Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kiến trúc: Ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài "Ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam" nhằm đề xuất các khả năng, giải pháp ứng dụng hình học Fractal trong trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kiến trúc trong thời đại khoa học công nghệ 4.0. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung luận án tại đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kiến trúc: Ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam

１ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI LÊ THỊ PHƯƠNG CHI ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL TRONG THIẾT KẾ TỔ HỢP KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kiến trúc Mã số: 9580101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÀ NỘI - 2022
２ Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Doãn Minh Khôi 2. PGS.TS. Đặng Văn Cứ Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Quốc Thông Phản biện 2: TS. Trần Thanh Bình Phản biện 3: PGS.TS. Khuất Tân Hưng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi giờ ngày tháng năm 2022. Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia và Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong kiến trúc, hình học là nền tảng cơ bản cho tạo hình thiết kế, “là nguyên tắc tổ chức, là phương tiện nối các bộ phận của kiến trúc lại với nhau”. Bên cạnh hình học Euclid vốn đã tồn tại hàng nghìn năm, cùng với sự phát triển của khoa học nói chung, đặc biệt là khoa học máy tính, các dạng hình học phi Euclid đã lần lượt ra đời, góp phần tạo nên những công trình kiến trúc độc đáo và những trào lưu kiến trúc mới, trong đó không thể không kể đến hình học Fractal, loại hình học mới nhất do nhà toán học Mandelbrot phát hiện và công bố vào thập niên 70. Nếu như các loại hình học khác như hình học Euclid nghiên cứu các hình đơn lẻ như vuông, tròn, v.v, thì đối tượng của hình học Fractal là các tổ hợp phức tạp, gồm nhiều, thậm chí là vô hạn đường nét được kết hợp với nhau dựa trên các quy tắc đồng dạng. Điều này có thể xem là nền tảng tạo ra sự liên hệ giữa tổ hợp hình học (THHH) Fractal và tổ hợp kiến trúc (THKT). Điểm đặc biệt nhất của loại hình học này - đó là khả năng mô tả các cấu trúc phức tạp của tự nhiên, điều mà hình học Euclid trước đây không thực hiện được. Sau khi được khởi xướng, hình học Fractal đã phát triển rộng khắp, xâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của đời sống trong đó có kiến trúc. Theo giải nghĩa thuật ngữ quốc tế về kiến trúc, “Architecturology” có thể hiểu là khoa học kiến trúc. Nhà lý luận kiến trúc Carl Bovil đã nhận định: "Hình học Fractal là một ví dụ (VD) hiếm hoi về công nghệ đi vào cốt lõi của thành phần thiết kế, cho phép kiến trúc sư hoặc nhà thiết kế thể hiện sự hiểu biết phức tạp về thiên nhiên" làm cơ sở cho việc chủ động áp dụng khoa học vào sáng tạo nghệ thuật. Còn, tác giả Derek Thomas định nghĩa kiến trúc ứng dụng hình học Fractal như là một "hình thức đương đại
2 của thiết kế hữu cơ". Hình học Fractal ra đời, gắn liền với sự phát triển của đồ họa máy tính và đã đóng góp vai trò quan trọng trong lịch sử phát triển của kiến trúc tham số - Parametric Architecture - trào lưu kiến trúc gắn liền việc thiết kế với công nghệ đồ họa. Mặc dù tầm quan trọng và ảnh hưởng của hình học Fractal trên thế giới trong suốt thời gian qua là không thể phủ nhận nhưng ở Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực kiến trúc, hình học Fractal hầu như vẫn là một khái niệm hoàn toàn mới - chưa có một nghiên cứu hoàn chỉnh và chuyên sâu nào. Hiện nay, nhu cầu hội nhập của kiến trúc Việt Nam với trào lưu phát triển chung của kiến trúc thế giới là to lớn và cấp thiết. Nếu không cập nhật được toàn diện các vấn đề khoa học công nghệ trong thiết kế thì chắc chắn, đó sẽ là một thiếu sót lớn, thậm chí có thể khiến kiến trúc tụt hậu so với lịch sử. Vì các lý do kể trên, NCS đã lựa chọn đề tài “Ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam”. 2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu: Đề xuất các khả năng / giải pháp ứng dụng hình học Fractal trong trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kiến trúc trong thời đại khoa học công nghệ 4.0. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu: Để đạt được mục đích đã đặt ra, các mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: - Xác định được nguyên tắc, phạm vi ứng dụng hình học Fractal vào thiết kế THKT tại Việt Nam (mức độ, các dạng hình thái, hình thức tổ hợp và thể loại công trình). - Đề xuất được các giải pháp ứng dụng hình học Fractal trong tạo hình, kết hợp với giải pháp áp dụng công nghệ đồ họa hỗ trợ tạo hình cho thiết kế THKT tại Việt Nam.
