Ứng dụng topology trong thiết kế kiến trúc tại việt nam TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGUYỄN THỊ MINH THÙY ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kiến trúc Mã số: 9580101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THI Phản biện 1: GS TS Nguyễn Quốc Thông Phản biện 2: PGS TS Ngô Thám Phản biện 3: TS Nguyễn Tất Thắng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp Trường Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia; - Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội 1 Đặt vấn đề: Topology, cịn mệnh danh “Hình học màng cao su”, ngành tốn học nghiên cứu đặc tính đối tượng cịn bảo tồn qua biến dạng bẻ cong, kéo giãn, ép xoắn,…nhưng ngoại trừ việc xé rách đối tượng Topology cung cấp khái niệm không gian, bề mặt phép biến đổi HH cho TKKT Nhờ đó, Topology góp phần hình thành nên tư duy, phương pháp thiết kế ngơn ngữ tạo hình kiến trúc mới, giúp kiến trúc sư sáng tạo khơng gian hình khối kiến trúc đa dạng, độc đáo, mang tính đột phá, có giá trị thẩm mỹ cao cảm xúc tốt Vì vậy, trở thành phương tiện hữu hiệu hỗ trợ người thiết kế tìm kiếm nhiều giải pháp kiến trúc cách nhanh chóng, hiệu quả, có nhiều phương án để lựa chọn với hỗ trợ cơng nghệ máy tính Trên giới có nghiên cứu đề xuất ứng dụng lý thuyết thực tiễn Topology TKKT nhiều khía cạnh khác Tại Việt Nam, phương thức thiết kế kiến trúc chương trình đào tạo kiến trúc sư trường đại học chủ yếu dựa tư HH Euclid thơng thường Do đó, việc nghiên cứu áp dụng Topology để tạo hướng tiếp cận cho phương thức TKKT phát huy khả sáng tạo kiến trúc giai đoạn tăng cường chuyển đổi số cần thiết Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng Topology TKKT Việt Nam đề tài có tính thời sự, cấp thiết thực tiễn nhằm hỗ trợ kiến trúc sư sáng tạo, tìm kiếm ý tưởng đáp ứng nhu cầu phát triển thời đại cơng nghệ 4.0 Mục đích mục tiêu nghiên cứu: - Mục đích nghiên cứu: Đề xuất giải pháp ứng dụng Topology thiết kế kiến trúc Việt Nam nhằm phát huy khả sáng tạo kiến trúc đáp ứng nhu cầu phát triển kiến trúc thời đại kỹ thuật số - Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu cần giải 03 mục tiêu cụ thể: 1/ Xác định khả ứng dụng Topology vào TKKT Việt Nam; 2/ Đề xuất mức độ nội dung ứng dụng Topology vào thiết kế ý tưởng kiến trúc Việt Nam; 3/ Đề xuất giải pháp ứng dụng Topology giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc Việt Nam Đối tượng, phạm vi giới hạn nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế kiến trúc ứng dụng Topology - Phạm vi, giới hạn nghiên cứu: + Giới hạn không gian: Áp dụng cho cơng trình kiến trúc Việt Nam + Giới hạn thời gian: Đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 + Giới hạn giai đoạn nghiên cứu trình thiết kế kiến trúc: Giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc cơng trình xây dựng + Giới hạn Topology: Do vấn đề ngành toán học Topology rộng phức tạp, giới hạn nghiên cứu tập trung áp dụng nội dung ngành tốn học Topology góc độ hình học Topo mối quan hệ không gian tổ hợp Topology để ứng dụng vào thiết kế kiến trúc Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu như: Phân tích, tổng hợp, đánh giá; phương pháp so sánh, đối chiếu; phương pháp dự báo; phương pháp chuyên gia; phương pháp thiết kế thực nghiệm Nội dung nghiên cứu: 1/ Nghiên cứu tình hình ứng dụng Topology TKKT giới Việt nam tổng quan cơng trình khoa học đề tài nghiên cứu có liên quan; 2/ Phân tích sở khoa học ứng dụng Topology TKKT Việt Nam; 3/ Đề xuất giải pháp ứng dụng Topology TKKT Việt Nam Giá trị khoa học thực tiễn luận án: 1/ Giá trị khoa học: Bổ sung vào hệ thống sở lý luận cho kiến thức chuyên ngành giảng dạy, học tập, nghiên cứu mơn học có liên quan lý thuyết sáng tác kiến trúc Việt Nam; 2/ Giá trị thực tiễn: Sử dụng làm tài liệu tham khảo, hướng dẫn thiết kế cho công tác sáng tác kiến trúc thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 Là sở bổ sung, hoàn thiện hệ thống văn pháp lý đổi đào tạo sáng tác kiến trúc trường đại học Việt Nam Những đóng góp luận án: Luận án đề xuất kết như: 1/ Bổ sung, hoàn thiện hệ thống lý thuyết chuyên ngành môn học liên quan đến sáng