Công nghệ phát triển đang thay đổi những hiểu biết của con người về thế giới, trong đó có Kiến trúc. Tiếp nối việc thiết kế các mô hình 3D trên máy tính sẽ là gì? Các trải nghiệm thực tế? Môi trường giả lập? Các công cụ có còn đơn thuần dùng để giải quyết các vấn đề kỹ thuật hay chúng có thể thay đổi cách chúng ta thiết kế, xây dựng? Chính chúng sẽ tạo ra ý tưởng cho dự án mà không cần tới các KTS? Đích đến cuối cùng sẽ là các công cụ hỗ trợ hay có một sự thay thế hoàn toàn? Đó có thể là các câu hỏi chúng ta cần lưu tâm.
Nguồn gốc của Tư duy Hình thái học
Tương lai của Kiến trúc trong thời đại số hóa có liên kết trực tiếp đến cách chúng ta hiểu biết về mối quan hệ giữa con người với thiên nhiên. Chúng ta sẽ bắt đầu với những sự thay đổi lớn trong “Tư duy hậu Khai sáng (post-Enlightenment). Sự thay đổi này được biểu hiện bằng những tiến bộ về khoa học và công nghệ dẫn đến mở rộng thế giới quan về các hành vi của đời sống con người, động vật và thực vật. Charles Darwin đã tạo ra một bước nhảy vọt trong việc hiểu được môi trường và di truyền học tác động như thế nào đến hình thái của các vật thể và hiện tượng trong thế giới tự nhiên của chúng ta. Thuyết tiến hóa của Darwin – được trình bày chi tiết trong cuốn sách Nguồn gốc của các loài (1859) – đã giải thích rằng quá trình tiến hóa xảy ra thông qua chọn lọc tự nhiên do các biến thể trong kiểu hình gây ra. Tóm lại, kiểu hình là tất cả các đặc điểm có thể quan sát được của một sinh vật – từ hình dạng đến hành vi của nó. Ví dụ nếu chúng ta đang mô tả một con chim, cách nó bay, hót, xây tổ hoặc thu thập thức ăn đều được coi là kiểu hình. Theo logic đó, sự biến đổi kiểu hình có thể do các yếu tố môi trường gây ra hoặc do di truyền để đảm bảo sự tồn tại của một loài.
Còn trong cuốn sách “On Growth and Form” của nhà sinh học, nhà toán học người Scotland D’Arcy Wentworth Thompson, ông đã đi tiên phong trong việc sử dụng các mô hình toán học để tìm hiểu các điều kiện môi trường khiến các loài biến đổi hoặc thích nghi như thế nào. Những mô hình này đã giúp Thompson lập luận rằng hình dạng của một loài có mối quan hệ trực tiếp với các ngoại cảnh từ bên ngoài.
Thompson đã truyền cảm hứng cho các KTS trong việc khai thác các khía cạnh của tự nhiên và hành vi của nó trong các thiết kế. Ở Mỹ, khái niệm này được chuyển đổi thành công trong các dự án của KTS Louis Sullivans. Các KTS khác như Frank Lloyd Wright – người đã làm việc cho Sullivan thuở mới vào nghề – đã nêu rõ hơn tầm quan trọng của việc tích hợp hành vi tự nhiên vào thiết kế Kiến trúc thông qua khái niệm ‘Kiến trúc hữu cơ”. Ở đây Kiến trúc có thể được hiểu là một sinh vật hài hòa với môi trường tự nhiên, từ hình thái đến chức năng của nó. Điều này đã được đưa vào rất nhiều thiết kế trong thời kỳ này. Từ cách các họa tiết từ thiên nhiên được sử dụng đến cách tất cả các phần của tòa nhà được thiết kế để có mối liên hệ với nhau thông qua một hình thức thống nhất.
Tâm lý này có thể được tóm tắt là “Tư duy hình thái học” và nó cho phép các KTS xem xét cách các nguyên tắc của tự nhiên có thể vượt qua tất cả các hình thức của thiết kế Kiến trúc. Và theo KTS, nhà nghiên cứu và là người đứng đầu Viện Thiết kế và Xây dựng tại Đại học Stuttgart Achim Menges, “tư duy hình thái học ngày nay là 1 sự phát triển tất yếu”. Theo đó, thiết kế di truyền hình thái mang quá trình thiết kế và chế tạo lại gần nhau hơn. Đây là điều kiện tiên quyết để khai thác toàn bộ tiềm năng của công nghệ kỹ thuật số trong Kiến trúc – Xây dựng.
