KIẾN TRÚC THUẬT TOÁN VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

KIẾN TRÚC THUẬT TOÁN VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

18/01/2022 bởi adm@adm

Chúng ta đang sống trong thời đại của công nghệ, các dự án kiến trúc xây dựng dưới sự hỗ trợ của công nghệ đang trở nên hiệu quả và chính xác hơn. Computational Design là một xu hướng công nghệ quan trọng và đang được các công ty kiến trúc hàng đầu sử dụng. Dần dần, nó cũng đang được phổ cập vào rất nhiều các cơ sở đào tạo kiến trúc trên thế giới hiện nay.

Bằng việc thực hành Computational Design ở Việt Nam ngay từ những đồ án sinh viên đến những dự án kiến trúc thực tế. Tác giả bài viết này mong muốn đóng góp một góc nhìn đa dạng hơn về những ứng dụng của Computational Design trong bổi cảnh hội nhập.

1. Những ứng dụng của kiến trúc thuật toán (Computational Design)

Computational Design để dễ hình dung, ta có thể gọi là kiến trúc thuật toán. Hiểu đơn giản là việc áp dụng các thuật toán vào quá trình thiết kế kiến trúc. Trong khi các kiến trúc sư truyền thống dựa vào trực giác và kinh nghiệm để giải quyết các vấn đề thiết kế, thì Computational Design nhằm nâng cao quy trình đó bằng cách mã hóa các quyết định thiết kế bằng ngôn ngữ máy tính. Mục tiêu không nhất thiết phải tạo ra kết quả cuối cùng mà là các bước cần thiết để tạo ra kết quả đó.

Ví dụ: Cửa sổ bên trái hiển thị các phương án kiến trúc xem trước của việc lập trình trong cửa sổ bên phải. Các khối màu xám là các câu lệnh nối tiếp nhau theo logic nhất định, có thể gọi là các bước để tạo ra kết quả cuối.

a. Hỗ trợ thực hiện những công việc phức tạp

 Một trong trong những ứng dụng dễ thấy nhất của Computational Design là giúp kiến trúc sư mô hình những cấu trúc phức tạp.

Ví dụ 1: Đồ án K9-HAU: Nhà hát Thăng Long. Tác giả: Trịnh Quốc Bảo

Lớp vỏ của công trình được tạo nên bởi các thuật toán. Các ô kính tam giác có kích thước thay đổi dần đều theo chiều dài của lớp vỏ. Các họa tiết trên lớp vỏ thì được biến đổi ngẫu nhiên lấy cảm hứng từ hình bông hoa. Nếu như công việc này được thực hiện theo phương pháp thủ công thì sẽ mất rất nhiều thời gian.

Ví dụ 2: Đồ án Evolo Gyroid Seascraper. Tác giả: Minh Đức, Phi Hùng, Hải Hà, Quốc Bảo

Với sự phát triển của toán học và công nghệ càng ngày người ta càng tìm ra thêm những dạng hình học mới. Gyroid là một bề mặt tối giản (Minimal surface) được tìm ra bởi NASA vào năm 1970. Với sự hỗ trợ của các thuật toán, từ phương trình gốc ban đầu của Gyroid, nhóm tác giả đã mô phỏng thành hình khối và xây dựng công năng cho nó là một tòa tháp dưới đáy biển giúp làm sạch và bảo tồn hệ sinh thái dưới đại dương. Đối với những cấu trúc này, việc mô hình theo cách thủ công là bất khả thi.

Ví dụ 3: Field Pavillion giải nhì hạng mục Parametric Design – Festival sinh viên Kiến Trúc tại Đà Nẵng. Tác giả: Việt Anh, Minh Phương, Quốc Bảo. Thi công: Giảng viên và sinh viên trường ĐHKTHN

Lấy cảm hứng từ hình ảnh của những con sóng, dự án sử dụng thuật toán field để mô tả lại những chuyển động của chúng. Do là một dự án thực tế, cho nên thiết kế phải được tối ưu hóa cho việc lặp đặt được dễ dàng. Với hàng trăm mảnh ghép khác nhau, các phương án và hồ sơ bản vẽ của dự án được tác giả minh họa với công nghệ thực tế tăng cường (AR) giúp cho việc thi công trở nên đơn giản hơn.

b. Tham gia vào quá trình thiết kế ý tưởng

Ví dụ 4: Đồ án Truckle House. Tác giả: Hồng Đức, Phương My, Đăng Minh, Quốc Bảo

Bài toán đặt ra là trong một diện tích sàn vô cùng nhỏ, làm thế nào để con người ở trong đó có những không gian thoải mái hơn để sử dụng, thay vì các đồ đạc nội thất phải được thiết kế tích hợp đa năng.

Kết quả là một chương trình được tạo ra để có thể sắp xếp không gian nội thất trong nhà theo nhu cầu của người sử dụng theo từng thời gian trong ngày. Hệ ròng rọc phía trên có vai trò sắp xếp và cất bớt những chức năng không cần thiết trong một thời điểm.

