Các nhà máy bê tông đúc sẵn ở Singapore chịu áp lực do chậm trễ, thay đổi chính sách và cạnh tranh xuyên biên giới

Bài toán bê tông đúc sẵn của Singapore: nhà máy nhanh, dự án chậm

Trong một số tuần, tại một khu công nghiệp, một con đường công cộng ở Singapore biến thành bãi chứa hàng không chính thức. Những xe rơ-moóc chở tường bê tông, tấm sàn và mô-đun phòng tắm xếp thành hàng, chờ các công trường chưa sẵn sàng tiếp nhận. Hàng hóa được đưa đến từ một trung tâm xây dựng và tiền chế tích hợp (ICPH), nơi các cấu kiện xây dựng được đúc trong nhà bằng hệ thống tự động và chuẩn bị để giao đúng lúc. Khi lịch giao hàng bị trễ, các nhà máy phải đối mặt với một tình thế tiến thoái lưỡng nan đơn giản nhưng tốn kém: giữ hàng trong kho và làm nghẽn dây chuyền sản xuất, hoặc để các cấu kiện hoàn thiện bên đường và đối mặt nguy cơ bị phạt. Cảnh tượng này phản ánh một nghịch lý lớn hơn. Singapore đầu tư vào các nhà máy công nghệ cao để đẩy nhanh tiến độ xây dựng, nhưng các nhà máy lại gặp khó khi dự án chậm lại.

ICPH là cơ sở nhiều tầng, đưa phương pháp thiết kế phục vụ sản xuất và lắp ráp vào lĩnh vực bê tông. Các cơ sở này sản xuất cấu kiện 2D như tường và tấm sàn, cũng như mô-đun 3D như phòng tắm và phòng hoàn thiện hoàn chỉnh. So với các bãi đúc sẵn ngoài trời, nơi công nhân đổ bê tông vào khuôn ngoài trời, ICPH có thể vận hành nhanh hơn và cần ít nhân công hơn nhờ tự động hóa nhiều công đoạn. Dù vậy, mô hình này đang chịu áp lực. Singapore mới xây sáu ICPH, chưa đạt mục tiêu đề ra từ một thập kỷ trước là có mười cơ sở vào năm 2020. Một địa điểm ở Kaki Bukit bị bỏ trống trong thời gian dài sau khi hai đơn vị vận hành giải thể, trước khi đơn vị vận hành mới được chỉ định vào năm 2025. Các cuộc đấu thầu công khai để xây trung tâm mới không nhận được hồ sơ dự thầu khi đóng thầu năm 2020, đúng vào thời điểm bất ổn do đại dịch và việc tạm dừng chi tiêu vốn.

Khả năng sinh lời là vấn đề cốt lõi. Các đơn vị vận hành cho biết sản lượng năm 2024 có thời điểm thấp hơn công suất từ 20% đến 50%. Chậm trễ xây dựng, do thời tiết hay hạn chế tại công trường, khiến nhà máy không thể xuất hàng đúng lịch. Hàng thành phẩm nhanh chóng chiếm hết diện tích lưu kho vốn khan hiếm, nên quản lý phải giảm sản xuất trong một hoặc hai tháng cho đến khi công trường bắt kịp tiến độ. Dây chuyền được thiết kế để đạt sản lượng cao trở thành hoạt động ngắt quãng. Những lãnh đạo từng kỳ vọng thu hồi vốn nhanh nay nói đến thời gian hoàn vốn rất dài, trong bối cảnh hợp đồng thuê đất chỉ kéo dài 30 năm và các chu kỳ thị trường nằm ngoài tầm kiểm soát của họ.

