luận văn thạc sĩ kiến trúc KIẾN TRÚC PHỎNG SINH VẬN DỤNG CÔNG NGHỆ CAO

Đó là do cấu trúc và hình thức của của giới sinh vật có tính hơp lý về nhiều mặt, gợi cho các kiến trúc sư những bài học bổ ích và quí báu như : tính hợp lý về hình thức, cấu tạo, sử dụn

Tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài

Trong luận văn “ Bước đầu tiếp cận nguồn gốc của sự hài hòa trong nghệ thuật kiến trúc” của Trần Minh Đức (2009) đã bắt đầu tiêp cận đến hình học Fractal với mục đích tìm kiếm mối liên hệ giữa sự hài hòa của tự nhiên với sự hài hòa trong nghệ thuật kiến trúc Luận văn “Hình học phi Eculide và Kiến Trúc Đương Đại “ của Võ Thị Trâm Anh (2010), nghiên cứu mối liên hệ giữa kiến trúc và hình học phi Eculide để đánh giá sự ảnh hưởng to lớn của toán học đương đại ( hình học Topo, Fractal, Lobachevsky ) đến thẩm mỹ kiến trúc ngày nay.Luận văn “ Kiến trúc

Phỏng Sinh và khả năng ứng dụng tại Việt Nam” của Trần Anh Khoa (2013) nghiên cứu về loại hình kiến trúc phỏng sinh theo tự nhiên, thông qua các nghiên cứu có tính chọn lọc của thực vật và động vật, tạo ra những giải pháp và liên kết bền vững Các luận văn trên đã nghiên cứu một số khía cạnh cho giải pháp kiến trúc hiện nay, đó là tạo nên một phong cách mới mà còn là giải pháp cho việc biến đổi khí hậu hiện nay ở Việt Nam nói riêng và trên toàn thế giới nói chung, đồng thời nên lên cần có sự kết hợp của các ngành công nghệ cao để giải quyết các vấn đề Phỏng Sinh đặt ra Đặng Thái Hoàng có những công trình nghiên cứu sâu về các lý luận của các xu hướng kiến trúc trên thế giới Một số các công trình của ông như:

“Kiến trúc thế kỷ XX”, “Lược khảo nghệ thuật kiến trúc thế giới” GS Tôn Đại với

“ Kiến trúc Hậu Hiện Đại” và nhiều bài viết chuyên luận đăng trên các tạp chí kiến trúc

Trong “Một số xu hướng kiến trúc đương đại nước ngoài” của PGS.Lê Thanh Sơn cũng đề cập đến các lý luận của xu hướng Hi-Tech

Luận văn thạc sỹ của ngành kiến trúc của Nguyễn Liên Minh đề tài “Kiến trúc trường phái biểu hiện của Oscar Niemeyer và bài học áp dụng vào Việt Nam” cũng đề cập đến những vấn đề của chủ nghĩa biểu hiện

Luận văn thạc sỹ của ngành kiến trúc 2013 của Trần Anh Khoa đề tài “ Kiến trúc

Phỏng Sinh và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”

Các tài liệu trên mang một khối lượng khá lớn về những lý luận kiến trúc, trong đó có xu hướng biểu hiện hình thức của kiến trúc Phỏng Sinh và xu hướng công nghệ cao Đây là những tài liệu kiến trúc tham khảo quý báu cho việc nghiên cứu của luận văn

Kiến trúc Hiện đại với chủ nghĩa nhất nguyên về công năng, theo thời gian đã không còn mang hơi thở của thời đại nên bản thân nó đã đánh mất đi vai trò tiên phong và dần dần đi vào lãng quên trong tư duy thiết kế của kiến trúc sư Và ngày nay, các kiến trúc sư đã chấp nhận sự đa nguyên, đa dạng, phong phú trong cách tiếp cận và tư duy về không gian kiến trúc nhằm tìm ra hướng đi phù hợp với tinh thần thời đại mới

Trong bối cảnh đấy, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học tự nhiên trong đó có ngành toán học với các dạng hình học xuất hiện như Lobachevsky, Fractal, Topology,…đã hỗ trợ cho các kiến trúc sư đương đại nhận thức về không gian và xây dựng nên các ý niệm, lý luận về thị hiếu thẩm mỹ, công năng cho thời đại mới Những lý luận này sẽ không thể hiện thực hóa nếu như không có một cơ sở vững chắc là sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ đồ họa máy tính Những bước tiến mới của kỹ thuật đồ họa trong thập niên 90 của thế kỷ XX đã tạo ra những công cụ thiết kế hỗ trợ đắc lực cho các kiến trúc sư trong việc thể hiện các đường cong, bề mặt hay không gian phức tạp của hình học ToPo

Mối liên hệ điển hình đó không còn phù hợp trong thời đại ngày nay – thời đại công nghệ thông tin Ngày hôm nay, mọi thứ đều liên tục được cải tiến về hình thức lẫn công năng, các ý tưởng, kỹ thuật làm nên công trình cũng không ngoại lệ Hình thức có thể phù hợp với công năng chỉ trong một giai đoạn nhất định, sau đó nó sẽ bị "lỗi thời", không phù hợp nữa Mối liên hệ giữa hình thức và công năng không còn bị gò bó, cứng nhắc như thời kỳ Kiến trúc Hiện đại Với ba cơ sở ở các mặt toán học, kỹ thuật – công nghệ và lý luận nêu trên, nền kiến trúc thế giới đã hình thành một xu hướng kiến trúc mới và dần dần khẳng định vai trò tiên phong của nó, đó là xu hướng Kiến trúc Tham số (Parametric architecture)

Kiến trúc biểu hiện : có đặc điểm “Tạo hình tự do mang tính biểu tượng cao, gần với điêu khắc, tạo cảm xúc” Tân biểu hiện (Neo- expressionism) ,thống soái nền kiến trúc hiện đại thế kỷ XX vẫn là những tên tuổi của chủ nghĩa công năng, như

Walter Gropius, Le Corbusier, Ludwig Mies Van Der Rohe, Frank Lloyd Wright Chủ nghĩa công năng phát triển đến đỉnh cao trong những năm 50 và nửa đầu thập niên 60, đặc biệt ở châu Âu và Bắc Mỹ Nhưng khi chủ nghĩa công năng bị phản đối trên khắp thế giới thì chủ nghĩa biểu hiện lại tái sinh với tên gọi Tân biểu hiện

Kiến trúc Tân biểu hiện có hình thức và không gian phóng khoáng, tạo ấn tượng mạnh mẽ về thị giác nhằm chuyển tải ý đồ tư tưởng của kiến trúc sư và đặc điểm chức năng của công trình Sử dụng hình dáng và đường nét cầu kỳ không quy luật mang tính động để tạo cảm giác bay bổng cho công trình Tạo nên sức truyền cảm mạnh mẽ qua hình dáng đầy chất điêu khắc của công trình Biểu hiện thời kì này gắn với bê tông vỏ mỏng Thời kỳ này công trình có tiếng vang dội nhất là nhà hát

Hậu hiện đại (Post-modernism) là một trào lưu kiến trúc đương đại mang một tinh thần mới khác biệt với các trào lưu chính thống (chủ nghĩa hiện đại 1970 trở về trước, phong cách quốc tế ) Đã có một thời kỳ Chủ nghĩa hiện đại lâm vào tình trạng khủng hoảng Chủ nghĩa công năng không đáp ứng được những đòi hỏi mới của một thế giới phát triển mạnh mẽ Các kiến trúc sư phương Tây đã tìm kiếm những hướng đi mới và một trong những hướng đi đó có không ít người theo đuổi là xu hướng Hậu hiện đại

Kiến trúc giải tỏa kết cấu là một trào lưu lớn đầu thế kỷ XXI Có vai trò quan trọng và ảnh hưởng đến nhiều xu hướng kiến trúc khác.

Mục tiêu nghiên cứu

-Đề tài mong muốn làm sáng tỏ các giá trị tiềm năng của kiến trúc Phỏng Sinh trong thời đại công nghệ cao nhằm chỉ ra các khả năng và cách thức phối hợp các nguyên tắc phỏng sinh với việc vận dụng các công nghệ tiên tiến của thời đại vào việc sáng tác, thiết kế kiến trúc

-Rút ra bài học từ việc phân tích, nghiên cứu các công trình và lý luận của một số kiến trúc sư nổi tiếng hiện nay

4 Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu

Căn cứ vào việc xác định nội dung nghiên cứu mà tác giả thực hiện, đề tài chỉ tập trung phân tích Phỏng Sinh như một công cụ đặc biệt mới, tìm hiểu các yếu tố có lợi của sinh vật phục vụ cho việc thiết kế và xây dựng bền vững, tập trung khả năng ứng dụng các nguyên tắc phỏng sinh được lựa chọn cho quá trình thiết kế kiến trúc, áp dụng các công nghệ cao hiện nay như BIM, Parametric ,làm nổi bật mối liên kết giữa công trình và môi trường tự nhiên, qua đó chỉ ra tiềm năng thích ứng của kiến trúc Phỏng Sinh trong tương lai Luận văn không đào sâu đến các ý nghĩa sâu xa trong các hình dạng cụ thể của kiến trúc Phỏng Sinh có thể ám chỉ hay ẩn dụ giá trị văn hóa mà nó phản ánh, hay sự ngăn cản về kinh tế tài chính đối với việc ứng dụng các giải pháp công nghệ cao

5 Phương pháp nghiên cứu Để tiến hành nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau và phối hợp đồng thời các phương pháp sau, để đạt hiệu quả tốt nhất:

Phương pháp thu thập dữ liệu: có hai nguồn dữ liệu để thu thập, dữ liệu sơ cấp và dữ liệu thứ cấp

-Dữ liệu sơ cấp xoay quanh các kiến thức về kiến trúc mô phỏng cấu trúc của sinh học và xu hướng kiến trúc dưới sự hỗ trợ của thiết kế thuật toán và các ngành công nghệ cao

Các dữ liệu thứ cấp được sử dụng dưới hình thức tìm hiểu những nghiên cứu tiền lệ Những nghiên cứu đã tiến hành trong sách và tạp chí cũng như trên mạng Internet, trong các giấy tờ, bài báo xuất bản Nghiên cứu này xoay quanh Kiến Trúc Biểu, Kiến Trúc Hi-Tech

Phương pháp phân tích-tổng hợp: từ những thông tin thu thập được, tác giả có cơ sở để hình thành những tổng hợp kiến thức về đề tài Để từ đó phân tích, so sánh, đối chiếu các mặt của vấn đề, và rút ra những nhận định về luận điểm đã đưa ra, từng bước hoàn thành mục tiêu của đề tài

Phương pháp phân tích so sánh: nhằm củng cố cho những lập luận, để có thể đưa ra các đánh giá nhận xét đúng đắn

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC PHỎNG SINH TRONG ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ CAO

1.1 Khái lƣợc về kiến trúc phỏng sinh

Sinh học (biology) là bộ môn khoa học về sự sống Nó tập trung nghiên cứu về các cá thể sống cùng mối quan hệ qua lại giữa chúng với nhau và với môi trường Sinh học miêu tả những đặc điểm, tập tính của sinh vật (ví dụ như cấu trúc, chức năng, sự phát triển, môi trường sống ) cùng cách thức các cá thể và loài tồn tại (nguồn gốc, sự tiến hóa và phân bổ sinh thái )

Các nguyên lý hình thành nền tảng sinh học:

Lý thuyết tế bào gồm 3 nội dung cơ bản sau:

-Mọi sinh vật được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào, trong đó xảy ra các quá trình chuyển hóa vật chất và tồn tại tính di truyền

-Tế bào là vật sống nhỏ nhất, là đơn vị tổ chức cơ bản của mọi cơ thể

-Tế bào có thể tự sinh sản và mọi tế bào chỉ có thể được sinh ra nhờ quá trình phân chia của tế bào tồn tại trước đó

Sự tiến hóa: nguyên lý trung tâm của sinh học, có tính hệ thống trong toàn bộ các chuyên ngành của Sinh học đó là tất cả sự sống đều bắt nguồn từ một tổ tiên chung (Common Descent) và trải qua một quá trình tiến hóa

Di truyền: tất cả các sinh vật đều truyền thông tin di truyền của mình thông qua các vật liệu di truyền mà được cấu tạo từ phân tử Nucleic Acid (đa số là phân tử DNA chứa đựng mã di truyền thống nhất trên toàn bộ sinh giới (chỉ khác một vài chi tiết nhỏ) Ví dụ mọi dạng sống đều có cấu tạo tế bào, và các tế bào đều được cấu thành từ các phân tử hữu cơ giống nhau

Căn bằng nội tại (hormeocostasis): là một đặc tính của một hệ thống mở để điều khiển môi trường bên trong nhằm duy trì trạng thái cân bằng, thông qua việc điều chỉnh các cơ chế điều hòa cân bằng động (dynamic equilibrium) khác nhau Cân bằng này có thể là cân bằng pH nội bào ở mức độ tế bào, hay cân bằng nhiệt độ cơ thể ở động vật máu nóng, hay cũng chính là tỷ phần khí cacbonic trong khí quyển ở mức độ hệ sinh thái Các mô và cơ quan trong các cơ thể đa bào cũng duy trì các mối cân bằng này

Các mối quan hệ nhóm sinh vật và môi trường: (giữa các sinh vật với nhau) có thể là quan hệ hợp tác (co-operation), cộng sinh (symbiosis), vật ăn thịt - con mồi (aggression) hay vật chủ - vật ký sinh (parasite) Các vấn đề sẽ trở nên phức tạp hơn nữa khi có nhiều loài sinh vật chịu tác động qua lại lẫn nhau trong một hệ sinh thái

Sự ra đời của sinh học bắt đầu từ thế kỉ XIX, bao hàm nhiều ngành khoa khọc khác nhau được xây dựng trên những nguyên lý riêng Các môn này có mối quan hệ qua lại với nhau, giúp chúng ta tìm hiểu về sự sống ở các mức độ và phạm vi khác nhau

Phỏng Sinh học là một lĩnh vực khoa học chuyên nghiên cứu và mô phỏng các hoạt động, hình dáng, kết cấu…của các loài sinh vật để từ đó chuyển hóa vào thiết kế nhằm tạo ra các sản phẩm, các hệ thống với mục đích giải quyết những vấn đề khó khăn của con người

Mục đích là để tạo ra sản phẩm, quy trình và cách sống, được thích nghi với cuộc sống trên trái đất Ý tưởng cốt lõi đó đã giải quyết được nhiều vấn đề chúng ta đang phải vật lộn với Động vật, thực vật và vi sinh vật là những kỹ sư chuyên nghiệp

Từ ghép “Phỏng Sinh Học” bắt nguồn từ những nghiên cứu của các nhà khoa học đa ngành như Otto Schmitt hay Harkness “Bio” trong tiếng Hi Lạp có nghĩa là cuộc sống và “mimetic” là sự mô phỏng

Phương pháp nghiên cứu

Để tiến hành nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau và phối hợp đồng thời các phương pháp sau, để đạt hiệu quả tốt nhất:

Phương pháp thu thập dữ liệu: có hai nguồn dữ liệu để thu thập, dữ liệu sơ cấp và dữ liệu thứ cấp

-Dữ liệu sơ cấp xoay quanh các kiến thức về kiến trúc mô phỏng cấu trúc của sinh học và xu hướng kiến trúc dưới sự hỗ trợ của thiết kế thuật toán và các ngành công nghệ cao