tác kiến trúc dựa Topology, phục vụ công tác đào tạo kiến trúc sư; 2/ Đề xuất quan điểm nguyên tắc cho việc ứng dụng Topology TKKT Việt Nam; 3/ Đề xuất mức độ, nội dung giải pháp ứng dụng Topology TKKT Việt Nam Giải thích số khái niệm thuật ngữ sử dụng luận án: Luận án giải thích làm rõ thuật ngữ, khái niệm Topology; Hình học Topo; Khơng gian Topology; Lý thuyết đồ thị Topology; Nguyên mẫu Topology; Đặc trưng hình thái nguyên mẫu Topology; Phép biến đổi Topology từ hình gốc; Tổ hợp Topology; Thiết kế kiến trúc; Quá trình thiết kế kiến trúc; Thiết kế ý tưởng kiến trúc CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 1.1 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TRÊN THẾ GIỚI 1.1.1 Quá trình hình thành phát triển Topology Topology xuất thức từ kỷ XIX, ngành toán học phức tạp phát triển nhanh toán học đại Từ thời cổ đại, từ Topo (số ít), Topoi (số nhiều) - nghĩa vị trí, nơi chốn tiếng Hy lạp sử dụng với ý nghĩa vị trí yếu tố mối quan hệ yếu tố Thế kỷ XVII đánh dấu thâm nhập “phân tích vị trí” (Analysis situs) vào lĩnh vực tốn học với ý tưởng hình thành ngơn ngữ hình học mới, hình học vị trí, mà chủ đề mối quan hệ hình điểm Sau này, cụm từ “Analysis situs” thay “Topology” Năm 1736, nhà toán học Leonhard Euler đưa Bài toán cầu Kưnigsberg Bài tốn sở thuyết đồ thị tạo móng khởi nguồn cho Topology Năm 1847, thuật ngữ Topology lần xuất nhà toán học người Đức Johann Benedict Listing sử dụng sách “Vorstudien zur Topologie” (nghiên cứu sơ Topology) Năm 1895, Henri Poincaré xuất báo có tiêu đề “Analysis situs”, đánh dấu đời thức ngành toán học mà gọi Topology Năm 1914, Felix Hausdorff tổng qt hóa đặc tính không gian metric đặt khái niệm "không gian Topology" Khơng gian Topology cấu trúc tốn học giữ đặc tính định tính hội tụ, liên kết liên tục biến đổi Topology ứng dụng nhiều lĩnh vực toán học, vật lý, hóa học, sinh vật học, tin học; nghệ thuật tạo hình, nghệ thuật thị giác, thiết kế đồ họa, điêu khắc, thiết kế giao thông thiết kế quy hoạch, kiến trúc, 1.1.2 Các xu hướng phương pháp thiết kế kiến trúc giới TKKT trình phức tạp, cần kết hợp nghệ thuật, cảm xúc với khoa học, kỹ thuật Có nhiều phương thức TKKT khác tùy thuộc vào cá nhân Tuy nhiên, với phát triển xã hội nên vấn đề TKKT trở nên phức tạp, địi hỏi phải có phương pháp TKKT mang tính logic hệ thống mà phương thức thiết kế truyền thống chưa đủ Vì vậy, từ thập niên 50, 60 kỷ XX, giới hình thành xu hướng nghiên cứu áp dụng phương pháp thiết kế hiệu ứng dụng thành tựu khoa học - công nghệ vào TKKT 1.1.3 Ứng dụng Topology TKKT giới TKKT q trình xem xét hai khía cạnh: giai đoạn thiết kế hoạt động thiết kế Trên giới, Topology ứng dụng chủ yếu vào giai đoạn tìm ý tưởng nhằm sáng tạo khơng gian hình khối cho cơng trình, Topology ứng dụng thiết kế quy hoạch, thiết kế cảnh quan, thiết kế nội thất 1.1.4 Nhận xét, đánh giá Topology tham gia vào QTTK cơng trình kiến trúc, góp phần thay đổi tư PPTK kiến trúc truyền thống, tạo xu hướng kiến trúc Topology Tư cách thức thiết kế ứng dụng Topology khác biệt với việc dựa hình học Euclide Nhờ mà sản phẩm tạo thoát khỏi hình thức khơ cứng khối bản, trở thành kiến trúc mềm, lỏng, động, dẻo dai, linh hoạt, có khả biến đổi phù hợp với mơi trường xung quanh Được trợ giúp khoa học máy tính, phần mềm đồ họa, cơng nghệ kỹ thuật số đại, tiềm ứng dụng Topology kiến trúc vô phong phú 1.2 THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 1.2.1 Xu hướng phương pháp thiết kế kiến trúc Việt Nam Phương pháp thiết kế kiến trúc chủ yếu sử dụng PPTK dựa vào trực giác, kinh nghiệm mang tính truyền nghề cao Thơng qua mơ tả đó, thấy phương pháp kiến trúc sư Việt Nam sử dụng thiên phương pháp thử sai gồm chu trình thiết kế lặp lặp lại tìm giải pháp phù hợp Về tìm ý sáng tác, kiến trúc sư giai đoạn tìm kiếm ý tưởng thường tổ hợp không gian mặt bằng, tổ hợp hình khối Về cơng cụ hỗ trợ thiết kế, ý tưởng thường sơ phác tay với công cụ truyền thống chuyển sang sử dụng phần mềm đồ họa Autocad, 3Dmax, Sketchup, Revit, Rhino v.v để thực Cơng cụ máy tính chủ yếu dừng lại chức dựng hình thể ý tưởng chưa đóng góp vào q trình tạo ý tưởng 1.2.2 Một số biểu