ICPH là gì và thay đổi ngành xây dựng ra sao

ICPH biến hoạt động xây dựng thành một chuỗi công đoạn công nghiệp được kiểm soát. Phương pháp này, được gọi tại Singapore là thiết kế phục vụ sản xuất và lắp ráp, chuyển công việc khỏi công trường đến các nhà máy chuyên về những công đoạn lặp lại. Trên thực tế, quy trình này gồm mô hình kỹ thuật số chính xác, khuôn tiêu chuẩn hóa, khung cốt thép tự động, đổ bê tông bằng robot hoặc bán tự động, bảo dưỡng trong điều kiện được kiểm soát và kiểm tra chất lượng trước khi vận chuyển. Tại công trường, các đội thi công nâng cấu kiện làm sẵn vào vị trí rồi kết nối chúng. Lợi ích được đưa ra rất thuyết phục: chất lượng tốt hơn, công trường an toàn hơn, thời gian xây dựng ngắn hơn, ít phải làm lại hơn và cần ít nhân công hơn trong bối cảnh thị trường lao động khan hiếm. HDB cho biết một số quy trình đúc sẵn, chẳng hạn như sản xuất tấm sàn, tiết kiệm tới 2,5 lần số giờ công nhờ tự động hóa giảm sai sót do con người và tăng tính đồng nhất.

Quy trình đúc sẵn tự động hoạt động thế nào

Trước tiên, các nhóm thiết kế chốt kích thước và mối nối để nhà máy chuẩn bị khuôn và cốt thép. Máy móc uốn và bố trí thép cây. Bàn đúc tự động đổ bê tông với dung sai rất nhỏ. Nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát trong quá trình bảo dưỡng để giảm thiểu khuyết tật. Các cấu kiện được tháo khuôn, hoàn thiện và đánh dấu bằng mã định danh riêng. Công cụ theo dõi như thẻ RFID hoặc Bluetooth giám sát từng cấu kiện từ lúc đúc đến khi lắp đặt. Kết quả là một dây chuyền sản xuất vận hành giống hoạt động chế tạo công nghiệp hơn là xây dựng thông thường.

Vì sao nhà máy vẫn phải ngừng hoạt động

Những lợi ích này phụ thuộc vào dòng chảy liên tục. Khác với các bãi ngoài trời có chỗ xếp cấu kiện, ICPH có diện tích hạn chế và cần luân chuyển hàng tồn kho liên tục. Khi công trường chậm tiến độ, nhà máy không thể cứ sản xuất rồi chất đống cấu kiện. Ngay cả những gián đoạn ngắn cũng tạo ra tác động dây chuyền. Lưu mô-đun thành phẩm trên đường công cộng rẻ hơn đóng cửa nhà máy, nhưng làm gia tăng rủi ro và giảm thiện cảm của công chúng. Giải pháp tốt hơn là đồng bộ chặt chẽ hơn lịch trình công trường, hậu cần và chu kỳ sản xuất, với sự hỗ trợ của kho dùng chung và phối hợp kỹ thuật số.

Tắc nghẽn kho bãi và nút thắt giao hàng

Chậm trễ là điều thường thấy ở các thành phố đông đúc. Mưa lớn, thay đổi thiết kế, xung đột với hạ tầng kỹ thuật hoặc thiếu nhân lực có thể khiến tiến độ thi công mỗi tầng bị lùi lại. Với nhà máy, điều đó đồng nghĩa sản lượng tường và tấm sàn của cả một ngày không có nơi để chuyển đến. Kho trong nhà nhanh chóng kín chỗ. Cơ quan Xây dựng và Công trình Singapore (BCA) đã tìm cách thu hẹp khoảng cách bằng việc cấp các lô đất theo giấy phép sử dụng tạm thời để làm kho chứa hàng tràn, thường trong thời hạn tối đa ba năm. Những giải pháp này có ích, nhưng chỉ là biện pháp tạm thời cho một vấn đề mang tính cơ cấu. Cần phối hợp chặt chẽ hơn giữa các nhóm dự án và nhà máy để sản phẩm chỉ rời nhà máy khi công trường thực sự sẵn sàng tiếp nhận.

Lim Han Ren, tổng giám đốc điều hành tập đoàn Soilbuild Construction Group, đã vận hành một ICPH ở Paya Lebar và theo dõi chênh lệch giữa sản lượng dự kiến với mức thị trường cho phép đạt được đến nay. Ông chia sẻ về việc lời hứa tăng năng suất phụ thuộc ra sao vào sự sẵn sàng của công trường và nhu cầu ổn định.

