Tài liệu Xây dựng mô hình hỗ trợ ra quyết định phân bố tối ưu vật liệu bền vững trong tòa nhà cao tầng theo hướng phát triển bền vững trong điều kiện việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUANG TRUNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH PHÂN BỔ TỐI ƯU VẬT LIỆU BỀN VỮNG TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUANG TRUNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH PHÂN BỔ TỐI ƯU VẬT LIỆU BỀN VỮNG TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý Xây dựng Mã số chuyên ngành: 62580302 Phản biện độc lập: TS. Nguyễn Hoài Nghĩa Phản biện độc lập: PGS.TS Hà Duy Khánh Phản biện: PGS.TS Trần Quang Phú Phản biện: TS. Đinh Công Tịnh Phản biện: TS. Nguyễn Anh Thư NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. PGS.TS Lương Đức Long 2. PGS.TS Phạm Anh Đức LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Nguyễn Quang Trung i TÓM TẮT LUẬN ÁN Trong quá trình phát triển, các nước đang phát triển ngày càng đẩy nhanh tốc độ đô thị hóa với việc xây dựng ngày càng nhiều các công trình hạ tầng mà đặc biệt là các tòa nhà cao tầng. Việc xây dựng này có tác động đáng kể và liên tục gia tăng áp lực đối với môi trường vì chúng tạo ra một phần lớn lượng khí thải carbon và sử dụng một số lượng đáng kể tài nguyên và năng lượng phục vụ cho quá trình xây dựng. Chính điều này đã gây ra các vấn đề về môi trường như biến đổi khí hậu, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, phát sinh nhiều chất thải và thay đổi tình trạng đất đai. Để giảm thiểu tác động của các tòa nhà trong vòng đời của chúng, công trình xây dựng bền vững đã nổi lên như một triết lý xây dựng mới, khuyến khích sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường hơn, thực hiện các kỹ thuật để tiết kiệm tài nguyên và giảm tiêu thụ chất thải và cải thiện chất lượng môi trường trong nhà. Dựa vào kết quả nghiên cứu, tác giả đã thực hiện các quá trình khảo sát, thu thập dữ liệu từ thực tế và sử dụng phần mềm SPSS để đánh giá các nhân tố nào ảnh hưởng quan trọng đến quyết định xây dựng công trình xây dựng bền vững cũng như ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng bền vững trong các công trình xây dựng tại Đà Nẵng, Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cũng đã sếp hạng các tiêu chí theo thứ tự mức độ quan trọng nhằm giúp cho việc phân tích kết quả và đề xuất, kiến nghị một cách thuận tiện. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu, tác giả đã đề xuất một số khuyến nghị nhằm góp phần nâng cao việc sử dụng vật liệu xây dựng bền vững cũng như những khuyến nghị nhằm góp phần thúc đẩy xây dựng công trình bền vững tại Đà Nẵng, Việt Nam. Ngoài ra, tác giả đã đề xuất mô hình hỗ trợ sử dụng phương pháp Gradient tổng quát hóa (GRG) trong thuật toán di truyền (GA) được bổ trợ trong Microsoft Excel tiêu chuẩn (Frontline Systems, 2020) để thực hiện tối ưu hóa với nhiều ràng buộc khác nhau. Sau khi nhập tất cả dữ liệu đầu vào, mô-đun tối ưu hóa sẽ xây dựng một mô hình thỏa mãn các mục tiêu mà chủ đầu tư đặt ra. Cụ thể: (1) Nghiên cứu đã xây dựng được một mô hình tối ưu để chọn tỷ lệ vật liệu thân thiện với môi trường đạt được chi phí đầu tư ban đầu tối thiểu và tổng số ngày lao ii động, khác với thiết kế truyền thống và có thể tối đa hóa điểm số của dự án xây dựng thông qua hệ thống dựa trên Lotus ở giai đoạn ban đầu của các dự án xây dựng. Hơn nữa, nghiên cứu này đã xây dựng một nền tảng tích hợp lựa chọn vật liệu thân thiện với môi trường, cho phép chủ sở hữu và nhà thiết kế xây dựng để tối ưu hóa việc ra quyết định thông qua kiến thức về loại vật liệu, chiến lược xây dựng và hệ thống chứng nhận công trình xây dựng bền vững dựa trên Lotus tại Việt Nam (2) Đồng thời, nghiên cứu này đã phát triển một mô hình tối ưu nhằm hỗ trợ cho người ra quyết định lựa chọn các các giải pháp tiết kiệm năng lượng của tòa nhà trong suốt quá trình sử dụng nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế của chủ tòa nhà có xét đến các yếu tố về môi trường. Trong đó, nghiên cứu đã xác định hiệu quả năng lượng của tòa nhà đã được tăng cường bằng cách lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mặt dựng của tòa nhà với các điều kiện ràng buộc về 3 vấn đề sau: (1) số tiền đầu tư cần thiết để tối ưu hóa mặt tiền của tòa nhà, (2) phân tích lợi ích kinh tế để giảm LCC trong suốt vòng đời của dự án, (3) phân tích năng lượng để tối đa hóa năng lượng tái tạo được tạo ra. iii ABSTRACT During development process, developing countries are speeding up urbanization with the construction of more and more infrastructure works, especially high-rise buildings. These constructions have a significant impact and continuously increase the pressure on the environment because they