3 - Đề xuất được quy trình tư duy ứng dụng hình học Fractal theo từng giai đoạn thiết kế THKT tại Việt Nam. 3. Đối tượng và giới hạn nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: Tổ hợp kiến trúc ứng dụng hình học Fractal. 3.2. Giới hạn nghiên cứu: Áp dụng cho các công trình kiến trúc tại Việt Nam trong phạm vi thời gian từ nay đến năm 2030 và tầm nhìn đến 2050. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tổng hợp, phân tích, phân loại và hệ thống hóa lý thuyết; Phương pháp khảo sát, đánh giá và tổng kết lịch sử, kinh nghiệm; Phương pháp so sánh; Phương pháp mô hình hóa; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp thực nghiệm; Phương pháp dự báo. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu 5.1. Ý nghĩa khoa học: Đề ra được giải pháp lý thuyết có tính khả thi về ứng dụng hình học Fractal vào quá trình thiết kế THKT tại Việt Nam, bổ sung vào hệ thống cơ sở khoa học lý luận phục vụ công tác giảng dạy; là tài liệu lý luận bổ sung, có thể hỗ trợ để hoàn thiện chương trình đổi mới đào tạo của ngành kiến trúc. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn: Bổ sung một hướng tìm ý mới vận dụng hình học Fractal, có thể kết hợp với tạo hình đồ họa, hỗ trợ quá trình thiết kế THKT cho các công trình tại Việt Nam. Các đề xuất có giá trị thực tiễn cao, phù hợp làm tài liệu tham khảo, hướng dẫn thiết kế trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0. 6. Các đóng góp mới của luận án 6.1.Về lý luận: Hệ thống hóa được mối liên hệ giữa lý thuyết về hình học Fractal và lý thuyết vể THKT; đề xuất giải pháp lý thuyết, nguyên tắc ứng dụng hình học Fractal vào việc nghiên cứu, thiết kế ý
4 tưởng THKT tại Việt Nam, góp phần hoàn thiện, bổ sung thêm yếu tố khoa học liên quan đến tạo hình trong lý luận thiết kế kiến trúc. 6.2.Về đào tạo: Đề xuất cơ sở, giải pháp kết hợp giữa khoa học về hình học Fractal với khoa học về thiết kế kiến trúc, là tiền đề cho một môn học lý thuyết mới, góp phần hoàn thiện chương trình đổi mới đào tạo ngành kiến trúc đến năm 2030. 6.3.Về thực tiễn: Đề xuất một công cụ tư duy, mang yếu tố khoa học công nghệ, hỗ trợ cho thiết kế THKT theo từng giai đoạn, đặc biệt phù hợp với thời kỳ cách mạng 4.0 tại Việt Nam. 7. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 3 phần chính như sau: - Chương 1: Tổng quan về ứng dụng hình học Fractal trong tổ hợp kiến trúc (35 trang); - Chương 2: Cơ sở khoa học ứng dụng hình học Fractal trong tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam (51 trang); - Chương 3: Đề xuất ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc (48 trang). 8. Giải thích một số khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong luận án - Tổ hợp: Là một cấu trúc tổng thể tạo nên từ sự kết hợp, sắp đặt vị trí của các yếu tố thành phần. - Fractal: Là một từ tiếng Anh có nguồn gốc từ tiếng Latin "fractus" nghĩa là "đứt gãy" . - Tổ hợp hình học Fractal hay Fractals (trong tiếng Anh): Là khái niệm trừu tượng trong toán học dùng để mô tả các sự vật tổ hợp từ nhiều phần nhỏ, hình thành một cách tự nhiên, có hình dạng gấp khúc trên mọi tỷ lệ phóng đại. Trong đó, mỗi phần nhỏ hơn lại tương tự hoặc giống như tổng thể hoặc phân đoạn lớn hơn chứa
5 phần đó. VD minh họa tham khảo hình 0.1. Hình 01. VD về tổ hợp hình học Fractal trong toán học và tự nhiên - Hình học Fractal: Là phân nhánh toán học chuyên nghiên cứu đối tượng là các tổ hợp hình học Fractal - Tổ hợp kiến trúc: Là tổng thể thành phần cấu tạo nên hình thức kiến trúc của công trình. - Thiết kế tổ hợp kiến trúc: Là một phần quan trọng của sáng tác kiến trúc, như Gaudet đã định nghĩa đó là “sự kết hợp của các bộ phận trong một tổng thể thống nhất”. Cụ thể hơn, thiết kế THKT là việc tổ chức, bố cục, sắp xếp hình thể không gian của các thành phần trong công trình để có được sự thống nhất từ trong ra ngoài. - Phát triển tổ hợp: Là quá trình phát triển một tổ hợp hình thức của công trình kiến trúc gồm các bước từ đơn giản đến chi tiết như sau: Ý TƯỞNG MANH NHA  NÉT SƠ KHAI  GIẢI PHÁP TH GỐC  PHÁT TRIỂN TỔ HỢP - Biến thể hình học: Là "sự biến đổi hình thể từ một đối tượng này thành một đối tượng mới phù hợp với trình, ngữ cảnh hay kiểu hình thức. Sự biến đổi hình thức có thể là sự đột biến hay chuyển hóa dần tùy theo ý tưởng".