Thực tế là tương lai mà chúng tôi hình dung sẽ mất nhiều thời gian hơn dự kiến để trở thành hiện thực.

Ông cho biết trung tâm đạt sản lượng trung bình khoảng 30.000 mét khối trong hai năm qua, thấp hơn khoảng một phần tư so với công suất. Mức thiếu hụt này làm suy giảm lợi thế kinh tế nhờ quy mô. Các biện pháp dùng chung kho bãi, điều phối việc tiếp nhận tại công trường và số hóa khung giờ giao hàng có thể nâng tỷ lệ sử dụng công suất và cải thiện hiệu quả kinh doanh.

Áp lực giá từ bên kia biên giới

Các bãi đúc sẵn truyền thống ở Malaysia có nhiều đất hơn và chi phí thấp hơn. Họ có thể chào giá cấu kiện bê tông thấp hơn khoảng 15% đến 20% so với ICPH ở Singapore. Một số nhà sản xuất cấu kiện đúc sẵn có trụ sở tại Singapore duy trì một bãi nhỏ trong nước để đủ điều kiện trở thành nhà cung cấp được phê duyệt, đồng thời sản xuất phần lớn sản lượng tại các cơ sở lớn hơn ở Malaysia. Cách làm này giúp họ cạnh tranh về giá trong nước và trên toàn khu vực, nhưng lại làm gia tăng áp lực lên các ICPH vốn có chi phí cố định cao hơn và ít không gian lưu kho hơn.

Chi phí đất đai và nhân công cao hơn ở Singapore vốn là thực tế kinh doanh đã được biết đến. Điểm khác biệt hiện nay là mức độ thâm dụng vốn của các trung tâm tự động hóa. Thiết bị, nhà xưởng và phần mềm đều đắt đỏ. Khấu hao vẫn tiếp diễn ngay cả khi giao hàng chậm lại. Trong một thị trường có thể nhập hàng với chi phí thấp hơn, cạnh tranh về giá có thể khiến đơn hàng chuyển qua biên giới và làm các dây chuyền trong nước hoạt động dưới công suất.

Thay đổi chính sách định hình lại nhu cầu

Quy định về nguồn cung trong nước đã thay đổi trong ba năm qua. Một quyết định đầu năm 2022 yêu cầu tỷ trọng lớn hơn các cấu kiện đúc sẵn chủ chốt trong nhà ở công cộng phải được cung ứng trong nước. Cách tiếp cận này được điều chỉnh vào tháng 4/2024 để các nhà thầu linh hoạt hơn trong việc mua hàng từ cả nhà máy trong nước lẫn nước ngoài. Hội đồng Phát triển Nhà ở (HDB) dự kiến mở bán khoảng 55.000 căn hộ xây để đặt mua (BTO) trong giai đoạn 2025-2027. Cơ quan này cho biết các nhà máy trong nước đôi khi đã hoạt động gần mức công suất tối ưu, nên cần nhiều kênh cung ứng để đáp ứng nhu cầu cao điểm mà không ảnh hưởng tiến độ.

HDB cũng đánh giá lại hiệu quả kinh tế của phương pháp xây dựng bằng mô-đun thể tích tiền chế, hoàn thiện sẵn (PPVC), cách tiếp cận mô-đun 3D thường dùng cho phòng và phòng tắm. Cơ quan này giải thích vì sao phần lớn dự án gần đây chuyển sang Hệ thống bê tông đúc sẵn tiên tiến (APCS), chủ yếu sử dụng cấu kiện 2D.

Tổng chi phí của các dự án PPVC do HDB thí điểm trung bình cao hơn tới 20% so với các dự án APCS chủ yếu sử dụng cấu kiện 2D, do những yếu tố như sản xuất, lưu kho và vận chuyển.