Topology thiết kế kiến trúc Việt Nam Trong thực tiễn kiến trúc Việt Nam có số cơng trình kiến trúc sáng tác mang xu hướng, tinh thần Topology thực chưa phải TKKT theo Toppology Đó cơng trình mang hình thái tự do, uốn lượn, tận dụng đường cong hình thức kiến trúc mẻ, đột phá Trong QTTK, kiến trúc sư thường tìm ý tưởng từ việc mô tự nhiên, từ xu kiến trúc giới mong muốn đạt giá trị kiến trúc khơng gian, hình thái kiến trúc có tương đồng với đặc điểm kiến trúc ứng dụng Topology liền mạch, kết nối, biến đổi linh hoạt Có thể kể đến số cơng trình đại diện như: 1/Trung tâm triển lãm Tỉnh Vĩnh Phúc; 2/ Cung quy hoạch, hội chợ triển lãm tỉnh Quảng Ninh; 3/ Bảo tàng giới Cà Phê Trung Nguyên, Buôn Ma Thuột; 4/ Nhà trẻ Farming Kindergarten; 5/ Tổ hợp du lịch văn hóa Bến Thành - Long Hải; 6/ Nhà thi đấu đa tỉnh Quảng Ninh; 7/ Bảo tàng gốm Bát tràng, Hà Nội 1.3 TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN Việc ứng dụng Topology vào thiết kế kiến trúc học giả nước tiếp cận theo nhiều hướng đa dạng khác khám phá đặc tính khơng gian Topology kiến trúc; nghiên cứu tìm kiếm hình thức không gian kiến trúc thông qua mô bề mặt Topology điển hình phép biến đổi đàn hồi liên tục; sử dụng lý thuyết đồ thị Topology vào sáng tạo phân tích khơng gian; cuối hướng tới việc xây dựng mơ hình ngun tắc thiết kế dựa Topology Tuy nhiên, chưa có cơng trình nghiên cứu ứng dụng Topology TKKT Việt Nam, đặc biệt vào giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc cách cụ thể, có hệ thống nhằm đề xuất phương pháp quy trình ứng dụng, cung cấp công cụ hiệu cho kiến trúc sư thỏa sức sáng tạo kỷ nguyên cách mạng 4.0 1.4 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ RÚT RA NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.4.1 Nhận xét đánh giá chung Topology đem lại tiềm ứng dụng phong phú lĩnh vực TKKT nhằm sáng tạo khơng gian hình khối kiến trúc mang tính động, linh hoạt độc đáo Những tiềm trợ giúp công nghệ kỹ thuật số đại có khả cung cấp cơng cụ, phương pháp vào TKTK kiến trúc tạo nên xu hướng Topology thiết kế kiến trúc Việc ứng dụng Topology TKKT, đặc biệt với hỗ trợ công cụ kỹ thuật số đại bối cảnh giới chuyển dịch mạnh mẽ sang cách mạng công nghệ 4.0, giúp sáng tạo nên công trình kiến trúc đại, động, giàu cảm xúc, bền vững thân thiện với môi trường 1.4.2 Những vấn đề cần nghiên cứu Nghiên cứu tập trung giải vấn đề sau: 1/ Nghiên cứu hệ thống hóa lý luận chuyên ngành ứng dụng Topology TKKT phục vụ đào tạo kiến trúc sư Việt Nam 2/ Xác định khả ứng dụng Topology vào TKKT Việt Nam; 3/ Đề xuất giải pháp ứng dụng Topology TKKT Việt Nam, bao gồm: - Mức độ nội dung ứng dụng Topology vào thiết kế ý tưởng kiến trúc; - Giải pháp ứng dụng Topology giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.1 Lý thuyết Topology - Các mối quan hệ khơng gian Topology: Những thuộc tính không gian Topology gồm: Kề cận, liên tục, kết nối, đóng hay mở, hay ngồi Trong đó, thuộc tính Topology trội thể cơng trình kiến trúc thực tế bao gồm liên tục, kết nối hòa nhập ranh giới ngồi, đóng mở - Đồ thị Topology: Đồ thị Topology giúp phân tích, đánh giá, điều chỉnh, lựa chọn mối liên hệ Topology cho phù hợp với yêu cầu thiết kế Sau đó, từ đồ thị Topology tối ưu lựa chọn thiết lập mặt kiến trúc thỏa mãn ràng buộc đặt - Các nguyên mẫu Topology: Trong Topology, bề mặt không gian hai chiều, tức điểm ta xác định hệ tọa độ hai chiều mặt Các bề mặt Topology tiêu biểu gồm mặt xuyến, dải Mobius, chai Klein, mặt Boy, mặt chiếu thực chúng nhận dạng thuộc tính Topology Ngồi cịn có nút, đường cong khép kín, có thắt nút khơng gian mà khơng cắt chỗ - Phép biến đổi Topology: Có ba loại hoạt động biểu thị biến đổi bề mặt gồm: Phép biến đổi đồng phôi (phép biến đổi Topology), nhận dạng tổng kết nối Trong đó, phép biến đổi đồng phôi tổng kết nối hai hoạt động biến đổi có giá trị áp dụng vào q trình thiết kế kiến trúc 2.1.2 Topology thiết kế kiến trúc - Topology thành phần khả biểu ngôn ngữ kiến trúc: Các đối tượng Topology bật đặc tính bất biến khơng gian kết nối, tính chất liên tục, vơ hướng, vặn xoắn, động chúng Mỗi đặc điểm kết hợp với yếu tố văn hóa, tự nhiên, xã hội, địa