generate a large portion of carbon emissions and utilize a significant amount of resources and energy for the construction process. This has caused environmental problems such as climate change, depletion of natural resources, generation of wastes and changes in land conditions. In order to minimize the impact of buildings on their lifecycle, sustainable construction has emerged as a new construction philosophy, promoting the use of more environmentally friendly materials, implementing techniques technology to save resources and reduce waste consumption and improve the quality of the indoor environment. The success of sustainable construction depends on the quality and effectiveness of the sustainable systems used. If a building lacks these essential features, it will neither fulfill its environmental objectives nor generate an estimated benefit. Therefore, the market requires a general way to differentiate sustainable construction from traditional ones through the use of standards, transparent, objective and verifiable measures that the minimum sustainability requirements have been met. To facilitate sustainable construction development, sustainable construction assessment criteria play a very important role in assessing the sustainability level of buildings. Currently, there are many assessment systems on sustainable construction in the world with the main purpose of the above evaluation standards to avoid depleting energy resources, water, raw materials, and increase the use of renewable energy and contribute to preventing the degradation of habitat on earth. Therefore, the sustainability of the building, especially the sustainability of construction materials, is getting more and more attention and is reflected in the evaluation tools in the sustainable construction assessment standards. Therefore, the research has carried out the survey process, collecting data from reality and using SPSS software to evaluate which factors are important to the decision iv to build a sustainable construction works, such as affecting the selection of sustainable building materials in construction works in Da Nang, Vietnam. The research results also ranked the criteria in order of importance to help analyze the results and make suggestions and recommendations conveniently. Based on the research results, the author has contributed a number of recommendations to improve the use of sustainable building materials as well as to promote the construction of sustainable works in Da Nang, Vietnam. At the same time, the author has proposed a support model using the Generalized Gradient (GRG) method in the genetic algorithm (GA) supported in standard Microsoft Excel (Frontline Systems, 2020) for optimal implementation with many different constraints. After entering all the input data, the optimization module will build a model that meets the goals set by the investor. Specifically: (1) The research has developed an optimal model for selecting the ratio of ecofriendly materials that achieve the minimum initial investment cost and total workdays, which are different from traditional design and might maximize the score of construction projects through the Lotus-based system at the beginning of construction projects. Furthermore, this research has built a platform that integrates eco-friendly material selection, allowing building owners and designers to optimize decision making through knowledge of the materials, construction strategy and Lotus-based sustainable construction certification system in Vietnam. (2) At the same time, this research has developed an optimal model to assist decision-makers in choosing the building's energy-saving solutions during use to maximize the economic benefits of building owners with consideration of environmental factors. Among them, the study has determined that the energy efficiency of the building has been enhanced by installing solar panels on the building's façade with the following three constraints: (1) the amount of investment cost is required to optimize the building's facade, (2) economic benefit analysis to reduce LCC over the life cycle of the project, (3) energy analysis to maximize renewable energy was created. v LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lương Đức Long và PGS.TS Phạm Anh Đức đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình học tập cũng như trong việc hoàn thành luận án. Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Kỹ thuật Xây dựng mà đặc biệt là quý Thầy, Cô trong bộ môn Thi công và Quản lý Xây dựng đã tận tình chỉ dạy và trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian học tập tại Khoa, Bộ môn. Đây là những nền tảng quan trọng cho tôi để tôi có thể hoàn thành được bài luận án này. vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i TÓM TẮT LUẬN ÁN .................................................................................................. ii ABSTRACT ..................................................................................................................iv LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................vi MỤC LỤC ................................................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................xv MỞ ĐẦU ..................................................................................................1 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1 Mục tiêu của đề tài ................................................................................................4 Cách tiếp cận và quy trình nghiên cứu ..................................................................6 1.3.1 Cách tiếp cận ..................................................................................................6 1.3.2 Quy trình nghiên cứu .....................................................................................6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................8 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................8 1.5.1 Nội dung 1......................................................................................................8 1.5.2 Nội dung 2 .....................................................................................................8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ...........................................................9 Bố cục của luận án ..............................................................................................10 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ........................................................................................................11 Khái niệm về xây dựng bền vững .......................................................................11 Lợi ích của xây dựng bền vững ...........................................................................12 Các nghiên cứu về công trình bền vững trên thế giới .........................................14 Các nghiên cứu về công trình xây dựng bền vững trong điều kiện Việt Nam....17 Kết luận chương 2 ...............................................................................................20 ĐÁNH GIÁ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG BỀN VỮNG TẠI VIỆT NAM (DỮ LIỆU vii PHÂN TÍCH TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG) ..........................................................22 Tình hình xây dựng bền vững ở Việt Nam .........................................................22 Các nghiên cứu về thách thức và rào cản cho việc thực hiện xây dựng bền vững trên thế giới ....................................................................................................................24 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................27 3.3.1 Thiết kế câu hỏi............................................................................................28 3.3.2 Thành phần khảo sát ....................................................................................28 3.3.3 Phương pháp lấy mẫu ..................................................................................28 3.3.4 Phương pháp tiếp cận phân tích dữ liệu.......................................................29 Vị trí địa lí và thực trạng công trình Xanh tại thành phố Đà Nẵng.....................29 3.4.1 Vị trí địa lý ...................................................................................................29 3.4.2 Thực trạng công trình Xanh tại Đà Nẵng ....................................................30 Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến việc xây dựng công trình xây dựng bền vững ở Việt Nam (dữ liệu phân tích tại thành phố Đà Nẵng) .......................................31 3.5.1 Cơ sở lý thuyết .............................................................................................31 3.5.2 Phân tích dữ liệu khảo sát ............................................................................35 3.5.3 Kiểm định thang đo......................................................................................35 3.5.4 Phân tích nhân tố khám phá (EFA)..............................................................37 3.5.5 Phân tích giá trị trung bình về các tiêu chí ảnh hưởng đến quyết định xây dựng công trình bền vững tại Đà Nẵng .........................................................................39 Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng bền vững ở Việt Nam (dữ liệu phân tích tại Đà Nẵng) ....................................................................41 3.6.1 Vai trò của vật liệu xây dựng ảnh hưởng đến xây dựng bền vững ở Việt Nam ...............................................................................................................................41 3.6.2 Cơ sở lý thuyết .............................................................................................43 3.6.3 Thiết kế bảng câu hỏi ...................................................................................44 3.6.4 Phân tích kết quả khảo sát ...........................................................................46 3.6.5 Kiểm tra độ tin cậy của thang đo .................................................................47 3.6.6 Phân tích nhân tố khám phá EFA ................................................................48 3.6.7 Kết quả của mô hình sau khi phân tích EFA ...............................................49 3.6.8 Phân tích giá trị trung bình các tiêu chí ảnh hưởng đến quyết định xây dựng viii công trình xây dựng bền vững tại Đà Nẵng...................................................................50 3.6.9 Phân tích phương sai. ...................................................................................52 Kết luận chương 3 ...............................................................................................53 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH CHO VIỆC LỰA CHỌN HỖN HỢP VẬT LIỆU TRONG CÔNG TRÌNH CÓ XÉT ĐẾN THỜI GIAN VÀ TỔNG NHÂN CÔNG NHẰM ĐÁP ỨNG CÁC YÊU CẦU VỀ XÂY DỰNG BỀN VỮNG Ở VIỆT NAM (LOTUS) ................................................57 Vai trò của các hệ thống đánh giá công trình xây dựng bền vững trên thế giới và ở Việt Nam ........................................................................................................................57 Các nghiên cứu về tối ưu hóa vật liệu trong công trình có xét đến các mục tiêu về môi trường ................................................................................................................61 Bài toán tối ưu .....................................................................................................67 4.3.1 Thiết lập khung mô hình tối ưu ...................................................................67 4.3.2 Mô hình thuật toán Generalized Reduced Gradient-Based Nonlinear Optimization Model.......................................................................................................70 Bài toán nghiên cứu .............................................................................................73 4.4.1 Hệ thống đánh giá công trình xây dựng bền vững Lotus ............................73 4.4.2 Thiết lập mô hình .........................................................................................74 4.4.3 Kết quả phân tích và thảo luận ....................................................................80 Tổng kết chương 4 ..............................................................................................86 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH CHO VIỆC LỰA CHỌN LẮP ĐẶT DIỆN TÍCH PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN MẶT DỰNG CỦA TÒA NHÀ DỰA TRÊN VIỆC ĐÁNH GIÁ VÒNG ĐỜI CÓ XÉT ĐẾN LỢI ÍCH MÔI TRƯỜNG ........................................................................88 Vai trò của năng lượng mặt trời trong xây dựng bền vững .................................88 Tài liệu nghiên cứu..............................................................................................90 5.2.1 Các nghiên cứu về liên quan đến việc thiết kế lớp bao che của tòa nhà nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng.........................................................................................90 5.2.2 Các nghiên cứu về liên quan đến việc sử dụng pin năng lượng mặt trời nhằm giảm thiểu năng lượng trong tòa nhà ...................................................................93 Phương pháp đánh giá vòng đời dự án (Life cycle assessment) .........................97 ix Xây dựng mô hình hỗ trợ ra quyết định ..............................................................98 5.4.1 Phân tích về mặt năng lượng .......................................................................99 5.4.2 Phân tích về mặt kinh tế.............................................................................101 Xây dựng khung hỗ trợ quyết định tối ưu diện tích lắp đặt diện tích pin năng lượng mặt trời trên các mặt dựng của tòa nhà .............................................................107 Nghiên cứu điển hình ........................................................................................110 