Ở số báo trước, quý độc giả đã cùng chúng tôi nhìn nhận lại sự kết hợp của hai lĩnh vực kiến trúc và sinh học một cách khái quát, trên cơ sở của một tiến trình tự nhiên. Sau một thời gian phát triển song song với nhiều điểm tương đồng đáng lưu ý, sự ra đời của “sự sống nhân tạo, trí tuệ nhân tạo” trên máy tính ở cuối thế kỷ XX đã cho phép hai lĩnh vực kể trên có phương tiện để kết hợp và hỗ trợ lẫn nhau. Thế kỷ XXI với nhiều yếu tố thiên thời, địa lợi, nhân hòa đã tạo ra chất xúc tác giúp sự kết hợp của kiến trúc và sinh học phát triển rực rỡ, mang đến nhiều thành tựu đáng kể. Xu hướng kiến trúc mới này được thế giới gọi tên là Kiến trúc hình thái học, với triết lý thiết kế mới mẻ, mang đến nhiều hiệu quả như bền vững, tiết kiệm, công nghệ - kỹ thuật cao, vật liệu mới.

Sân vận động Tổ Chim tại Bắc Kinh - công trình được thiết kế với sự trợ giúp từ máy tính

MỘT TRIẾT LÝ THIẾT KẾ HIỆU QUẢ

1. Kiến trúc hình thái học là gì?
Với sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng, các kiến trúc sư của thế hệ công nghệ mới ngày càng xa dần khỏi các yêu cầu thẩm mỹ - trang trí thuần túy, mà thay vào đó hướng tới những giá trị hiệu suất công trình. Thoát khỏi triết lý của Kiến trúc hậu hiện đại và Kiến trúc giải tỏa kết cấu, họ tiếp cận công việc thiết kế một cách lý tính và khoa học hơn. Kết cấu, kỹ thuật xây dựng, tính kinh tế, môi trường làm việc và các thông số khác, trước đây từng được xem là thứ yếu, giờ lại đóng vai trò quan trọng là “đầu vào” của quá trình thiết kế. Dù chưa phổ biến do những hạn chế về trình độ và phương tiện khoa học, nhưng triết lý thiết kế này đã mang đến sự chuyển biến rõ rệt ở những thành phố hiện đại khắp nơi trên thế giới: London, New York, Rotterdam. Các công trình khởi điểm từ những nghiên cứu về kết cấu, như Sân vận động Tổ Chim, Trung tâm thể thao dưới nước Water Cube, tòa nhà trụ sở CCTV tại Bắc Kinh (dù chưa thể hiện rõ tính thích ứng trong sự mô phỏng sinh học), hay các công trình xuất phát từ những lý luận về môi trường như vài dự án mới tại Dubai đã cho thấy triết lý thiết kế này thực sự sẽ trở thành một xu hướng toàn cầu.
Để gọi tên triết lý thiết kế này, có thể sử dụng chính xác một thuật ngữ tiếng Anh: Morphogenesis - Kiến trúc hình thái học. Là thuật ngữ chuyên ngành sinh học, từ này có ý nghĩa là một quá trình tạo thành hình khối và kiểu mẫu (form and pattern) của một thực thể sống - bằng sự phát triển và chọn lọc những khác biệt tự nhiên, gần giống như định nghĩa về thuyết tiến hóa của Charles Darwin. Chính vì thế, việc thiết kế lúc này sẽ trở thành một quá trình “từ trong ra ngoài” - đi tìm và chọn lọc hình khối dựa trên những tiêu chí ban đầu; thay vì “từ trên xuống”. Trước đây, kiến trúc sư thường đóng vai trò là người nhạc trưởng đưa ra những hình khối đáp ứng yêu cầu về công năng, thẩm mỹ, xã hội, là người đứng trên cùng của quá trình thiết kế “từ trên xuống”. Những kỹ sư kết cấu, vật liệu, ở phía dưới, phải tìm cách để biến ý tưởng của ông thành sự thật. Trong khi đó, những kiến trúc sư đương đại nằm trong xu hướng Morphogenesis thường được nhìn nhận là người quản lý quá trình thiết kế nhiều hơn. Họ phải xử lý những yêu cầu đầu vào để đưa ra một hình khối đáp ứng được chúng, cùng làm việc với các kỹ sư theo một quá trình “từ trong ta ngoài”.