6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL TRONG TỔ HỢP KIẾN TRÚC 1.1. TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HÌNH HỌC FRACTAL 1.1.1. Quá trình ra đời, phát triển của hình học Fractal Lý thuyết hình học Fractal được xây dựng dựa trên hai vấn đề lớn được quan tâm ở những thập niên đầu thế kỷ 20 bao gồm: Tính hỗn độn của các quá trình phát triển có quy luật trong tự nhiên và sự mở rộng khái niệm số chiều và độ đo trong lý thuyết hình học Euclid cổ điển. Trên thực tế, ý tưởng manh nha về Fractal trong toán học đã xuất hiện từ thế kỷ thứ 17. Đến thập niên 1960, đồ họa máy tính ra đời và phát triển. Nhà toán học Madelbrot trong quá trình nghiên cứu về vấn đề tạo ảnh trên máy tính đã khám phá ra quy luật đồng dạng và tương tự trong các hình ảnh toán học có trước đó cũng như các cấu trúc tự nhiên. Đến năm 1975 thì lý thuyết hình học Fractal chính thức ra đời và nhanh chóng vượt ra khỏi phạm vi toán học cơ bản, đi vào lý thuyết, ứng dụng liên quan đến hình ảnh trong tất cả mọi lĩnh vực. 1.1.2. So sánh sự khác biệt giữa hình học Fractal, hình học Euclid và hình học Topo Ba loại hình học khác biệt về: Bối cảnh và thời gian hình thành; Ý nghĩa tên gọi; Đối tượng nghiên cứu; Đối tượng biểu đạt và khả năng tạo hình, Phạm vi ứng dụng đã có trong lĩnh vực kiến trúc. Điểm nổi bật của hình học Fractal thể hiện ở: Cấu trúc dạng tổ hợp; Khả năng tạo biến thể phong phú; Phù hợp với đồ họa. Tuy có những sự khác biệt, tất cả các dạng hình học đều có vai trò vô cùng quan trọng đối với nền văn minh nhân loại mà cái này không thể thay thế cái kia. 1.1.3. Hình học Fractal trong đồ họa máy tính
7 Hiện nay có hai hướng ứng dụng lớn của lý thuyết hình học Fractal trong lĩnh vực đồ họa. Trong đó, tạo ảnh trên máy tính là ứng dụng mạnh mẽ, phổ biến và là nguồn cảm hứng cho các nhà thiết kế nói chung. Cơ sở xây dựng thuật toán tạo ảnh trong đồ họa Fractal là các nguyên lý hình học Fractal. 1.2. TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL TRONG THIẾT KẾ TỔ HỢP KIẾN TRÚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 1.2.1. Tình hình ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc trên thế giới Giai đoạn trước 1975 (thời điểm lý thuyết hình học Fractal ra đời): Nhiều công trình kiến trúc cổ và hiện đại trước năm 1975 đã có những biểu hiện tự đồng dạng. Tuy vậy, cũng như trong toán học, không có sự tham gia của đồ họa, các thế hệ trước đây chưa khái quát hóa được mối quan hệ biện chứng giữa các cấu trúc tự nhiên với quy luật hình học. Các biểu hiện của hình học Fractal chỉ dừng lại ở những sáng tạo có tính cá nhân, tự phát hay sự mô phỏng thụ động có tính kế thừa một phong cách kiến trúc nào đó, chưa khai thác được sự biến hóa đa dạng mà các tổ hợp hình học Fractal có thể tạo ra để áp dụng. Giai đoạn sau 1975: Các nhà nghiên cứu cũng như thiết kế đã áp dụng các quy luật tạo hình Fractal một cách có tính toán, chủ động để đạt được mục đích mô phỏng các cấu trúc phức tạp trong thiên nhiên với góc nhìn khoa học cũng như vận dụng máy tính để sáng tạo ra những tạo hình đồ họa biến ảo, vừa mang yếu tố tự nhiên, vừa mang yếu tố công nghệ. Từ sau năm 2000 đến nay, kiến trúc Fractal với những ảnh hưởng của nó là xu thế thiết kế tạo hình đồng dạng vẫn tiếp tục không ngừng, biểu hiện trong kiến trúc hữu cơ, sinh thái và kiến trúc tham số với các mức độ từ đơn gian đến phức tạp.
