Nội dung bài báo này đề xuất khái niệm về mặt đứng đa lớp (MĐĐL) cũng như việc cấu trúc hóa và tham số hóa đối tượng này để có thể sử dụng được với phương pháp tham số (PPTS) nhằm thích ứng với điều kiện khí hậu.
Khái niệm
Vỏ bao che đa lớp (VBCĐL) (hay không gian vỏ bao che) là tập hợp các thành phần kiến trúc và các khoảng không gian đệm ngăn cách không gian kiến trúc với không gian đô thị có ảnh hưởng đáng kể đến tiện nghi vi khí hậu bên trong công trình. Các thành phần này gồm tường, vách, mái, hệ chắn nắng, cây xanh, mặt đường, vỉa hè, khoảng đệm… liên kết với nhau tạo thành các lớp vỏ ứng với vị trí khác nhau so với không gian bên trong (KGBT) công trình. Dựa vào số lớp vỏ là số lần các tác động bên ngoài phải đi qua để vào đến KGBT cũng như cách bố trí và số lượng các thành phần, có thể chia VBCĐL kiến trúc thành các dạng: Dạng 0,5 lớp, 1 lớp, 1.5 lớp, 2 lớp, 2.5 lớp, 3 lớp… (Phạm Thanh Trà, Tạp chí KTVN số 1-2019)
Mặt đứng đa lớp (MĐĐL) nhà phố là hệ thống nhiều lớp vỏ vật chất và các khoảng không gian đệm được tạo thành bởi các thành phần kiến trúc (thành phần ngang và thành phần đứng) trên mặt đứng nhà phố, đóng vai trò trung gian ngăn cách giữa KGBT và không gian đường phố. Số lớp mặt đứng được tính là số lần các yếu tố tác động bên ngoài phải đi qua để vào đến KGBT.
Thiết kế kiến trúc theo phương pháp tham số là biểu diễn kiến trúc thành một hệ thống các tham số (cấu trúc hóa, tham số hóa) thử một loạt các giá trị khác nhau của tham số thông qua máy tính để tìm được phương án kiến trúc mong muốn (thử sai). Phương pháp này có thể được áp dụng trong hầu hết các điều kiện của kiến trúc như thẩm mỹ, hiệu quả sử dụng…
Cấu trúc hóa MĐĐL nhà phố
Cấu trúc MĐĐL nhà phố được xác định thông qua các kiến trúc thành phần, các đặc trưng về hình thể, vật liệu, các mối liên hệ về tương quan, vị trí và phạm vi tác động. Qua đó, cấu trúc MĐĐL nhà phố được tạo bởi các lớp mặt đứng (lớp MĐ) và các khoảng đệm giữa các lớp bao gồm lớp MĐ chính, lớp MĐ bên trong, lớp MĐ bên ngoài, các khoảng đệm bên trong và bên ngoài.
Lớp mặt đứng chính luôn xuất hiện trong cấu trúc bao gồm tường mặt đứng và các thành phần thuộc tường mặt đứng như cửa sổ, cửa đi, lỗ trống. Lớp MĐ chính có tính phổ biến nhất và tính truyền thống, đáp ứng yêu cầu bao che ở mức cơ bản cho KGBT. Với đa số các nhà phố được khảo sát thuộc khu vực trung tâm cũ, lớp MĐ chính trùng với ranh lộ giới. Chỉ một số ít nhà phố lùi vào so với ranh lộ giới, khi đó lớp MĐ chính cũng được lùi vào tương ứng.
Lớp mặt đứng phụ bên trong được tạo thành bởi các thành phần sát kề bên trong tường mặt đứng. Lớp MĐ này hợp với lớp MĐ chính một khoảng cách tạo thành khoảng đệm bên trong.
Lớp mặt đứng phụ bên ngoài được tạo thành bởi các thành phần sát kề bên ngoài lớp MĐ chính, đóng vai trò quan trọng trong quan hệ với các yếu tố tác động lên cấu trúc. Với các nhà phố được khảo sát có tường mặt đứng trùng với ranh lộ giới, lớp MĐ này thường nằm ngoài lớp MĐ chính một khoảng cách không lớn hơn khoảng cách của các thành phần được phép nhô ra trên các tuyến đường. Đối với các nhà phố lùi vào so với ranh lộ giới, lớp MĐ này sẽ bao gồm các thành phần thuộc khoảng lùi. Thông thường, lớp MĐ bên ngoài có càng nhiều thành phần thì ảnh hưởng của các yếu tố tác động lên KGBT càng nhỏ. Do đó, các giải pháp kiến trúc cần tận dụng tối đa cơ hội để bố trí và tổ chức các thành phần cấu trúc trong lớp MĐ này. Lớp MĐ bên ngoài hợp với lớp MĐ chính một khoảng cách thông thường từ vài cm đến 1,4 mét tạo thành khoảng đệm bên ngoài.
Các lớp MĐ thuộc MĐĐL đều thuộc sở hữu tư nhân nên có thể thay đổi. Các thành phần thuộc sở hữu công cộng bên ngoài nhà phố như vỉa hè, cây xanh công cộng … không thuộc đối tượng nghiên cứu nhưng sẽ là các thành phần ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu cấu trúc theo PPTS.
