Về một trào lưu kiến trúc mới: Ứng dụng kiến trúc hình thái học tại Việt Nam

Lượt xem: 2835
16/4/2019 0:00 - Chuyên đề
Tác giả: Kiến trúc & Đời sống - Bài và ảnh tư liệu KTS Vĩnh Đức, KTS Tuấn Hà

Trong bối cảnh kiến trúc Việt Nam hiện nay, Kiến trúc hình thái học có thể được sử dụng để tiếp nối tinh thần kiến trúc truyền thống nhờ yếu tố sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả. Bài viết kỳ này sẽ nêu rõ những dự đoán về ba chữ “Hiệu” mà Kiến trúc hình thái học có khả năng mang lại cho kiến trúc Việt Nam nếu được ứng dụng đúng cách và căn cơ. Dĩ nhiên, bên cạnh đó các kiến trúc sư chọn hướng đi theo xu thế kiến trúc hình thái học cũng có thể sẽ gặp phải nhiều thách thức, đòi hỏi ba chữ “Đổi” trong cả quá trình tư vấn - thiết kế - xây dựng.

 
 
 
Castaway Restaurant - Beachfront Resort (KTS Võ Trọng Nghĩa) - công trình có cấu trúc dạng Parametric
 
 
1. Ba chữ “hiệu” của Kiến trúc hình thái học
Do có triết lý thiết kế cơ bản là chọn lọc hình khối dựa trên các yếu tố đầu vào là thông tin và hiệu suất, Kiến trúc hình thái học morphogenesis mở ra khả năng ứng dụng lớn ở các thị trường kinh tế - kiến trúc chưa giàu có và trình độ kỹ thuật xây dựng đang từng bước nâng cao. Tại Việt Nam, môi trường hành nghề kiến trúc đang ở giai đoạn chuyển tiếp khi các ứng dụng máy tính và lĩnh vực thiết kế tham số bắt đầu tham gia vào quá trình tư vấn - thiết kế - xây dựng. Trong điều kiện tương tự ở một số nước đang phát triển đã ứng dụng thành công Kiến trúc hình thái học, xu hướng kiến trúc này nếu ứng dụng tại Việt Nam sẽ mang lại ba chữ “hiệu” như sau:

 
1. Hiệu ứng: dễ nhận thấy và thực hiện nhất với sự trợ giúp từ máy tính, công trình mau chóng đạt được hiệu ứng hình khối - mặt đứng hấp dẫn. Nhờ khoa học công nghệ hiện đại và mạng internet phổ biến rộng khắp tạo điều kiện cho giới KTS tiếp cận các phần mềm thiết kế tham số như Rhinocerus, Grashopper khá thuận tiện. Ngoài ra, công nghệ mới như in 3D, cắt và khắc laser, thủy lực.., ngày càng phổ biến, giá thành vừa phải, giúp hỗ trợ tốt quy trình thiết kế, thể hiện mô hình.
 
2. Hiệu quả: thông qua điều chỉnh giá trị đầu vào trong quá trình thiết kế, các KTS chủ động kiểm soát và đo lường được hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của công trình. Phần mềm máy tính mô phỏng cho phép chủ đầu tư và KTS làm việc với tất cả những phương án khả thi, được nhiều sự lựa chọn phong phú về hình thức cũng như quản lý chi phí minh bạch. Một kết cấu tối ưu còn giúp tiết kiệm được chi phí vật liệu chịu lực, hay một hệ bao che tối ưu sẽ mang đến hiệu quả tiết kiệm năng lượng vượt trội.
 
3. Hiệu suất: các công ty phần mềm luôn cập nhật phát triển sao cho sản phẩm của họ được KTS sử dụng dễ dàng hơn. Nhờ trợ giúp của máy tính, hiệu suất thiết kế được cải thiện cả về thời gian và công suất. Công nghệ lắp ghép và in 3D còn hỗ trợ cho việc xây dựng công trình nhanh chóng. Hiệu suất sử dụng năng lượng cũng được quản lý chặt chẽ hơn.
 
Mô hình nghiên cứu phương án Kiến trúc hình thái học - Emtech studio, AA School, London
 
 
Giới thiệu robot hỗ trợ in 3d trong thiết kế kiến trúc - RobArch 2014, Sydney, Úc
 
 
Cấu kiện kiến trúc được hỗ trợ chế tạo và thi công bằng robot
 
2. Ba chữ “đổi” để ứng dụng Kiến trúc hình thái học
Với những hiệu quả nêu trên, Kiến trúc hình thái học sẽ là một hướng đi đúng đắn cho KTS trẻ tại Việt Nam khi họ vừa có điều kiện tạo ra công trình mang biểu hiện thẩm mỹ ấn tượng, vừa đảm bảo tính bền vững và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, để đủ khả năng xử lý các yêu cầu đầu vào phức tạp, KTS muốn trở thành người quản lý quá trình thiết kế Kiến trúc hình thái học cần phải đạt được ba chữ “đổi”, nhằm nâng cao trình độ ứng dụng công nghệ và quản lý quá trình làm việc, đó là:
 
1. Thay đổi: các KTS muốn ứng dụng Kiến trúc hình thái học cần phải thay đổi tư duy thiết kế, tránh việc chỉ dùng máy tính để thể hiện, vẽ mặt đứng hoặc chứng minh phương án. Điều này đòi hỏi sự nghiên cứu về phương pháp thiết kế và ứng dụng các phần mềm có chiều sâu, để máy tính thật sự trở thành một công cụ đắc lực trong việc tạo ra biến số và hỗ trợ so sánh các biến số đó, cũng như tránh việc thiết kế phụ thuộc hoàn toàn vào máy tính.
 