8 Hình 1.1. VD minh họa về kiến trúc hiện đại ứng dụng hình học Fractal ở mức độ đơn giản và phức tạp 1.2.2. Thực trạng ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam Hình học Fractal chưa được biết đến rộng rãi tại Việt Nam. Tuy vậy, trong thực tiễn, ta vẫn có thể bắt gặp những hình thức kiến trúc mang đậm màu sắc Fractal (đặc biệt là thuộc tính tự đồng dạng) ở cả kiến trúc cổ và kiến trúc hiện đại Việt Nam. Những biểu hiện đó phần lớn không xuất phát từ sự hiểu biết về hình học Fractal mà đến từ những triết lý thiết kế truyền thống, mang tính triết học Á đông 1.2.2.1. Biểu hiện của hình học Fractal trong kiến trúc cổ Việt Nam Yếu tố tự đồng dạng trên nhiều tỷ lệ thể hiện trong nhiều kiến trúc cổ dạng đền tháp và kiến trúc cũ thời Pháp thuộc tại Việt Nam. 1.2.2.1. Biểu hiện của hình học Fractal trong kiến trúc hiện đại Việt Nam Tuy hiểu biết về hình học Fractal chưa nhiều, nhưng các kiến trúc sư hiện đại Việt Nam hoặc quốc tế làm việc tại Việt Nam chịu ảnh hưởng từ các thiết kế đồng dạng và xu hướng module của kiến trúc thời đại kỹ thuật số vốn có quan hệ chặt chẽ với Kiến trúc Fractal nên các công trình lấy cảm hứng từ công nghệ hoặc sinh thái đều mang đậm màu sắc Fractal.
9 Hình 1.2. VD minh họa về biểu hiện của hình học Fractal trong kiến trúc cổ và hiện đại Việt Nam 1.3. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN Trong lý luận và học thuật kiến trúc, Carl Bovill - phó Giáo sư tại Đại học Maryland, Hoa Kỳ là người đầu tiên viết cuốn sách " Ứng dụng hình học Fractal trong Kiến trúc và thiết kế" với những ứng dụng chủ yếu xoay quanh vấn đề lý luận phê bình kiến trúc. Nhiều học giả sau này như James Harris, Iasef Rian, v.v, nghiên cứu ứng dụng hình học Fractal gắn với dạng công trình cụ thể hoặc ở mức độ tổng quát. Khác với sự phổ biến trên thế giới, tại Việt Nam, Fractal vẫn còn là một khái niệm hết sức mới mẻ và mới chỉ được nhắc tới chủ yếu trong lĩnh vực toán học. Trong lĩnh vực lý luận kiến trúc, khái niệm hình học Fractal gần như còn bỏ ngỏ. 1.4. NHẬN XÉT CHUNG VÀ VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO NGHIÊN CỨU 1.4.1. Nhận xét chung Đề tài ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế THKT tại Việt Nam là đề tài mới. Các ứng dụng trực tiếp hoặc biểu hiện hình học Fractal xuất hiện ở nhiều công trình kiến trúc là các minh chứng cho
10 thấy tiềm năng ứng dụng to lớn trong kiến trúc thời đại cách mạng công nghệ. 1.4.2. Vấn đề đặt ra cho nghiên cứu - Lý thuyết tạo hình THHH Fractal và lý thuyết thiết kế THKT có mối liên hệ nào? Liệu tạo hình THHH Fractal và biến thể có tương thích với THKT hay không? - Các ứng dụng hình học Fractal vào thiết kế THKT đã được các KTS và các nhà nghiên cứu thực hiện như thế nào? Những vấn đề gì về lý luận còn thiếu, cần được khái quát, hệ thống hóa và bổ sung? Việc áp dụng tại Việt Nam cần chú ý những điểm gì? - Các đề xuất ứng dụng hình học Fractal có thể khai thác, thiết kế hiệu quả cho thể loại công trình nào tại Việt Nam? Giai đoạn nào? Bộ phận nào? Đối tượng nào là chủ yếu? Áp dụng vào VD cụ thể tại Việt Nam như thế nào? Giải pháp tạo hình, giải pháp kết hợp đồ họa và triển khai trong quá trình thiết kế như thế nào? CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL TRONG TỔ HỢP KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.1. Cơ sở lý thuyết về tổ hợp hình học Fractal 2.1.1.1. Phương pháp tạo hình Fractal theo tư duy hình khởi tạo - hình phát sinh Hình khởi tạo: Hình khởi tạo hay đối tượng ban đầu để tạo hình Fractal. Hình phát sinh: Một tập hợp từ những hình đồng dạng của yếu tố khởi tạo được dùng để thay thế hình khởi tạo. Mức: mỗi khi các tổ hợp hình khởi tạo được thay thế bởi tổ hợp hình phát sinh, ta có một mức.