Sự chuyển hướng này làm giảm đơn hàng mô-đun 3D và khiến một số khoản đầu tư tập trung vào PPVC khó biện minh hơn. Các lãnh đạo ngành cho biết thêm chuỗi cung ứng cấu kiện 2D có khả năng chống chịu tốt hơn vì khuôn rẻ hơn và có thể được chế tạo bổ sung nhanh hơn khi nhu cầu tăng đột biến.

Đầu tư vào PPVC và vấn đề chi phí chìm

Mô-đun 3D có thể nặng từ 25 đến 40 tấn. Các nhà máy được thiết kế để sản xuất loại mô-đun này đã mua cần trục giàn lớn hơn, thường có giá khoảng 250.000 đô la Singapore mỗi chiếc, đồng thời xây dựng nhà xưởng với khoảng cách sàn đến trần cao hơn để phục vụ việc nâng các cấu kiện nặng. Những lựa chọn này hợp lý khi nhu cầu PPVC tăng. Khi cơ cấu sản phẩm chuyển trở lại 2D, thiết bị và đặc điểm nhà xưởng không còn phù hợp với thị trường. Đây không hẳn là thất bại của công nghệ, mà là lời nhắc rằng thiết kế nhà máy phải bám sát lộ trình sản phẩm của các khách hàng lớn.

Một số nhà quản lý vẫn cho rằng có thể đạt lợi nhuận ổn định nếu các bên mua trong khu vực công và tư thống nhất sử dụng các cấu kiện chung. Kevin Soh, giám đốc Integrated Precast Solutions, cho rằng chuẩn hóa từ phía cầu sẽ khai mở hiệu quả của tự động hóa từ phía cung.

Chuẩn hóa hơn nữa thiết kế cấu kiện đúc sẵn sẽ giúp ứng dụng công nghệ tự động hóa hiệu quả hơn, bởi khuôn và quy trình sản xuất có thể được giữ ổn định hơn.

Soh và những người khác cũng đề xuất kéo dài thời hạn thuê đất cho các ICPH để phân bổ chi phí vốn trong thời gian dài hơn. Thay đổi này sẽ bù đắp phần sản lượng mất đi trong những năm đại dịch, khi hoạt động xây dựng bị gián đoạn.

Hỗ trợ của chính phủ và hiệu quả kinh tế ngành

BCA đã sử dụng một số công cụ để thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ. Dự án Đổi mới Năng suất (Productivity Innovation Project) đồng tài trợ tối đa 70% chi phí công nghệ đủ điều kiện, với mức trần 10 triệu đô la Singapore cho các giải pháp giúp tăng năng suất ít nhất 40% trong một quy trình. Chương trình này đã kết thúc và được thay thế bằng Khoản tài trợ Công nghệ và Năng lực Môi trường Xây dựng (Built Environment Technology and Capability Grant). Các ưu đãi thuế cũng góp phần hỗ trợ. Ưu đãi Tăng cường Sử dụng Đất (Land Intensification Allowance) được mở rộng cho các ICPH vào năm 2017 và được gia hạn trong Ngân sách 2025 đến hết năm 2030. Đến nay mới chỉ có một ICPH sử dụng ưu đãi này, một phần vì hầu hết các trung tâm được phát triển trước năm 2017 nên không đủ điều kiện hưởng.

Một người phát ngôn của BCA tóm lược thực tế kinh doanh và vai trò của cơ quan này trong việc giúp các đơn vị vận hành lập kế hoạch thuận lợi hơn.

Khả năng sinh lời về tài chính của ICPH phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có định vị thị trường, sản phẩm cung cấp và chiến lược giá. BCA sẽ tiếp tục làm việc với các đơn vị mua hàng chủ chốt như HDB để giúp các đơn vị vận hành ICPH nắm được nhu cầu cấu kiện đúc sẵn sắp tới và yêu cầu cụ thể đối với sản phẩm.

Một số trường hợp cho thấy khả năng chống chịu của mô hình này. Tiong Seng Prefab Hub, khai trương năm 2012, được phát triển ngoài chương trình đấu thầu đất của BCA triển khai sau đó và có chi phí khoảng 36 triệu đô la Singapore. Đơn vị vận hành cho biết cơ sở này duy trì dịch vụ ổn định trong các dự án lớn, dù lợi nhuận biến động theo chu kỳ thị trường. Trường hợp này cho thấy các trung tâm tự động hóa có thể duy trì vai trò khi cơ cấu sản phẩm và nhu cầu ổn định.

