Thứ Ba, 2 tháng 8, 2011

THIẾT KẾ TUỲ ỨNG- hay thiết kế kiển trúc và đô thị có cần sự sáng tạo không? (Phần A)

Nguyễn Hồng Ngọc

Bài viết dưới đây là sự trình bày ngắn gọn lại những bài giảng của giáo sư Salingaros và các ý chính trong phương pháp thiết kế generative của Christopher Alexander. Phần cuối cùng của bài viết giới thiệu về luật thiết thông minh của công ty DPZ và luật generative của Alexander. Toàn bộ ý tưởng và nội dung bài này là của các tác giả nêu trên (xem thêm phần tài liệu tham khảo), công việc của tối chỉ là lược thuật lại các ý tưởng chính của họ. Tiêu đề do tôi đặt.

A. TỶ LỆ PHỔ QUÁT VÀ PHÂN PHỐI PHỔ QUÁT

Tỷ lệ phổ quát

Chúng ta hãy làm quen với một khái niệm mới trong thiết kế kiến trúc- khái niệm thiết kế theo thuật toán. Ở đây một thuật toán được hiểu là một tập hợp các hướng dẫn cần phải theo để đạt được kết quả mong muốn. Tuy nhiên không phải lúc nào chúng ta cũng xác định được kết quả cuối cùng. Một thiết kế theo thuật toán cũng phải trải qua các bước tuần tự, và thông thường người thiết kế sẽ chia vấn đề thành từng phần nhỏ. Thiết kế theo thuật toán cũng thường sử dụng thông tin phản hồi từ giai đoạn trước để làm thành thông tin đầu vào cho giai đoạn sau. Như vậy công tác thiết kế theo thuật toán khác hẳn với khái niệm thiết kế kiến trúc mà ta thường sử dụng đó là việc làm “tất cả cùng một lúc”

Khái niệm kế tiếp mà tôi muốn giới thiệu với bạn đọc là “Thiết kế như là quá trình tính toán”. Ở đây chúng ta hiểu khái niệm tính toán là việc xử lý thông tin. Xử lý thông tin đầu vào và thu được thông tin đầu ra. Trong thiết kế theo phương pháp tuỳ ứng (adaptive) chúng ta sử dụng thuật toán để tính kết quả. Nếu không sử dụng thuật toán, kts có xu hướng sử dụng một thiết kế đã có trước mà anh ta đã lưu giữ trong trí nhớ để đưa vào thiết kế của mình. Chẳng hạn sử dụng lại các “mẫu nhà” mà kts đã thấy trong các tạp chí, đã thấy trong lúc đi trên phố. Chính vì vậy nên một thuật toán sẽ khiến chúng ta độc lập khỏi quá trình “học gạo”, cũng vì vậy thiết kế tuỳ ứng chính là một quá trình sáng tạo.

Từ hai khái niệm trên ta hãy tạm thời xác định khái niệm về thiết kế bền vững trong kiến trúc và quy hoạch đô thị. Đó là quá trình sử dụng các quy luật hình thái – phát sinh (morphogenetic) mà thê giới tự nhiên đã thực hiên. Chúng ta sẽ noi theo nhưng không sao chép hình thức, đặc biệt là các cấu trúc sinh học có trong tự nhiên, Khi nói đến điều đó chúng ta phải phân biệt thiết kế học theo thế giới tự nhiên với xu hướng phỏng sinh học hời hợt đã được áp dụng trong thiết kế kiến trúc từ giữa thế kỷ hai mươi. Việc thiết kế một nhà hàng có hình vỏ ốc, hoặc một nhà chờ xe bus có hình cây nấm chẳng có gì liên quan đến thiết kế bền vững hoặc thiết kế sinh thái cả. Có chẳng chi là sự bắt chước một cách hời hợt và giả tạo thế giới tự nhiên.

style="margin-left: 4.5pt; text-indent: 31.5pt; font-family:times new roman;">Tiếp đến việc nhiều kts, các công ty kiến trúc đang khuếch trương những thiết kế với tâm pin năng lượng mặt trời gắn trên mái, hoặc chong chóng sản xuất điện từ năng lượng gió cũng còn xa mới được gọi là thiết kế bền vững (bạn đọc hãy thử nghĩ xem có bao nhiêu năng lượng đã được sử dụng để sản xuất ra tâm pin mặt trời đó, bao nhiêu carbon đã phát thải ra không khi đê sản xuất ra một thiết bị tiết kiêm điện kiểu đó!). Vì vậy thiết kế bền vững chính là loại thiết kế học tập được từ sự tiến hoá có chọn lọc của thế giới tự nhiên.