Các dữ liệu thứ cấp được sử dụng dưới hình thức tìm hiểu những nghiên cứu tiền lệ Những nghiên cứu đã tiến hành trong sách và tạp chí cũng như trên mạng Internet, trong các giấy tờ, bài báo xuất bản Nghiên cứu này xoay quanh Kiến Trúc Biểu, Kiến Trúc Hi-Tech

Phương pháp phân tích-tổng hợp: từ những thông tin thu thập được, tác giả có cơ sở để hình thành những tổng hợp kiến thức về đề tài Để từ đó phân tích, so sánh, đối chiếu các mặt của vấn đề, và rút ra những nhận định về luận điểm đã đưa ra, từng bước hoàn thành mục tiêu của đề tài

Phương pháp phân tích so sánh: nhằm củng cố cho những lập luận, để có thể đưa ra các đánh giá nhận xét đúng đắn.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I LƯỢC SƠ VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ XU HƯỚNG PHỎNG SINH TRONG KIẾN TRÚC 1.1 Khái lƣợc về phỏng sinh

Sinh học

Sinh học (biology) là bộ môn khoa học về sự sống Nó tập trung nghiên cứu về các cá thể sống cùng mối quan hệ qua lại giữa chúng với nhau và với môi trường Sinh học miêu tả những đặc điểm, tập tính của sinh vật (ví dụ như cấu trúc, chức năng, sự phát triển, môi trường sống ) cùng cách thức các cá thể và loài tồn tại (nguồn gốc, sự tiến hóa và phân bổ sinh thái )

Các nguyên lý hình thành nền tảng sinh học:

Lý thuyết tế bào gồm 3 nội dung cơ bản sau:

-Mọi sinh vật được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào, trong đó xảy ra các quá trình chuyển hóa vật chất và tồn tại tính di truyền

-Tế bào là vật sống nhỏ nhất, là đơn vị tổ chức cơ bản của mọi cơ thể

-Tế bào có thể tự sinh sản và mọi tế bào chỉ có thể được sinh ra nhờ quá trình phân chia của tế bào tồn tại trước đó

Sự tiến hóa: nguyên lý trung tâm của sinh học, có tính hệ thống trong toàn bộ các chuyên ngành của Sinh học đó là tất cả sự sống đều bắt nguồn từ một tổ tiên chung (Common Descent) và trải qua một quá trình tiến hóa

Di truyền: tất cả các sinh vật đều truyền thông tin di truyền của mình thông qua các vật liệu di truyền mà được cấu tạo từ phân tử Nucleic Acid (đa số là phân tử DNA chứa đựng mã di truyền thống nhất trên toàn bộ sinh giới (chỉ khác một vài chi tiết nhỏ) Ví dụ mọi dạng sống đều có cấu tạo tế bào, và các tế bào đều được cấu thành từ các phân tử hữu cơ giống nhau

Căn bằng nội tại (hormeocostasis): là một đặc tính của một hệ thống mở để điều khiển môi trường bên trong nhằm duy trì trạng thái cân bằng, thông qua việc điều chỉnh các cơ chế điều hòa cân bằng động (dynamic equilibrium) khác nhau Cân bằng này có thể là cân bằng pH nội bào ở mức độ tế bào, hay cân bằng nhiệt độ cơ thể ở động vật máu nóng, hay cũng chính là tỷ phần khí cacbonic trong khí quyển ở mức độ hệ sinh thái Các mô và cơ quan trong các cơ thể đa bào cũng duy trì các mối cân bằng này

Các mối quan hệ nhóm sinh vật và môi trường: (giữa các sinh vật với nhau) có thể là quan hệ hợp tác (co-operation), cộng sinh (symbiosis), vật ăn thịt - con mồi (aggression) hay vật chủ - vật ký sinh (parasite) Các vấn đề sẽ trở nên phức tạp hơn nữa khi có nhiều loài sinh vật chịu tác động qua lại lẫn nhau trong một hệ sinh thái

Sự ra đời của sinh học bắt đầu từ thế kỉ XIX, bao hàm nhiều ngành khoa khọc khác nhau được xây dựng trên những nguyên lý riêng Các môn này có mối quan hệ qua lại với nhau, giúp chúng ta tìm hiểu về sự sống ở các mức độ và phạm vi khác nhau.

Phỏng sinh học

Phỏng Sinh học là một lĩnh vực khoa học chuyên nghiên cứu và mô phỏng các hoạt động, hình dáng, kết cấu…của các loài sinh vật để từ đó chuyển hóa vào thiết kế nhằm tạo ra các sản phẩm, các hệ thống với mục đích giải quyết những vấn đề khó khăn của con người

Mục đích là để tạo ra sản phẩm, quy trình và cách sống, được thích nghi với cuộc sống trên trái đất Ý tưởng cốt lõi đó đã giải quyết được nhiều vấn đề chúng ta đang phải vật lộn với Động vật, thực vật và vi sinh vật là những kỹ sư chuyên nghiệp

Từ ghép “Phỏng Sinh Học” bắt nguồn từ những nghiên cứu của các nhà khoa học đa ngành như Otto Schmitt hay Harkness “Bio” trong tiếng Hi Lạp có nghĩa là cuộc sống và “mimetic” là sự mô phỏng

Phỏng sinh được công nhận là một trường chỉ gần đây, nhưng đã lấy cảm hứng từ thiên nhiên cho hàng ngàn năm Cũng giống như bản phác thảo của Leonardo Da Vinci của một máy bay đã được dựa trên việc quan sát các loài chim để cho phép máy bay của con người Tương tự như vậy, anh em nhà Wright, người đã thành công trong việc tạo ra những chiếc máy bay đầu tiên trong 1903, dường như đã đạt được nguồn cảm hứng từ những quan sát của chim bồ câu đang bay

Một ghi chép của Schmitt năm 1969 được đăng trên báo có tựa đề “Vài sự thay đổi thú vị và hữu dụng về phỏng sinh học” (Some interesting and useful biomimetic transforms) (Schmitt, 1969)

Năm 1974, khái niệm “Phỏng sinh học” được đưa vào từ điển Webster với nghĩa

“Một môn học về sự hình thành, cấu trúc và chức năng của những vật chất được tạo ra (chẳng hạn như enzyms hoặc tơ), và của những quá trình, những cơ chế sinh học (như sự tổng hợp protein) hay đặc biệt hơn là dành cho mục đích hướng đến các cơ chế nhân tạo nhằm mô phỏng những gì có được của giới sinh vật trong tự nhiên”

Năm 1997, nhà khoa học Janine Benyus đã cho phát hành cuốn sách “Phỏng sinh: Đổi mới lấy cảm hứng từ thiên nhiên,” Cuốn sách cho thấy các nghiên cứu sâu sắc và dễ dàng tiếp cận mà các nhà khoa học đang nghiên cứu, mang lại những ý tưởng tốt nhất từ tự nhiên để giải quyết vấn đề khó khăn nhất thế kỷ 21 Viện phỏng sinh được thành lập vào năm 2006 bởi nhà khoa học Janine Benyus và Bryony Schwan đã lập nên trang web “Mạng Giáo dục Phỏng Sinh” Trang web này được trao giải thưởng “AskNature”, đã giúp các sinh viên và học viên trên khắp thế giới tìm đến thiên nhiên để tìm cảm hứng tư vấn thiết kế bền vững Xem bảng minh họa cho những lĩnh vực được áp dụng từ việc nghiên cứu phỏng sinh của Janine Benyus [Hình 1-1]

Phương pháp của phỏng sinh học là sao chép một cách có ý thức các hiện tượng, cơ chế của sinh vật tự nhiên và hệ sinh thái Trong phỏng sinh học, thiên nhiên được xem là nguồn cơ sở dữ liệu, tập hợp giải pháp cho các vấn đề Áp lực tiến hóa thúc đẩy các sinh vật phải liên tục tối ưu các giải pháp sinh học để có thể thích nghi với môi trường sống biến đổi, nên phỏng sinh học là một ngành khoa học cực kỳ hấp dẫn và rộng lớn.

Kiến trúc phỏng sinh

1.2.1 Xu hướng vận dụng các yếu tố có lợi từ tự nhiên vào kiến trúc

Trải qua quá trình tiến hóa và phát triển hơn 3.8 tỉ năm, thiên nhiên đã giải quyết và

“trả lời” rất nhiều vấn đề mà chúng ta, những con người của thời đại ngày nay vẫn còn đang mải loay hoay để tìm kiến lối ra

KTS Michael Pawlyn một trong những người đứng đầu về tư tưởng Kiến trúc Phỏng Sinh học cho rằng “Bạn có thể nhìn tự nhiên như một cuốn catalog sản phẩm mà tất cả chúng đều là nguồn lợi từ một giai đoạn nghiên cứu và phát triển trong vòng 3,8 tỷ năm Với nguồn tư liệu trình độ này, thật hợp lí để sử dụng nó” Ông cũng là thành viên chủ chốt trong đội làm dự án có tên Eden Project, dự án kiến trúc tái phát kiến triệt để về cảnh quan và kỹ thuật hoa viên KTS Michael Pawlyn cũng là người chịu trách nhiệm chính trong việc thiết kế cho “Warm Temperate and Humid Tropics Biomes” (quần xã sinh thái nhiệt đới nóng ẩm) và những công việc theo sau bao gồm cả những đề xuất cho một quần xã sinh thái thứ ba dành cho cây xanh ở những khu vực nhiệt đới

A Sự phát triển của vật liệu

Từ xưa loài người đã biết dùng những loại vật liệu đơn giản có trong thiên nhiên như đất, rơm rạ, đá, gỗ v.v để xây dựng nhà cửa, cung điện, thành quách, cầu, cống dẫn nước trọng lực Từ việc sử dụng đất, rơm rạ làm hang ổ, cho đến sử dụng đá làm đền thờ như các quần thể ở Ai Cập mà không có chất kết dính, bê tông để xây dựng nhiều tòa nhà và tượng đài trong thành Rome được tạo từ hỗn hợp đá vôi, cát và đá núi lửa Ở những nơi xa núi đá, người ta đã biết dùng gạch mộc, rồi dần về sau đã biết dùng gạch ngói bằng đất sét nung Để gắn các viên đá, gạch rời rạc lại với nhau, từ xưa người ta đã biết dùng một số chất kết dính rắn trong không khí như vôi, thạch cao

Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta đã dần dần nghiên cứu tìm ra những chất kết dính mới, có khả năng rắn trong nước, đầu tiên là chất kết dính hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí với chất phụ gia hoạt tính, sau đó phát minh ra vôi thủy và đến đầu thế kỷ 19 thì phát minh ra xi măng pooc lăng Đến thời kỳ này người ta cũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật liệu kim loại, bê tông cốt thép, bê tông ứng lực trước, gạch silicat, bê tông xỉ lò cao v.v

Chế tạo ra thủy tinh: khoảng năm 2200 trước công nguyên, những người Iran ở tây bắc nước này đã chế tạo ra thủy tinh Nó trở thành vật liệu xây dựng phi kim lọai vĩ đại thứ hai trong lịch sử (sau gốm)

Bê tông núi lửa [Hình 1.2a]: Kiến trúc La Mã vĩ đại trải qua hàng ngàn năm lịch sử là chứng cứ rõ ràng rằng các tính năng của bê tông La Mã Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu để bóc tách bí mật về độ bền của tường thành cổ đại suốt 2.000 năm qua Thành phần bí mật chính là tro núi lửa Đấu trường Colosseum [Hình 1-2b] hay Trần nhà bên trong đền Pantheon [Hình 1.2c] là một trong những công trình ấn tượng của người La Mã cổ đại còn tồn tại đến ngày nay [Hình 1-2b]

Năm 1756 G.Smith, một kỹ sư người Anh đã xây dựng một ngọn hải đăng bằng loại tro núi lửa đó Nổi tiếng nhất trong số đó là loại xi măng của James Packer với tên gọi “Roman cement” Loại xi măng này được khám phá ra vào năm 1780 và được cấp bằng sáng chế năm 1976 Bản chất của loại xi măng này là việc trộn vôi với đất sét theo một tỷ lệ thích hợp và đem nung ở nhiệt độ cao Kết quả đem được là một loại xi măng có tính chất tương tự lọai xi măng của người La Mã

Một người thợ làm vườn người Pháp Joseph Monnier vào một buổi sáng của năm

1867 Sau khi đã đắp các chậu hoa bằng bê tông đã cho vài que sắt vào giữa khối bê tông đang ướt Ngay khi đó thuật ngữ Bê tông cốt thép đã ra đời

Một bài báo phát hành năm 2013 bởi Trung tâm tin tức Đại học California- Berkeley cho biết, những nhà nghiên cứu của trường đại học này đã lần đầu tiên mô tả cách mà hợp chất bền vững lạ thường Calcium (canxi) – Aluminum (nhôm) – Silicate (hợp chất gồm có silicon mang anion) – Hydrate (một chất chứa nước) (C- A-S-H) kết dính các loại vật liệu

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành vật liệu xây dựng cũng đã phát triển từ thô sơ đến hiện đại, từ giản đơn đến phức tạp, chất lượng vật liệu ngày càng được nâng cao Các nhà nghiên cứu muốn trả lời câu hỏi mà rất nhiều người trong số chúng ta quan tâm: “Liệu những thiết kế theo xu hướng Phỏng sinh học thông qua việc tìm hiểu các sinh vật trong giới tự nhiên có thật sự góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của con người hay không?” Năm

2009 Gebeshuber cùng các cộng sự đã tiến hành tìm hiểu xem công nghệ phỏng sinh có thể đóng vai trò như thế nào trong việc giải quyết các thách thức toàn cầu bao gồm cả phát triển bền vững trong vòng 50 năm nữa Kết quả phân tích của họ cho thấy đã và đang có sự phát triển trong khoa học vật liệu (bao gồm vật liệu composite và vật liệu thông minh), công nghệ chuyển đổi năng lượng, hệ thống sản xuất năng lượng mới và vật liệu tái sinh

B Thiết kế sáng tạo lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Sơn tự làm sạch dựa trên cánh hoa sen [Hình 1-3a] thoạt nhìn khá mịn nhưng nếu nhìn kỹ bạn sẽ thấy hàng triệu gai nhỏ được bao phủ trên bề mặt Các gai nhỏ này giúp bụi bẩn và nước không thể bám lâu trên bề mặt cánh hoa Dựa trên điều đó, một công ty của Đức đã phát minh ra loại sơn với cấu trúc phức tạp giúp loại bỏ mọi bụi bẩn và vết dính trên bề mặt

Camera mô phỏng mắt ruồi Ruồi [Hình 1-3b] là loài sinh vật đặc biệt sở hữu đôi mắt kép với hơn 28.000 ống kính riêng biệt Mục đích sử dụng của loại camera này là trang bị trên các máy bay do thám không người lái, có thể dễ dàng quan sát toàn bộ 360 độ không gian xung quanh

Tấm pin mặt trời mô phỏng mắt ruồi Ruồi các nhà khoa học Pháp khi nghiên cứu cấu tạo của mắt Ruồi đã phát hiện đặc điểm thú vị rằng, mắt của ruồi được cấu tạo từ hàng loạt các ô nhỏ dạng hình bình hành trồi lên, khiến con ruồi có thể tiếp nhận được tia sáng lệch 72 độ so với phương thẳng

