Chủ Nhật, 22 tháng 1, 2012

Thiết kế tùy ứng (phần I)

Sau khi khắc phục được các khó khăn mang tính kỹ thuật tôi đã có thể post nguyên văn bản báo cáo về thiết kế tùy ứng. Do nội dung khá dài tôi sẽ chia thành 10 phần để lần lượt post trong những ngày Tết Nhâm Thìn này.
Ngày mai xin khai bút đầu xuân với bản dịch cuộc luận chiến giữa Christopher Alexander và Peter Eisenman


THIẾT KẾ TUỲ ỨNG

Hay thiết kế kiến trúc và đô thị có cần sự sáng tạo không?


Nguyn Hng Ngc

Giảng viên Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

NCS Đại học Arizona State

Đà Nẵng, 8-2011


GIỚI THIỆU

Thế kỷ 20 đã chứng kiến những tiến bộ vượt bậc trong khoa học, cụ thể là trong sinh học phân tử, vật lý học, khoa học máy tính, lý thuyết quản lý v.v…nhưng kiến trúc và quy hoạch đô thị dường như lại nằm ngoài dòng chảy đó. Cả kiến trúc và quy hoạch đô thị chính thống hoặc vẫn cứ quanh quản với những luận đề của những năm 30 hoặc những tư tưởng triết học xa lã của chủ nghĩa giải toả kết cấu. Mặc dù chắc chắn rằng kiến trúc và quy hoạch đô thị đã vận dụng những thành tựu của kỹ thuật nhưng ứng dụng và phát triển tiến bộ thực sự khoa học trong kiến trúc thì chưa có.
Trong bài viết này tác giả muốn trình bày một phần nhỏ những nghiên cứu và ứng dụng mới trong thiết kế kiến trúc và đô thị do các kiến trúc sư và các nhà khoa học thực hiện. Phần một sẽ giới thiệu 15 thuộc tính cơ bản trong thiết kế kiến trúc và đô thị do Christopher Alexander nghiên cứu và phát triển. Tác giả cũng cố gắng giới thiệu một cách ngắn gọn lý thuyết thiết kế tuỳ ứng (adaptive design) được nhà nghiên cứu toán học, vật lý và đô thị học Nikos Salingaros trình bày trong series 12 bài giảng về kiến trúc. Phần thứ hai của bài nói chuyển sẽ đề cập đến công tác thiết kế đô thị từ quan điểm cần phải luật hoá (codifying) những ý tưởng thiết kế bền vững mà những người theo Chủ nghĩa Đô thị Mới (New Urbanism) và Phương pháp Generative đang thực hành.
Đây có thể coi như nỗ lực ban đầu trong việc giới thiệu thiết kế kiến trúc và đô thị theo một quan điểm hoàn toàn mới: Quan điểm khoa học- không phải là thứ kỹ thuật- khoa học đang được sử dụng để vận hành công tình mà là thứ khoa học mang lại sự “sống”, mang lại “tính toàn thể” (the wholeness) cho công trình kiến trúc, cho cấu trúc đô thị hay bất kỳ một cấu trúc vật chất nào do con người tạo dựng.

Nguyễn Hồng Ngọc

Đà Nẵng, tháng 7, năm 2011



THIẾT KẾ TUỲ ỨNG- HAY KIẾN TRÚC VÀ THIẾT KẾ ĐÔ THỊ CÓ CẦN SỰ SÁNG TẠO KHÔNG?

Bài viết dưới đây trình bày ngắn gọn 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 tôi chỉ là lược thuật lại các ý tưởng chính của họ. Tiêu đề do tôi đặt.
  1. 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.

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

Hình 1: 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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

Không có nhận xét nào:

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