2. Sự khác biệt so với các trào lưu kiến trúc khác
Sự khác biệt cơ bản, nằm ở việc “tạo ra hình khối” và “đi tìm, chọn lọc hình khối”, hay trong tiếng Anh là form và formation. Việc chọn lọc hình khối có đầu vào là những thông tin (information) và hiệu suất (performance). Các công trình kiến trúc hình thái học do đó thường thúc đẩy sự sáng tạo hoặc ứng dụng những vật liệu mới, để đáp ứng được các yêu cầu đầu vào đó. Nhìn nhận từ một quan điểm khác, hình thái học không chỉ là một triết lý thiết kế mới, mà còn là một cách để cụ thể hóa thiết kế bền vững. Nếu chúng ta tìm được một hình khối hoạt động hiệu quả hơn về mặt kết cấu, nghĩa là chúng ta có thể sử dụng ít vật liệu chịu lực cũng như hoàn thiện hơn. Tương tự như vậy, nếu thiết kế có chọn lọc hình khối đạt hiệu suất cao hơn trong việc sử dụng năng lượng, công trình sẽ rất tiết kiệm trong việc chiếu sáng và thông thoáng. Như vậy Kiến trúc hình thái học trực tiếp giúp bảo vệ tài nguyên thiên nhiên ngay từ cấu trúc ban đầu của nó, như một sinh vật biết thích ứng để giảm thiểu tiêu tốn năng lượng. Do đó, xu hướng thiết kế mới này không chỉ phủ nhận dần những quan điểm mang tính hình thức của kiến trúc hiện đại và hậu hiện đại, mà còn tự chứng minh được tính thiết thực và hiệu quả của mình trong xu thế toàn thế giới phải giải bài toán tiết kiệm năng lượng nếu muốn tồn tại bền vững.
Với những ưu thế nêu trên, Kiến trúc hình thái học đang dần trở thành một trào lưu mới, tiếp bước kiến trúc hiện đại và kiến trúc hậu hiện đại. Đây cũng là trào lưu kiến trúc đánh dấu cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư về công nghệ số, theo đúng như tiến trình lịch sử thế giới, không thể cưỡng lại được.

Chùa Thầy, Quốc Oai, Hà Tây, Hà Nội 

Nhà vườn Huế

President Place - một trong các công trình kiến trúc xanh (kiến trúc bền vững) được thiết kế - thi công bài bản tại Việt Nam