Rất nhiều sinh vật trong tự nhiên thường có một số cấu tạo tự nhiên khiến con người thán phục đứng nhìn, có thể thích ứng rất tốt với môi trường Như tổ của ong là lăng trụ hình lục giác, kết cấu nhiều lỗ rõ ràng là vừa nhẹ lại vừa chắc chắn Mạng nhện xem ra vừa nhỏ vừa mềm, lại có tính co dãn cực mạnh Vỏ trứng gà vừa mỏng vừa cong, trên thực tế thì vỏ trứng có thể phân tán đều ngoại lực lê toàn bộ bề mặt Lại còn một loài thực vật nổi trên mặt nước hoa sen, nó có chiếc lá to đường kính khoảng 2m

Kết cấu dạng gân lá sen [Hình 1-3c] mặt sau của lá hoa sen có rất nhiều gân lá to, hình thành nên khung xương dang mạng lưới làm mặt lá có thể đỡ được một áp lực rất nặng Hơn nữa lá hoa sen có nhiều đường lỗ, nó có thể làm lá có rất nhiều lực đẩy Kiến trúc sư liền mô phỏng gân lá hoa sen, giữa gân dọc với độ vượt 100m trên nóc nhà, thiết kế ra ngăn ngang hình vân sóng có dạng mạng lưới, làm tăng lên rất nhiều kết cấu chắc chắn ở mặt đỉnh

Các cấp độ phát triển của kiến trúc phỏng sinh

Điểm lại ba cấp độ chính của môn phỏng sinh học, nhà khoa học người Mỹ bà Janine Benyus cho rằng:

-Cấp độ đầu tiên của phỏng sinh học (cấp độ hình dáng): mô phỏng hình dáng bên ngoài

-Cấp độ thứ hai của phỏng sinh học (cấp độ hành vi) : bắt chước các chuyển động của các loài sinh vật, chúng ta có thể học được cách vận chuyển ít tốn năng lượng -Cấp độ thứ ba của phỏng sinh học (cấp độ hệ sinh thái) : đó là việc tái tạo cách thức tạo ra hệ thống tự nhiên trong môi trường công nghiệp, rộng hơn là trong lĩnh vực kinh tế, tìm các nguyên tắc vận hành, ví dụ như trong các khu rừng hay trong các rạn san hô, các nguyên tắc như các luồng lưu thông, nguyên tắc tiết kiệm năng lượng, tầm quan trọng của sự phối hợp, tái chế các chất thải… Khi chúng ta phối hợp các nguyên lý này với nhau, thì chúng ta sẽ đạt được một mức độ bền vững lớn hơn Để có một hiểu biết bước đầu về phỏng sinh học, Janine Benyus có thể tóm lại như sau: “phỏng sinh học không đơn thuần chỉ là sự bắt chước các hình thức, vận động và cách thức tạo ra các chất liệu ở các loài động thực vật Mục tiêu cao nhất của phỏng sinh học là mô phỏng các nguyên lý của các hệ sinh thái tự nhiên.”

1.3.1 Những kiến trúc phỏng sinh đầu tiên

Những hình ảnh đầu tiên bắt chước làm nơi trú ẩn là hang động, cấu trúc tổ chim, màng và dây thừng công trình xây dựng (như nhện và sâu bướm) Bắt đầu con người có những tín ngưỡng đầu tiên, người xưa xây dựng nơi thờ cúng với tư tưởng mang lại sự bền vững và mang lại sức mạnh, các quần thể kim tự tháp như ở Ai Cập [Hình 1-4a], quần thể Angkor Wat ở Campuchia [Hình 1-4b], có hình thức bên ngoài dạng tam giác, mô phỏng về hình dáng quả núi, vật liệu lúc này chỉ đơn thuần đá và không có chất kết dính nhưng kỹ thuật xây dựng đã có tiến bộ vượt bậc so với lúc sơ khởi Sự phát hiện ra bê tông núi lửa thời kỳ La Mã gây dấu ấn với các thức cột được trang trí hoa lá, đầu người, mái dốc, mái vòm cong, thời kỳ này có các sinh hoạt tập quán ngoài trời nên các cung điện được trang trí gần gũi với thiên nhiên, không gian mở, bắt đầu có hành lang, hiên Công trình nổi bật thời kỳ La Mã cổ đại như đền Pantheon [Hình 1-4c] Đặc điểm kiến trúc phỏng sinh thời kỳ này

-Trang trí nội thất gắn liền thiên nhiên, điêu khắc phát triển

-Cách điệu cột trong kết cấu, trang trí đầu cột, trang trí diềm mái, thể hiện các lễ hội của con người, bước đầu có vòm cửa cong, trang trí cả máng thu nước mưa

-Hình dáng mô phỏng theo thiên nhiên ảnh hưởng bởi tôn giáo, tín ngưỡng, công trình với hình khối đơn giản

-Vật liệu đá, bê tông núi lửa

1.3.2 Giai đoạn nửa đầu thế kỷ XX

Kiến trúc biểu hiện (Cận đại 1880- đầu thế kỷ XX), người có tầm ảnh hưởng đầu tiên là KTS Antonio Gaudi (1852-1926) “Kiến trúc của Gaudi nhấn mạnh tính chất ba chiều, tính chất điêu khắc, kết hợp với tự nhiên và mang những đặc điểm lãng mạn rõ nét

Tòa nhà Casa Mila ở Barcelona, KTS Antonio Gaudi (1905-1910) [Hình 1-5a] với hình thức tự do cả ngoại thất, gần gũi với điêu khắc, mô phỏng như một tổ mối Một công trình nữa có thể coi là ấn tượng nhất của ông là thánh đường La Sagrada Familia(1884) [Hình 1-5b] Đây là một công trình độc đáo với nghệ thuật kiến trúc tinh xảo và đầy ắp biểu tượng tôn giáo

Vào những năm 1950, Tân biểu hiện (Neo- expressionism) đánh dấu sự trở lại tại

Mỹ với các công trình của KTS Eero Saarinen với công trình thể thao khúc côn cầu trên băng của trường đại học Yale (1957-1958) [Hình 1-5c], KTS John Utzon là nhà hát Opera Sysney (1959-1973) [Hình 5d Những kiến trúc sư gia nhập chủ nghĩa Tân biểu hiện vốn xuất thân từ chủ nghĩa công năng, nhưng sau đó phản kháng lại quan điểm công năng Kiến trúc Tân biểu hiện có hình thức và không gian phóng khoáng, tạo ấn tượng mạnh mẽ về thị giác nhằm chuyển tải ý đồ tư tưởng của kiến trúc sư và đặc điểm chức năng của công trình Sử dụng hình dáng và đường nét cầu kỳ không quy luật mang tính động để tạo cảm giác bay bổng cho công trình Tạo nên sức truyền cảm mạnh mẽ qua hình dáng đầy chất điêu khắc của công trình Biểu hiện thời kì này gắn với bê tông vỏ mỏng Đặc điểm kiến trúc phỏng sinh thời kỳ này

-Hình thức mô phỏng từ thiên nhiên

-Dùng hình dáng của động vật tạo đường cong gợi cảm

-Kết cấu bê tông cốt thép mô phỏng vỏ mỏng góp phần tăng giá trị thẩm mỹ

1.3.3 Giai đoạn cuối thế kỷ XX đến đầu thế kỷ XXI Đầu thế kỷ thứ XX, khoa học kỹ thuật phát triển (máy móc, động lực v.v ), nên kiến trúc của nhóm biểu hiện cũng nằm trong phạm vi ảnh hưởng đó Kiến trúc được cách tân trạng thái mới, có sự thay đổi về trạng thái công trình, công trình không còn là chủ thể tĩnh mà có sự “ chuyển động”, một số công trình nên cảm xúc từ ẩn dụ, mô phỏng cấu trúc sinh vật Xu hướng này đặc biệt chú trọng đến hình thức, và thời kỳ này đã có những tác động tích cực, nâng cao giá trị thẩm mỹ, cách biểu đạt cảm xúc công trình, góp phần vào việc thay đổi sáng tác thiết kế của các KTS

Nhà ga hàng không TWA ở sân bay Kenedy, New York, KTS Eero Saarinen (1956-1959) có hình dáng của một cánh chim khổng lồ đang chuẩn bị cất cánh Nhưng ông được xã hội Mỹ ca tụng vì đã đem đến cho họ món ăn tinh thần mà họ đang cần Công trình phá bỏ cấu trúc và nhịp điệu, dùng những đường nét phức tạp và cầu kỳ thể hiện sự bay bổng trong thiết kế [Hình 1-6a]

Trường trung học tại Wohlen, Thụy Sĩ, KTS Santiago Calatrava (1983-1988),

[Hình 1-6b], mô phỏng ở các mái và vòm khổng lồ dạng cánh

Nhà ga đường sắt Lyon-Saint Exupéry, Pháp(1989-1994), KTS Santiago Calatrava [Hình 1-6c] Mang dáng dấp của một cánh chim khổng lồ dài 120m, rộng 100m, cao 40m, nặng 1300 tấn Hai cánh chim được tựa lên hai khung cong chắc khỏe tạo thành những phần biên, mà dưới nó là các thành phần kiến trúc thu hút ánh sáng từ bên ngoài vào nội thất Ý tưởng dựa vào những nghiên cứu phỏng sinh học của Calatrava đã tạo được một thành công mang tính chất cách mạng

Tòa nhà 30 St Mary Axe, London, Anh, KTS Norman Foster [Hình 1-6d] Tòa nhà chọc trời này còn có tên gọi “The Gherkin” Quả dưa chuột vì hình dáng của nó giống như một quả dưa chuột, Đặc điểm kiến trúc phỏng sinh thời kỳ này

-Hình thức mô phỏng từ thiên nhiên

-Dùng hình dáng của động vật tạo đường cong gợi cảm

-Kết cấu bê tông cốt thép mô phỏng vỏ mỏng góp phần tăng giá trị thẩm mỹ Kết cấu khung cho phép công trình tự do hơn về hình thức, với những khoảng vượt nhịp lớn

-Công trình mang tính ẩn dụ, trạng thái “ động –tĩnh” mang lại một cảm xúc mới cho người thưởng ngoại thị giác.

Kiến trúc phỏng sinh trong thời đại công nghệ cao

Công nghệ cao hay Kỹ thuật cao là công nghệ hay kỹ thuật có hàm lượng cao về khoa học và phát triển công nghệ, được tích hợp từ thành tựu khoa học và công nghệ hiện đại, nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng, tính năng vượt trội, trị giá gia tăng cao và thân thiện với môi trường, đóng một vai trò rất quan trọng đối với việc hình thành ngành sản xuất, dịch vụ mới hoặc hiện đại hóa, công nghiệp hóa các ngành sản xuất, dịch vụ hiện có

1.4.1 Xu hướng vận dụng công nghệ cao vào kiến trúc

Từ việc học hỏi bắt chước giới sinh vật qua một quá trình dài tồn tại trong lịch sử cùng với sự biến đổi khí hậu và bùng nổ năng lượng toàn cầu thì sự phát triển của khoa học kỹ thuật cao đã giúp cho con người sáng tác và thiết kế những sản phẩm, công trình mang tính vượt bậc hơn cả sinh vật

Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại được coi như bắt đầu giữa những năm

40 thế kỉ XX Những phát minh trong khoa học - kĩ thuật cuối thế kỉ XIX đầu thế kỉ

XX là tiền đề của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại Trở lại giai đoạn lịch sử những năm 70 của thế kỷ XX, khi lần đầu tiên cuộc khủng hoảng năng lượng diễn ra tại Mỹ và sau đó lan rộng trên toàn thế giới, PTS.TS.KTS Lê Thanh Sơn

“Kiến trúc Hiện đại, yếu tố hình thức hài hòa với môi trường tự nhiên và trào lưu sinh thái trong thiết kế kiến trúc đang dần nở rộ Nếu như kiến trúc Hiện đại là một cuộc cách mạng bùng nổ dựa trên những tiến bộ của khoa học - kỹ thuật, đoạn tuyệt với quá khứ để đi tìm một ngôn ngữ kiến trúc hoàn toàn mới không liên quan gì đến những di sản văn hóa và lịch sử “, các kiến trúc sư tìm phương hướng kết nối giữa con người, thiên nhiên và công trình nhằm tạo nên sự hài hòa với sinh thái và tiết kiệm năng lượng Các Kiến trúc sư của trường phái Phỏng sinh đổi mới muốn thông qua sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật cùng sự đổi mới trong công tác thiết kế để cải thiện công năng sử dụng và hình thức kiến trúc

Chuyển biến của đầu thế kỷ XXI với những thành tựu các ngành công nghệ cao như toán học, công nghệ thông tin, công nghệ sinh học… đã hỗ trợ sáng tác, thiết kế nhằm tiến đến giải quyết các vấn đề về năng lượng và giải pháp bền vững cho kiến trúc khi đối mặt với sự biến đổi của khi hậu Đặc trưng cơ bản của giai đoạn này: sự phát triển của ngành năng lượng mới Kinh tế và công nghiệp, kỹ thuật xây dựng và vật liệu xây dựng có nhiều tiến bộ vượt bậc

Vật liệu xây dựng mô phỏng cấu tạo từ sinh vật

- Bê tông cốt thép phát triển cho phép hình khối đa dạng

- Thép, kim loại màu và nhôm, kính phát triển

- Vật liệu tổng hợp được tìm tòi từ sự mô phỏng các cấu trúc của sinh giới như sợi thủy tinh có độ đàn hồi cao, tạo hình dễ dàng, vật liệu tổng hợp kết hợp với tạo hình khung kết cấu tạo được hiệu ứng hình thức cao

Kỹ thuật kết cấu xây dựng mô phỏng từ sinh giới

Xuất hiện và phát triển nhiều hình thức kết cấu mới

- Kết cấu khung: thường áp dụng giữa tường kính và kết cấu kim loại nhẹ nhàng đề vẻ đẹp kỹ thuật

- Kết cấu không gian: hình khối mới lạ, nhịp lớn, gồm những dạng chính sau: gấp nếp, vỏ mỏng, dây treo, dàn không gian, kết cấu tự do, kết cấu bong bóng, tạo ấn tượng về hình khối gần gũi thiên nhiên

- Mô Phỏng kết cấu từ các cấu trúc sức bền hình dạng trong sinh giới như khung xương cá, gân lá, cấu trúc cong

Năng lƣợng tuần hoàn, giảm thiểu năng lƣợng sử dụng nhờ các thành quả nghiên cứu mô phỏng sinh học

- Tạo ra nước từ gió

- Sử dụng vi sinh vật xử lý chất thải

- Chất thải của quá trình này là năng lượng cho quá trình tiếp theo

1.4.1 Kiến trúc phỏng sinh và sự vận dụng công nghệ cao vào kiến trúc

Theo James Canton, chủ tịch và đồng thời giám đốc điều hành về thông tin Viện Tương Lai Toàn Cầu (Institut For Global Futures), thì kiến trúc của thế kỷ XXI chủ yếu dựa trên sự hội tụ của các ngành công nghệ cao đó là công nghệ sinh học, công nghệ nano, công nghệ thông tin và một số ngành mũi nhọn khác

1.4.1.1 Công nghệ thông tin(BIM)

Công nghệ BIM là tiến trình tạo dựng, sử dụng và quản lý mô hình kỹ thuật số đặc trưng cho cả vòng đời dự án Hợp nhất tất cả các khía cạnh và thành phần tham gia vào dự án Mô hình BIM không chỉ là mô hình hình học ba chiều, là mô hình đa luồng dữ liệu [Hình 1-7] Đặc điểm công trình gắn công nghệ BIM

- BIM tăng cường sự hợp tác giữa các bên liên quan, giảm thời gian cho việc giấy tờ và sản xuất ra những sản phẩm dễ dự đoán BIM có tiềm năng to lớn và linh hoạt như là một hồ chứa thông tin dự án

