy hoạch và quản lý đô thị

=> Nguồn: Chuyển đổi số – Nền tảng xây dựng đô thị thông minh

Tác giả: PGS.TS.KTS. Lưu Đức Cường

Viện trưởng Viện Quy hoạch ĐT&NT Quốc gia

1. Xu hướng ứng dụng công nghệ thông minh trong công tác quy hoạch đô thị trên thế giới

1.1. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS)

GIS đang trở thành một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực quy hoạch đô thị trên toàn cầu. Một số quốc gia nổi tiếng như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và nhiều quốc gia Châu Âu đã tích hợp GIS vào quy hoạch đô thị một cách có tổ chức. 

Tại Nhật Bản, GIS đã được áp dụng rộng rãi từ những năm 70. Ban đầu, nghiên cứu tập trung vào xây dựng hệ thống thông tin về khu vực, đô thị, sử dụng đất và hạ tầng kỹ thuật đô thị. Theo thời gian, ứng dụng của GIS đã mở rộng đến nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, khảo cổ học, khoa học trái đất, giao thông, và giáo dục.

Ở Bắc Mỹ, Mỹ và Canada đứng đầu về công nghệ GIS. Hệ thống dữ liệu quốc gia của Mỹ tuân theo tiêu chuẩn cao và được phát triển đầy đủ, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như môi trường, hành chính-xã hội, kinh tế và đa ngành liên ngành. 

Los Angeles và Paloma ở California là ví dụ về cách sử dụng GIS trong quy hoạch đô thị. Los Angeles đã phát triển hệ thống ZIMAS, lưu trữ thông tin quy hoạch và sử dụng đất trên toàn thành phố. Paloma kết hợp GIS để mô phỏng sự phát triển đô thị, giúp quyết định quản lý đất đai và phân khu chức năng.

Ở Pháp, GIS đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như dịch vụ công, tiếp vận, môi trường, bất động sản, hạ tầng kỹ thuật, thị trường, và xã hội. Trong quy hoạch đô thị, GIS giúp quản lý thông tin quy hoạch và sử dụng đất dựa trên nền tảng dữ liệu quốc gia phong phú. 

Hàn Quốc đã đầu tư mạnh mẽ vào GIS từ những năm 1995, chia thành các giai đoạn khác nhau. Hệ thống GIS quốc gia của Hàn Quốc không chỉ tập trung vào cơ sở dữ liệu và hạ tầng, mà còn ứng dụng rộng rãi trong quản lý thông tin đất đai, quy hoạch, và thành phố thông minh.

1.2 Ứng dụng công nghệ ảnh viễn thám

Viễn thám từ những năm 1980 đã đóng vai trò quan trọng trong quy hoạch và quản lý đô thị cũng như trong kiểm kê tài nguyên và theo dõi biến động sử dụng đất. Công nghệ viễn thám, với các tiến bộ như độ phân giải không gian, quét laser 3D, khai thác dữ liệu và xử lý ảnh, đã được rộng rãi sử dụng trong quy hoạch đô thị.

Ở Trung Quốc, viễn thám cung cấp dữ liệu sử dụng đất cho quy trình quy hoạch đô thị. Bắc Kinh đã sử dụng nó để giám sát môi trường đô thị, ô nhiễm không khí, và nước, cũng như để điều tra không gian xanh. Dữ liệu từ viễn thám như Landsat TM, SPOT MSS đã hỗ trợ quản lý đất đai và tài nguyên, đồng thời cung cấp thông tin chính xác về sử dụng đất đô thị và các điều kiện môi trường. 

Đối với quy hoạch chung, viễn thám như Landsat TM cung cấp thông tin về quy mô phát triển đô thị và điều kiện tự nhiên, tài nguyên, mạng lưới đường bộ, và sự mở rộng đô thị. Đối với quy hoạch chi tiết, các ảnh vệ tinh với độ phân giải cao như IKONOS, Quickbird, và SPOT 5 cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc đô thị, sử dụng đất, và thậm chí cả bản đồ 3D.

Tại Việt Nam, viễn thám cũng đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu về tài nguyên thiên nhiên và công tác quy hoạch đô thị. Dữ liệu từ Bộ Tài nguyên và Môi trường, Google Maps, và nghiên cứu thử nghiệm đã đưa ra thông tin hữu ích, nhưng vẫn cần sự phổ biến và ứng dụng rộng rãi để tối ưu hóa công tác quy hoạch và quản lý đô thị. 

1.3 Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong quy hoạch

Mô hình thông tin công trình (BIM) là một xu hướng công nghệ mới trong ngành xây dựng, cho phép xây dựng mô hình số của công trình trước khi thực hiện. BIM mô tả công trình trên môi trường 3D với thông tin về hình học, đặc tính của đối tượng, mối liên hệ, thời gian, trình tự thi công và chi phí. Công nghệ này được áp dụng trong toàn bộ chu kỳ dự án từ quy hoạch đến vận hành. Nhiều nước tiên tiến như Phần Lan, Nauy, Mỹ, Anh, Singapore đã bắt buộc sử dụng BIM trong hoạt động đầu tư xây dựng.