5.6.1 Thiết lập mô hình .......................................................................................110 5.6.2 Mô tả dữ liệu đối với trường hợp nghiên cứu............................................111 Kết quả nghiên cứu ...........................................................................................113 Phân tích độ nhạy ..............................................................................................117 Tổng kết chương 5 ............................................................................................119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................121 Kết luận .............................................................................................................121 6.1.1 Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến việc xây dựng công trình xây dựng bền vững ở Việt Nam...........................................................................................................122 6.1.2 Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng bền vững ở Việt Nam (dữ liệu phân tích tại Đà Nẵng) ......................................................123 6.1.3 Xây dựng mô hình hỗ trợ ra quyết định cho việc lựa chọn vật liệu trong công trình có xét đến thời gian và tổng nhân công nhằm đáp ứng các yêu cầu về xây dựng bền vững ở Việt Nam .........................................................................................124 6.1.4 Xây dựng mô hình hỗ trợ ra quyết định cho việc lựa chọn lắp đặt diện tích pin năng lượng mặt trời trên các mặt dựng của tòa nhà dựa trên việc đánh giá vòng đời có xét đến lợi ích môi trường.......................................................................................124 Kết quả đạt được ...............................................................................................125 Đề xuất hướng phát triển ...................................................................................126 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .........................................................128 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................129 PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................157 PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................163 x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Quy trình nghiên cứu .......................................................................................7 Hình 2.1 Số lượng bài báo về xây dựng bền vững gia tăng trong giai đoạn 2000 – 2016 (Zhao et al. 2019)...........................................................................................................14 Hình 3.1 Số lượng các công trình đạt chuẩn (Leed và Lotus) công trình xây dựng bền vững từ năm 2010 – 2020 (http://www.vgbc.vn/lotus) .................................................23 Hình 3.2 Sơ đồ mô hình nghiên cứu ..............................................................................27 Hình 3.3. Nhiệt độ trung bình theo tháng từ năm 2010 – 2020.....................................30 Hình 3.4 Cơ cấu đối tượng khảo sát ..............................................................................35 Hình 3.5 Trình độ chuyên môn đối ...............................................................................35 Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện vị trí công việc của đối tượng khảo sát..................................... 46 Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện cơ cấu của đối tượng khảo sát .............................................46 Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện kinh nghiệm của đối tượng khảo sát ...................................46 Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện sự hiểu biết về vật liệu xây dựng bền vững ........................46 Hình 4.1 Khung mô hình tối ưu.....................................................................................68 Hình 4.2 Sơ đồ tối ưu hóa cho các lựa chọn vật liệu .....................................................72 Hình 4.3 Ảnh chụp thực hiện mô hình đề xuất..............................................................72 Hình 4.4 Tổng số dự án Lotus từ 2010 đến tháng 10/2020 tại Việt Nam (VGBC, 2020) .......................................................................................................................................73 Hình 4.5 Màn hình thẻ điểm trong hệ thống chứng nhận dựa trên Lotus (VGBC, 2020) ..............................................................................................................................74 Hình 4.6 Phối cảnh mô hình tòa nhà .............................................................................75 