- Tiết kiệm thời gian hơn so với những phương pháp truyền thống Chủ đầu tư và nhà quản lý vận hành cũng có lợi ích trong việc dự báo và ngân sách Chi phí xây dựng cũng được giảm một cách đáng kể

- BIM được xem như là một công cụ để thiết kế 3D và sử dụng các tổ hợp thay thế cho bản vẽ 2D Sau đó, phát triển thành một công cụ, được sử dụng để phân tích mô hình, phát hiện các xung đột, lựa chọn sản phẩm, và mô hình toàn dự án

- Mô hình BIM đó không chỉ là môt mô hình ảo mà còn là kho dữ liệu mà bao gồm các thông tin về dự án, không gian, thiết bị, lắp đặt, bảo hành ở dạng hình ảnh hoặc thông tin đơn thuần

- Chủ đầu tư có thể tiếp nhận quản lý, vận hành thiết bị, duy tu bảo dưỡng và cả quản lý nhà nước Ƣu điểm

Lợi ích cho chủ đầu tư trước khi xây dựng: cung cấp cho CĐT khái niệm, sự khả thi, lợi ích của thiết kế Tăng hiệu quả và chất lượng công trình Tăng cường sự hợp tác thông qua việc phân phối dự án được tích hợp

Lợi ích thiết kế: hình dung bản thiết kế nhanh hơn và chính xác hơn Tự động sửa đổi khi có chỉnh sửa thiết kế Thế hệ của bản vẽ 2D chính xác và nhất quán tại bất kỳ giai đoạn nào của dự án Xuất ra dự toán chi phí bất cứ lúc nào trong quá trình thiết kế

Kết luận chương I

Trong cuộc sống của con người luôn gắn kết với thiên nhiên, đó cũng là lý do tại sao các công trình kiến trúc, tập quan sinh hoạt thể hiện sự gần gũi với thiên nhiên Việc đó đã xây dựng theo chiều dài lịch sử từ việc bắt chước cho đến việc phỏng sinh các yếu tố phức tạp có lợi Bên cạnh đó, sự phát triển mạnh về kinh tế và khoa học kỹ thuật của nữa cuối thế kỷ XX đã tạo ra dấu ấn các công trình theo “ chủ nghĩa biểu hiện”, hình thức bắt mắt, rực rỡ hơn xuất hiện những công trình mang yếu tố “ động”

Có thể nói thế kỷ XXI với sự bùng nổ của khoa học kỹ thuật và bùng nổ sự biến đổi khí hậu đã thúc đẩy giải pháp kiến trúc hướng đến sự bền vững, giải quyết các vấn đề về năng lượng và sự hài hòa với sinh thái được đề cao, nhằm hạn chế việc sử dụng năng lượng, xem chất thải như là “nguồn năng lượng mới” cho qui trình tiếp theo.

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KIẾN TRÚC PHỎNG SINH VẬN DỤNG CÔNG NGHỆ CAO

Chiến lƣợc kiến trúc sinh thái biểu hiện

2.1.1 Xu hướng sinh thái- bền vững trong kiến trúc

Phỏng sinh học không đơn thuần chỉ là sự bắt chước các hình thức, vận động và cách thức tạo ra các chất liệu ở các loài động thực vật Mục tiêu cao nhất của phỏng sinh học là mô phỏng các nguyên lý của các hệ sinh thái tự nhiên

Trong tự nhiên năng lượng chính đó là mặt trời và trọng lực, bên cạnh năng lượng địa nhiệt Sinh giới biết cách sử dụng các năng lượng ở mức độ cần thiết Tiết kiệm năng lượng, thích nghi về mặt hình thức để bảo đảm các chức năng sinh tồn, tái sử dụng các chất thải, với nguyên tắc mỗi chất thải là một nguồn tài nguyên

Các xu hướng kiến trúc sinh thái, kiến trúc bền vững và hiện tại kiến trúc xanh không còn đơn thuần là những xu hướng nữa mà đã trở thành những mục tiêu rất là

“chiến lược”, dài hạn của nhiều nền kiến trúc trên thế giới hiện nay, nhằm mục đích giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu trên toàn cầu KTS Ken Yeang:" phong cách kiến trúc, kĩ thuật thi công và vật liệu có thể thay đổi theo thời gian, nhưng thời tiết, khí hậu thì không hề thay đổi suốt cả hàng ngàn năm do vậy, kiến trúc hiện đại phải phù hợp với thời tiết và cảnh quan thiên nhiên", bên cạnh kiến trúc, cần xem xét các lĩnh vực liên quan như: “sản xuất năng lượng, tái chế chất thải, sử dụng có hiệu quả năng lượng và vật liệu mà người thiết kế cần quan tâm” Đối với nhà chọc trời màu xanh, KTS Ken Yeang quan tâm đến 3 vấn đề chủ yếu là : "thông gió tự nhiên, lấy ánh sáng tự nhiên và làm giảm nhiệt độ môi trường"

Qua quá trình phát triển của nhân loại, các phong cách và trường phái kiến trúc cũng phát triển Kiến trúc đẹp nó chứa đựng những “vấn đề về sinh thái, văn hóa, chính trị, đoàn thể, kinh tế và xã hội mà không để lại gánh nặng cho thế hệ mai sau” (URBAN21 Conference Berlin, tháng 7 năm 2000)

Kiến trúc phải tương thích với khung cảnh của nó Ngày nay, sự tích hợp kiến trúc phát triển rất mạnh mẽ với sức lan tỏa rộng khắp Tìm tòi phong cách kiến trúc từ vật liệu địa phương, hay vật liệu quốc tế, từ kiến trúc truyền thống hay kiến trúc du nhập, từ kiến trúc cổ hay hiện đại Cho dù tìm ở đâu, hãy đặt vào vị thế của người cảm thụ công trình, hãy làm cho họ hiểu công trình muốn nói gì Đừng biến nó chỉ là cái vỏ che nắng che mưa mà không để lại bất kỳ thông điệp nào vì con người Kiến trúc là tài nguyên thiên nhiên thứ hai, kiến trúc tham gia vào tự nhiên trong mối quan hệ cộng sinh với môi trường Kiến Trúc Phỏng Sinh trong thời đại công nghệ cao chuyển hóa các năng lượng thải ra thành năng lượng sử dụng cho qui trình tiếp theo KTS Mỹ Robert Venturi cho rằng “Tính phức tạp và tính mâu thuẫn trong kiến trúc”, chỉ khi có sự giao hòa giữa thực tế sử dụng công trình và sức mạnh của không gian nội ngoại thất, mới có thể sinh ra tác phẩm kiến trúc chân chính Nghệ thuật là một sư đáp ứng cần thiết trước thiên nhiên luôn biến đổi

2.1.1.1 Các quan điểm bền vững hiện nay trong Kiến Trúc

Thuật ngữ "phát triển bền vững" xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1980 trong ấn phẩm Chiến lược bảo tồn Thế giới (công bố bởi Hiệp hội Bảo tồn Thiên nhiên và Tài nguyên Thiên nhiên Quốc tế - IUCN) với nội dung rất đơn giản: "Sự phát triển của nhân loại không thể chỉ chú trọng tới phát triển kinh tế mà còn phải tôn trọng những nhu cầu tất yếu của xã hội và sự tác động đến môi trường sinh thái học"

Thiết kế Bền vững (Sustainable Design) là thiết kế có sự xem xét đến tất cả các tác động mang tính xã hội và môi trường của một sản phẩm hoặc công trình mà trong suốt toàn bộ vòng đời, nó đáp ứng đầy đủ các chỉ số quan trọng như chi phí, chất lượng và diện mạo (Đại học Loughborough, 2004) Thiết kế bền vững chỉ mới xuất hiện vào khoảng những năm 80 của thế kỷ XX

Nguyên tắc chủ đạo của thiết kế bền vững như sau, Mclennan (2005):

Tôn trọng thiên nhiên - nguyên tắc mô phỏng thiên nhiên

Tôn trọng con người - nguyên tắc sống con người

Tôn trọng địa điểm - nguyên tắc hệ thống sinh thái

Tôn trọng chu kỳ sống - nguyên tắc cân bằng

Tôn trọng năng lượng và các nguồn tài nguyên - nguyên tắc bảo tồn

Tôn trọng quy trình - nguyên tắc tư duy toàn diện

Quan điểm về Zero Carbon

Có ba nhóm giải pháp: giải pháp năng lượng tái tạo, hệ thống kỹ thuật công trình, và hình khối kiến trúc, trong đó nhóm giải pháp ít tốn tiền nhất và hiệu quả nhất là nhóm giải pháp thứ ba thông qua công việc thiết kế của các kiến trúc sư Hiệu ứng đối với môi trường của việc đô thị hóa được đánh giá trên tương quan với khu vực nông thôn – giới thiệu về các chương trình liên quan đến phát triển bền vững của Hiệp hội Kiến trúc Hoàng gia Anh – RIBA

Trung tâm thành phố Đài Trung (Swallow’s Nest), Đài Loan, Nhóm KTS VCA : Frederique Beck, Julien Combes, Benoit Patterlini, Vincent Callebaut Thiết kế xanh từ những quy luật sinh thái, tái tạo năng lượng và áp dụng công nghệ tối tân về thông tin và truyền thông Mục tiêu xây dựng một dự án tiên phong, tượng trưng cho sự kết hợp của thiên nhiên, con người, khoa học, kỹ thuật “Một toà nhà không có khí thải cacbon.” [Hình 2.1]

Quan điểm vật liệu thân thiện với môi trường: vật liệu địa phương giải pháp chuyển formaldehyde thành ôxy, loại trừ tính độc hại ra khỏi sản phẩm, mang lại sự an toàn cho môi trường và người tiêu dùng, thường áp dụng cho sơn

Biệt thự bằng tre cao 6 tầng, Bali (Indonesia), KTS Elora Hardy [Hình 2.2] Ông đã sử dụng tre để xây dựng tất cả các công trình của mình Đây là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo rất nhanh, một trong những loại cây phát triển tốt nhất Tre có khả năng chịu lực không kém gì thép Chất liệu tre khiến ngôi nhà có cảm giác nhẹ nhàng, thanh lịch, đem lại sự thư thái cho người sống trong nhà

2.1.1.2 Những vấn đề (thách thức) của phát triển bền vững trong biến động toàn cầu

Kts.Ken yeang: "Sinh thái học theo quan niệm của tôi và trái tim tôi mách bảo rằng sinh thái là điểm khởi đầu và kết thúc mọi thứ Đó là nguồn ý tưởng lớn nhất, là nguồn sáng tạo lớn nhất Con người không thể sáng tạo tốt hơn tự nhiên và tự nhiên chính là nguồn cảm hứng lớn nhất của tôi"

Về lĩnh vực kinh tế: toàn cầu hóa kinh tế và khủng hoảng kinh tế toàn cầu, gia tăng thương mại quốc tế, đầu tư trực tiếp từ nước ngoài, thành lập và gia tăng vai trò của các tổ chức quốc tế Toàn cầu hóa kinh tế được xem là trái ngược hẳn với chủ nghĩa kinh tế quốc gia và chủ nghĩa bảo hộ, nó ảnh hưởng đến chủ quyền quốc gia trong phạm vi kinh tế, nó có tác động tiêu cực từ các quốc gia phát triển sang các quốc gia đang phát triển do sự tìm kiếm lợi nhuận của các tập đoàn đa quốc gia

Về lĩnh vực công nghệ: bùng nổ công nhệ thông tin và viễn thông, phát triển hạ tầng viễn thông toàn cầu, phát triển internet, các vệ tinh liên lạc, điện thoại Nhờ có những thành tựu của công nghệ tin học và viễn thông, mà quan hệ giữa các khu vực trên thế giới ngày càng gần gũi tạo nên một nền văn minh toàn cầu

Nhận dạng biểu hiện của tự nhiên

Tubin gió, thiết kế KTS Renzo Piano và ENEL Green Power [Hình 2-20] Tận dụng được lợi thể của vật liệu nhẹ và độ đàn hồi của vật liệu composite (carbon, polycarbonate), cánh Chuồn Chuồn có thể khai thác cả những cơn gió nhẹ nhất

2.2 Nhận diện biểu hiện của tự nhiên

2.2.1 Phân loại các hính thức thiên nhiên theo nguyên tắc kiến tạo kết cấu

Nguyên tắc tăng cường mô cơ học

(Ảnh hưởng trực tiếp đến kiến tạo hình thức và kết cấu trong kiến trúc)

Xét hệ thống dầm cột và hệ khung cây (có thể lấy cột sống của người làm ví dụ) : giúp ích trong việc tạo cơ sở kết cấu đàn hồi của công trình cao có diện tích đỡ nhỏ và công trình có kết cấu trong vùng chịu ảnh hưởng gió bão lớn Đó là một hệ thống gồm nhiều bộ phận cứng riêng biệt, liên kết với nhau bởi đệm đàn hồi và toàn bộ liên kết với mô cơ- đây chính là những “ dây căng tự nhiên” Tính chất của đặc tính này: “tính dẻo , tính đàn hồi, tính linh động vào kiến tạo kết cấu” Đó là những tính chất đang được nghiên cứu gần đây trong kiến trúc so với những tính chất truyền thống

Xét hệ thống màng lá cây : tiết diện màng lá cây đạt cực tiểu nhờ vào cấu trúc của sống lá cây Sóng là làm chức năng chủ yếu trong hệ thống, chịu lực theo các đường ứng suất chính Trong thiên nhiên có rất nhiều kết cấu phẳng, kết cấu không gian uốn cong có sườn, kết cấu dạng lưới

Trường cao đẳng Wohlen, Thụy Sỹ, KTS Santiago Calatrava (1983-1988) [Hình 2-21] Một bộ sưu tập của bốn mái: một tán cây bên ngoài lối vào, một lối vào hội trường bên trong, các hội trường và thư viện Kết cấu mái che mô phỏng từ hình thức của gân lá đã tạo hiệu quả cao trong việc lấy sáng và ấn tượng ngay cái nhìn đầu tiên ở lối vào

Xét hệ thống xương cá, cánh chim

Cầu Bach de Roda - Felipe II, Barcelona, Tây Ban Nha, KTS Santiago Calatrava (1985-1987) [Hình 2-22] Ông cho rằng "Trong thiết kế cầu có một bài tập nào đó trong thẩm mỹ kỹ thuật được thực hiện, và tôi cảm thấy rằng sự tích hợp của công nghệ và thẩm mỹ đáng chú ý đặc biệt." Mô phỏng kiến trúc từ hình thức của cá và xương cá, hai khung chịu lực chính hình parabol kết hợp với dây căng chịu lực kéo như cách phân bố lực từ nhánh chính sang các nhánh nhỏ hơn

Xét vỏ mỏng: trong tự nhiên như vỏ sò, vỏ trứng, xương sọ người, mai rùa, vỏ ốc xoắn [Hình 2-23] đã phản ánh sức bền của hình dạng về phương diện cơ học, vỏ mỏng có cấu tạo mặt trong và mặt ngoài đều nhẵn, hình dang thường không đối xứng và chịu tác động của tải trọng không đối xứng, còn trong cấu trúc của bộ phận xốp trong xương, lá cây, lực phân bố dị hướng, phân bố tải trọng ngẫu nhiên theo nhiều hướng

Nhà hát Opera Sydney, KTS Jorn Utzon, (1959-1973) [Hình 2-24] Những con sò bên bờ đại dương xanh mênh mông Niềm tự hào của nước Úc, mái vòm giống như một sinh vật biển kỳ lạ