1.4 Ứng dụng các mô hình tính toán và phân tích quy hoạch

Các mô hình tính toán và phân tích quy hoạch, đặc biệt là ở Nhật Bản, được áp dụng rộng rãi để hỗ trợ phân tích, đánh giá hiện trạng và kiểm chứng các kịch bản quy hoạch. Các mô hình tính toán phổ biến như mô hình tích hợp giao thông và sử dụng đất đang được ứng dụng rộng rãi. Mô hình tương tác giữa giao thông và sử dụng đất là một ví dụ, trong đó, quy hoạch sử dụng đất và mạng lưới giao thông tương tác với nhau. 

Tại nước ta, việc xác định mạng lưới giao thông thường dựa trên dự báo nhu cầu và hệ thống tiêu chuẩn, thiếu sự phân tích tác động của sử dụng đất đối với giao thông. Ngược lại, ở nước ngoài, các mô hình tương tác giữa sử dụng đất và giao thông như Mô hình Lowry, ITLUP, Mô hình MEPLAN, TELUS đã được phát triển và áp dụng thành công trong quy hoạch đô thị từ những năm 1960.

1.5 Ứng dụng công nghệ 3D GIS trong khảo sát, xây dựng bản đồ

Công nghệ tin học, đặc biệt là hệ thống 3D GIS, đã được phát triển để mô hình hóa bề mặt lãnh thổ thông qua DEM và đối tượng trên bề mặt trái đất, đưa ra những ứng dụng quy hoạch ngày càng phổ biến. Nhu cầu về dữ liệu 3D, bao gồm tọa độ và độ cao, là quan trọng trong nhiều lĩnh vực như lập bản đồ, dự đoán thiên tai, khảo sát tài nguyên, lập kế hoạch phân phối điện, và phân tích dịch bệnh. 

Dự án như Bản đồ 3D toàn cầu AW3D của Nhật Bản hay các nền tảng như Google Map, Virtual Earth, Earth 3D Map, và 3D Interactive Earth Globe của eChalk đều đã thử nghiệm và hiển thị đồ họa 3 chiều để đáp ứng nhu cầu này. Một số nước phát triển đã thành công trong nghiên cứu và ứng dụng mô hình thành phố 3D trong quy hoạch và quản lý đô thị. 

2. Thực tiễn áp dụng công nghệ trong công tác nghiên cứu lập đồ án quy hoạch đô thị tại nước ta hiện nay

2.1 Chính sách ứng dụng công nghệ trong công tác quy hoạch đô thị tại nước ta

Chương trình chuyển đổi số quốc gia đến 2025 và tầm nhìn đến 2030

Phê duyệt tại Quyết định 749/QĐ-TTg ngày 3/6/2020. Mục tiêu kép bao gồm việc phát triển chính phủ số, kinh tế số, xã hội số, và hình thành các doanh nghiệp công nghệ có năng lực toàn cầu.

Đề án phát triển đô thị thông minh bền vững Việt Nam giai đoạn 2018-2025 và định hướng đến 2030

Phê duyệt tại Quyết định 950/QĐ-TTg, ngày 01/08/2018. Mục tiêu chính là phát triển đô thị thông minh ở Việt Nam thông qua đầu tư xây dựng và quản lý phát triển đô thị, nhằm nâng cao hiệu quả quản lý nhà nước và các dịch vụ đô thị.

Đề án ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình

Phê duyệt tại Quyết định số 2500/QĐ-TTg, ngày 22/12/2016. Mục tiêu của đề án là sử dụng BIM để giảm đến 30% chi phí tổng hợp, đồng thời tăng cường tính minh bạch, thuận lợi trong kiểm soát và quản lý chất lượng hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình.

2.2 Thực tiễn của việc ứng dụng GIS trong quy hoạch đô thị

Ứng dụng hệ thống Thông tin địa lý (GIS) trong quy hoạch đô thị tại Việt Nam đã có những tiến triển đáng kể, thể hiện qua một số thực tiễn tại các đơn vị quản lý và tư vấn quy hoạch đô thị trên khắp đất nước.

Tại Viện Quy hoạch Đô thị và nông thôn Quốc gia

Phòng Quản lý dữ liệu D-GIS đã nghiên cứu và ứng dụng GIS trong công tác lập đồ án Quy hoạch Xây dựng (QHXD). Cụ thể, nghiên cứu đã đề xuất giải pháp và kiến nghị cải tiến dựa trên ứng dụng GIS để hỗ trợ lập đồ án QHXD trên cả nước.