3. Nguồn cảm hứng cũ và những sáng tạo mới
Triết lý thiết kế của Kiến trúc hình thái học, thật ra đối với người Á Đông không phải là một triết lý mới. Từ thế kỷ thứ IV trước Công nguyên, trong Đạo Đức Kinh của Lão Tử đã đưa ra thuyết Vô Vi nói về việc con người hãy sống thuận theo tự nhiên, giảm thiểu can thiệp vào tự nhiên và cùng tự nhiên tiến hóa. Hiểu theo khái niệm này, công trình kiến trúc của con người nếu được khởi lập từ tự nhiên, đáp ứng các yêu cầu tự nhiên và không có mục đích phi tự nhiên thì sẽ đạt được trạng thái hài hòa bền vững. Triết lý này được nghiên cứu và diễn giải theo nhiều cách, trong đó tiêu biểu có thuật phong thủy trong thiết kế nhà cửa. Nhiều công trình cổ của Việt Nam đã thể hiện rõ tính “hình thái học” từ hàng thế kỷ trước. Đơn cử như chùa Thầy (Quốc Oai, Hà Tây) là một công trình có sự kết hợp hài hòa giữa đời và đạo, giữa tự nhiên và con người. Ở đây, đạo Phật được đặt vào bối cảnh nền văn hóa lúa nước lâu đời, có các tín ngưỡng cầu mưa, thờ đá núi, tổ nghề múa rối... Bên cạnh các yếu tố đã quen thuộc như biểu tượng, tôn giáo, tín ngưỡng dân gian..., dưới cái nhìn khoa học ta có thể thấy ngôi chùa có vị trí xoay mặt về phía nam có hồ Long Trì, phía bắc là ngọn núi Sài Sơn, phía tây là ngọn Long Đẩu. Vị trí này giúp ngôi chùa nhận được gió, tránh nắng nóng và có độ ẩm luôn được điều chỉnh ổn định. Hình thức mái dốc, đỉnh mái cao giúp thoát nước mưa và lưu giữ nhiệt độ mát mẻ, phù hợp với khí hậu nhiệt đới ẩm. Hay những ví dụ sống động tìm thấy nơi nếp nhà vườn ở cố đô Huế. Trong bối cảnh khí hậu nóng, nhiều mưa, người Huế xưa rõ ràng đã rất quan tâm đến sự thông thoáng của không gian kiến trúc. Với cách bố trí sân vườn nhiều lớp, đóng mở nhịp nhàng, hạn chế gió lùa, giảm độ ẩm, tăng bóng đổ... rất hợp với khí hậu của vùng, có thể thấy hệ thống cổng, ngõ, bình phong, non bộ, bể cạn, sân, nhà... cho đến các loại cây trong nhà vườn Huế luôn luôn gắn bó chặt chẽ cùng nhau, mát mẻ, hòa quyện, tạo ra một không gian thư giãn, hài hòa.
Như vậy, Kiến trúc hình thái học thật ra là một phương pháp “số hóa” triết lý thiết kế Á Đông truyền thống - thành những tiêu chuẩn và mô hình cụ thể một cách linh hoạt và sáng tạo, với sự trợ giúp của máy tính. Những thành tựu vượt bậc trong kiến trúc tham số (parametric architecture) gần đây hầu hết được nghiên cứu phát triển trên các công cụ kỹ thuật số. Từ những thuật toán áp dụng tính toán hình khối từ đầu vào có sẵn như L-system (mô phỏng sự mọc cành lá của cây cối để có được nhiều ánh sáng), cellular automata (mô phỏng sự phân bào dựa theo những nguyên tắc nhất định), những cải tiến mới mẻ đã được ứng dụng vào các phần mềm thiết kế, để từ đó kiến trúc sư có thể phát triển, kiểm tra và đánh giá sản phẩm của mình trên nhiều khía cạnh. Với sự phát triển này, ranh giới giữa thực và ảo hầu như đã xóa nhòa, một xu hướng mới trong thiết kế ra đời một cách độc lập với cái tên “digital tectonics” (kiến tạo kỹ thuật số). Máy tính hiện nay không chỉ là công cụ để thể hiện kết quả kiến trúc nữa, mà giờ đây đã trở thành một thiết bị có đóng góp quan trọng vào quá trình nghiên cứu và thiết kế. Do đó, vai trò của kiến trúc sư không còn là người “đưa ra hình khối” ít nhiều dựa vào kinh nghiệm và cảm quan cá nhân, mà trở thành người “điều khiển các quá trình xác định hình khối” một cách hệ thống và minh bạch, với kết quả cuối cùng không chỉ đơn thuần là hiện thực hóa trí tưởng tượng của một mình cá nhân đơn lẻ người thiết kế nữa, mà sản phẩm tưởng tượng này đã được kiểm tra và đánh giá hoàn chỉnh bởi một tập thể kiến trúc sư - kỹ sư với sự hỗ trợ của máy tính, ngay từ đầu và xuyên suốt các công đoạn. Quy trình thiết kế này còn loại bỏ được kiểu tư duy “mình thích thì mình làm” đôi khi mang tính áp đặt cá nhân, ngẫu hứng và khó kiểm soát, đồng thời giải các bài toán kinh tế, kỹ thuật - năng lượng ngay từ đầu, và điều chỉnh phương án nhanh chóng, chính xác hơn rất nhiều so với kiểu tư duy trước đây vốn hay gọi thiết kế kiến trúc là “sáng tác” mang ít nhiều cảm tính.  
Ứng dụng to lớn của kỹ thuật số vào quá trình thiết kế, có thể được nhận thấy qua những phần mềm mới có khả năng tính toán và đưa ra những phương án so sánh một cách nhanh chóng, cho phép kiến trúc sư quản lý hết tất cả những phương án khả thi và chọn được phương án tối ưu nhất. Như vậy, trong bối cảnh Việt Nam, Kiến trúc hình thái học có thể được sử dụng để tiếp nối tinh thần kiến trúc truyền thống, trên cơ sở xem xét các yếu tố bền vững và sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm, hiệu quả.
Để hiểu rõ hơn về khả năng ứng dụng và phương pháp thiết kế Kiến trúc hình thái học, mời đón đọc phần 3: ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HÌNH THÁI HỌC TẠI VIỆT NAM.

         So sánh các trào lưu kiến trúc gần đây

Phương án thiết kế một khu chợ theo triết lý Kiến trúc hình thái học – MxD architects, 2011 

Các phương án hình khối được tính toán và chọn lọc dựa theo hiệu suất sử dụng dưới sự hỗ trợ của máy tính - Emtech studio, AA school

Sản phẩm mô hình thiết kế từ ứng dụng thuật toán L-system – Alex Berciu

               
            
Ứng dụng thuật toán celluler automata trong tính toán so sánh phương án – phần mềm Morphocode