Để bước vào phần chính chúng ta hãy nhớ lại phép đệ quy số học. Đó chính là một phép tính được thực hiện có sự phản hồi với kết quả của phép tính hiện tại được dùng cho đầu vào của phép tính kế tiếp. Nổi bật là chuối Fibonacci. Bắt đầu chuỗi số với 1, sau đó cộng thêm 1 vào ta được 2, rồi cộng 2 với 1 ta được 3, tiếp tục cộng 3 vơi 2 ta được 5, ta sẽ có chuỗi số vô hạn không tuần hoàn thế này 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144…Bây giờ ta hãy chọn ra các số hạng lẻ của chuối Fibonacci ta được chuỗi số {1,3,8,21,55,144,377,987,2584,…} chuỗi số xen kẽ Fibonacci này chính là các đơn vị của tỷ lệ phổ quát (universal scale) dùng trong kiến trúc. Đây là một công cụ quan trọng trong thiết kế hình thức công trình cũng như trong đô thị. Vì vậy “Các số hạng xen kẽ của dãy số Fibonacci được dùng để kiểm chứng sự phân chia trong một thiết kế thích ứng (adaptive design).

Ta có thê ứng dụng ngay tỷ lệ phổ quát này trong thiết kế kiến trúc. Có thể làm theo hai cách, cách thứ nhất là lây kích thước nhỏ nhất. Ví dụ: bậc thêm, sau đó nhân kích thước bậc thềm đó lên 3 lân ta có được tỷ lệ phổ quát tiếp theo. Rồi lại nhận kích thước bậc thềm lên 8 lần ta được kích thước kế tiếp, nhận lên 21 lâ, 55 lần ta được các kích thước tuần tự trong chuỗi kích thước phổ quát. Cứ làm nư vậy cho đến khi ta được kích thước lớn nhất của toà nhà.

Hoặc ta có thể làm ngược lại từ lớn đến nhỏ bằng cách lấy kích thước lớn nhất của toà nhà chi thành 3 phần được kích thước nhỏ hơn, rồi chia làm 8 phần được kích thước kê tiếp, chia làm 21, 55 phần v.v… để được các kích thước tuần tự nhỏ hơn.

Một điều cần lưu ý là khi thiết kế chúng ta phải tránh các kích thước nằm ở giữa hai tỷ lệ xen kẽ của dãy số mà ta vừa mới dùng.

Bây giờ ta hãy xem xét xem, hình chữ nhật vàng có liên quan gì đến chuỗi các số xen kẽ của dãy Fibonacci. Hãy chia hình chữ nhật vàng thành một hình vuông và một hình chữ nhật thì ta lại được một hình chữ nhật vàng nữa. Tiếp tục chia tiếp thành các hình vuông và hinh chữ nhật vàng nhỏ hơn. Chú ý tỷ lệ các cạnh của hình chữ nhật vàng (theo chiều dài) và các cạnh của hình vuông (theo chiều rộng) là một tỷ lệ gần với tỷ lệ xen kẽ của chuối Fibonacci. Ta sẽ thây rằng giới hạn của tỷ số của các số hạng xen kẽ trong dãy Fibonacci khi tăng dần là một số thập phân không tuần hoàn 2.618









Hình1: Hình chữ nhật vàng với chiểu rộng bằng 1 và chiều dài bang 1,618

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)










Hình 2: Nếu chia hình chữ nhật vàng thành một hình vuông và một hình chữ nhật thì ta lại được một hình chữ nhật vàng nữa

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)










Hình 3: Tiếp tục chia tiếp thành các hình vuông và hinh chữ nhật vàng nhỏ hơn. Chú ý tỷ lệ các cạnh của hình chữ nhật vàng (theo chiều dài) và các cạnh của hình vuông (theo chiều rộng) là một tỷ lệ gần với tỷ lệ xen kẽ của chuối Fibonacci.

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)

Một cách khác để ứng dụng tỷ lệ phổ quát trong kiến trúc là sử dụng hằng số logarithm e=2.72. Các luỹ thừa kế tiêp của hằng số e là những số hạng gần bằng với các số hạng xen kẽ của dãy số Fibonacci. Chẳng hạn e = 2.72 thì gần bằng 3, e2 = 7.39 thì gần bằng 8, e3 = 20.1 thì gần bang 21, e4 = 54.6 gần bang 55, e5 = 148 thì gần bằng 144. Chuỗi số này xấp xỉ bằng với tỷ lệ phổ quát, nhưng cho sự sai khác ở các số hạng lớn.Cách ứng dụng cũng tương tự như với các số hạng xen kẽ của dãy Fibonacci, sử dụng từ các kích thước nhỏ hoặc từ các kích thước lớn của công trình.










Hình 4: tỷ lệ phổ quát trong công trình Masjid-i-Shah, tại Isfahan, Ấn Độ.

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)











Hình 5: Tỷ lệ phổ quát trong cung điện Alhambra ở Granada, Tây Ban Nha

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)











Hình 6: Ứng dụng tỷ lệ phổ quát trong thiết kế nhà chọc trời

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)







Hình 7: Ứng dụng tỷ lệ phổ quát trong thiết kế nhà

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)

Vậy bạn đọc sẽ tự hỏi, liệu có bao nhiều kiến trúc tuân theo quy luật tỷ lệ phổ quát. Theo Salingaros, hầu hết các kiến trúc truyền thống hoặc cổ điển từ kiến trúc Gothic, kiến trúc cổ điển phương Tây, kiến trúc Hồi giáo, kiến trúc bản địa khắp thế giới và kiến trúc truyền thống từ tất cả các nền văn hoá và tất cả các thời kỳ đều tuân theo quy luật tỷ lệ phổ quát. Ngoại lệ là kiến trúc hiện đại quốc tế - ở đây được hiểu là phong cách kiến trúc ra đời từ khoảng sau những năm 1930 ở chấu Âu và bắc Mỹ theo tôn chỉ và định hướng của CIAM.