Sử dụng GIS trong đồ án Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội, từ năm 2030 đến 2050, đã giúp phân tích không gian và đóng góp quan trọng vào quy hoạch chung của thủ đô. Cơ sở dữ liệu GIS được chia thành các chủ đề và lớp thực thể, hỗ trợ nghiên cứu và quản lý các khía cạnh quan trọng như địa giới hành chính, hệ thống giao thông, và các dự án đầu tư.

Tại Viện Quy hoạch Xây dựng tỉnh Thừa Thiên Huế

Triển khai đề tài “Quản lý quy hoạch xây dựng, đô thị tỉnh Thừa Thiên Huế trên nền GIS” đã xây dựng cơ sở dữ liệu quy hoạch đồng bộ, sử dụng dữ liệu bản đồ địa chính hành chính của Huế. Đây là một cơ sở dữ liệu thống nhất cung cấp thông tin về địa hình tự nhiên, hạ tầng kỹ thuật, và các khu đô thị, khu công nghiệp, khu dân cư, liên quan đến quy hoạch.

Tại Thành phố Đà Lạt – tỉnh Lâm Đồng

Thành lập Trung tâm GIS Đà Lạt để tập trung nguồn lực xây dựng hệ thống thông tin địa lý của thành phố. Mục tiêu là hỗ trợ công tác quy hoạch và quản lý đô thị thông qua việc sử dụng GIS, giúp cải thiện hiệu suất và minh bạch trong quy hoạch đô thị.

2.3 Ứng dụng BIM trong quy hoạch đô thị tại Việt Nam

Ngày 22/12/2016, Chính phủ Việt Nam đã phê duyệt Quyết định số 2500/QĐ-TTg, chính thức thông qua Đề án áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong xây dựng và quản lý vận hành công trình. Mục tiêu của Đề án là sử dụng BIM để giảm ít nhất 30% chi phí quy đổi và tăng cường minh bạch, thuận lợi trong quá trình xây dựng và quản lý công trình. Bộ Xây dựng được giao làm cơ quan chủ trì triển khai Đề án. Tuy nhiên, mặc dù BIM hiện chỉ được phổ biến trong quá trình thiết kế công trình, ứng dụng của nó trong thiết kế quy hoạch xây dựng vẫn hạn chế do thiếu hướng dẫn kỹ thuật và nhận thức chưa đầy đủ về lợi ích của BIM từ phía các cơ quan quản lý và đơn vị tư vấn quy hoạch.

2.4 Công nghệ GIS 3D trong xây dựng dữ liệu bản đồ quy hoạch đô thị

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và tiếp cận các công nghệ tiên tiến, VIUP và nhiều tổ chức khác đang tích cực xây dựng bản đồ 3D để phục vụ cho nghiên cứu quy hoạch đô thị. Công nghệ GIS 3D đã được áp dụng rộng rãi để tăng cường phân tích, lập kế hoạch và đưa ra quyết định.

GIS 3D có đặc điểm chính là khả năng phân tích không gian và tạo ra các kịch bản. Nó hỗ trợ phân tích và lập kế hoạch theo hai cách quan trọng. Trước hết, qua khả năng lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh chóng, nó cung cấp khả năng truy xuất và chia sẻ thông tin hiệu quả, hỗ trợ quyết định lập kế hoạch. Thứ hai, thông qua khả năng phân tích đô thị 3D tích hợp của nó, GIS 3D cho phép mô phỏng các phương án khác nhau và đưa ra quyết định dựa trên những phân tích chi tiết và chân thực.

3. Định hướng ứng dụng công nghệ trong nâng cao chất lượng đồ án quy hoạch đô thị tại Viện Quy hoạch Đô thị và Nông thôn Quốc Gia

3.1 Định hướng ứng dụng GIS trong lập quy hoạch đô thị

Nhằm nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước trong lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị, việc ứng dụng công nghệ thông tin và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trở nên cấp thiết. Để đạt được mục tiêu này, cần triển khai một loạt các nội dung đồng bộ bao gồm: xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu về hệ thống đô thị và quy hoạch xây dựng; tạo hệ thống hỗ trợ quyết sách quy hoạch; xây dựng cơ sở dữ liệu về quy chuẩn, tiêu chuẩn; đồng thời, phát triển các hệ thống cơ sở dữ liệu về điển hình hóa trong kiến trúc, quy hoạch, công trình kiến trúc theo vùng miền, nhà ở tại các địa phương, và hiện trạng phát triển đô thị.