Phát triển hình học từ kết cấu vỏ mỏng

Hình thức kiến tạo đường cong một chiều và hai chiều, giải pháp đầu tiên thông thường là kết cấu bê tông, chúng ta hay bắt gặp là các mái vòm nhà thờ Sau này, hình thức mái vòm cong được phát triển mạnh hơn, nhờ chuyển thể kết cấu sang dạng “vòm geodesic” [Hình 2-25a] Hình thức kiến tạo từ mái phát triển dần sang các hướng khác hoặc tạo đường cong toàn bộ công trình [Hình 2-25b] Dạng (A) elliptic parabol (B) Trụ parabol (C) parabol hyperbol

Vòm geodesic là một dạng mái vòm có cấu trúc vỏ hình mặt cầu hay một phần hình cầu được cấu thành từ các hình tam giác, lát trên một mạng các vòng tròn, bao phủ trên toàn bề mặt của nó [Hình 2-25c] Mặc dù R Buckminster Fulled không phải là nhà phát minh đầu tiên nhưng ông đã có công phát triển lý thuyết toán học nội tại của dạng mái vòm, do đó nhận được bằng sáng chế của Mỹ vào ngày 29 tháng 6 năm 1954

2.2.2 Quy luật lặp lại của bộ phận cùng kiểu (modul)

Trong quá trình tự tạo cơ thể sống sẽ phát sinh các bộ phận được lặp lại và ngày càng đổi mới về cơ cấu, tạo khả năng thực hiện di truyền, tiêu hao năng lượng, thời gian, vật liệu bao che Hơn nữa, giữa các bộ phận đều có mối quan hệ, tạo nên tổ hợp đa dạng

Việc nghiên cứu tính chất cấu tạo của thế giới hữu sinh tạo khả năng nắm bắt được các nguyên tắc tạo hình tổng quát hơn mà trước đây chưa được quan tâm

2.2.3.1 Quy luật phân dị từng khúc

Dần dần giảm nhẹ từ trung tâm đến hoặc trục giữa đến, diện tích và chu vi nhỏ dần, tạo điều kiện cho tác động của lực cơ học phối hợp với nhu cầu sinh lý của cơ thể ví dụ như thân cây và cành, sống lá cây, sương , sụn Trong kiến trúc, quy luật này được thể hiện trong cơ cấu có gối tựa, có công sôn phân tỏa từ trụ dáng, trong mái dạng lưới và dạng sườn, trong hệ khí tĩnh học v.v

2.2.3.2 Quy luật chuyển từng bước từ bộ phận này sang bộ phận khác

Hình thức thẳng đứng sang hình thức nằm ngang), các bộ phận dự phát sinh hình thức liên kết các bộ phận khác nhau (rễ và thân cây, thân cây và cành, cành và là cây) Đặc trưng của các hình thức thiên nhiên chuyển đổi đột ngột nên mới sinh ra các ứng suất phụ (ví dụ như ngàm) trong bộ phận liên kết, điều này rất logic về mặt kết cấu trong thiên nhiên

Cơ sở của điều kiện tự nhiên

2.3.1 Hệ sinh thái của kiến trúc phỏng sinh

Hệ sinh thái là hệ thống các quần thể sinh vật sống chung và phát triển trong một môi trường nhất định, quan hệ tương tác với nhau và với môi trường đó

Cân bằng hệ sinh thái là trạng thái ổn định tự nhiên của hệ sinh thái, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện sống

Hệ sinh thái có chu trình tuần hoàn: Môi trường Sinh vật sản xuất → Sinh vật tiêu thụ → Sinh vật phân hủy Hệ sinh thái cũng có quá trình tiến hóa, từ bập thấp đến bậc cao, sinh vật tác động đến môi trường, môi trường thay đổi tác động trở lại sinh vật, giữa sinh vật và môi trường gắn bó với nhau Quá trình tiến hóa: Hệ sinh thái trẻ → Hệ sinh thái già → Hệ sinh thái cao đỉnh Quy luật biểu hiện ngay trong kiến trúc đó là

Phương thức điều chỉnh nhiệt-ẩm

Chiếu sáng bằng các phương tiện tương tự do giới sinh vật tạo ra

Quan điểm khí hậu của phỏng sinh kiến trúc dựa trên những nghiên cứu về thiên nhiên cũng như nghiên cứu về vật lý xây dựng, song phương pháp của hai quá trình này không giống nhau Khí hậu phỏng sinh kiến trúc so sánh yêu cầu sinh lý của con người với thiên nhiên và vạch rõ tác động tương hỗ giữa mối quan hệ này với các điều kiện khí hậu nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người

Phương thức thích ứng với khí hậu: các hình thức của cơ thể sống không chỉ chịu sự tác động của lực cơ học mà còn có cả yếu tố khí tượng, do đó nghiên cứu các đều kiện này sẽ tác động tương hỗ với hình dáng cơ thể sống, và từ đó chúng ta có thể rút ra các bài học cần thiết cho kiến trúc

Chẳng hạn như, sự bố trí của lá cây có xu hướng muốn tạo điều kiện nhận được nhiều nhiệt của mặt trời tối đá, nhất là ở vĩ độ bắc và vĩ độ trung, từ đó phát sinh cách bố trí lá cây khác nhau: mọc xòe, mọc vòng, mọc đối v.v đặc biệt là hình thức lá thay đổi trong cùng một cơ thể sống, hiện tượng này được gọi là “ dị hình”, bằng cách thay đổi hình dạng, thu gọn bề mặt bốc hơi từ lá trong vùng khí hậu nóng và khô v.v Dựa trên cơ sở này, trong kiến trúc, ban công của nhà ở và tạo dáng cho chúng theo nguyên tắc của thiên nhiên

2.3.2 Phương thức tự điều chỉnh

Cho phép khả năng chống đỡ biến dạng

Biến đổi về hình thức và vị trí bộ phận nào đó trong không gian, phụ thuộc vào tác động chiếu sáng của mặt trời, nhiệt độ và độ ẩm không khí, sự biến đổi hình thức tương ứng với những biến đổi mang tính chất chu kỳ của điều kiện khí hậu Chẳng hạn như cây keo, buổi sáng lá hướng thẳng vào mặt trời, buổi trưa hướng cạnh lá vào để thu nhỏ bề mặt chịu bức xạ Trong kiến trúc, nguyên tắc này được ứng dụng vào việc tự điều chỉnh hệ khí thủy tĩnh học là rất triển vọng

Ta hãy xem cái đài hoa, trên cánh hoa chốc chốc lại có ong bướm đậu vào, con thì nhỏ, con thì có kích thước nhỉnh hơn, khi con ong sà xuống cánh bướm để hút mật, cánh hoa cong xuống dưới trong lượng của con ong nhưng cánh hoa không bị phá hoại Con ong bò đi bò lại trên đài hoa, hoặc trên cánh hoa đó, nhưng cánh hoa đó vẫn được nắn thẳng và trở lại trạng thái ban đầu Chúng ta quan sát bằng bắt thấy được sự “ tự điều chỉnh “ của cánh hoa đó là do: “biến đổi hình dạng nên có sự cân bằng ứng suất, do đó mà cánh hoa không bị gãy”, đây là một ví dụ điễn hình về nguyên tắc biến đổi hình dạng cho phép khả năng chống đỡ sự biến dạng

Trong thiên nhiên còn gặp một số trường hợp tự điều chình thân hình của cây, bị uốn cong dưới tác dụng của gió, hay mạng nhện, các bộ phận xương người và súc vật về tự điều chỉnh độ bền, quan sát kỹ cơ cấu mô cơ hoạt động cho phép ta ứng dụng vào kết cấu kỹ thuật

Kích hoạt chuyển động bởi ánh nắng mặt trời

Ngôi nhà Heliotrop, Freiburg, Rolf Disch, KTS Ralph Disch người Đức

(1990) phản ứng với vị trí của mặt trời bằng cách xoay như một toàn thể Tòa nhà mặt bằng tròn, khối hình trụ, có hình dáng như một cái cây và nó có thể xoay với ánh nắng mặt trời, do đó thích ứng với các tính chất nhiệt khác nhau của lớp vỏ bên ngoài [Hình 2-26]

Kích hoạt chuyển động bởi gió

Trong một dự án Cambridge Colonnade, thực hiện bởi Arup Associates và tư vấn mô phỏng sinh học Julian Vincent vào năm 2003, tạo ra một con đường có mái che Các thiết kế đề xuất sử dụng gió để tạo ra một bầu không khí tự nhiên bằng cách cho phép chuyển động Phần mái nhà có thể di chuyển bằng các tấm quang điện tích hợp, kết nối với nhau bằng lò xo đàn hồi [Hình 2-27]

2.3.2.2 Chuyển động Mở và đóng

Chuyển động của các tòa như cửa ra vào và cửa sổ Việc mở cả một tòa nhà là một ngoại lệ a Mở, đóng kiểm soát năng lƣợng: trong các tòa nhà, kiểm soát đầu vào và đầu ra của vật chất như tài nguyên, nước, khí đốt, chất thải được thực hiện bằng cách mở phân phối nhưng khác biệt Thông gió được điều chỉnh bởi người sử dụng, và cũng có trong các tòa nhà có quy mô lớn và năng lượng thấp bằng các phương tiện công nghệ như là một phần của một hệ thống HVAC (điều hòa không khí thông gió sưởi ấm) [Hình 2-28]

Pavilion Venezuela của Expo 2000, KTS Fruto Vivas, 16 cánh hoa lớn, kết cấu thép bao phủ bởi một lớp màng, có thể mở và đóng toàn bộ gian hàng theo điều kiện khí hậu bên trong tòa nhà và tốc độ gió bên ngoài Cảm biến hoạt động và dẫn động thủy lực [Hình 2-29] b Mở và đóng cho năng lƣợng gió trên một quy mô xây dựng

Trung tâm Culturelle Tjibaou, Nouméa, New Caledonia, KTS Renzo Piano

(1998) [Hình 2-30a] Sử dụng gió như một nguồn năng lượng cho hệ thống thông gió thụ động Renzo Piano sử dụng mặt cong bắt gió với một mặt tiền lớp thứ hai để cho phép thông gió thụ động của không gian phía sau Các mặt cắt ngang cho thấy thứ tự chính mà dự án sau: 200m trục chính hơi tăng dần, không gian gian hàng lớn hơn cho không gian làm việc trái và thông thường và phòng triển lãm bên phải Xem biểu đồ thông gió [Hình 2-30b] c Mở và đóng do thay đổi độ ẩm: phản ứng ở mức vật liệu được minh họa bằng các thiết kế thí nghiệm của một loại vải thông minh, các lỗ trao đổi khí của lá cây thông gió theo độ ẩm Hai lớp vải chồng chéo, để các lỗ chân lông không nằm trên đầu trang của mỗi khác Khoảng cách giữa các lớp được cung cấp bởi một lớp của một polymer làm thay đổi khối lượng của nó với sự thay đổi độ ẩm Sự gia tăng của khối lượng dẫn đến một khoảng cách lớn giữa các lớp, cho phép không khí nhiều hơn thông qua hệ thống toàn bộ sợi vải

Thích ứng chủ động và thụ động

Hệ thống thụ động như bộ giảm chấn có thể chuyển đổi đầu vào năng lượng bên ngoài vào động năng của các yếu tố xây dựng cụ thể Chiến lược này đã được phát triển trong những năm 1950 và áp dụng cho các cấu trúc cao tầng để tránh gió Hệ thống dự ứng lực và kiểm soát ứng suất trước đã được thử nghiệm với gia cố kết cấu bê tông Thay đổi độ cứng và độ đàn hồi đặc biệt thú vị trong thiết kế chống động đất Chống động đất bằng những con lắc thép khổng lồ ở Nhật Bản, trong đó công nghệ lắp đặt con lắc trên đỉnh tòa nhà cao tầng Theo thiết kế, những con lắc này không những làm giảm chấn động tới 60% [Hình 2-30c]

2.3.2.3 Màu sắc Đối với môi trường, màu sắc có ý nghĩa về phương diện chức năng, nghiên cứu vào màu sắc phụ thuộc vào chế độ nhiệt và chiếu sáng, tạo điều kiện duy trì sự ổn định trong cơ thể, tính chất hữu hướng của màu sắc cũng rất lý thú trong việc thể hiện không gian kiến trúc Ví dụ loài tắc kè hoa đeo mạng không chỉ thay đổi màu sắc cơ thể để ngụy trang, mà khả năng này có thể giúp chúng trong khi chiến đấu với kẻ thù Nghiên cứu và vận dụng các quy luật tạo hình của giới sinh vật trong kiến trúc cho phép giải quyết các vấn đề trong không gian kiến trúc, tự điều chỉnh và cơ động nhưng vẫn duy trì vi khí hậu cần thiết

Sự hỗ trợ thiết kế, xây dựng từ các ngành công nghệ cao

Công nghệ cao hay Kỹ thuật cao là công nghệ có hàm lượng cao về nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, được tích hợp từ thành tựu khoa học và công nghệ hiện đại; nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng, tính năng vượt trội, trị giá gia tăng cao và thân thiện với môi trường; đóng một vai trò rất quan trọng đối với việc hình thành ngành sản xuất, dịch vụ mới hoặc hiện đại hóa, công nghiệp hóa các ngành sản xuất, dịch vụ hiện có

2.4.1 Công nghệ thông tin (BIM)

2.4.1.1 Khái quát về Mô hình công trình được gán thông tin

BIM là quy trình tạo lập và sử dụng mô hình thông tin trong các khâu thiết kế, xây dựng và vận hành của công trình Với vai trò là một cơ sở dữ liệu bao trùm toàn vòng đời của công trình, BIM bao hàm các mối liên hệ logic về mặt không gian, kích thước, số lượng, vật liệu, và các đặc tích của các bộ phận công trình Định nghĩa tính liên kết hai chiều: tính liên kết hai chiều là khả năng của Mô hình công trình được gán thông tin (BIM), được biểu hiện qua việc những thay đổi của các liên kết được thực hiện trong bất cứ góc nhìn nào sẽ dẫn tới việc thay đổi nội dung thể hiện ở tất cả các góc nhìn còn lại

Những mối quan hệ của tham số: chính những mối liên hệ vận hành theo tham số sẽ tạo nên mỗi liên kết căn bản và những lợi ích khác theo phương pháp luận Mô hình công trình được gán thông tin (BIM)

2.4.1.2 Đặc điểm của Mô hình công trình được gán thông tin a Làm việc theo lối suy nghĩ của kiến trúc, kỹ sư và nhà thiết kế trong thiết kế công trình:

Tận dụng những quy trình làm việc mang tính trực quan qua những phần mềm có khả năng phản ánh được thế giới thực

Mô hình công trình được gán thông tin (BIM) chứa đựng những thông tin cơ bản của bất kỳ một dự án cần phải có, vì vậy khi bạn thiết kế, phần mềm Revit sẽ tự động tạo lập chính xác các mặt sàn, các mặt đứng, các mặt cắt, các góc nhìn 3D cũng như các bảng tính toán, các bảng thống kê chi tiết khối lượng các vật tư

Hiểu biết sâu hơn thiết kế của mình qua quá trình hình dung và phân tích (quá trình làm việc) b.Nắm bắt trước những suy nghĩ về việc sẽ làm, điều này hỗ trợ tốt hơn cho việc thiết kế, tạo lập hồ sơ thiết kế và thi công công trình c.Cải thiện doanh nghiệp của bạn thông qua việc khả năng phối hợp tốt hơn, dự án có chất lượng cao hơn