Hình 4.7 Mối tương quan giữa điểm Lotus và chi phí dự án và tổng số ngày lao động .......................................................................................................................................84 Hình 4.8 Mối tương quan giữa điểm số Lotus và chi phí ..............................................84 Hình 4.9 Mối tương quan giữa điểm số Lotus và tổng ngày công lao động ................84 Hình 4.10 Mối tương quan giữa tổng số ngày lao động và chi phí xây dựng. ..............85 Hình 5.1 Biểu đồ thể hiện tiêu thụ năng lượng thế giới giai đoạn 1980 - 2030 ............88 Hình 5.2 Khung hỗ trợ ra quyết định.............................................................................98 Hình 5.3 Khung tối ưu hóa hỗ trợ ra quyết định .........................................................108 xi Hình 5.4 Tòa nhà và mô hình mô phỏng .....................................................................110 Hình 5.5 Mô hình mô phỏng năng lượng tòa nhà .......................................................110 Hình 5.5 Năng lượng tiêu thụ trong 1 năm ứng với từng loại kính .............................112 Hình 5.6 Năng lượng trung bình được tạo ra trên 1m2 pin năng lượng mặt trời hằng năm ở các hướng của tòa nhà ......................................................................................112 Hình 5.7 Tỷ lệ năng lượng tái tạo và chi phí vòng đời với t = 30 năm .......................116 Hình 5.8 fi,t với t = 30 năm trong tình huống bất lợi nhất (giá điện tăng + 20% và giá trị còn lại -20%) ...............................................................................................................118 xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thống kê 28 bài báo được trích dẫn nhiều nhất về công trình xây dựng bền vững giai đoạn 2000 đến 2016 (Zhao et al. 2019).........................................................15 Bảng 2.2 Các nghiên cứu về công trình xây dựng bền vững ở Việt Nam .....................17 Bảng 3.1 Hệ thống đánh giá công trình xây dựng bền vững phổ biến ở Việt Nam ......22 Bảng 3.2 Nội dung nghiên cứu ứng với tài liệu nghiên cứu .........................................24 Bảng 3.3 Nội dung nghiên cứu ứng với tài liệu nghiên cứu .........................................32 Bảng 3.4 Các tiêu chí ảnh hưởng đến quyết định xây dựng công trình xây dựng bền vững tại Đà Nẵng ...........................................................................................................33 Bảng 3.5 Kết quả kiểm định độ tin cậy của thang đo ....................................................36 Bảng 3.6 Kết quả phân tích khám phá lần cuối .............................................................37 Bảng 3.7 Kết quả kiểm định KMO và Bartlett’s Test ...................................................38 Bảng 3.8 Mô hình điều chỉnh qua kiểm định Cronbach’s Alpha và nhân tố khám phá .........38 Bảng 3.9 Tổng hợp các tiêu chí theo mức độ quan trọng ..............................................40 Bảng 3.10 Các nghiên cứu liên quan đến lựa chọn vật liệu xây dựng bền vững ..........44 Bảng 3.11 Các tiêu chí ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng (VLXD) bền vững tại Đà Nẵng ...........................................................................................................45 Bảng 3.12 Kết quả kiểm định độ tin cậy của thang đo ..................................................47 Bảng 3.13 Kết quả phân tích khám phá lần cuối ...........................................................48 Bảng 3.14 Kết quả kiểm định KMO và Bartlett’s Test .................................................49 Bảng 3.15 Mô hình điều chỉnh qua kiểm định Cronbach’s Alpha và nhân tố khám phá .......................................................................................................................................49 Bảng 3.16 Tổng hợp các tiêu chí theo mức độ quan trọng ............................................51 Bảng 3.17 Kết quả kiểm chứng phương sai giữa các nhân tố .......................................53 Bảng 3.18 Kết quả phân tích phương sai.......................................................................53 Bảng 4.1 Một số hệ thống đánh giá về công trình xây dựng bền vững trên thế giới ....60 Bảng 4.2 Các nghiên cứu về tối ưu hóa các loại vật liệu trong công trình có xét đến các mục tiêu về môi trường..................................................................................................62 Bảng 4.3 Các thông tin về công trình ............................................................................75 xiii Bảng 4.4 Các thông tin vật liệu sử dụng trong công trình.............................................76 