lý, khí hậu, v.v lấy làm sở để nảy sinh ý tưởng thiết kế Thơng qua phân tích cơng trình thực tế lấy cảm hứng từ bề mặt, nút làm bật lên đặc trưng hình thái không gian cần lưu ý áp dụng kiến trúc - Topology tổ hợp không gian kiến trúc: Có loại hình thức tổ hợp khơng gian kiến trúc gồm: Tổ hợp không gian kiểu tập trung, tổ hợp khơng gian kiểu tuyến tính, tổ hợp khơng gian kiểu phân tia (tán xạ), tổ hợp không gian theo cụm tổ hợp không gian theo lưới 2.1.3 Phương pháp, trình thiết kế giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc - Phương pháp thiết kế kiến trúc truyền thống: PPTK truyền thống hay gọi PPTK dựa trực giác, cảm xúc, kinh nghiệm, PPTK vẽ phương pháp “thử sai” Có thể coi phương pháp thiết kế mà khơng thể giải thích cách thức hay quy trình rõ ràng thực Họ chủ yếu dựa vào kỹ năng, kinh nghiệm dẫn đường trực giác để tìm kiếm giải pháp ý tưởng thiết kế cách lặp lại nhiều lần tìm giải pháp phù hợp - Phương pháp thiết kế kiến trúc sử dụng cơng nghệ máy tính: Kết hợp phương pháp truyền thống kiến thức khoa học, lý thuyết hình học mới, quy trình thiết kế hợp lý; áp dụng công cụ kỹ thuật số đại vào TKKT, tùy thuộc công cụ kỹ thuật số đại mà hình thành nhiều PPTK khác thiết kế tham số, thiết kế đa phương án, v.v - Quá trình thiết kế kiến trúc: Qua phân tích, so sánh QTTK kiến trúc cho thấy QTTK kiến trúc bao gồm giai đoạn nối tiếp nhau: 1/ Xác định nhiệm vụ thiết kế; 2/ Tiền thiết kế; 3/ Thiết kế ý tưởng; 4/ Thiết kế sơ (thiết kế sở); 5/ Thiết kế kỹ thuật: 6/ Thiết kế vẽ thi công - Giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc: Giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc gồm bước sau: 1/ Thu thập thông tin; 2/ Phân tích; 3/ Tổng hợp; 4/ Đánh giá, lựa chọn; 5/ Phát triển giải pháp 2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 2.2.1 Điều kiện địa hình, khí hậu Topology loại hình học đàn hồi, mềm dẻo, nhờ trở thành cơng cụ hữu dụng để TKKT cách linh hoạt, phù hợp với đa dạng, phong phú bối cảnh tự nhiên môi trường xung quanh, từ tạo lập sắc riêng cho cơng trình kiến trúc Bên cạnh đó, việc ứng dụng phép biến đổi đàn hồi Topology để tìm ý tưởng kiến trúc cần có nghiên cứu kỹ điều kiện đặc trưng địa hình, khí hậu, nắng, gió, ánh sáng, mưa địa điểm xây dựng cụ thể vùng miền Việt Nam nhằm đưa ý tưởng hình dạng, hình khối cho phù hợp với địa hình, cảnh quan, điều kiện tự nhiên Nhờ vậy, giải pháp đạt có giá trị biểu tượng, hài hòa với tự nhiên mang sắc độc đáo dân tộc 2.2.2 Điều kiện văn hóa Việt Nam nước có truyền thống văn hóa lâu đời, tích lũy, phát triển qua hàng ngàn năm lịch sử, mang đậm sắc văn hóa gốc nơng nghiệp khu vực Đơng Nam Á Bản sắc văn hóa Việt Nam tính hài hòa, nhân văn, linh hoạt, ứng biến, sống hòa hợp với thiên nhiên Trong khái niệm văn hóa, bên cạnh chuẩn mực, quan niệm yếu tố biểu tượng, ký hiệu văn hóa vùng miền theo tổng thể chung văn hóa Việt Nam đóng vai trị chủ đạo việc tạo nên giá trị thẩm mỹ, nguồn cung cấp ý tưởng phong phú đa dạng cho thiết kế kiến trúc ứng dụng Topology 2.2.3 Điều kiện kinh tế, xã hội Là nước có tốc độ phát triển kinh tế nhanh thành công Bằng việc cải cách kinh tế hội nhập quốc tế, Việt Nam đặt tầm nhìn phát triển lớn nhằm trở thành quốc gia có thu nhập cao vào năm 2045 Để vượt qua khó khăn thách thức mang lại vấn đề lớn suy giảm thương mại tồn cầu, suy thối mơi trường, biến đổi khí hậu dịch bệnh COVID-19 Việt Nam nỗ lực cải thiện thực thi sách tài chính, mơi trường, chuyển đổi kỹ thuật số, giảm nghèo, an sinh xã hội sở hạ tầng 2.2.4 Vai trò người Để ứng dụng Topology cách hiệu vào TKKT cần nhận thức tính hiệu ứng dụng Topology với máy tính vào TKKT tham gia phối hợp nhiều nhân tố xã hội có liên quan bao gồm chủ đầu tư, kiến trúc sư cộng đồng kiến trúc sư, nhà kỹ thuật xã hội quan trọng 2.2.5 Nhu cầu ứng dụng Topology thiết kế kiến trúc Việt Nam Trước bối cảnh giới phát triển mạnh mẽ khoa học - kỹ thuật, Đảng Chính phủ chủ trương ứng dụng khoa học công nghệ thành tựu cách mạng công nghiệp 4.0, đẩy mạnh chuyển đổi số quốc gia ngành nghề, lĩnh vực nhằm tạo tiền đề cho đất nước tiến vượt lên số lĩnh vực so với khu vực giới Riêng lĩnh vực