2. Biến đổi: Kiến trúc hình thái học đòi hỏi sự biến đổi môi trường thiết kế và quá trình sáng tạo. Các phương án và ý tưởng giờ đây không chỉ là sản phẩm của nguyên lý và cảm hứng, mà cần phải được kiểm chứng bằng các thông số hiệu năng, đòi hỏi khả năng chuyển tải ý tưởng vào máy tính đúng phương pháp, cũng như một quy trình làm việc thống nhất suốt quá trình thiết kế. Để được vậy, KTS phải biến đổi bản thân từ người vẽ nhà sang người quản lý quá trình thiết kế nhà.
 
3. Hoán đổi: ở các văn phòng kiến trúc đã ứng dụng thành công Kiến trúc hình thái học, vai trò thiết kế - sản xuất - xây dựng sẽ hoán đổi, không còn là một quá trình mà trở thành chu trình song song nhau. KTS sẽ trở thành người quản lý chuỗi hình thành sản phẩm kiến trúc, sản xuất cấu kiện và xây dựng lắp ghép.
Rõ ràng việc ứng dụng Kiến trúc hình thái học là không đơn giản, tuy nhiên trong điều kiện thế giới ngày càng “mở” và các thành tựu tri thức được nhanh chóng tiếp cận, các KTS trẻ nắm trong tay những công cụ thiết kế vượt trội hơn bao giờ hết. Mặt khác, các cơ sở đào tạo KTS cũng cần phải cập nhật xu hướng thiết kế mới này để nâng cao khả năng tư duy của sinh viên, giải quyết các vấn đề thực tiễn bằng phương pháp kỹ thuật số, giống như các trường kiến trúc tại Singapore, Anh, Úc đã làm.
 
Sinh viên thiết kế và thi công gian triển lãm có cấu trúc hình thái học mô phỏng vỏ bọ cánh cứng - Đại học Stuttgart, Đức 
 
KTS Doris Kim Sung và vật liệu Thermal bimetals
 
 
3. Một số ứng dụng triết lý hình thái học trong vật liệu và thiết kế kiến trúc

Kim loại thở (Breathing metal) - Doris Kim Sung
Xuất thân là nhà sinh vật học, KTS Doris Kim Sung (dO|Su Architecture) đã tiếp cận kiến trúc với góc độ mới, tập trung thử nghiệm và sáng chế vật liệu học hỏi được ở thế giới tự nhiên. Từ cấu tạo làn da người vốn được tự nhiên tạo ra để bảo vệ và giữ ổn định nhiệt độ cơ thể, với các thành phần biểu bì, lỗ chân lông, tuyến mồ hôi... hoạt động nhịp nhàng và hiệu quả, Doris Kim Sung cho rằng lớp bao che của công trình kiến trúc cũng cần có khả năng thay đổi linh hoạt để đáp ứng điều kiện môi trường biến động.
Năm 2012, bà công bố một vật liệu kim loại mới - Thermal bimetals - có khả năng thay đổi linh hoạt theo nhiệt độ. Mỗi tấm kim loại này là sự kết hợp của hai vật liệu khác nhau với hệ số dãn nở chênh lệch lớn ở hai mặt. Cách bố trí này cho phép tấm kim loại Thermal bimetals uốn cong hoặc duỗi thẳng khi nhiệt độ thay đổi. Sau nhiều thử nghiệm với các cách bố trí đa dạng, Doris Kim Sung đã chứng minh khả năng ứng dụng của loại vật liệu này để tạo ra bề mặt bao che linh hoạt - có chức năng che nắng, lấy sáng, thông gió, thoát nhiệt... thay đổi hình dạng theo từng giờ trong ngày khiến công trình như đang “thở”.