11 a. Tạo Tổ hợp b. Tạo Biến thể Hình 2.1. VD về tạo hình tổ hợp tam giác Sierpinski và biến thể bằng phương pháp hình khởi tạo - hình phát sinh 2.1.1.2. Các đặc điểm của tổ hợp hình học Fractal - Mỗi tổ hợp Fractal là một hình thể có hình dạng bất thường; - Có tính tự đồng dạng trên nhiều tỷ lệ (self - similarity); - là hình thể siêu kích thước với số chiều lẻ. 2.1.1.3. Một số tổ hợp hình học Fractal căn bản Hoa tuyết Đường Tam giác Thảm Bọt biển Kock Minkowski Sierpinski Sierpinski Menger 2.1.1.3. Một số hình thức phân loại trong hình học Fractal a. Theo mức độ tự đồng dạng b. Theo quy luật đồng dạng c. Theo nguồn gốc
12 2.1.2. Cơ sở lý thuyết về tổ hợp kiến trúc 2.1.2.1. Ngôn ngữ và quy luật tạo hình của tổ hợp kiến trúc - Ngôn ngữ: Điểm; Tuyến; Diện; Khối. - Quy luật tạo hình:  Bố cục (Hướng tâm; Dạng Tuyến; Dạng Tia; Tập Trung; Dạng lưới)  Nguyên tắc tổ chức liên kết (Trục; Đối xứng; Tính cấp bậc; Mốc liên kết; Tính nhịp điệu) 2.1.2.2. Đặc điểm của tổ hợp kiến trúc a. Tổ hợp kiến trúc và công năng: Có nhiều dạng hình thức tổ hợp, được phân biệt nhau bởi bố cục và các nguyên tắc liên kết, phù hợp sáng tạo ra các công trình với chức năng đặc trưng riêng như: kiểu tập trung; kiểu thông phòng, xâu chuỗi; kiểu hành lang; kiểu đơn nguyên. b. Tổ hợp kiến trúc và hình thức: Các đường nét hình học cấu thành tổ hợp đều có vai trò, tác dụng nhất định về mặt thẩm mỹ, phù hợp với tính chất chức năng của công trình. Các tính thẩm mỹ cho hình thức THKT là: Tính thống nhất và biến hóa; Tính cân xứng hài hòa; Tình cân bằng ổn định. 2.1.2.3. Phép phát triển của tổ hợp kiến trúc Phát triển THKT có thể chia thành một số giai đoạn: thiết kế ý tưởng, thiết kế sơ bộ và thiết kế chi tiết. Một số cách để phát triển tổ hợp gồm: sử dụng sơ đồ lưới và hình đồng dạng, sử dụng các yếu tố điển hình được lặp lại yếu tố cá biệt đóng vai trò điểm nhấn 2.1.2.4. Phép biến thể của tổ hợp kiến trúc Có thể tạo ra các biến thể theo hình dạng Tuyến, Diện, Khối bằng cách dùng các biện pháp hình học như: tạo ra sự xô lệch của hệ lưới, xoay hình, bẻ trục hoặc thậm chí biến các hình căn bản thành các đường cong tự do mang tính hữu cơ. 2.1.3. So sánh giữa tổ hợp hình học Fractal và tổ hợp kiến trúc
13 2.1.3.1. Sự tương thích Sự tương thích là căn cứ để xem xét khả năng vận dụng THHH Fractal và sáng tác THKT. Sự tương thích thể hiện qua sự tương đồng của 2 loại tổ hợp trên một số phương diện. Các THHH Fractal, đặc biệt là các tổ hợp Fractal được tạo ra trong toán học đều đáp ứng hầu hết các nguyên tắc thẩm mỹ trong bố cục tổ hợp trong lý thuyết kiến trúc (ngôn ngữ, bố cục, nguyên lý liên kết, tổ chức, phép phát triển tổ hợp và biến thể). 