thiết kế kiến trúc, Thủ tướng Chính phủ phê duyệt định hướng phát triển kiến trúc Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 định 1264/QĐ-TTg ngày 19/7/2021 gắn với chủ trương thúc đẩy chuyển đổi số lĩnh vực kiến trúc nhằm phát huy khả sáng tạo 2.2.6 Điều kiện công nghệ xây dựng, vật liệu kỹ thuật số - Công nghệ kỹ thuật số: Ngày nay, cơng nghệ kỹ thuật số Việt Nam có nhiều khởi sắc, có sở hạ tầng Internet đại, phủ khắp tỉnh thành, nơi thu hút đầu tư công ty công nghệ thông tin hàng đầu giới Apple, Samsung Intel, v.v Các thiết bị điện thoại thông minh sử dụng rộng rãi người dân - Công nghệ xây dựng vật liệu mới: Công nghệ in 3D, Công nghệ robot xây dựng, Công nghệ vật liệu 2.3 BÀI HỌC KINH NGHIỆM THỰC TIỄN 2.3.1 Bài học kinh nghiệm giới: Qua nghiên cứu giới, rút 05 11 thuật số phù hợp cho việc ứng dụng Topology TKKT Việt Nam 5/ Nguyên tắc thứ năm: Ứng dụng tài ngun, phần mềm máy tính hỗ trợ thiết kế có sẵn song song với nghiên cứu xây dựng phát triển phần mềm thiết kế kiến trúc 6/ Nguyên tắc thứ sáu: Việc ứng dụng nên phân theo lộ trình, chia thành giai đoạn tiến hành từ đơn giản đến phức tạp Những giải pháp dễ thực hiện, phù hợp, tận dụng tốt điều kiện nên tiến hành trước Các giải pháp phức tạp, đòi hỏi tham gia khoa học kỹ thuật tiên tiến mở rộng nghiên cứu sau 7/ Nguyên tắc thứ bảy: Bổ sung hoàn thiện hệ thống văn pháp lý đổi đào tạo sáng tác kiến trúc trường đại học Việt Nam dựa văn pháp lý có Luật Kiến trúc, Luật Xây dựng định hướng chiến lược phát triển kiến trúc Việt Nam 8/ Nguyên tắc thứ tám: Cần phát huy tính chủ động, tính sáng tạo người thiết kế trình ứng dụng Topology với hỗ trợ công nghệ kỹ thuật số 3.3 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY VÀO THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 3.3.1 Xác định khả ứng dụng vào PPTK sử dụng cơng nghệ máy tính Việt Nam PPTK sử dụng cơng nghệ máy tính kết hợp PPTK truyền thống với công cụ thiết kế kỹ thuật số đại Đây phương pháp tiến bộ, linh hoạt phương pháp truyền thống nhằm thiết kế ý tưởng cách nhanh chóng, nhiều phương án, đa dạng, đáp ứng bối cảnh môi trường xung quanh 3.3.2 Xác định khả ứng dụng vào thiết kế ý tưởng kiến trúc Từ phân tích sở khoa học lý thuyết thực tiễn nêu trên, cho thấy việc ứng dụng Topology chủ yếu giúp tìm ý tưởng sáng tạo khơng gian, hình khối cho cơng trình kiến trúc Từ đó, xác định ứng dụng Topology vào giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc (thiết kế sơ bộ) QTTK kiến trúc 3.4 GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 3.4.1 Đề xuất mức độ nội dung ứng dụng Topology giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc - Mức độ ứng dụng Topology: Mức độ ứng dụng Topology giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc phân làm hai khả năng: 1/ Ứng dụng trực tiếp vào bước phân tích, tổng hợp, đánh giá; 2/ Ứng dụng gián tiếp vào bước thu thập thông tin phát triển giải pháp Mức độ tham gia, tác động vào bước chia làm ba cấp độ: 1/ Mức độ nhiều; 2/ Mức độ trung bình; 3/ Mức độ 12 Qua phân tích, đánh giá từ lý thuyết thực tiễn cho thấy, Topology tham gia mức độ nhiều tập trung vào bước phân tích tổng hợp; tham gia mức độ trung bình vào bước đánh giá; mức độ vào bước thu thập thơng tin phát triển giải pháp - Nội dung ứng dụng Topology: Đề xuất ứng dụng Topology vào 05 nội dung, gồm: 1/ Bước Thu thập thông tin; 2/ Bước Phân tích; 3/ Bước Tổng hợp; 4/ Bước Đánh giá; 5/ Bước Phát triển giải pháp 3.4.2 Các giải pháp ứng dụng Topology giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc - Các giải pháp ứng dụng Topology: Đề xuất 04 giải pháp sau: 1/ Giải pháp ứng dụng lý thuyết đồ thị Topology: Là giải pháp nghiên cứu ý tưởng kiến trúc từ mối quan hệ công thành phần không gian, bao gồm bước: Thu thập thơng tin; Phân tích; Tổng hợp; Đánh giá, lựa chọn; Phát triển giải pháp (hình 3.1) 2/ Giải pháp ứng dụng phép biến đổi Topology hình gốc: Là giải pháp nghiên cứu hình thức khơng gian kiến trúc đa dạng, độc đáo với nhiều phương án chọn dựa phép biến đổi Topology hình gốc, gồm bước (hình 3.2) 3/ Giải pháp ứng dụng đặc trưng hình thái nguyên mẫu Topology kết hợp với phép