Các nước trong khu vực công nghiệp hóa xây dựng nhà ở ra sao

Nghiên cứu so sánh về xây dựng mô-đun ở Trung Quốc đại lục, Hong Kong và Singapore cho thấy nhiều điểm tương đồng. Các phương pháp mô-đun và đúc sẵn giúp rút ngắn thời gian xây dựng và nâng cao chất lượng. Những thách thức cũng quen thuộc: chi phí ban đầu cao hơn xây dựng truyền thống, khâu chuẩn bị kéo dài hơn, còn tiêu chuẩn kỹ thuật chưa theo kịp tốc độ đổi mới. Thành công phụ thuộc vào các quy cách rõ ràng, chính sách hỗ trợ và sự phối hợp chặt chẽ giữa bên mua công, nhà thầu và nhà máy.

Đợt thúc đẩy gần đây của Ấn Độ mang đến một góc nhìn khác. Thách thức Công nghệ Nhà ở Toàn cầu (Global Housing Technology Challenge) đã triển khai sáu dự án nhà mẫu để thử nghiệm trên quy mô lớn nhiều phương pháp, trong đó có cấu kiện đúc sẵn 2D, mô-đun thể tích 3D, hệ thống cốp pha đường hầm và hệ thống kết hợp. Mục tiêu là chứng minh tốc độ và chất lượng trong các dự án thực tế, đồng thời đẩy nhanh quá trình chuyển từ thí điểm sang áp dụng rộng rãi. Những chương trình này cho thấy mua sắm công có thể định hướng nhu cầu, đặt ra kỳ vọng và giảm rủi ro cho các đơn vị đổi mới.

Điều gì có thể giúp ICPH hoạt động hiệu quả

Chuẩn hóa là ưu tiên hàng đầu trong danh sách mong muốn của ngành. Nếu HDB và các chủ đầu tư tư nhân thống nhất danh mục gọn hơn gồm tường, tấm sàn, mặt dựng và mô-đun phòng tắm, các nhà máy có thể sản xuất theo lô dài hơn, tái sử dụng khuôn thường xuyên hơn và giảm thời gian chuyển đổi. HDB và BCA đã bắt đầu với mô-đun phòng tắm tiền chế và phòng trú ẩn trong hộ gia đình. Một bộ mẫu thiết kế rộng hơn có thể giúp các dây chuyền tự động tiến gần hơn đến sản lượng định mức, cải thiện chi phí và độ tin cậy.

Điều khoản thuê đất ảnh hưởng đến rủi ro. Hầu hết ICPH hoạt động theo hợp đồng thuê đất 30 năm. Kéo dài thời hạn thuê sẽ giảm chi phí vốn hằng năm và giúp việc huy động vốn dễ dàng hơn, nhất là với các cơ sở phải chịu gián đoạn kéo dài trong đại dịch. Biện pháp này không cần trợ cấp vận hành và trực tiếp xử lý bài toán chi phí cố định.

Tạo sân chơi bình đẳng với các bãi đúc sẵn truyền thống cũng sẽ có ích. Các quy định về hiện diện trong nước và nhập khẩu cấu kiện đúc sẵn cần bảo đảm an ninh nguồn cung mà không khiến đơn hàng rời khỏi Singapore khi các nhà máy trong nước còn công suất nhàn rỗi. Việc công bố minh bạch các kế hoạch nhu cầu của khu vực công, cùng quy cách sản phẩm được đưa ra sớm, cũng sẽ hỗ trợ các quyết định đầu tư.