Hình minh họa trong cuốn “On Growth and Form” của D’Arcy Wentworth Thompson Proto-Parametricists
Sự hiểu biết sâu sắc về các quy luật của tự nhiên và toán học đã ảnh hưởng rất lớn đến các KTS trong những năm đầu đến giữa thế kỷ XX. Mặc dù họ chưa được tiếp cận các công nghệ như ngày nay nhưng họ có thể sử dụng tư duy hình thái học vào thời điểm đó. Cụ thể, đã dẫn đến sự ra đời của một loạt các công trình có thể được coi là “áp dụng tham số”. Trong thời kỳ này, câu nói của Sullivan “Công năng quyết định hình thức” bắt đầu mang ý nghĩa mới.
KTS người Ý Luigi Moretti lập luận rằng nếu công năng của một tòa nhà có thể được mô tả thông qua một tập hợp các tham số thì các KTS có thể thiết kế bằng cách sử dụng các phương trình toán học có liên quan đến các tiêu chí của công trình. Từ kết cấu, không gian chức năng, đến môi trường bên ngoài như ánh sáng, không khí,… Moretti đề xuất rằng tập hợp các mối quan hệ xuất hiện đã tạo ra khái niệm “Architettura parametrica” trong đó các tham số được gán cho các thành phần của Kiến trúc – giống như cách mà các số 0 và 1 của thuật toán máy tính đại diện cho các hành động nhất định. Ông phát triển khái niệm này trong thời kỳ máy tính điện tử lần đầu tiên được chế tạo, thời kỳ đổi mới công nghệ, đây không phải là lần đầu tiên các kiến trúc sư nghĩ theo cách sử dụng tham số.
Kiến trúc sư nổi tiếng người Catalan, Antoni Gaudi, đã làm việc theo tham số. Trong các mô hình của ông cho Sagrada Família (1882 – 1926) ở Barcelona, ông hiếm khi sử dụng bản vẽ như một phương pháp thiết kế, ông đã phát triển cấu trúc vòm của Sagrada Família bằng cách sử dụng các chuỗi liên kết có trọng số, sau đó được “lật ngược” lại bằng cách sử dụng nhiếp ảnh và vẽ thành các bản vẽ Kiến trúc. Khi du khách đến Sagrada Família trải nghiệm, hình dạng của nhiều cột kết cấu thay đổi và thích ứng với các tải trọng khác nhau khi chúng lớn dần lên trong không gian với nhiều bề mặt cong của nhà thờ giao nhau.
Mô hình vật lý là một công cụ để ông tính toán các bộ phận của tòa nhà trong nhiều năm, tạo ra sự hiểu biết sâu sắc về các mối quan hệ cấu trúc và không gian thông qua tham số.
Đáng buồn thay, phần lớn các bản vẽ và mô hình của Gaudi cho Sagrada Família đã bị phá hủy trong cuộc Nội chiến Tây Ban Nha năm 1936. Sau này, một KTS trẻ người Úc, Mark Burry, đã có thể ghép các mã toán học phức tạp làm nền tảng cho tất cả các mô hình của Gaudi khi anh nghiên cứu kỹ phần còn lại của những mảnh vỡ trong cuối những năm 1970 và 1980. Burry đã đưa phương pháp luận của Gaudi tới với nhiều người và nó đã ảnh hưởng đến nhiều KTS trên khắp thế giới vào cuối thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI. Điều này trở nên đặc biệt rõ ràng khi các công cụ tính toán được phát triển để kết hợp với các động cơ vật lý. Các phần mềm có thể giúp mô phỏng các hệ thống vật lý – để mô hình hóa hành vi cấu trúc trong thế giới thực, như tác động của trọng lực, tải trọng và trọng lượng lên một vật thể.
(Còn tiếp)
Dịch: Hoàng Anh | Nguồn: Space10
XEM THÊM
- Công nghệ kỹ thuật số giúp gỗ trở thành vật liệu thay thế được thép và bê tông
- Ứng dụng công nghệ Digital Twins trong quy hoạch và quản lý đô thị tại thành phố Thành Đô
- Chuỗi cung ứng vật liệu: Vì sao có ảnh hưởng vượt xa ra khỏi ngành Xây dựng?