biến đổi Topology hình gốc: Nguyên mẫu Topology đối tượng nghiên cứu điển hình Topology chúng có đặc trưng Topology khơng phụ thuộc vào hình dạng, kích thước đối tượng số lượng lỗ rỗng, số cạnh biên, tính chất khơng định hướng, liên tục, kết nối Cần ý nguyên mẫu tiêu biểu gồm dải Mobius, chai Klein, mặt Boy, Nút mặt xuyến (hình 3.3) 4/ Giải pháp ứng dụng kết hợp lý thuyết đồ thị Topology phép biến đổi Topology hình gốc: Để ứng dụng kết hợp lý thuyết đồ thị Topology phép biến đổi Topology hình gốc cần vận dụng linh hoạt bước hai quy trình sau: Thực bước thu thập thơng tin, phân tích, tổng hợp đánh giá giải pháp ứng dụng lý thuyết đồ thị Topology để tìm phương án thiết kế sơ tối ưu dựa mối quan hệ công cơng trình; Thực bước biến đổi Topology hình gốc để biến đổi tổ hợp Topology tối ưu lựa chọn (hình 3.4) - Các giải pháp ứng dụng Topology kết hợp với loại HH khác: 1/ Kết hợp với hình học Euclid: Để kết hợp hiệu với hình học Euclid, nghiên cứu ý tưởng kiến trúc nên tổ hợp không gian hình khối dựa hình học Euclid sau biến đổi sang Topology Cũng biến đổi từ Topology tổ hợp lại theo hình học Euclid, cách xác định cấu trúc Topology gốc, sau biến đổi Topology cấu trúc gốc để tạo tổ hợp hình thức Topology khác tương tự tiếp tục tổ hợp đối tượng dựa vào hình thức tổ hợp hình học Euclid (hình 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 3.10, 3.11) 13 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thiết kế ý tưởng kiến trúc ứng dụng lý thuyết đồ thị Topology 14 Hình 3.2 Sơ đồ quy trình thiết kế ý tưởng kiến trúc ứng dụng phép biến đổi Topology hình gốc 15 Hình 3.3 Sơ đồ quy trình thiết kế ý tưởng kiến trúc dựa đặc trưng hình thái nguyên mẫu Topology kết hợp với phép biến đổi Topology hình gốc 16 Hình 3.4 Sơ đồ quy trình thiết kế ý tưởng kiến trúc ứng dụng lý thuyết đồ thị Topology kết hợp phép biến đổi Topology hình gốc 17 Tổ hợp dựa hình học Euclid Biến đổi Topology Hình 3.5 Các bước kết hợp tổ hợp dựa Euclid biến đổi Topology Xác định cấu trúc Topology gốc Biến đổi Topology Tổ hợp dựa hình học Euclid Hình 3.6 Kết hợp biến đổi Topology tổ hợp Euclid - Kết hợp tổ hợp Euclid dạng cụm Hình 3.7 Biến đổi Topology tổ hợp Euclid dạng cụm - Kết hợp tổ hợp Euclid dạng tuyến Hình 3.8 Minh họa biến đổi Topology tổ hợp Euclid dạng tuyến 18 - Kết hợp tổ hợp Euclid dạng lưới Hình 3.9 Minh họa biến đổi Topology tổ hợp Euclid dạng lưới - Kết hợp tổ hợp Euclid chồng / ghép Hình 3.10 Minh họa biến đổi Topology tổ hợp Euclid chồng theo chiều dọc Hình 3.11 Minh họa biến đổi Topology tổ hợp Euclid ghép theo chiều ngang 19 2/ Kết hợp với hình học Fractal: Khi kết hợp với hình học Fractal cần xác định cấu trúc Topology gốc, sau biến đổi Topology cấu trúc gốc để đạt hình khối kiến trúc cuối chi tiết hóa bề mặt kết cấu dựa HH Fractal (hình 3.12) 3/ Kết hợp với hình học Euclid Fractal: Giải pháp cho phép kết hợp nhiều loại hình học khác nhau, gồm Topology, Euclid Fractal (hình 3.13, 3.14) Xác định cấu trúc Topology gốc Biến đổi Topology Chi tiết hóa mặt đứng, kết cấu dựa Fractal Hình 3.12 Minh họa kết hợp phương pháp sáng tác dựa hình học Fractal Biến đổi Topology Tổ hợp dựa hình học Euclid Chi tiết hóa mặt đứng, kết cấu dựa hình học Fractal Euclid Hình 3.13 Kết hợp nhiều phương pháp - cách Xác định cấu trúc Topology gốc Biến đổi Topology Tổ hợp dựa hình học Euclid Chi tiết hóa mặt đứng, kết cấu dựa hình học Fractal Euclid Hình 3.14 Kết hợp nhiều phương pháp - cách 20 3.4.3 Bổ sung, hoàn thiện hệ thống văn pháp lý đổi đào tạo sáng tác kiến trúc trường đại học Việt Nam: - Bổ sung hoàn thiện hệ thống văn pháp lý: + Xây dựng nguồn sở liệu số nhằm thu thập hệ thống hóa lý thuyết, cơng cụ sáng tác cơng trình kiến trúc đại giới để tiếp thu tinh hoa văn hóa nhân loại + Song song với việc tuyên truyền, quảng bá tạo điều kiện truy cập thuận lợi nguồn sở liệu số cho cộng đồng kiến trúc sư Việt Nam + Bổ sung yêu cầu cập nhật phương pháp thiết kế kiến trúc đại giới nhằm đổi phương pháp luận thiết kế kiến trúc Việt Nam theo hướng đáp ứng công nghệ 4.0 + Phát triển kết cấu hạ tầng kỹ thuật số công nghệ thông tin truyền thông phục vụ thiết kế kiến trúc