Mặt đứng hình thái học tế bào - (Cellular Morphology Façade) - rat[LAB]
Khác với các cấu trúc nhân tạo thường kết hợp nhiều module lặp đi lặp lại, cấu trúc tự nhiên đa dạng và linh hoạt hơn rất nhiều. Một chiếc lá cây được tạo thành từ rất nhiều tế bào với các thành phần sinh hóa học và chức năng tương tự, tuy nhiên không thể tìm thấy bất kỳ một cặp tế bào nào giống hệt như nhau. Sự linh hoạt trong cấu tạo đó đảm bảo cho lá cây hoạt động hiệu quả chức năng quang hợp và thoát nước, tiến tới gần hơn với sự tối ưu trong kiến tạo.
Từ nguyên lý đó, văn phòng kiến trúc rat[LAB] tại New Delhi, Ấn Độ đã phát triển mô hình thiết kế mặt đứng có tên gọi Cellular Morphology Façade System. Đây là một thuật toán có thể dùng cho bất kỳ công trình kiến trúc nào trên thế giới, nhằm tối ưu hóa hiệu năng công trình trong ngữ cảnh khí hậu mà nó được xây dựng. Các chức năng của mặt đứng này bao gồm kiểm soát nhiệt độ, ánh sáng và điều khiển độ mở. Tùy theo dữ liệu về hình dáng công trình và môi trường khí hậu được nhập vào máy tính, thuật toán sẽ tạo ra phương án mặt đứng tham khảo, với các tấm bao che dạng tế bào đa diện phủ lên bề mặt tòa nhà. Do tác động của mặt trời, mưa, gió lên mỗi vị trí của tòa nhà là khác nhau, mặt đứng này cũng được tính toán tạo ra hình dáng rất đa dạng trên tổng thể công trình. Công ty rat[LAB] đã tiến hành chạy thử trên mặt đứng hướng tây nam của tòa nhà Gopal Das Bhawan tại New Delhi, và chứng minh khả năng che nắng, giảm bức xạ nhiệt khá vượt trội so với các hệ lam đứng, lam ngang truyền thống.
Hai ví dụ trên đã ứng dụng triết lý hình thái học để cho ra đời các sản phẩm ấn tượng và hiệu quả, đồng thời cũng đòi hỏi người thiết kế phải có khả năng nghiên cứu cả sinh học và khoa học máy tính. Công việc thiết kế kiến trúc dần tiến đến mô hình phòng nghiên cứu và xưởng thử nghiệm. Với hầu hết các công đoạn đã được hỗ trợ bằng máy tính, chi phí để có thể nghiên cứu Kiến trúc hình thái học không hề đắt đỏ. 
 
 
Hai mô hình mặt đứng sử dụng vật liệu Thermal bimetals và sự thay đổi của chúng theo nhiệt độ cho thấy hiệu quả che nắng và thẩm mỹ
 
 
Mô hình mặt đứng Cellular Morphology Façade tại triển lãm Alliance Francaise de Delhi, 2012 
 
 
4. Khả năng ứng dụng Kiến trúc hình thái học tại Việt Nam: một cánh cửa đang hé mở
Trên toàn thế giới hiện nay, triết lý này xuất hiện rất nhiều ở các cấp độ được tóm tắt trong bảng I dưới đây. Tại Việt Nam nói riêng, có manh nha kiến trúc hình thái học trong vài công trình tại cấp độ thứ nhất và thứ hai: thiết kế hình khối và kiểm tra hiệu suất công trình. So với các thành tựu thế giới ở cấp độ thứ tư, thực sự chênh lệch về hàm lượng tri thức khoa học - công nghệ. Tuy nhiên giới chuyên môn nhận định khả năng kiến trúc Việt Nam có thể đi lên cấp ứng dụng thứ ba rất khả quan, do năng lực ứng dụng máy tính của các KTS trong nước ngày càng cao, và Kiến trúc tham số đáp ứng được bài toán cân bằng về giá thành - thẩm mỹ - hiệu suất công trình.
Tuy nhiên, để chúng ta có thể ứng dụng triệt để Kiến trúc hình thái học, trước mắt phải vượt qua nhiều khó khăn, chủ yếu do sự phân chia vai trò các chủ thể tham gia quá trình tư vấn - thiết kế - xây dựng trong nước hiện nay còn nhiều điều chưa hợp lý. Rất cần sự tham gia của nhiều đối tượng, và ba chủ thể đóng vai trò chính vẫn là chủ đầu tư, KTS và nhà thầu. Trong Kiến trúc hình thái học, KTS phải đóng vai trò quan trọng, gần như là người quản lý chính của cả quá trình tư vấn - thiết kế - xây dựng. 
 
Kết
Một trong những tín hiệu khả quan của ngành kiến trúc Việt Nam hiện nay chính là sự chuyển đổi quá trình thiết kế - xây dựng - công nghệ, khi các KTS và kỹ sư chuyên ngành ngày càng liên kết chặt chẽ nhau hơn. Đây cũng là một trong những yếu tố thuận lợi cho việc ứng dụng Kiến trúc hình thái học. Tuy nhiên, cũng như nhiều ngành khoa học khác, các thành tựu chỉ ra đời khi người nghiên cứu được tạo điều kiện để tập trung thay vì chạy theo cơm - áo - gạo - tiền. Trong thời đại cách mạng khoa học ngày nay, có lẽ đã đến lúc xã hội chúng ta nhìn nhận về kiến trúc như là một ngành nghề khoa học - nghệ thuật có khả năng tạo ra những giá trị có hàm lượng tri thức - thẩm mỹ cao, thay vì chỉ là nghề vẽ nhà và làm đẹp không gian? 
 
 
Ứng dụng Cellular Morphology Façade System lên mặt đứng tòa nhà Gopal Das Bhawan và hiệu quả của nó
 
 
Theo TC Kiến Trúc & Đời Sống số 129

Các tin khác