Hậu cần và mức độ sẵn sàng của công trường cũng quan trọng không kém tốc độ của nhà máy. Các công cụ cần thiết đã có sẵn. Hệ thống giao hàng kỹ thuật số tích hợp kết nối mô hình thiết kế, bản vẽ thi công, các bước sản xuất và kế hoạch công trường trên cùng một nền tảng. Thẻ RFID hoặc Bluetooth theo dõi cấu kiện, cải thiện việc lập lịch, tiếp nhận và lưu hồ sơ bảo hành. HDB đã thử nghiệm lập kế hoạch đường đi của cần trục có hỗ trợ AI, hệ thống chống va chạm và thiết bị định hướng tấm trước khi lắp đặt để giảm thao tác thủ công. Khi được áp dụng đồng bộ, các biện pháp này giúp điều phối trôi chảy từ khuôn đến khâu lắp đặt. Nhà máy sẽ dành ít thời gian hơn để chờ trong khi thành phẩm tồn kho và có thêm thời gian sản xuất những gì công trường có thể tiếp nhận.

Tính bền vững và khả năng chống chịu

Phương pháp đúc sẵn có thể giảm chất thải và hỗ trợ xây dựng sạch hơn. Sản xuất trong nhà máy giúp giảm thất thoát vật liệu và cải thiện quá trình bảo dưỡng, qua đó giảm việc làm lại và khuyết tật. Nghiên cứu về vật liệu xây dựng bền vững từ các dòng chất thải cho thấy những hỗn hợp mới có thể giảm cường độ phát thải carbon mà vẫn duy trì độ bền và khả năng chịu lực. Nhờ kiểm soát được cấp phối và chất lượng, các nhà máy đúc sẵn có vị thế thuận lợi để thử nghiệm và mở rộng ứng dụng những vật liệu này.

Định hướng dài hạn của môi trường xây dựng Singapore đã rõ: thành phố muốn xây dựng nhanh hơn, an toàn hơn và với ít nhân công hơn. HDB đặt mục tiêu nâng năng suất tại công trường thêm 40% vào năm 2030. Đúc sẵn tự động, với sự hỗ trợ của sản phẩm tiêu chuẩn hóa và phối hợp kỹ thuật số, có thể đảm nhận phần lớn mục tiêu đó. Hệ thống vẫn cần linh hoạt nhập khẩu khi nhu cầu tăng cao, nhưng nền tảng các nhà máy trong nước có sức cạnh tranh sẽ tăng cường khả năng chống chịu khi chuỗi cung ứng chịu sức ép.

Kết luận chính

• Singapore có sáu ICPH đang hoạt động, thấp hơn mục tiêu ban đầu là mười cơ sở vào năm 2020; một địa điểm phải tìm đơn vị vận hành mới sau thời gian dài bỏ trống.
• Năm 2024, sản lượng tại nhiều trung tâm thấp hơn công suất từ 20% đến 50% do dự án chậm trễ gây tắc nghẽn kho bãi và buộc nhà máy tạm ngừng sản xuất.
• Các bãi ngoài trời ở Malaysia chào giá cấu kiện đúc sẵn thấp hơn 15% đến 20%, nhờ đất rẻ hơn và diện tích lưu kho lớn hơn, gây sức ép lên biên lợi nhuận của các ICPH tại Singapore.
• HDB đã chuyển phần lớn dự án từ PPVC 3D sang APCS 2D sau khi nhận thấy chi phí PPVC trung bình cao hơn tới 20%.
• Hỗ trợ của chính phủ gồm các khoản tài trợ ứng dụng công nghệ và ưu đãi thuế đất được gia hạn đến năm 2030, trong khi BCA hỗ trợ các đơn vị vận hành nắm được nhu cầu sắp tới.
• Đề xuất của ngành tập trung vào việc chuẩn hóa rộng hơn các cấu kiện, kéo dài thời hạn thuê đất cho các trung tâm và cải thiện hậu cần bằng công cụ kỹ thuật số cùng kho bãi dùng chung.
• Tự động hóa vẫn giúp nâng cao chất lượng và tiết kiệm giờ công; một nguồn đơn hàng ổn định, tiêu chuẩn hóa có thể khôi phục hiệu quả kinh tế và khả năng chống chịu của nhà máy.