Việt Nam + Các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật thiết kế kiến trúc: rà soát, bổ sung cho phép sử dụng tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế quốc tế, tiêu chuẩn, quy chuẩn cho cơng trình đặc thù vào thiết kế cơng trình kiến trúc Việt Nam + Rà sốt, đổi quy trình thiết kế kiến trúc áp dụng công nghệ kỹ thuật số - Đổi đào tạo sáng tác kiến trúc trường đại học Việt Nam: Đổi giáo trình, tài liệu giảng dạy, đổi môn học, đổi giảng, tập, sử dụng phát triển phần mềm máy tính, tăng cường mơn học giúp sinh viên kiến trúc, kiến trúc sư khơng có khả sử dụng mà cịn sáng tạo phát triển phần mềm thiết kế kiến trúc ứng dụng hình học - tốn học đại cơng nghệ số vào TKKT 3.5 VÍ DỤ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH BẢO TÀNG TỈNH THÁI BÌNH 3.5.1 Giới thiệu cơng trình, u cầu nhiệm vụ thiết kế - Tên cơng trình: Bảo tàng tỉnh Thái Bình - Chủ đầu tư: Ban Quản lý dự án Đầu tư xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp tỉnh Thái Bình Địa điểm: Lơ 04 thuộc quy hoạch Quảng trường Thái Bình xây dựng tượng đài "Bác Hồ với nơng dân" phường Hồng Diệu, thành phố Thái Bình - Nhiệm vụ thiết kế: Xây dựng Bảo tàng tỉnh Thái Bình với quy mơ dự kiến 03 tầng, diện tích xây dựng 3.575m2 xây dựng (nhà 2.715m2, phụ trợ ngồi nhà 860m2); diện tích sàn dự kiến 8.145m2, khu vực trưng bày vật khối lớn trời hạ tầng đồng khuôn viên 11.394m2 3.5.2 Các bước thiết kế: Ứng dụng kết hợp lý thuyết đồ thị Topology với phép biến đổi Topology hình 21 gốc (mục 3.4.2.1) vào thiết kế để kiểm chứng đánh giá hiệu giải pháp, quy trình đề xuất Sử dụng cơng cụ máy tính phần mềm thiết kế tham số Rhino Grasshopper để lập trình trực quan tạo mơ hình tham số dựa nguyên tắc Topology, hỗ trợ để tạo nhiều phương án cách nhanh chóng, dễ dàng, thuận lợi (hình 3.15, 3.16) Hình 3.15 Các phương án biến đổi hình khối cơng trình dựa nguyên tắc Topology 22 Hình 3.16 Lựa chọn phương án phát triển giải pháp 23 3.6 BÀN LUẬN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.6.1 Về quan điểm, nguyên tắc: Luận án đề xuất 03 quan điểm nhằm đạt mục đích đề Topology công cụ hiệu sáng tác thiết kế kiến trúc, giúp kiến trúc sư cách thức sáng tạo mới, nhiều phương án lựa chọn tiết kiệm thời gian, cơng sức Do đó, việc ứng dụng Topology góp phần đổi tư PPTKKT Việt Nam cho phù hợp với xu phát triển chung giới Topology có tiềm kết hợp hiệu với công cụ, phần mềm đồ họa máy tính hỗ trợ thiết kế, việc ứng dụng TKKT Việt Nam phù hợp với định hướng Đảng, Chính phủ tăng cường chuyển đổi số lĩnh vực đời sống xã hội có TKKT Để ứng dụng đề xuất vào sống cần hồn thiện thể chế, sách tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế liên quan tới việc đổi phương pháp luận thiết kế kiến trúc phương thức đào tạo kiến trúc sư trường đại học Tuy nhiên, cần nhận thức rõ vai trò định người kiến trúc sư sáng tạo kiến trúc Topology công nghệ kỹ thuật số phương tiện hỗ trợ sáng tạo cho người thiết kế mà khơng hồn tồn thay trí tuệ, cảm xúc cá tính người 3.6.2 Về giải pháp: Luận án đề xuất giải pháp ứng dụng Topology TKKT Việt Nam: 1/ Xác định khả ứng dụng Topology vào thiết kế kiến trúc: Nhấn mạnh tiềm ứng dụng Topology cách hiệu vào PPTK sử dụng công cụ kỹ thuật số đại kết hợp với trực giác, kiến thức khoa học quy trình thiết kế hợp lý để thiết kế ý tưởng cách nhanh chóng, hiệu quả, nhiều phương án lựa chọn; 2/ Xác định mức độ nội dung ứng dụng Topology vào thiết kế ý tưởng kiến trúc; 3/ Đề xuất 04 giải pháp ứng dụng Topology cụ thể dạng quy trình thiết kế bao gồm: Ứng dụng lý thuyết đồ thị Topology; ứng dụng phép biến đổi Topology từ hình gốc; ứng dụng đặc trưng hình thái nguyên mẫu Topology kết hợp với phép biến đổi Topology hình gốc ứng dụng kết hợp lý thuyết đồ thị Topology phép biến đổi Topology hình gốc; Đề xuất 03 giải pháp ứng dụng Topology kết hợp với HH khác 3.6.3 Về khả ứng dụng: 1/ Khả ứng dụng cho loại hình cơng trình kiến trúc, cơng trình áp dụng nhiều cơng trình văn hóa Topology có khả cung cấp cho thể loại cơng trình vơ số ý tưởng mẻ, độc đáo, mang tính thẩm mỹ cao giàu tính biểu tượng văn hóa; 2/ Khả ứng dụng kết hợp với phương pháp sáng