2.1.3.2. Sự khác biệt Đây là cơ sở cần bổ sung và chú ý khi vận dụng hình học Fractal vào quá trình sáng tác tổ hợp. Các tổ hợp Fractal tự thân nó vẫn thuần túy là các cấu trúc hình học, chưa thể đáp ứng yêu cầu của một THKT mà cần khối óc và bàn tay nhào nặn của con người để đảm bảo các yêu cầu sử dụng. Sự khác biệt giữa THHH Fractal và THKT thể hiện ở sự khác biệt về tạo hình và quy mô và công năng, thẩm mỹ. 2.2. CƠ SỞ BÀI HỌC KINH NGHIỆM THỰC TIỄN 2.2.1. Các tiêu chí phân loại và căn cứ ứng dụng hình học Fractal từ thực tiễn Từ việc phân tích thực tiễn các mặt: Công năng, thể loại công trinh; Dạng tổ hợp; Ý tưởng kiến trúc; v.v, đúc rút ra: a. Căn cứ ứng dụng: Sự tương thích về tạo hình (hình thái, công năng kết cấu); Sự tương thích về thẩm mỹ; Sự tương thích về tinh thần, phong cách; Sự tương thích về hình tượng truyền tải. b. Một số tiêu chí phân loại kinh nghiệm ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp từ công trình thực tiễn: Cấp độ ứng dụng hình học Fractal; Đặc điểm về quy mô tổ hợp kiến trúc; Đặc điểm về phong cách tổ hợp kiến trúc ứng dụng .
14 2.2.2. Kinh nghiệm thiết kế tổ hợp theo cấp độ ứng dụng linh hoạt hình học Fractal 2.2.2.1. Ứng dụng nguyên mẫu Nhà thiết kế lấy nguyên hình mẫu của một tổ hợp Fractal điển hình có sẵn vào THKT. Bài học kinh nghiệm thực tiễn: Cùng áp dụng một hình thức tổ hợp Fractal căn bản cho thiết kế, để tạo ra các nét đặt trưng riêng, thích ứng hoàn cảnh có thể lựa chọn nhiều giải pháp phát triển ứng dụng khác nhau như: thay đổi vị trí ứng dụng, thay đổi kích thước, , thay đổi vật liệu, màu sắc, v.v, để làm phong phú thêm THKT. 2.2.2.2. Ứng dụng sáng tạo Nhà thiết kế phải tự sáng tạo ra một tổ hợp Fractal (hình khởi tạo, hình phát sinh và mức), nhằm truyền tải ý tưởng riêng gắn với một công trình cụ thể. Bài học kinh nghiệm trong việc ứng dụng sáng tạo hình học Fractal đó là: Quá trình này giống như một phần của phương pháp thiết kế tham số. Nếu ta thay đổi một trong các yếu tố thành phần, có thể tạo ra một tổ hợp mới. Vì thế, có thể ứng dụng đồ họa để nghiên cứu, lựa chọn phương án phù hợp. 2.2.2.3. Ứng dụng linh hoạt, tự do Nhà thiết kế chủ yếu vận dụng thuộc tính tự đồng dạng trong hình học Fractal. Bài học kinh nghiệm từ nghiên cứu thực tiễn: ứng dụng linh hoạt, tự do hình học Fractal thể hiện những đặc tính ngẫu nhiên, không có quy luật nhất định. Sự tham gia của đồ họa có thể hỗ trợ trong việc tạo ra và xác định tạo hình phù hợp có tính bất kỳ. 2.2.3. Kinh nghiệm thiết kế tổ hợp kiến trúc theo sự phát triển linh hoạt hình thái kiến trúc. 2.2.3.1.Kiến trúc phát triển theo chiều rộng - Kinh nghiệm thực tiễn: sử dụng module đồng dạng với các tỷ lệ khác nhau. Các module này có thể ghép với nhau thành dạng lưới hoặc dạng xếp lớp, cấu thành
15 các tổ hợp có diện tích phát triển bất kỳ. 2.2.3.2. Kiến trúc phát triển theo chiều cao - Kinh nghiệm thực tiễn: Ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế nhà cao tầng để phân vị ngang dọc / tạo hình lưới đồng dạng cho vỏ ngoài / tạo độ giật cấp kiểu đồng dạng xếp lớp / tạo các dạng module liên kết rỗng cho kết cấu dạng tháp. 2.2.3.3. Kiến trúc phát triển theo khối lớn - Kinh nghiệm thực tiễn: Việc ứng ứng dụng các sơ đồ lưới đồng dạng hình học Fractal cho kết cấu khung vỏ bao, vừa tương thích về tạo hình kết cấu, vừa tạo ra hình thức phân vị có