Bảng 4.5 Thông tin liên quan đến đánh giá công trình xây dựng bền vững trong hệ thống Lotus ....................................................................................................................78 Bảng 4.6 Tỷ lệ vật liệu sau khi tối ưu............................................................................80 Bảng 4.7 Tỷ lệ vật liệu sau khi tối ưu ứng với từng trường hợp ...................................81 Bảng 5.1 Đánh giá các nghiên cứu về liên quan đến việc thiết kế lớp bao che của tòa nhà nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng ........................................................................91 Bảng 5.2 Các nghiên cứu trước liên quan tấm pin năng lượng mặt trời trong tòa nhà .94 Bảng 5.3 Các nghiên cứu về tỷ lệ vật liệu có trong tấm pin năng lượng mặt trời được tái chế ...........................................................................................................................106 Bảng 5.4 Dữ liệu địa lý và khí hậu tại địa điểm nghiên cứu .......................................111 Bảng 5.5 Các thông số chính của 3 loại kính dùng trong nghiên cứu .........................111 Bảng 5.6 Tổng năng lượng sử dụng trong tòa nhà mô phỏng trong 1 năm ứng (Ei) ..112 Bảng 5.7 Các chi phí để phân tích kinh tế ...................................................................113 Bảng 5.8 Kết quả phân tích dữ liệu .............................................................................114 xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BIM Building Information Modeling BREEAM Building Research Establishment Environmental Assessment Method CASBEE Comprehensive Assessment System for Built Environment Efficiency CDM Clean Development Mechanism CIB International Council for Building CSP Solar Thermal Power EFA Exploratory Factor Analysis EIO-LCA Economic Input-Output Life Cycle Assessment IC Initial investment cost LCA Life Cycle Assessment LCC Life Cycle Cost LEED Leadership in Energy & Environmental Design MC Maintenance cost MCDM Multiple-criteria decision-making NPV Net Present Value OC Annual operating cost P-LCA Process-based Life Cycle Assessment PV Solar Photovoltaic SC Sustainable Construction SB Small building RA Risk Assessment RRE Revenue from renewable energy VGBC Vietnam Green Building Council WOS Web of Science xv MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế Quốc tế, đất nước ta đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và khẳng định vị thế của mình trên trường Quốc tế. Tuy nhiên đi kèm với những cơ hội bao giờ cũng có những khó khăn, thách thức phải đối mặt và trải qua trong quá trình vươn ra thế giới. Chúng ta hiểu rằng để tồn tại và đứng vững, đòi hỏi một sức bật đáng kể của tất cả các lĩnh vực trong nền kinh tế quốc dân như tài chính, thương mại, du lịch, dịch vụ... đặc biệt là ngành xây dựng – một trong những lĩnh vực cơ bản và được xem là thước đo quan trọng để đánh giá sự phát triển của một đất nước Có thể nói, ngành công nghiệp xây dựng giữ một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân bởi ba đặc thù chính là: ngành xây dựng có quy mô lớn nhất trong đất nước, ngành cung cấp phần lớn các hàng hoá đầu tư và Chính phủ là khách hàng của phần lớn các công trình của ngành. Theo báo cáo chiến lược phát triển kinh tế xã hội 2011 - 2020, ngành xây dựng là ngành kinh tế có vị trí, vai trò chiến lược quan trọng trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước. Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra đó là ngành công nghiệp Xây dựng có ảnh hưởng mạnh mẽ đến môi trường tự nhiên. Theo Ametepey (Ametepey, Aigbavboa, & Ansah, 2015) đã chỉ ra rằng các hoạt động xây dựng thường được mô tả là không tốt và không thân thiện với môi trường tự nhiên. Những công trình với cách xây dựng thông thường tiêu thụ một lượng lớn nguồn tài nguyên không thể tái chế, thải chất thải rắn, gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí (Alwan, Jones, & Holgate, 2017; Pomponi & Moncaster, 2016). Cụ thể, ngành công nghiệp xây dựng đã tiêu thụ gần 50% tổng tài nguyên của toàn cầu và tạo ra một nửa lượng CO2 trên toàn thế giới (Thilakaratne & Lew, 2011). Hơn nữa, theo Danko và Chan (Darko & Chan, 2017) cho rằng việc xây dựng tiêu thụ hơn 40% năng lượng của thế giới, 25% nguồn tài nguyên nước và 40% tài nguyên thiên nhiên và cũng chịu trách nhiệm cho hơn 45% lượng chất thải toàn cầu. 1 Điều này đặc biệt đúng đối ở các giai đoạn công trình không hoạt động (quá trình sản xuất vật liệu xây dựng, quá trình xây dựng và quá trình tháo dỡ, xử lý chất thải), những tác động này thường không được kiểm soát và ít khi được đưa vào trong quá trình tính toán (Pomponi & Moncaster, 2018). Các vật liệu