Ví dụ 5: Khách sạn Đảo Ngọc – Hồ Thác Bà. Tác giả: Trịnh Quốc Bảo

Có rất nhiều nguồn cảm hứng để hình thành nên một ý tưởng kiến trúc, việc ứng dụng Computational Design vào quá trình lên ý tưởng là một trong những cách đó. Nó không có nghĩa là kiến trúc sư đang làm việc không có sáng tạo. Bởi vì mỗi thuật toán đều hoạt động dựa trên những logic riêng, mà người đứng sau thiết lập những logic đó chính là kiến trúc sư. Đồ án tốt nghiệp của tác giả ở trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội là một sự thử nghiệm cho việc đó.

Dữ liệu đầu vào là vị trí, chiều cao, mực nước và hình dạng của những hòn đảo xung quanh.

Các thuật toán được sử dụng để tạo ra hình khối cơ bản của công trình lấy dữ liệu đầu vào là vị trí, chiều cao, mực nước và hình dạng của những hòn đảo xung quanh. Điều kiện là hình khối công trình được tạo ra đảm bảo có được tầm nhìn tối đa đến các hòn đảo trong diện tích và chiều cao giới hạn.

Hình dạng của khối nhà có sự tương đồng với hình dạng với những hòn đảo

Kết quả tối ưu của điều kiện trên là một khối tròn đơn điệu. Do đó đồng thời một thuật toán khác được tạo ra để hình dạng của khối nhà có sự tương đồng với hình dạng với những hòn đảo xung quanh, mục đích là để phá đi sự nhàm chán của điều kiện ban đầu và đảm bảo tính hài hòa với bối cảnh. Nhưng cũng chính vì thế, những kết quả được máy tính đưa ra không có đúng hay sai tuyệt đối.

Sau khi nhận được hàng trăm kết quả khác nhau tác giả dựa vào cảm xúc chủ quan của bản thân để quyết định phương án cuối cùng. Quyết định này phải đảm bảo sự cân bằng giữa các ưu thế của phương án đã tính toán và hình thức kiến trúc độc đáo. Từ những đường cong cơ sở làm gợi ý phương án được phát triển lên thành một hình khối kiến trúc hoàn thiện.

Phối cảnh phương án được thực hiện với các thuật toán tạo hình

Về đồ án này, do vẫn còn thiếu rất nhiều tham số nên vẫn còn nhiều bất cập. Tuy nhiên chúng ta thấy được rằng: Logic của con người khác logic của máy móc, thiếu đi một tham số đầu vào thì lập tức kết quả ra rõ ràng sẽ phiến diện. Nó khác với cách con người tư duy, anh ta có thể không quy nạp hoàn chỉnh các vấn đề nhưng kết quả cuối cùng có thể gây ngỡ ngàng bởi cái tình ở trong đó.

Có thể nói, Computational Design cũng có thể được ứng dụng trong việc phác thảo nhanh tư duy của kiến trúc sư dưới dạng là các phương án so sánh, những gợi ý. Khi đó sự sáng tạo của kiến trúc sư được thể hiện qua logic trong thuật toán, sự chuyển hóa từ những tham số thành không gian. Kết quả cuối cùng vẫn do kiến trúc sư quyết định.

c. Phân tích và tối ưu hóa thiết kế

LAVA (Laboratory for Visionary Architecture) là đơn vị tư vấn nước ngoài có chi nhánh tại Việt Nam, cũng là một trong những đơn vị hiếm hoi ở Việt Nam ứng dụng Computational Design vào quá trình thiết kế dự án. Dưới đây là một vài dự án trong quá trình công tác của tác giả tại LAVA sau khi khi tốt nghiệp ĐHKTHN (2020)

Các yếu tố nắng, gió được tính toán và mô hình hóa dựa trên dữ liệu thời tiết thu thập được của địa điểm. Với sự hỗ trợ của Computational Design, các phương án massing đưa ra có thể dễ dàng được kiểm tra và so sánh với nhau. Những công việc này vốn là thế mạnh của máy tính khi mà các kiến trúc sư truyền thống thường chỉ dựa vào kinh nghiệm để đưa ra quyết định

Ví dụ 6: Các phương án Massing và tính toán kiểm tra – Hình ảnh: LAVA Việt Nam. Thay vì dùng kinh nghiệm hay trực giác, các phương án được so sánh dựa trên các số liệu tính toán

 Kết quả của công việc này có tính thực tiễn cao hay không phụ thuộc vào hai yếu tố chính: Dữ liệu đầu vào mà kiến trúc sư cung cấp có đầy đủ và chính xác hay không. Logic của thuật toán có được xây dựng đúng theo những tiêu chuẩn thiết kế hay không.

d. Tự động hóa các công việc lặp đi lặp lại

 Chính vì là việc tạo ra các bước để thực hiện một công việc, nó giống như việc tạo ra các công cụ để rút ngắn thời gian làm việc của kiến trúc sư đi nhiều lần, các công cụ này có thể sử dụng trong nhiều các dự án khác nhau với khả năng thích nghi tùy theo người lập trình tạo ra. Trong trường hợp thay đổi hình khối, kiến trúc sư không vẽ lại từ đầu mà sẽ chỉ điều chỉnh một vài tham số của thuật toán, việc này tiết kiệm rất nhiều thời gian thiết kế.