nhịp điệu, vần luật, mang màu sắc công nghệ, phong phú, sinh động hơn so với phân chia kẻ ô đều đặn 2.2.4. Kinh nghiệm thiết kế tổ hợp kiến trúc theo khả năng phát triển linh hoạt phong cách kiến trúc 2.2.4.1.Kiến trúc hữu cơ, phỏng sinh học - Kinh nghiệm thực tiễn: - Để đưa ra phương án tạo hình cách điệu ứng dụng phù hợp, cần căn cứ vào sự tương đồng về hình dạng, cấu trúc giữa tổ hợp tự nhiên, THHH Fractal. - Để lựa chọn vị trí ứng dụng phù hợp căn cứ vào sự tương thích về cấu trúc, hình dạng, và công năng của bộ phận, chi tiết hay thành phần tổ hợp sẽ ứng dụng 2.2.4.2. Kiến trúc dựa theo tạo hình truyền thống - Kinh nghiệm thực tiễn: Tính chất đồng dạng trên nhiều tỉ lệ được sử dụng trên quy mô lớn tạo ra tính chất trùng điệp, uy nghi, kỳ vĩ cho cho các công trình tôn giáo, cung điện xưa. Ở các khu vực khác nhau, việc sử dụng tính chất đồng dạng cũng có sự khác nhau, tạo nên bản sắc riêng theo địa lý hoặc tôn giáo. 2.2.4.3. Kiến trúc công nghệ - Kinh nghiệm thực tiễn: Các kiến trúc công nghệ thường gắn liền với phương pháp thiết kế tham số, gắn quá
16 trình tạo hình với đồ họa máy tính. Ngoài ra, cách thức liên kết dạng lưới hoặc phân nhánh độc đáo tương tự thiên nhiên của các THHH Fractal còn tạo hình ảnh các cấu trúc dạng khung, có thể khai thác để sáng tạo ra các kiến trúc theo phong cách giải tỏa kết cấu. 2.3. CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG TỚI VIỆC ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL VÀO TỔ HỢP KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM 2.3.1. Điều kiện tự nhiên Sự đa dạng về điều kiện tự nhiên ( địa hình, khí hậu, sông ngòi, thổ nhưỡng, sinh vật) và khác biệt theo vùng miền là đặc điểm tự nhiên nổi bật tại Việt Nam mà trong vấn đề sáng tác kiến trúc nói chung, ứng dụng hình học Fractal vào thiết kế nói riêng phải chú ý. 2.3.2. Yếu tố văn hóa xã hội, con người Những đặc trưng tiêu biểu của nền văn hóa Việt Nam (nền văn minh lúa nước, văn hóa mở, thống nhất trong đa dạng, v.v) thay đổi theo từng khu vực, dân tộc sẽ tác động tới màu sắc kiến trúc và ngôn ngữ tạo hình địa phương. Yếu tố con người (chủ đầu tư, nhà phê duyệt, người thiết kế) đóng vai trò quyết định trực tiếp đối với các thiết kế kiến trúc và mức độ ứng dụng hình học Fractal (nếu có). 2.3.3. Sự phát triển của công nghệ Việc ứng dụng hình học Fractal tại Việt Nam cũng cần gắn liền với bối cảnh công nghệ trong nước. Một số khía cạnh cần chú ý: Sự phát triển của công nghệ thiết kế và đồ họa và sự phát triển của công nghệ xây dựng tại Việt Nam. 2.4. CƠ SỞ PHÁP LÝ VÀ NHU CẦU ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL VÀO TỔ HỢP KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM Dựa theo định hướng phát triển kiến trúc Việt Nam “tiên tiến, đậm đà bản sắc dân tộc”, việc ứng dụng hình học Fractal trong kiến trúc chính là vận dụng nền kiến thức, khoa học mới của nhân loại, đáp