Kiến trúc tham số cho phép KTS thay đổi nhều đặc điểm hình học trong khi những đặc điểm đã quyết định sẽ không thay đổi.Với một sự thay đổi, phần mềm sẽ sinh lại mô hình sao cho những mối quan hệ đã được xác định trước được duy trì

Lều tị nạn Abeer Seikaly, KTS Jordanian và Abeer Seikely (Giảm nhẹ thảm họa thiên nhiên sử dụng mô hình giàn khung) [Hình 2-32] Dự án áp dụng kĩ thuật tiến bộ và các phương pháp lắp ráp vật liệu mới Lớp vỏ bọc linh hoạt được gấp thông qua các trục ở trung tâm, với cấu trúc lỗ rỗng trong lớp vỏ cho phép những yếu tố cần thiết như nước và điện có thể đi qua, tương tự như bức tường điển hình

Cấu trúc vỏ bao che lấy ý tưởng từ cách đan lát tre nứa và hình thức bên ngoài mô phỏng từ loài hoa

Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng dầu mỏ Hoàng gia Abdullah –

KAPSARC, Ả Rập Saudi, KTS Zaha Hadid [Hình 2-33], nổi bật trên nền cát nóng sa mạc bởi kiến trúc đẹp, hơi kỳ quái mô phỏng sự nhân sinh của các tế bào sống

Là một tổ hợp mạng lưới các “tế bào kiến trúc” sáu mặt ba chiều Mỗi “tế bào kiến trúc” đảm nhiệm một công năng riêng biệt Những mái vòm khổng lồ với “kết cấu tinh thể” đa chiều giúp bảo vệ công trình và giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt trong thời tiết nắng nóng khắc nghiệt của sa mạc

Ốc đảo chìm, Abu Dhabi, KTS Thomas Heatherwick (2014-2017) [Hình 2-

34] Một loạt các cột này sẽ hỗ trợ các mái vòm nổi, công viên kết hợp các cấu trúc cột rất đặc biệt, giống như các mảnh vỡ của một bề mặt sa mạc, nhẹ nhàng nâng cao để tạo thành một cảnh quan ba chiều KTS Thomas Heatherwick “Bằng cách tạo ra một phần bóng mát cho cây, tán lá làm giảm lượng nước bị mất để bốc hơi, nâng cao hiệu quả năng lượng của công viên và tính bền vững.”

Nanyang Technological University, Singapore, KTS Thomas Heatherwick

(2014) [Hình 2-35] Giảm nhiệt: việc đưa cây xanh cũng làm giảm độ chói năng lượng mặt trời và tăng nhiệt bằng phương tiện tự nhiên, làm giảm sự cần thiết phải dựa trên các thiết bị nhân tạo ngoài việc cung cấp ân xá từ khí hậu nhiệt đới của Singapore

2.4.2.2 Sự cần thiết của ngành toán học trong việc thiết kế kiến trúc- thiết kế tham số và thiết kế thuật toán

-Vật liệu sẽ tiết kiệm hơn nếu cấu trúc được tính toán hợp lý

-Công nghệ đang đóng vai trò ngày một quan trọng đối với thiết kế kiến trúc do những ưu điểm trong việc hỗ trợ tư duy sáng tạo Đây là cơ hội để các kiến trúc sư thay đổi phương pháp, chiến lược thiết kế hợp lý hơn

- “ Hình thức thẩm mỹ mới” được khám phá, không chỉ lặp lại hình thức của kiến trúc cổ điển, truyền thống

- “Gợi ý” cho KTS tìm kiếm ý tưởng thông qua các hàm số hình học có chứa tham số

- Với một sự thay đổi, phần mềm sẽ sinh lại mô hình sao cho những mối quan hệ đã được xác định trước được duy trì, như kiểu một bảng tính tính lại tất cả giá trị của nó

Lấy mô hình của Gherkin Tòa nhà 30 đường Mary Axe làm ví dụ, sử dụng những mô hình bằng máy tính, cái sử dụng toán học của sự chuyển động, tái tạo đặc tính khí động lực của tòa nhà Mô hình cho thấy rằng hình trụ phản ứng lại tốt với dòng không khí hơn hình vuông và giảm những luồng gió Sự thật rằng tháp phình to ở giữa, đạt đuờng kính tối đa ở tầng 16, cũng giúp giảm đến mức tối thiểu gió ở cái đáy nhỏ hơn của nó [Hình 2-36a]

Hình dạng chính xác của bề mặt có thể được điều khiển bằng cách thay đổi thông số của phương trình [Hình 2-36b]

Nhận diện các hình thức biểu hiện của kiến trúc phỏng sinh-kiến trúc phỏng sinh công nghệ cao

2.5.1 Mô phỏng hình dáng của thiên nhiên

Chùa một cột, Việt Nam [Hình 2-50].mô phỏng từ nét đẹp hoa sen, công trình có sự hài hòa về bố cục giữa hình khối và cảnh quan xung quanh Điểm đặc biệt nằm ở kiến tạo kết cấu

Đền Hoa Sen (The Lotus Temple), New Delhi, Ấn Độ, KTS Fariborz Sahba, (1976-1986), [Hình 2-51] Đền Hoa Sen được tổ chức như một cấu trúc vòng chín mặt đó bao gồm hai mươi bảy "lá" (tấm bê tông tự đứng bằng đá cẩm thạch bọc)

Nhà ga hàng không Oriente, Lisbon, Bồ Đào Nha, KTS Santiago Calatrava (1993-1998) [Hình 2-52] Điểm nổi bật của công trình này chính là tạo hình của kết cấu sắt thép Diện tích mà “các cây sắt thép trên đồi” che phủ là 78x238m.Bộ khung thép bao bồm 8 cột trụ sắt cao đối nhau, với mái nhà trông như mặt dưới của chiếc lá

Cầu rồng, Thành Phố Đà nẵng, Việt Nam [Hình 2-53].(2013), mô phỏng trực tiếp hình dáng từ con rồng

Nhà hàng Chú cá nhảy múa (Fishdance) Kobe, Nhật Bản,KTS Frank Gehry [Hình 2-54] Thiết kế của ông có một sự uốn lượn và uyển chuyển rất tinh tế của một con cá đang bơi lượn dưới nước, tạo cảm giác rất mượt mà và không hề khô cứng từ các chất liệu, vật liệu làm ra chúng mang lại

Trung tâm không gian quốc gia, Leceister, Anh, KTS Nicholas Grimshaw [Hình 2-55] là một trong những công trình kiến trúc phỏng sinh học đầu tiên được xây dựng trên thế giới Nó được thiết kế chủ yếu với loại thép nhẹ, bao gồm một tòa tháp tên lửa nhằm phục vụ cho mục đích chinh phục không gian Cách thiết kế giúp cho tòa nhà sử dụng ít nhất nguyên vật liệu cho một tòa nhà bề thế và vững chắc

Nhà ga Anaheim Regional Transportation Intermodal Center (ARTIC), Anaheim, KTS Ernest Cirangle (2014) mô phỏng kết cấu từ xương cá, mái che vòm cong, đạt hiệu quả cao lấy sáng [Hình 2-56]

Dự án BioArch, nhóm KTS Elnaz Amiri, Hesam Andalib, Roza Atarod và M-amin Mohamadi đến từ Viện Nghệ thuật Isfahan,Iran Nhóm thiết kế sử dụng các chiến lược Phỏng Sinh học trên vỏ ốc sa mạc để tòa nhà BioArch có thể tự tránh khỏi ánh sáng mặt trời dữ dội tại một vùng khí hậu khắc nghiệt như sa mạc [Hình 2-57]

Đài thiên văn Valencia, KTS Santiago Calatrava (1991 – 2000) [Hình 2-58] Với ý tưởng một con mắt ngước lên bầu trời đã tạo nên một Đài thiên văn Valencia ở Tây Ban Nha đầy ấn tượng Cấu trúc mái vòm vỏ sò ôm lấy và che phủ một cấu trúc nhỏ hơn bên trong, trông như con ngươi bên trong tròng mắt

Dublin Man, Ireland, KTS Tristan Simmonds (2007) [Hình 2-59], một tác phẩm điêu khắc mang tính biểu tượng cho Docklands Dublin ở Ireland, tác phẩm điêu khắc là một cấu trúc mạng tinh thể cao 50m trong các hình thức của một con người Ý tưởng từ bong bong, cấu trúc Weaire Phelan

2.5.2 Ngôn ngữ biểu hiện nâng với chất xúc tác “High tech”

2.5.2.1 Phép ẩn dụ hình dáng sinh vật – trạng thái tĩnh, trạng thái động

Nhà ga đường sắt Lyon-Saint Exupéry, Pháp (1989-1994), KTS Santiago Calatrava [Hình 2-60] Mang dáng dấp của một cánh chim khổng lồ dài 120m, rộng 100m, cao 40m, nặng 1300 tấn Hai cánh chim được tựa lên hai khung cong chắc khỏe tạo thành những phần biên, mà dưới nó là các thành phần kiến trúc thu hút ánh sáng từ bên ngoài vào nội thất Ý tưởng dựa vào những nghiên cứu phỏng sinh họccủa Calatrava đã tạo được một thành công mang tính chất cách mạng

Khu Hemisfèric, Thành phố nghệ thuật và khoa học Valencia, Tây Ban Nha, KTS Santiago Calatrava (1996-2007) mái vòm với cấu trúc thép vỏ sò cong hình êlip bao bọc lấy khối tròn nhỏ bên trong trông như một con mắt với con người Mái hiên phía trước được thiết kể như hai hốc mắt, có thể đóng mở lên xuống Không những thế, tấm chắn nắng dọc hai bên tòa nhà cũng có thể điều khiển đóng mở tùy theo thời gian trong ngày và thời tiết bên ngoài [Hình 2-61]

 2.5.2.2 Kiến trúc phỏng sinh công nghệ cao

Gian hang triễn lãm Expo One Ocean, Hàn Quốc, KTS Soma (2012) [Hình 2-62] Ý tưởng đối với công trình là thiết kế bền vững và phỏng sinh học mặt tiền

Bố cục khối gồm 2 phần, mặt tiền 108 lamellas động được cấu tạo từ sợi thủy tinh gia cố polymer mang đến một kéo cao, độ cứng uốn thấp và cho phép biến dạng đàn hồi lớn, các lamellas đơn di chuyển bằng thiết bị truyền động trên các cạnh trên và dưới [Hình 2-62a], mặt còn lại tiếp giáp với nước biển, mặt này được nghiên cứu để chống lũ [Hình 2-62b]

Tòa thị chính London, KTS Norman Foster (2000-2002) [Hình 2-63] Nó có kiểu dáng hình hành không bình thường phong cách Hi-Tech, nhằm giảm diện tích bề mặt và tăng cường hiệu quả năng lượng Một trong những cách để làm điều này là “hạn chế tối đa diện tích bề mặt của tòa nhà”, khi đó sự tăng hay giảm nhiệt không mong muốn sẽ được ngăn chặn, trong các khối đặc cùng thể tích, khối cầu có diện tích bề mặt nhỏ nhất Đó là lí do vì sao Tòa thị chính London có” hình dạng gần gjống hình cầu”

Watercube, National Swimming Center, Trung Quốc, nhóm KTS PTW và nhóm kỹ sư Ove Arup(2003-2008) [Hình 2-64] Có hai phần để khung cơ cấu, các cấu trúc bên ngoài tạo thành mái nhà thực tế, trần và tường bao gồm một web bằng phẳng của phần đóng hộp chữ nhật Những phần này sau đó được phủ với vật liệu trong suốt "teflon" vật liệu bơm hơi được gọi là ethylene tetrafluoroethylene (ETFE)

Bến tàu Kim Môn, Trung Quốc, KTS.Tom Wiscombe, (dự án đoạt giải

2014) [Hình 2-65] Cấu trúc bao gồm cong bề mặt kim loại và thủy tinh, và các tính năng một dạo xanh uốn khúc giữa các bộ phận mái nhà cao chót vót, với một hình học liên quan đến một loại bướm Lớp vỏ được đặc trưng bởi ba họa tiết giao thoa và bổ sung cho nhau – các đường tự do, các hình chiếu tựa như mê cung, và các tấm sọc

Kết luận chương 2

Trong chương này, tác giả đề cập đến Kiến Trúc Phỏng Sinh với sự hỗ trợ công nghệ cao, với các thông số thiết kế ban đầu và được sử dụng như một chuẩn mực đánh giá trong suốt quá trình thiết kế Kiến Trúc Phỏng Sinh tạo hiệu quả cho người thưởng ngoạn cảm giác gần gũi với thiên, tiết kiệm năng lượng, xây dựng hệ sinh thái vền vững, và trong lương lai với đà phát phát triển của công nghệ sinh học, công nghệ nano có thể tạo ra vật liệu siêu nhỏ

Trong giới hạn của chương II tập trung làm rõ những quá trình phát triển của việc sáng tác thiết kế có vận dụng cc yếu tố tự nhiên từ việc trang trí nội thất, mô phỏng hình thức công trình có yếu cấp cao hơn đó là hành vi hoạt động, cho đến việc vận dụng qui trình tuần hoàn năng khép kín trong sinh vật vào việc giải quyết các vấn đề năng lượng hiện nay.