Hình 8: Tỷ lệ phổ quát với khung của dày

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 1)

Tỷ lệ phổ quát nên được sử dụng với tất cả các chi tiết. Chẳng hạn với khung cửa. Như hình trên, từ đó sẽ đưa đến một thuộc tính quan trọng mà Christopher Alexander gọi là Đường biên dày. Lý do là vì một cấu trúc cần phải có các cạnh được xác định. Các cạnh này nên tương xứng với quy luật tỷ lệ.

Như vậy khi sử dụng quy luật tỷ lệ phổ quát ta sẽ dùng tỷ lệ theo cạnh để hỗ trợ thiết kế. Chúng ta cũng phải từ bỏ cách nghĩ về “tỷ lệ” như quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng công trình. Như vậy tỷ lệ phổ quát không phải là tỷ số các cạnh của một hình chữ nhất, hoặc các kích thước của công trình mà là việc so sánh các cạnh của một đối tượng đo dọc theo cùng một hướng.

Phân phối phổ quát

Để thực hiện một phân bố phổ quát nhà nghiên cứu thực hiện các thao tác sau: ông ta đếm bao nhiêu thành phần trong một hệ phức hợp và kích thước tương ứng của chúng.











Hình 9: Tam giác Sierpinski

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 3)

Chẳng hạn như trong tam giác Sierpinski trên. Ta có thể đếm số lượng các tam giác và đo kích thước tương ứng của chúng. Một tam giác Sierpinski là một chuỗi lặp (fractals) với một số lượng vô hạn các tam giác đều hướng xuống và hướng lên. Ta muốn biết có bao nhiêu tam giác tương tự nhau tương ứng với mỗi loại kích thước?

Theo Salingaros thì số lượng và kích thước của các tam giác trong tam giác Sierpinski tuân theo quy luật tỷ lệ nghịch.

Gọi pi là số lượng các thành phần của một tam giác với kích thước xi thì sẽ có pi = 0.33/(xi)m , trong đó m = 1.58

Chỉ số m tương đương với kích thước chuỗi lặp(fractals) của tam giác Sierpinski m = D = ln3/ln2 = 1.58.

Theo quan niệm của nhà sinh học thì một sự phân bố đúng đắn giúp tạo nên sự ổn định mang tính hệ thống và sự ổn định của hệ thống phụ thuộc vào số lượng tương đối và kích thước của các thành phân của hệ thống đó.

Những quan sát trong các hệ thống từ hệ sinh thái cho đến các thành phần của hệ thống quản lý đều chỉ ra rằng quy luật phân bố phổ quát tuân theo quy tắc tỷ lệ nghịch. Đây là quy luật đóng góp vào tính bền vững trong các hệ sinh thái, cũng là quy luật đóng góp vào tính ổn định cho các hệ thống phức hợp nhân tạo chẳng hạn như mạng lưới internet, các liên kết tới trang web, hoặc mạng lưới phân phối điện.








Hình 10: Hình trên đây minh hoạ cho quy luật phân bố phổ quát. Chỉ có một số lượng nhỏ các thành phần với kích thước lớn, một số lượng trung bình các thành phần cỡ vừa và rất nhiều các thành phần có kích thước nhỏ.

(Nguồn: 12 bài giảng về Thiết kế theo thuật toán và tương lai của kiến trúc, Nikos Salingaros, bài giảng số 3)

Quy luật tỷ lệ phổ quát có thể phát biểu một cách đơn giản: các thành phần nhỏ trong thiết kế nhiều hơn các thành phần lớn. Số lượng tương đối của chúng liên hệ với kích thước: “số lượng của một thành phần thì tỷ lệ nghích với kích thước của nó”. Quy luật này ap dụng với tất cả thiết kế tuỳ ứng.

Ta có thể quan sát quy luật này trong các hệ thông tư nhiên cũng như nhân tạo. Chẳng hạn số lượng các động vật có kích thước lớn trong tự nhiên rất giới hạn (chẳng hạn cá voi hoặc voi), trong khi số lượng các loại côn trùng thì có thể nói là hằng hà sa số. Hoặc trong các thành phố truyền thống có một số lượng giới hạn nhà lớn, nhiều nhà cỡ trung bình, rất nhiều nhà kích thước nhỏ, và một số lượng không lồ các cấu trúc nhỏ hơn (chẳng hạn như cột điện, các loại biển báo, ghế ngồi ven đường, đài phun nước v.v…). Đó chính là điều kiện cần cho một thành phố sống động.

2 nhận xét:

Kevin Lynch- Good City Form- Hinh thuc hoan hao cua thanh pho