Trong MĐĐL nhà phố có rất nhiều thành phần vật chất bao gồm các thành phần ngang (TPN), thành phần đứng (TPĐ) và các khoảng không gian đệm. Các thành phần này trên thực tế rất đa dạng về đặc điểm cũng như có mối liên hệ phức tạp với nhau. Trong thiết kế, không phải tất cả thành phần mà chỉ một số thành phần sẽ đóng vai trò quan trọng và nổi bật trong quá trình tổ hợp không gian kiến trúc. Với nghiên cứu này, những thành phần cấu trúc cần quan tâm (8 thành phần) là những thành phần có tác động đáng kể đến tiện nghi vi khí hậu trong nhà, bao gồm các thành phần có bề mặt tiếp xúc lớn, có vị trí quan trọng và xuất hiện nhiều trên các nhà phố.
Các lớp MĐ trong MĐĐL được xác định dựa trên số lần các tác động bên ngoài bị ngăn chặn bởi các thành phần cấu trúc trước khi vào đến KGBT. Thông thường, một lớp MĐ được coi là xuất hiện trong cấu trúc khi trong lớp MĐ đó có các TPĐ và TPN đóng vai trò ngăn chặn trực tiếp các tác động. Ngoài ra, một lớp MĐ được coi là bán xuất hiện trong cấu trúc khi đóng vai trò ngăn chặn gián tiếp các tác động như phản xạ, tán xạ… Phân chia các lớp trong MĐĐL theo tổ hợp các thành phần có vị trí gần nhau và liên hệ với nhau trong khả năng làm việc của cấu trúc.
Mỗi lớp MĐ gồm một số thành phần trong 8 thành phần cấu trúc cần quan tâm. Lớp MĐ chính gồm thành phần tường mặt đứng và cửa. Lớp MĐ bên trong gồm hệ lam và khoảng đệm bên trong. Lớp MĐ bên ngoài gồm ban công/lô gia, hệ lam ngoài, phần mái tại cao độ chuẩn, hệ khung quảng cáo, mặt sân trống và cây xanh trong khoảng lùi (nếu có) và khoảng đệm bên ngoài..
Kết quả dữ liệu khảo sát cho thấy, lớp MĐ chính xuất hiện trong tất cả các nhà phố, do đó sự xuất hiện của các lớp MĐ bên trong và bên ngoài tạo thành 4 kiểu sắp xếp gồm kiểu K1, kiểu K2 (2 kiểu) và kiểu K3.
Mỗi kiểu sắp xếp trên lại có cách tổ hợp các TPN và TPĐ khác nhau tạo thành các trường hợp cấu trúc khác nhau. Tổ hợp các cách sắp xếp và gộp các trường hợp tương tự nhau thành 12 trường hợp cấu trúc, tuy nhiên, trong khu vực khảo sát chỉ một số trường hợp cấu trúc là phố biến.
Đối với các nhà phố có mặt đứng phức tạp, cần tách thành các phần mặt đứng riêng biệt. Khi đó, mỗi phần mặt đứng sẽ là một trường hợp cấu trúc khác nhau. Một mặt đứng có thể là tổ hợp nhiều trường hợp cấu trúc.
Mô hình tham số hóa cho cấu trúc MĐĐL nhà phố
Cấu trúc MĐĐL theo phương pháp tham số cần được biểu diễn thành một hệ thống các tham số (HTTS). Xây dựng và lựa chọn các tham số phù hợp cho HTTS thông qua tham số hóa các đặc điểm, mối liên hệ các thành phần cấu trúc, cũng như xem xét đến tính nổi trội các tham số và khoảng giá trị giới hạn.
Dựa trên các kết quả về cấu trúc hóa, mô hình tham số hóa cho MĐĐL nhà phố đã được đề xuất như.
Mô hình thể hiện cấu trúc của MĐĐL nhà phố với 3 lớp MĐ bao gồm lớp MĐ chính, lớp MĐ bên trong và lớp MĐ bên ngoài. Trong đó, lớp MĐ chính đóng vai trò là lớp bao che cơ bản và hầu như xuất hiện ở tất cả các nhà phố. Các lớp MĐ phụ mang ý nghĩa là thành phần thêm vào của cấu trúc MĐĐL nhưng có ảnh hướng lớn đến điều kiện vi khí hậu bên trong nhà. Mô hình cũng thể hiện được các thành phần cấu trúc chi tiết, mối liên hệ và sự bố trí của các thành phần này vào các lớp mặt đứng thông qua 1 hệ thống các tham số và các giá trị khảo sát của các tham số đó.
Kết luận
Mô hình tham số hóa là dữ liệu đầu vào cho thiết kế theo phương pháp tham số. Khi đó, các giá trị khảo sát sát của tham số sẽ được kiểm tra lần lượt (thủ công hoặc lập trình) bằng các phần mềm mô phỏng để chọn ra giá trị thích hợp với mong muốn thiết kế. Càng kiểm tra càng nhiều giá trị của tham số thì càng tiệm cận đến kết quả tối ưu. Vì khuôn khổ bài báo có hạn, quá trình kiểm tra giá trị các tham số để tìm giá trị thích hợp qua đó tìm giải pháp kiến trúc phù hợp sẽ được trình bày trong các nghiên cứu khác.
ThS.KTS Phạm Thanh Trà
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM.
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 09-2022)
Tài liệu tham khảo
1.Hui Shen and Athanasios Tzempeilikos (2010), “A parametric analysis for the impact of facade design options on the daylighting performance of office spaces”, International High Performance Buildings Conference at Purdue, July 12-15;
2. Yashar Gharachamani Asl (2014), “Applying parametric design in order to meet the environmental goals”, Kuwait Chapter of the Arabian Journal of Business and Management Review; Kuwait City Vol. 3, Iss. 11, (Jul 2014): 184-191.