Trong lĩnh vực quy hoạch xây dựng, ứng dụng công nghệ đề cập đến việc xây dựng cơ sở dữ liệu đồ án quy hoạch trên phạm vi cả nước, chuẩn hóa cơ sở dữ liệu GIS, và xây dựng hệ thống chuẩn bản đồ và biểu mẫu báo cáo tình hình triển khai quy hoạch. Điều này bao gồm cả việc xây dựng trung tâm tích hợp dữ liệu, mô hình và cơ chế vận hành hệ thống, cùng với bổ sung các văn bản quy phạm pháp luật về chế độ báo cáo và chia sẻ cơ sở dữ liệu quy hoạch và phát triển đô thị trong lĩnh vực xây dựng.

Trong công tác lập đồ án quy hoạch, ứng dụng công nghệ tập trung vào việc xây dựng hệ thống hỗ trợ quyết sách quy hoạch và các mô hình phân tích không gian. Các mô hình này giúp đánh giá khả năng phục vụ của hạ tầng xã hội và kỹ thuật, phân tích biến động sử dụng đất, lựa chọn đất xây dựng đô thị, và đánh giá tính phù hợp của đất đai cho các khu chức năng đô thị.

3.2 Định hướng ứng dụng BIM trong công tác lập quy hoạch đô thị

Trong nhiều năm qua tại Viện Quy hoạch Đô thị và Nông thôn Quốc gia, quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án Quy hoạch xây dựng (QHXD) chủ yếu sử dụng phần mềm AutoCad và 3D Max. Tuy nhiên, vấn đề nảy sinh khi các phần mềm này được sử dụng độc lập, không kết nối đồng bộ trong hệ thống, gây khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu và không thể đồng bộ hóa tự động giữa các bản vẽ của các bộ môn khác nhau.

Việc áp dụng Building Information Modeling (BIM) mang lại nhiều lợi ích quan trọng. BIM giúp khai thác miễn phí nguồn cơ sở dữ liệu về địa hình và hiện trạng phát triển đô thị. Đồng thời, tăng cường năng suất và chất lượng thiết kế, hạn chế sai sót trong quá trình thực hiện. BIM cũng hỗ trợ phân tích mức độ sử dụng năng lượng, đồng bộ hóa tự động toàn bộ hệ thống bản vẽ và giảm xung đột giữa các khâu trong quy hoạch, thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành công trình.

3.3 Định hướng ứng dụng công nghệ trong khảo sát và xây dựng bản đồ dữ liệu địa hình

Trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý đô thị, dữ liệu địa không gian đóng vai trò quan trọng, và dữ liệu địa không gian đô thị có thể được biểu diễn thông qua nhiều mô hình khác nhau như mô hình bản đồ trực giao, mô hình số địa hình, mô hình số độ cao, mô hình cảnh quan, bản đồ số và mô hình 3D. Trong giai đoạn hiện nay, quy hoạch và quản lý đô thị trong môi trường 3D đã trở thành công cụ quan trọng thay thế cho phương pháp truyền thống GIS 2D, mang lại ý nghĩa to lớn cho những người quản lý và thiết kế đô thị.

Các công nghệ địa không gian hiện đại như hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS), hệ thống thông tin địa lý (GIS), công nghệ viễn thám (RS), máy bay không người lái (UAV), quét laser hàng không (LiDAR), quét laser mặt đất (TLS) ngày càng phát triển, thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa không gian với chất lượng ngày càng cao và chi phí giảm đi. Các dữ liệu này trở thành nguồn tư liệu cơ bản để xây dựng mô hình 3D. 

4. Kết luận

Chuyển đổi số và ứng dụng công nghệ thông minh đang là hướng chiến lược của Đảng và Chính phủ để nâng cao năng suất lao động và hiệu quả công tác quản lý nhà nước, đặc biệt trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý đô thị. Nhiều chương trình và đề án đã được triển khai, trong đó có Đề án chuyển đổi số quốc gia, nhằm mục tiêu cụ thể hóa hướng đi này.

Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ thông minh trong quy hoạch và quản lý đô thị ở Việt Nam vẫn đang ở giai đoạn đầu và chưa có sự kết nối chia sẻ hiệu quả giữa các ngành và giữa trung ương và địa phương. Cần xây dựng phương pháp hệ thống, bài bản trong nghiên cứu và phát triển ứng dụng công nghệ thông minh, kế thừa từ các nghiên cứu trong nước và hỗ trợ quốc tế.

Giai đoạn tiếp theo cần triển khai nhiệm vụ trọng tâm bao gồm xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia và cơ sở dữ liệu quy hoạch phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị. Nghiên cứu ứng dụng GIS và từng bước áp dụng Mô hình BIM trong quy hoạch đô thị là những hướng đi cụ thể và quan trọng. Viện Quy hoạch đô thị và nông thôn quốc gia đã và đang là đơn vị đầu ngành trong lĩnh vực này, chủ động chuyển đổi số hóa và ứng dụng công nghệ thông minh để nâng cao chất lượng các đồ án quy hoạch và năng suất lao động.