xây dựng hiện nay đang tạo ra một lượng lớn CO2 trong cả quá trình xây dựng và trong suốt vòng đời của tòa nhà (M. Webster, 2012; S. Kaethner, 2012). Vì vậy, nhiều quốc gia trên thế giới đã xem xây dựng bền vững là một nhân tố quan trọng nhằm giảm thiểu những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường (C. J. Kibert, 2016). Trong bối cảnh đó, xu hướng phát triển “Công trình bền vững” đó là một hoạt động được coi là đóng góp quan trọng, tích cực và hiệu quả nhất của lĩnh vực xây dựng đối với sự phát triển bền vững của đất nước. Bởi vì, xây dựng bền vững này gắn liền với việc sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên và gìn giữ môi trường tự nhiên để hình thành môi trường nhân tạo. Cũng hàm ý sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên và gìn giữ môi trường, Martinez (J Martínez-Alier, 2003) thì cho rằng có 3 trụ cột của phát triển bền vững mà xây dựng bền vững định hướng theo đó là: (i) tái chế, bảo tồn vật liệu và tài nguyên, (ii) cải thiện những cấu trúc vững chắc, (iii) sử dụng các phế thải từ các ngành công nghiệp khác. Có thể nói, xây dựng bền vững gắn với ba hoạt động căn bản là: tiết giảm, bảo tồn và duy trì. Mở rộng các định nghĩa trên toàn diện hơn, theo cả hướng khôi phục môi trường tự nhiên, Du Plessis lại đưa ra định nghĩa “xây dựng bền vững là một quá trình toàn diện, trong đó các nguyên tắc của phát triển bền vững được áp dụng suốt vòng đời dự án, từ việc khai thác vật liệu thô, sau đó lập kế hoạch, thiết kế và xây dựng các công trình, cho đến phá dỡ, và quản lý chất thải. Nó là một quá trình toàn diện nhằm khôi phục và duy trì sự hài hòa giữa môi trường tự nhiên và nhân tạo, trong khi tạo ra các khu định cư khẳng định giá trị con người và khuyến khích bình đẳng kinh tế". Dù có khác nhau dưới nhiều hình thức thể hiện nhưng nhìn chung thì nội dung của xây dựng bền vững là giảm thiểu tác động xấu tới môi trường trong mọi hoạt động tạo nên công trình xây dựng, cả giai đoạn vận hành và phá dỡ công trình, sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, nâng cao đời sống của con người sống và làm việc trong môi trường nhân tạo. Ngành công nghiệp “xây dựng bền vững” không có nghĩa đơn 2 giản chỉ là ngành công nghiệp có thể tiếp tục hoạt động và phát triển, mà còn hỗ trợ các nguyên tắc của phát triển bền vững - đó có thể có nghĩa là trong một số trường hợp cần phải ngừng phát triển, hoặc phát triển theo một cách khác. Đồng thời trong thời gian qua, ý thức về xây dựng bền vững ngày càng được nâng cao ở các quốc gia trên thế giới với mục tiêu chính là tránh cạn kiệt tài nguyên năng lượng, nước và nguyên liệu thô. Các hoạt động này sẽ ngăn chặn suy thoái về môi trường do quá trình sản xuất và xây dựng trong suốt vòng đời của tòa nhà (M. Wahlström et al., 2014). Các thiết kế với mục tiêu về tiêu thụ năng lượng thấp hơn, giảm lượng khí CO2 và nâng cao chất lượng cuộc sống trong tòa nhà xuất hiện ngày càng nhiều trên thế giới (H. S. Zolfani & P. Chatterjee, 2019). Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các tòa nhà bền vững có thể làm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên lên gấp 10 lần (H.-T. Nguyen, Skitmore, Gray, Zhang, & Olanipekun, 2017). Hay, theo Hiệp hội Xây dựng bền vững Mỹ năm 2015, 30% đến 60% lượng năng lượng sử dụng cho vận hành tòa nhà đã được tiết kiệm khi so sánh giữa một công trình xây dựng bền vững và công trình thi công thông thường. Giải thích lý do cho việc này, có thể kể đến yếu tố thứ nhất là việc giảm thiểu lượng chất thải vật liệu xây dựng hoặc được sử dụng lại để tái chế, hay việc sử dụng hiệu quả năng lượng vận hành bằng cách tận dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên như ánh sáng tự nhiên, năng lượng gió và mặt trời. Với những lợi ích rất to lớn của công trình xây dựng bền vững đối với vấn đề về môi trường nên đã thu hút sự chú ý của cộng đồng khoa học, nhà quản lý cũng như các nhà hoạch định chính sách và người tiêu dùng trên toàn thế giới (Kylili & Fokaides, 2017). Nhu cầu về xây dựng bền vững ngày càng tăng lên không chỉ ở các nước phát triển mà điều này cũng đang diễn ra ở các nước đang phát triển (Hassan Mohamed, Kandil, Senouci, & Al-Derham, 2016). Rõ ràng, việc áp dụng phát triển bền vững vào quá trình xây dựng có phạm vi ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Đối với Việt Nam, chúng ta có thể nhận thấy rằng Việt Nam cũng đã không nằm ngoài xu thế phát triển đó với nhiều công trình xây dựng bền vững được hình thành trong giai đoạn vừa qua. Cụ thể, đến tháng 10/2020 chỉ có khoảng trên 174 công trình ở một đất nước gần 100 triệu dân đạt được chứng chỉ tòa nhà bền vững (tiêu chuẩn nội địa LOTUS, CTX hoặc tiêu chuẩn quốc tế Leed (US), Green Mark (Singapore), 3