KIẾN TRÚC PHỎNG SINH VẬN DỤNG CÔNG NGHỆ CAO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM 3.1 Nhận định về Kiến Trúc Phỏng Sinh vận dụng công nghệ cao

Bài học rút ra

Thiên nhiên và tiến hóa

Sự sống xuất hiện trên trái đất đã gần 4 tỷ năm Thiên nhiên tiến hóa nhằm đáp ứng theo nhu cầu và tìm một lời giải để thích ứng với môi trường sinh sống Sau hàng tỷ năm làm thực nghiệm và thử nghiệm, thiên nhiên đã có vô số đáp án cho vô số vấn đề nhằm bảo đảm và duy trì sự sống Đã có những loài bị tuyệt chủng, nhưng chúng không hẳn là sự sai lầm của một đáp án mà là do luật đào thải của sự chọn lọc tự nhiên hay do chính sự tàn phá của con người ngoài sự kiểm soát của thiên nhiên Quan sát sinh vật sẽ cho ta thấy những "hành vi" của chúng các trong các hoạt động sinh học, đưa đến việc lý giải nguyên lý và cơ chế của các đáp án sinh học trong việc tổng hợp, cách thiết kế có tôn ti và sự hợp nhất thành một hệ thống Mô phỏng những yếu tố này là một yêu cầu tối quan trọng trong nỗ lực chế tạo những vật liệu nhân tạo và thiết bị tiên tiến có những đặc tính tương đương với vật liệu thiên nhiên và bộ phận sinh học Học hỏi từ thiên nhiên và hiểu được nguyên lý và cơ chế của thiên nhiên không những sẽ cho con người một phương thức và một cách nhìn khác trong khoa học hiện đại, mà còn mở rộng sự hiểu biết về những cái kỳ bí của hệ thống và chức năng sinh học Những bước tiến trong lĩnh vực này chỉ có thể thực hiện khi có sự cộng lực giữa các ngành khoa học như sinh học, y học, hóa học, vật lý, toán học, vật liệu học, công trình họcvà công nghệ nano

Sự tiến hóa không dừng ở sinh vật bền cứng mà còn tác động sâu sắc đến sinh vật mềm mại Da của cá heo, cá mập hay vảy của các loài cá nhỏ cũng đã trải qua một quá trình tiến hóa vài trăm triệu năm theo những quy luật của thủy động lực học

Những con cá nhỏ tiết ra chất nhờn làm trơn da khi bơi, da cá heo biết chiều theo áp suất của dòng nước và da cá mập được phủ lên lớp vảy nhỏ micromét Tất cả để làm giảm lực cản của nước Cấu trúc vảy của từng loại cá được thiết kế khác nhau để thích ứng với môi trường sống và tốc độ bơi của cá Vảy con cá lòng tong không cần thiết phải giống vảy cá mập Cá mập khi di động không cần tiết ra nhiều chất nhờn như những con cá nhỏ Con người vô hình trung lặp lại hay mô phỏng những điều đã biết trong thế giới loài cá để giảm lực cản cho máy bay, tàu thuyền và các ống dẫn dầu nhưng vẫn chưa đạt được hiệu ứng tối ưu

Mẹ Thiên nhiên hay là sự tiến hóa là "vạn thế sư biểu" của muôn loài, vừa tạo ra các quy luật khoa học vừa ứng dụng chúng trong những tình huống khắt khe nhất để duy trì sự sống luôn được cải biến và cái vô thường trong vũ trụ

Thiên nhiên và Kiến Trúc:

Thiên nhiên gợi ý cho các KTS và các nhà khoa học về cách thức tồn tại bền vững với môi trường, được tích hợp qua:

-Sinh thái của công trình : tổ chức sinh thái với chiến lược hòa nhập vào tự nhiên

Cảnh quan bền vững/phong cảnh tự nhiên

Thông gió tự nhiên, thông thoáng trong công trình

Hiệu suất năng lượng, năng lượng có thể tái tạo

Giảm thiểu chất thải xây dựng

Hình thức mô phỏng từ giới tự nhiên

Hình thức có thể chuyển động mở- đóng, biến đổi dưới tác động của gió, ánh nắng mặt trời hay thay đổi khí hậu

Hình thức có xu hướng giảm dần chu vi theo cơ cấu phân bố tải trọng và lực giảm dần

-Kiến tạo kết cấu: mô phỏng hình thức chịu lực của sinh giới như lực kéo của các mô cơ học, lực phân bố dị hướng, phân bố tải trọng ngẫu nhiên theo nhiều hướng -Sức bền và khả năng chịu lực của vật liệu bao che

-Vật liệu bao che bền vững với hệ sinh thái, vật liệu có khả năng chịu lực, thay đổi màu sắc

-Sử dụng năng lượng hợp lý, hạn chế chất đốt

Tùy theo mỗi một khu vực mà kiến tạo hình thức, vật liệu có sự khác biệt, hình thức tạo ra phải phù hợp với môi trường xung quanh.

Các mối quan hệ với Kiến Trúc Phỏng Sinh

Mối quan hệ giữa Kiến trúc Phỏng Sinh với hệ sinh thái

Sinh vật sống trên trái đất không giống nhau về cấu trúc cũng như hình thức, chẳng hạn như sinh vật vùng sa mạc thiếu nước khác với sinh vật ở xứ lạnh Mỗi một sinh vật có một cơ chế phù hợp với môi trường tại nơi đó, do đó khi xem xét các vấn đề liên quan đến Kiến Trúc Phỏng Sinh chúng ta cần cân nhắc lựa chọn các yếu tố phù hợp với bản địa nhằm mang lại hiệu quả cao nhất trong việc giải quyết biến đổi khí hậu và sử dụng năng lượng

Kiến trúc không chỉ đơn thuần là không gian chứa đựng hoạt động của con người mà còn là không gian của đô thị, có sự giao hòa với thiên nhiên, văn hóa, phong tục, tín ngưỡng Kiến trúc phỏng sinh trước tiên là tạo ấn tượng thị giác, bên cạnh đó còn kết hợp với nhiều hoạt động để tạo nên một tác phẩm “sống”, mang lại một môi trường kiến trúc “trái đất tự nhiên” Mục đích cuối cùng là tạo ra một hệ sinh thái bền vững

Kiến trúc Phỏng Sinh và khoa học kỹ thuật

Trình độ kỹ thuật xây dựng: là một trong những yếu tố góp phần xây dựng hình dáng kiến trúc Kiến trúc phụ thuộc nhiều vào công nghệ xây dựng và công nghệ sản xuất vật liệu Kỹ thuật xây dựng truyền thống đơn giản không đáp ứng được với các công trình đòi hỏi kỹ thuật cao

Trong những năm gần đây, xây dựng có sự thay đổi rất lớn nhờ có sự hỗ trợ của các ngành công nghệ phát triển Nhiều giải pháp công nghệ tiên tiến được đưa vào để giảm thiểu sự tiêu hao năng lượng, tạo ra một hình thức kiến trúc sinh thái và đáp ứng khối lượng xây dựng đồ sộ KTPS áp dụng những công nghệ xây dựng tiên tiến của thế giới tạo ra các hệ cấu trúc phức tạp phù hợp với công năng

Sáng tạo nghệ thuật luôn đi kèm với sáng tạo kỹ thuật Hiện nay, KTS Việt Nam đã dần theo kịp nắm bắt các công nghệ cao để thích ứng vào công trình Với sự phát triển của kinh tế và vốn đầu tư từ nước ngoài, Kiến Trúc Việt Nam đang có cơ hội chuyển mình và tiếp cận nhiều hơn với các kỹ thuật tiên tiến

Mối quan hệ giữa Kiến trúc Phỏng Sinh với tinh thần thời đại

Khi các điều kiện kinh tế, xã hội và khoa học công nghệ phát triển vượt bậc thì các yêu cầu về công năng hoàn toàn có thể thỏa mãn, do đó, yếu tố thẩm mỹ bắt đầu được quan tâm nhiều hơn Con người bắt đầu nhận ra sự nhàm chán, sự đơn điệu về thẩm mỹ của các khối hình học cơ bản trong nghệ thuật kiến trúc Họ cảm thấy thích thú, có cảm xúc nhiều hơn với những không gian được tạo từ những bề mặt, cấu trúc phức tạp của hình học, KTPS có hình thức đa dạng, dễ biến dạng, uốn lượn…các không gian trở nên “tự do” theo hình thức của tự nhiên

KTPS đã truyền tải những hình ảnh từ sinh giới qua nhận thức của KTS nhằm đáp ứng được với thị hiếu thẩm mỹ thời đại công nghệ thông tin Những đóng góp của KTPS cho thẩm mỹ thời đại có khả năng thay đổi bộ mặt các đô thị lớn của các quốc gia phát triển trên thế giới

Kiến trúc Phỏng Sinh và điêu khắc Điêu khắc xuất hiện ở mặt tiền các tòa nhà, trong các công viên, đài phun nước, nội thất v.v… nó đóng vai trò trong kiến trúc như một người “đệm đàn” làm tăng thêm tính thẩm mỹ, tạo hình cho hình khối kiến trúc Điều này được thể hiện rõ trong kiến trúc cổ Ai Cập, cổ Hy Lạp, cổ La Mã, kiến trúc Phục hưng…ở các đền đài và chùa miếu ở Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam và các nước châu Á khác Các công trình kiến trúc ở đây được nghệ thuật điêu khắc tô điểm làm tăng thêm các giá trị tinh thần Điêu khắc hướng tới những giá trị tinh thần, còn kiến trúc gắn với những giá trị thực dụng, hay nói một cách khác kiến trúc là tổ chức môi trường sống cho con người một cách thẩm mỹ, nó quan tâm đến công năng sử dụng, đến không gian bên trong và cả không gian bên ngòai KTPS có hình thức sống động, tính biểu hiện cao nên có giá trị về việc khắc họa hình ảnh Phỏng sinh hình ảnh nhận dạng của một công ty, cũng có thể là loài sinh vật tượng trưng cho đất nước đó, chẳng hạn như hoa sen là loài thực vật được phỏng sinh nhằm thể hiện tôn giáo, và đó cũng là một loài hoa đặc biệt ở Việt Nam, đã có không ít công trình phỏng sinh loài hoa này như Ấn Độ, Trung Quốc…

Kiến trúc Phỏng sinh học với sự hỗ trợ của thiết kế thuật toán

Thiết kế theo thuật toán thường sử dụng thông tin phản hồi từ giai đoạn trước để làm thành thông tin đầu vào cho giai đoạn sau 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”

Sử dụng tính toán các đường cong: Các mái vòm, hình cung đã được sử dụng trong những kiến trúc tôn giáo do sự huyền bí và sức mạnh toát lên đằng sau vẻ uy nghi của chúng Ngoài ra, chúng cũng có thể mảnh mai, thuôn gọn hoặc gợi cảm để gợi lên vẻ đẹp của các dạng sống Các đường cong mạnh được sử dụng và có thể tiến đến việc mô phỏng những hình dáng, cấu trúc tối ưu với các khung hình parabol, hypepol

Kiến trúc Phỏng Sinh vận dụng công nghệ cao trong mối tương quan với chính nó

Trước những thách thức với nhân loại chúng ta, phỏng sinh học là một cơ hội cho việc chuyển đổi nền khoa học – công nghệ và kinh tế hướng đến sự phát triển bền vững Thế kỷ XXI, thế kỷ của cách ngành công nghệ cao đang phát triển, trong đó toán học, sinh học và công nghệ thông tin đóng góp một phần đáng kể trong việc nghiên cứu và cải tạo thế giới Việc áp dụng các thành tựu trong toán học vào ngành kiến trúc hiện nay đã không còn xa lạ đối với nhiều nước trên thế giới, và chúng ta cần phải học hỏi về mặt này để đảm bảo những sản phẩm kiến trúc trong tương lai theo kịp thời đại và góp phần gìn giữ môi trường tự nhiên cho thế giới

Sự bùng nổ về khủng hoảng năng lượng, sự cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên và quá trình biến đổi khí hậu bất thường Kiến Trúc Phỏng Sinh lôi cuốn từ hình thức bên ngoài đến giải pháp công năng bên trong đã nhanh chóng nổi bật cùng tiềm năng phát triển gần như vô tận bởi tính đa dạng trong sinh học và hơn hết là khả năng tạo ra một môi trường hài hòa với đặc tính sinh thái

KTPS vận dụng công nghệ cao gần nhưng tích hợp các yếu tố cần thiết để tạo nên một công trình bền vững Về mặt hình thức nó góp phần vào việc tạo nên sự phong phú của các loại hình kiến trúc, có thể xem như một hướng đi mới nhằm tìm kiếm giải pháp cho sự biến đổi khí hậu toàn cầu, tính thích ứng với mỗi khu vực mỗi khác nhau, cũng giống như sự đa dạng sinh học

3.2 Các đặc trƣng và nguyên tắc thiết kế Kiến Trúc Phỏng Sinh vận dụng công nghệ cao

3.2.1 Đặc trƣng của Kiến Trúc Phỏng Sinh vận dụng công nghệ cao

Kiến Trúc Phỏng Sinh tạo ra sản phẩm tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực Đó là những gì công nghệ mô phỏng có thể mang lại

Các thành phần một hệ thống mô phỏng vận dụng công nghệ cao: để xây dựng một hệ thống mô phỏng cần mô hình hóa cái mà người ta muốn mô phỏng Sau đó xây dựng mối quan hệ giữa các đối tượng và thực thể tham gia hệ thống mô phỏng Tiếp đó cần có các thuật toán và chương trình bảo đảm toán học cho hoạt động của từng thực thể, đối tượng và toàn bộ hệ thống Tùy theo bài toán cụ thể mà việc bảo đảm vật lý, vật chất cho quá trình mô phỏng có thể khác nhau Để tiến hành mô phỏng một sự vật, hiện tượng, người ta sử dụng ba loại mô hình:” mô hình toán học, mô hình vật lý và các quy trình”

Mô hình toán học bao gồm các thuật toán và phương trình toán học [Hình 3-1]

Nguyên tắc thiết kế

Nguyên tắc của phỏng sinh là sao chép một cách có ý thức các hiện tượng, cơ chế của sinh vật tự nhiên và hệ sinh thái Trong phỏng sinh học, thiên nhiên được xem là nguồn cơ sở dữ liệu, tập hợp giải pháp cho các vấn đề Áp lực tiến hóa thúc đẩy các sinh vật phải liên tục tối ưu các giải pháp sinh học để có thể thích nghi với môi trường sống biến đổi, nên phỏng sinh học là một ngành khoa học cực kỳ hấp dẫn và rộng lớn Phỏng sinh theo tự nhiên đó là:

- Bắt chước phương pháp sản xuất trong tự nhiên

- Sao chép cấu trúc tìm thấy trong tự nhiên

- Nghiên cứu các nguyên tắc tổ chức từ các hành vi xã hội của sinh vật như: hành vi sống theo bầy của loài chim, kỷ cương tổ chức của đàn ong Giới sinh vật đại diện cho các mô hình bao quát được tìm thấy trong cuộc sống trên Trái đất Tích hợp và tối ưu hóa các mô hình đó để tạo điều kiện thuận lợi cho cuộc sống ngày nay Bằng cách học tập từ những bài học sâu sắc của giới sinh vật, chúng ta có thể mô hình hóa chiến lược sáng tạo, đảm bảo các tiêu chuẩn bền vững

Giống như các xu hướng kiến trúc khác, KTPS cần phải có những nguyên tắc, quy định cụ thể khi áp dụng các lý luận vào thực hành kiến trúc Điều này là cần thiết, bởi những nguyên tắc sẽ là những hướng dẫn cho quá trình thiết kế phù hợp với mục đích, yêu cầu của xu hướng về mặt tạo hình, công năng hay thẩm mỹ…Những nguyên tắc đó bao gồm:

Nguyên tắc mô phỏng thiên nhiên: những mô hình và kiểu dáng có được trong tự nhiên như vòng xoắn, sự lặp lại, sự phân nhánh là các sản phẩm của quy luật nội tại về sinh trưởng và phát triển dưới sự tác động của các tác nhân bên ngoài như mặt trời, gió và nước Việc ứng dụng các mô hình tự nhiên được bắt đầu từ việc quan sát các cấu trúc sống như: cây, xương, vỏ, cánh, bụng, mắt, cánh hoa, vảy, đá và các sinh vật sống qua kính hiển vi

Nguyên tắc cân bằng hệ thống sinh thái:

Có sự đa dạng trong thiết kế các hệ thống tiết kiệm năng lượng, tài nguyên, vật liệu Một hệ thống tiết kiệm đa dạng thường được miêu tả trong lý thuyết PSH như là một hệ thống ổn định và chắc chắn, có khả năng thích nghi với sự thay đổi liên tục của môi trường

Tập trung vào giữ nước và thấm nước tại chỗ, bổ sung việc sử dụng nước ngầm Bảo quản chu kỳ nước tự nhiên hiện có trong khu vực, thiết kế và cải tạo công trình trên cơ sở học hỏi các hệ thống thủy lực “tiền phát triển” của giới tự nhiên

Giảm thiểu việc sử dụng nước ngọt không cần thiết và không hiệu quả tại khu vực đồng thời tăng việc tái sử dụng nước

Tăng cường các mối quan hệ hài hòa và gắn kết đa dạng giữa con người, kiến trúc và môi trường tự nhiên chung quanh

Cải thiện vi khí hậu, tạo dựng các bố cục không gian cây xanh dựa trên những loài thực vật cơ bản

Thu hút sự tham gia của cộng đồng địa phương vào việc xây dựng, bảo dưỡng, vận hành các mô hình sinh thái Tích cực công tác tuyên truyền trong quần chúng nhân dân nâng cao ý thức bảo vệ và gìn giữ môi trường thiên nhiên vì lợi ích chung của toàn xã hội

Nguyên tắc bảo tồn năng lƣợng và các nguồn tài nguyên: Các tế bào thực vật đã được nghiên cứu về khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời như một hệ thống sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng bất diệt của trái đất

Quang hợp là quá trình trong đó thực vật chuyển hóa khí cacbonic (CO2) và nước (H2O) với sự trợ giúp của ánh sáng mặt trời thành glucozo (năng lượng) và khí oxi (O2)

Các nguồn năng lượng có khả năng tái tạo bằng cách liên kết các dòng năng lượng với xu hướng tự nhiện và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

Giảm thiểu tối đa tác động có hại đối với môi trường (khí, nước, đất, tài nguyên thiên nhiên) bằng cách chọn địa điểm xây dựng tối ưu, thiết kế xây dựng tối ưu, lựa chọn các nguyên vật liệu phù hợp và tích cực sử dụng các biện pháp bảo toàn năng lượng

Thiên nhiên luôn cố gắng sử dụng năng lượng và nguyên vật liệu theo cách tối ưu hóa hệ thống hơn là các thành phần riêng lẻ bằng cách tăng cường hiệu suất, giảm thiểu việc sử dụng năng lượng với khối lượng lớn

Thiên nhiên tái chế mọi thứ lớp phủ tự nhiên phản ứng với các điều kiện luôn thay đổi và tác động của áp suất không khí lên bề mặt để thực hiện quy trình thoát hơi nước ở thực vật Hệ thống này được tạo ra bằng cách bố trí các thành phần cơ bản phù hợp, đồng thời sử dụng không gian và nguyên vật liệu một cách có hiệu quả.

Khả năng ứng dụng và phát triển Kiến Trúc Phỏng Sinh ở Việt Nam

3.3.1 Những thuận lợi và khó khăn a.Thuận lợi :

Tính đa dạng sinh học ở Việt Nam: Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa Do vị trí địa lý, Việt Nam rất đa dạng về địa hình, kiểu đất, cảnh quan, có đặc trưng khí hậu khác nhau giữa các miền Đặc điểm đó là cơ sở rất thuận lợi để giới sinh vật phát triển đa dạng về thành phần loài, phong phú về số lượng Tuy nhiên, trong quá trình phát triển kinh tế -xã hội, mức độ đa dạng sinh học ở Việt Nam có nhiều thay đổi theo thời gian

Hệ sinh thái trên cạn: Trong các kiểu hệ sinh thái trên cạn thì rừng có sự đa dạng về thành phần loài cao nhất, đồng thời đây cũng là nơi cư trú của nhiều loài động, thực vật hoang dã và vi sinh vật có giá trị kinh tế và khoa học Các kiểu hệ sinh thái tự nhiên khác có thành phần loài nghèo hơn Kiểu hệ sinh thái nông nghiệp và khu đô thị là những kiểu hệ sinh thái nhân tạo, thành phần loài sinh vật nghèo nàn

Hệ sinh thái đất ngập nước

- Rừng ngập mặn ven biển: Rừng ngập mặn có các chức năng và giá trị như cung cấp các sản phẩm gỗ, củi, thủy sản và nhiều sản phẩm khác; là bãi đẻ, bãi ăn và ương các loài cá, tôm, cua và các loài thủy sản có giá trị kinh tế khác; xâm chiếm và cố định các bãi bùn ngập triều mới bồi, bảo vệ bờ biển chống lại tác động của sóng biển và bão tố ven biển; là nơi cư trú cho rất nhiều loài động vật hoang dã bản địa và di cư (chim, thú, lưỡng cư, bò sát)

- Rạn san hô, cỏ biển: đây là các kiểu hệ sinh thái đặc trưng cho vùng biển ven bờ, đặc biệt rạn san hô đặc trưng cho vùng biển nhiệt đới Quần xã rạn san hô rất phong phú bao gồm các nhóm động vật đáy (thân mềm, giáp xác), cá rạn Thảm cỏ biển thường là nơi cư trú của nhiều loại rùa biển và đặc biệt loài thú biển Dugong

- Vùng biển quanh các đảo ven bờ: ven bờ biển Việt Nam có hệ thống các đảo rất phong phú Vùng nước ven bờ của hầu hết các đảo lớn được đánh giá có mức độ ĐDSH rất cao với các hệ sinh thái đặc thù như rạn san hô, cỏ biển

Hệ sinh thái biển: Việt Nam có đường bờ biển dài 3.260 km và vùng đặc quyền kinh tế rộng trên 1 triệu km2 với nguồn tài nguyên sinh vật biển khá phong phú Trong vùng biển nước ta đã phát hiện được chừng 11.000 loài sinh vật cư trú trong hơn 20 kiểu hệ sinh thái điển hình, thuộc 6 vùng ĐDSH biển khác nhau

Đa dạng loài : Tập hợp các dẫn liệu nghiên cứu, điều tra cơ bản đã có từ trước đến nay, thành phần loài thực vật, động vật ở Việt Nam được thống kê thì nhóm sinh vật vi tảo ở vùng nước ngọt được xác định là 1.438 loài chiếm 9,6% so với thế giới (số loài có trên thế giới là 15.000); thực vật bậc cao có khoảng 11.400 loài chiếm 5% so với thế giới (số loài có trên thế giới là 220.000); bò sát có 296 loài chiếm 4,7% so với thế giới (số loài có trên thế giới là 6.300)

Theo các tài liệu thống kê, Việt Nam là một trong 25 nước có mức độ ĐDSH cao trên thế giới với dự tính có thể có tới 20.000-30.000 loài thực vật Việt Nam được xếp thứ 16 về mức độ ĐDSH (chiếm 6,5% số loài có trên thế giới)

Đa dạng loài trong hệ sinh thái trên cạn: Khu hệ thực vật: Tổng kết các công bố về hệ thực vật Việt Nam, đă ghi nhận có 15.986 loài thực vật ở Việt Nam Trong đó, có 4.528 loài thực vật bậc thấp và 11.458 loài thực vật bậc cao Trong số đó có

10 % số loài thực vật là đặc hữu

- Khu hệ động vật: cho đến nay đã thống kê được 307 loài giun tròn, 161 loài giun sán ký sinh ở gia súc, 200 loài giun đất, 145 loài ve giáp, 113 loài bọ nhảy, 7.750 loài côn trùng, 260 loài bò sát, 120 loài ếch nhái, 840 loài chim, 310 loài và phân loài thú b Khó khăn

Việt Nam là một nước có nguồn đa dạng sinh học nhưng thiếu sự hỗ trợ cho các nghiên cứu khoa học, đặc biệt là ngành công nghệ sinh học, điều này kéo theo sự thiếu thốn các nghiên mang tính thực tế, chưa có thể vận dụng vào việc sáng tác thiết kế

Trước những khó khăn của các doanh nghiệp trong nước, ngành Xây dựng đã đổi mới cơ chế chính sách tạo môi trường thuận lợi để tăng khả năng tiếp cận vốn, khuyến khích đầu tư, nhất là đối với những doanh nghiệp có triển vọng phát triển, có sản phẩm đáp ứng yêu cầu của thị trường nhưng đang gặp khó khăn về tài chính; tạo môi trường thuận lợi cho các doanh nghiệp xúc tiến thương mại, xây dựng thương hiệu, tìm kiếm đầu ra cho sản phẩm Khó khăn của các doanh nghiệp hiện nay ít nhiều ảnh hưởng đến việc xây dựng và phát triển mô hình nhận dạng của công ty

Kiến trúc không chỉ đơn thuần là không gian chứa đựng hoạt động của con người mà còn là không gian của đô thị, có sự giao hòa với thiên nhiên, văn hóa, phong tục, tín ngưỡng Do đó kiến trúc cũng không ngừng vận động cùng với các hoạt động bên trong, kiến trúc tạo nên thực thể “sống” từ những thành phần vô tri và rời rạc, và đó là một quá trình sáng tạo

KTPS có mặt ở Việt Nam từ rất lâu và mức độ phức tạp cũng tăng dần mặc dù chưa phát triển như các nước khác, tuy vậy, Kiến Trúc Việt Nam đang có xu hướng theo kịp công nghệ, ứng dụng nó vào công trình trong tiếp trình hội nhập kinh tế

Chùa một cột, Hà Nội, Chùa một cột là một trong những tác phẩm nghệ thuật độc đáo nhất của nền kiến trúc Việt Nam Chùa là hình ảnh của một đóa sen nở trên hồ sen, là hiện thực hóa giấc mơ đặc biệt của Đức vua Lý Thái-Tông (1028-1054) Phía tầng trên của cột là kết cấu những đòn gỗ làm giá đỡ cho ngôi đền ở trên Đài Liên Hoa có mái ngói, uốn cong, có Lưỡng long chầu nguyệt Chùa Một Cột dựng trên cột vươn lên khỏi mặt nước là kiến trúc độc đáo và lạ lẫm [Hình 3-1]

Kết luận chương 3

Có thể nói, việc phát triển và nâng cao vai trò của phỏng sinh trong kiến trúc là rất quan trọng đối với việc nâng cao hiệu quả hoạt động của công trình Một số nhà nghiên cứu đã có cái nhìn thấu đáo về vai trò của hình thái thiết kế này và phát triển nhiều giải pháp thiết kế đặc biệt để nắm bắt những nét đặc trưng nổi trội của thế giới tự nhiên và đưa chúng vào thế giới công nghệ của loài người Nhằm có cái nhìn sâu sắc hơn về thế giới sinh học, chúng ta cần trừu tượng hóa kiến thức đó tới từng chi tiết nhỏ thông qua công nghệ

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Hình thức kiến trúc và công năng của công trình góp một phần quan trọng vào mối quan hệ cộng sinh giữa kiến trúc, con người và môi trường sinh thái Hình thức của Kiến Trúc Phỏng Sinh tạo nên sự hài hòa, gần gũi, ít sự khác biệt với thiên nhiên, dây chuyền công năng và hệ thống tuần hoàn năng lượng chính là một dây chuyền sinh thái trong công trình, do đó mỗi một qui trình hoạt động tạo nên một lượng chất thải được xem nguồn nguyên liệu của giai đoạn sau

1 Các giá trị tiền năng của Kiến Trúc Phỏng Sinh trong thời đại công nghệ cao

-Bảo vệ môi trường: KTPS tham gia vào tự nhiên được xem xét trong mối quan hệ cộng sinh với môi trường Mối quan hệ này từ việc gây hậu quả tiêu cực thì trong thời đại công nghệ cao có thể giải quyết các vấn đề tồn đọng và nâng cao giá trị khi có tác động tích cực lại môi trường sống

- Sáng tác bay bổng: hệ kết cấu động, hệ kết cấu cũng là thành phần trang trí trong công trình

- Vật liệu bền vững với môi

- Một tác phẩm của Kiến Trúc Phỏng Sinh Công Nghệ Cao có thể xem là một tác phẩm có hệ tuần hoàn khép kín

2 Bài học về sự sáng tạo từ các KTS

-Hình thức của Kiến Trúc Phỏng Sinh là sự hòa quyện giữa kết cấu và kiến trúc, và sinh thái xung quanh, đặc biệt, yếu tố sinh thái bền vững đang được quan tâm nhất -Các giá trị kiến trúc được đánh giá thông qua việc giải quyết 3 yêu cầu: thích dụng, bền vững, đẹp KTPS trong thời đại công nghệ cao ra đời là sản phẩm nhân tạo học hỏi từ thiên nhiên

-Trong thiết kế kiến trúc, môi trường sinh thái ở mỗi một khu vực có sự ảnh hưởng lớn đối với việc sáng tạo hình thức riêng biệt, do đó việc lựa chọn giải pháp hình thức có liên quan đến ĐKTN nơi đó

-Kiến Trúc cũng chính là yếu tố phản ánh rõ về bộ mặt kinh tế của xã hội và khắc họa các giá trị vùng miền như là một tác phẩm điêu khắc

-Phải biết lọc thêm vào công trình các nét đẹp, các yếu tố có lợi đến từ tự nhiên, hòa nhập vào cảnh quan khu vực, tuần hoàn năng lượng trong một hệ khép kín

1 Sinh giới gợi ý cho cuộc sống của chúng ta một giá trị sống to lớn và con người dần có xu hướng trở về với thiên nhiên Con người có xu hướng ăn rau, ăn nấm ngày càng nhiều sau một thời gian tiếp thực bằng các thức ăn nhiều chất béo, ngay cơ thể con người cũng phản ứng lại, kết quả là chúng ta ngày càng nhiều căn bệnh dịch khó và chưa rõ nguyên nhân, đây là kết quả loài người đang chịu đựng Nên để các KTS khám phá và sáng tạo tốt hơn về thiên nhiên cần bổ sung môn học về “ khám phá sinh giới” vào hệ thống giáo dục

2 Mạnh dạng tiếp cận với nhiều công nghệ hiện nay trên thế giới, tư tưởng” mở cửa” qua việc học hỏi có sàn lọc để cải thiện vi khí hậu cũng như đón đầu các xu hướng thời đại

3 Qua đó đấu tranh cho sự phát triển ngôn ngữ kiến trúc, tính hiện thực của giải pháp, hướng tới một nền kiến trúc phù hợp với thiên nhiên và thời đại mới

4 Để Kiến Trúc phát triển bền vững cần phải có sự phối hợp của nhiều ngành đặc biệt là ngành giáo dục, khoa học và công nghệ cao

Mối liên hệ giữa con người và thiên nhiên là một điều hiển hiện có thể thấy được ngay trong đời sống thường ngày Con người có một sự rang buộc khi sống dựa vào thiên nhiên, tài nguyên, môi trường Thông qua đó, chúng ta có thể hiểu được một chân lý: Con người được sinh ra từ thiên nhiên, thiên nhiên quyết định cuộc sống của con người và con người quyết định số phận của thiên nhiên

1.Môi trường là tất cả những gì xung quanh chúng ta, bao gồm các yếu tố sống (động thực vật và con người) và các yếu tố không sống (đất, nước, không khí, ) Tài nguyên là thành phần cấu tạo của môi trường, ví dụ tài nguyên đất, tài nguyên nước [Hình phụ lục 1-1]

2 Con người vừa là sản phẩm vừa là chủ thể của tài nguyên và môi trường Vì con người tồn tại được là cần có các tài nguyên của môi trường cung cấp; bên cạnh đó con người trong hoạt động của mình có tác động mạnh mẽ trở lại và làm thay đổi môi trường [ Hình phụ lục 1-2]

3 Con người nhận ở môi trường tự nhiên: Thức ăn, nước uống, khí thở, cảnh đẹp để duy trì cuộc sống và giải trí Con người cũng nhận ở môi trường các loại tài nguyên thiên nhiên: Kim loại, mỏ quặng các loại, than đá, khí đốt, gỗ rừng, gió, sức nước, sợi vải, cây trái … để đưa vào sản xuất chế biến phục vụ đời sống con người và phát triển xã hội [ Hình phụ lục 1-3]

4 Môi trường tự nhiên nhận ở con người: Rác thải sinh hoạt, rác công nghiệp, y tế… nếu không xử lý rác thì môi trường sẽ bị ô nhiễm trầm trọng Khai thác tài nguyên không có kế hoạch thì sẽ bị cạn kiệt, cây rừng, muông thú sẽ bị tuyệt diệt…[ Hình phụ lục 1-4]