tác kiến trúc khác; 3/ Khả kết nối với công nghệ thiết kế kỹ thuật số mơn khác có liên quan; 4/ Khả ứng dụng cho môn học lý thuyết sáng tác kiến trúc trường đào tạo kiến trúc 24 3.6.4 Về hướng nghiên cứu tiếp theo: Để kết luận án ứng dụng vào thực tiễn, hướng nghiên cứu là: 1/ Nhận diện hình khối, cấu trúc Topology làm sở cho việc biến đổi tạo hình kiến trúc; 2/ Nghiên cứu tổ hợp hình khối cấu trúc Topology làm gợi ý sáng tác cho thiết kế kiến trúc KẾT LUẬN KẾT LUẬN 1/ Luận án tổng quan tình hình thực trạng xu hướng ứng dụng Topology thiết kế kiến trúc nước ứng dụng Topology TKKT 2/ Luận án chứng minh tiềm hữu ích rộng lớn Topology kết hợp với cơng nghệ máy tính việc hỗ trợ sáng tạo khơng gian hình khối kiến trúc mang tính đột phá, mẻ TKKT 3/ Luận án phân tích 04 sở lý thuyết Topology cho TKKT; 02 sở Topology mối quan hệ với lý thuyết thiết kế kiến trúc; 04 sở phương pháp thiết kế kiến trúc; 06 yếu tố ảnh hưởng, tác động tới việc ứng dụng Topology thiết kế kiến trúc Việt Nam; nghiên cứu sở học kinh nghiệm thực tiễn sở pháp lý làm tảng cho việc ứng dụng Topology 4/ Luận án đề xuất 03 quan điểm 08 nguyên tắc làm định hướng đảm bảo thực tốt giải pháp ứng dụng Các quan điểm, mục tiêu nguyên tắc nhấn mạnh vào tính linh hoạt, thích ứng giải pháp đề xuất với cá nhân trường hợp cụ thể nhằm đảm bảo tính khả thi hiệu ứng dụng vai trò việc ứng dụng Topology vào thiết kế kiến trúc nhằm đáp ứng điều kiện phát triển công nghệ 4.0, phù hợp với điều kiện Việt Nam 5/ Luận án đề xuất 03 giải pháp kết hợp ứng dụng Topology với ngành hình học khác Euclid Fractal Các giải pháp tận dụng, liên kết ưu điểm loại hình học nhằm đạt khả sáng tạo toàn diện cho TKKT KIẾN NGHỊ 1/ Cần bổ sung hệ thống lý thuyết ứng dụng Topology TKKT vào hệ thống sở lý luận chuyên ngành môn học lý thuyết sáng tác kiến trúc; vào xây dựng chương trình đào tạo, giảng dạy cho sinh viên đại học, học viên trường đại học đào tạo ngành kiến trúc 2/ Cần bổ sung, hoàn thiện hệ thống văn pháp lý cho phù hợp với phương pháp cơng cụ thiết kế xu hướng số hóa kiến trúc Việt Nam 3/ Cần tiếp tục nghiên cứu tổ hợp hình khối cấu trúc Topology; nghiên cứu phát triển phần mềm đồ họa máy tính nhằm ứng dụng Topology hiệu TKKT Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI ĐỀ TÀI LUẬN ÁN I CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC Nguyễn Thị Minh Thùy (2017), “Lý thuyết hình học Tôpô khả sáng tạo kiến trúc”, Tạp chí kiến trúc, số 4- 2017 ISSN 0866-8617 Nguyễn Thị Minh Thùy (2018), “Phép biến đổi Topology thiết kế kiến trúc”, Tạp chí kiến trúc, số 7- 2018 ISSN 0866-8617 Nguyễn Thị Minh Thùy (2019), “Không gian hình học Topology sáng tác kiến trúc đầu kỷ XXI”, Tuyển tập Thiết kế kiến trúc từ lý thuyết đến thực tế bối cảnh cách mạng 4.0, ISBN: 978-604-67-1406-4 Nguyễn Thị Minh Thùy (2020), “Ứng dụng lý thuyết hình học Topology trình thiết kế kiến trúc định hướng ứng dụng Việt Nam”, Tạp chí KHCNXD, Tập 14, số 1V(2020), ISSN 2615-9058 Nguyễn Thị Minh Thùy, Nguyễn Đình Thi (2021), “The application of topological geometry to the architectural concept design process in the flow of digitalization”, International Journal of Building Pathology and Adaptation, Vol.ahead-of-print No ahead-of-print https://doi.org/10.1108/IJBPA-12-2020-0110, ISSN: 2398-4708 II ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nguyễn Thị Minh Thùy (2019), Một số sở khoa học ứng dụng lý thuyết Topology q trình thiết kế cơng trình kiến trúc, Đề tài NCKH cấp trường trọng điểm, mã số: 01-2019/KHXD-TĐ-12/2019, Hà Nội ... tiềm ứng dụng Topology kiến trúc vô phong phú 1.2 THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 1.2.1 Xu hướng phương pháp thiết kế kiến trúc Việt Nam Phương pháp thiết kế kiến. .. dung ứng dụng Topology vào thiết kế ý tưởng kiến trúc; - Giải pháp ứng dụng Topology giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc 6 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT... DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 3.1 QUAN ĐIỂM VÀ MỤC TIÊU ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 3.1.1 Quan điểm: Luận án đề xuất 03 quan điểm ứng dụng Topology