 

Ví dụ 7: Các phương án mặt đứng của một công trình được tạo ra với sự hỗ trợ của Computational Design – Hình ảnh: LAVA Việt Nam

Có thể nói, không những giúp thực hiện những công việc phức tạp mà Computational Design còn giúp kiến trúc sư thực hiện những công việc đơn giản có tính lặp lại, nhanh hơn và chính xác hơn.

2.Kiến trúc thuật toán ở Việt Nam trong bối cảnh hội nhập

Computational Design giống như một chiếc “bút chì” mới của các kiến trúc sư trong thời đại công nghệ. Nó cũng là bước đầu để kiến trúc tiến tới những ứng dụng công nghệ cao hơn như là AI – Trí tuệ nhân tạo.

Việc ứng dụng Computational Design ở các đơn vị tư vấn Việt Nam chưa trở nên phổ biến không phải là do hạn chế về trang thiết bị máy móc, mà do sự thiếu cập nhật, thiếu sự quyết tâm để thay đổi cả một hệ thống đang làm việc theo những phương thức cũ. Thêm nữa, các trường đào tạo kiến trúc trong nước chưa chú trọng đẩy mạnh nghiên cứu phát triển Computational Design, dẫn đến nguồn nhân lực có kĩ năng cần thiết ở Việt Nam là vô cùng khan hiếm.

Nhờ có công nghệ, rồi đây các kiến trúc sư trên thế giới sẽ giao tiếp chung một ngôn ngữ đó là ngôn ngữ máy tính. Những công trình phô diễn cấu trúc parametric ở khắp mọi nơi như đến từ ngoài hành tinh. Nó khiến những kiến trúc sư càng phải quan tâm hơn đến vấn đề bản sắc, làm thế nào để tham số hóa những giá trị bản địa trong kiến trúc của chúng ta và chuyển hóa chúng vào trong những công trình của thời đại mới. Và rõ ràng sự chuyển hóa đó là công việc của kiến trúc sư chứ không phải của máy tính.

Ví dụ 8: Đồ án Giếng Làng. Tác giả: Trịnh Quốc Bảo. Đồ án lấy cảm hứng từ những chiếc giếng xóm bỏ hoang, tái hiện lại những không gian giao tiếp đã mất đi cho mục đích bảo tồn và phát triển du lịch. Dữ liệu đầu vào là hình dạng cấu trúc của xóm làng, hình ảnh chiếc giếng được chuyển hóa thành cấu trúc không gian thu nước.

Có nhiều lo ngại rằng trong bối cảnh công nghệ đang tiến bộ một cách vượt bậc như hiện nay, một tương lai không xa nữa, các AI sẽ sớm thay thế công việc của các kiến trúc sư. Điều này là hoàn toàn có cơ sở, dễ thấy nhất khi dữ liệu lớn (Big Data) của chúng ta là hệ thống các công trình thiết kế theo BIM, máy tính có thể truy cập dữ liệu đó để học hỏi (Machine Learning) và ngày càng trở nên thông minh hơn. Nó có thể đưa ra các gợi ý thiết kế tối ưu hơn do được trau dồi từ rất nhiều các công trình tương tự.

Tuy nhiên chúng ta thường dễ dàng thấy được những điều sắp bị mất đi hơn là những điều sắp được tạo ra. Rất có thể một thế hệ những kiến trúc sư mới sẽ ra đời, nắm trong tay mình kĩ thuật lợi dụng các trí tuệ nhân tạo phục vụ quá trình thiết kế hiệu quả hơn. Có lẽ công việc của kiến trúc sư trong tương lai sẽ không hoàn toàn mất đi mà sẽ có sự thay đổi. Và để sẵn sàng cho sự thay đổi đó, chúng ta cần phải trau dồi cho mình kiến thức đủ để làm chủ những công nghệ mới và biến chúng thành “trợ thủ” chứ không phải là “khắc tinh”. Đồng thời phát huy tối đa các giá trị của những công việc mà máy tính không thể thay thế được kiến trúc sư.

KTS Trịnh Quốc Bảo

 Công ty TNHH XM Architect

(Bài viết đăng trên Kỷ yếu Gặp gỡ mùa thu 2021)

Tài liệu tham khảo:

  1. Patrik Schumacher, Parametricism 2.0: Rethinking Architecture’s Agenda for the 21st Century, 2016
  2. Achim Menges & Sean Ahlquist, Computational Design Thinking, 2011

Từ khóa » đồ án K9 Nhà Hát