17 ứng mục tiêu và quan điểm mà định hướng đề ra. Từ tầm nhìn đến năm 2050, có thể thấy: nhu cầu phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ số trong lĩnh vực kiến trúc, bao gồm cả đào tạo kiến trúc là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu hình học Fractal cung cấp nền tảng lý thuyết khoa học về tạo hình kết hợp đồ họa cho việc cải cách chương trình giáo dục ngành kiến trúc, đáp ứng yêu cầu của thời đại 4.0. 2.5. KHÁI QUÁT NHỮNG VẤN ĐỀ CHÍNH TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC Nghiên cứu lý thuyết đề ra căn cứ cơ bản cho việc ứng dụng hình học Fractal vào tạo hình, quy trình thiết kế THKT. Nghiên cứu thực tiễn và các yếu tố tác động để đúc kết ra một số bài học kinh nghiệm áp dụng, là căn cứ để đề xuất các quan điểm, nguyên tắc, các khả năng, phạm vi, phương thức vận dụng hình học Fractal vào thiết kế THKT vận dụng trong môi trường kiến trúc Việt Nam. CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL TRONG THIẾT KẾ TỔ HỢP KIẾN TRÚC 3.1. QUAN ĐIỂM, NGUYÊN TẮC ỨNG DỤNG 3.1.1. Quan điểm - Ứng dụng hình học Fractal chỉ là công cụ hỗ trợ cho sáng tác; - Ứng dụng hình học Fractal không phải là cách tiếp cận duy nhất và cần được vận dụng một cách linh hoạt; - Ứng dụng hình học Fractal cần phù hợp với điều kiện Việt Nam. 3.1.2. Nguyên tắc - Ứng dụng phù hợp với điều kiện tự nhiên và đặc trưng văn hóa bản địa có sự khác biệt theo vùng miền tại Việt Nam; - Đảm bảo tính bền vững; - Phù hợp theo từng giai đoạn (Ba giai đoạn thiết kế tổ hợp gồm:
18 thiết kế ý tưởng, thiết kế sơ bộ và thiết kế chi tiết); - Đa dạng cấp độ ứng dụng; - Linh hoạt tương tác trong sử dụng và ứng dụng công nghệ. 3.2. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG HÌNH HỌC FRACTAL TRONG THIẾT KẾ TỔ HỢP KIẾN TRÚC 3.2.1. Đề xuất phạm vi ứng dụng hình học Fractal trong thiết kết tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam Cân nhắc điều kiện cụ thể của Việt Nam, để đảm bảo tính khả thi cao, phát huy tối đa hiệu quả của ứng dụng hình học Fractal thì các công trình lớn với chức năng công cộng hoặc hỗn hợp, được đầu tư về kinh tế, kỹ thuật và đóng vai trò điểm nhấn trong diện mạo kiến trúc nói chung sẽ là phù hợp nhất, tương thích nhất với các ưu điểm về tạo hình dạng Fractal. Định hướng hai phong cách kiến trúc phổ biến hiện nay tại Việt Nam có thể xem xét ứng dụng hình học Fractal là: kiến trúc sinh thái (gắn với ý tưởng biểu đạt tự nhiên) và kiến trúc hightech (gắn với ý tưởng liên quan đến kết cấu, công nghệ). 3.2.2. Đề xuất ứng dụng hình học Fractal trong các phương pháp thiết kế tạo hình kiến trúc 3.2.2.1. Tạo hình bằng phương pháp biến đổi tổ hợp hình học Fractal Đề xuất hệ thống năm phương pháp tạo hình đúc rút từ nghiên cứu lý thuyết hình học Fractal và kinh nghiệm thực tiễn đã có bao gồm: Biến đổi dần; Biến đổi tổng thể; Biến đổi bộ phận; Biến đổi từ “hạt giống lõi” mở rộng; Biến đổi theo nhịp điệu tự nhiên. 3.2.2.2. Tạo hình bằng phương pháp tổ hợp dạng lưới hình học Fractal Đề xuất hai phương pháp tạo hình đơn giản đúc rút từ nghiên cứu lý thuyết hình học Fractal và kinh nghiệm thực tiễn đã có bao gồm: