Thực tiễn đào tạo lý thuyết, thực hành đồ án và ứng dụng phần mềm mô phỏng theo hướng Kiến trúc bền vững (KTBV) ở các trường đại học trong và ngoài nước.

Trên thế giới, lý thuyết môi trường kiến trúc, Kiến trúc bền vững (KTBV) và thực hành đồ án có ứng dụng phần mềm mô phỏng hỗ trợ thiết kế KTBV đã được đưa vào chương trình đào tạo Đại học và sau Đại học một cách rộng rãi và chuyên sâu. Tại Đại học Nottingham (Anh Quốc), KTBV và CTX đã được xác định là mục tiêu và thế mạnh đào tạo ngành kiến trúc của trường: Nhiều môn học mới đã được tích hợp trong chương trình đào tạo, các phòng thí nghiệm được đầu tư hướng tới việc hỗ trợ các thí nghiệm gắn với môi trường xây dựng. Xưởng Kiến trúc môi trường bền vững gồm 5 đồ án Kiến trúc Sinh thái, sinh viên (SV) được phép lựa chọn sử dụng phần mềm để hỗ trợ tính toán năng lượng, kiểm tra chiếu sáng, che nắng, thông gió như Vasari, Ecotect, BIM,…

Hình ảnh sinh viên thăm quan thực tiễn Doanh nghiệp

Tại Khoa Thiết kế Đại học Melbourne (Úc), lý thuyết về môi trường kiến trúc, môi trường đô thị và CTX được tích hợp trong 5 đồ án nhỏ và phát triển nâng cao trong 3 đồ án lớn. SV được quy định phải sử dụng phần mềm NABERS và hệ thống đánh giá CTX Green Star của Hội đồng CTX Úc cung cấp.
Đối với trường Đại học Montreal (Canada), thời lượng các môn học về lý thuyết thiết kế bền vững chỉ có 6 tín chỉ, đòi hỏi SV phải tự học rất nhiều để có thể ứng dụng các kiến thức đã tiếp thu vào 4 đồ án chuyên ngành bắt buộc. Thông thường, SV hay sử dụng phần mềm Ecotect và hệ thống đánh giá CTX của Hội đồng CTX Canada (CAGBC).

Ở Đông Nam Á, Khoa Kiến trúc Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã đưa các môn học về Kiến trúc thích ứng với Biến đổi Khí hậu, Chiến lược Thiết kế KTBV… và môn học Mô phỏng máy tính hỗ trợ thiết kế bền vững vào trong chương trình đào tạo. Ngoại trừ đồ án đầu tiên các đồ án sau (từ số 2 đến số 7) sinh viên yêu cầu ứng dụng các kiến thức lý thuyết sang đồ án thiết kế ở kỳ đó và có định lượng bằng các phần mềm hỗ trợ.

Tại Việt Nam, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã bổ sung thêm các học phần mới như Kiến trúc nhiệt đới, Kiến trúc đương đại…, tuy nhiên môn học Vật lý kiến trúc lại chỉ có 3 tín chỉ, không có giờ thực hành. Khoa Kiến trúc, Viện Đại học Mở Hà Nội: Thời lượng tín chỉ dành cho các môn lý thuyết KTBV được đổi mới chuyên sâu hơn, ví dụ như môn “Kiến trúc Môi trường”, chuyên đề “Kiến trúc Tiết kiệm năng lượng”,… Khoa Kiến trúc Công trình, Trường Đại học Phương Đông đã thay thế các môn không còn phù hợp bằng những môn học mới như KTBV, Vật liệu Hoàn thiện Kiến trúc và Thiết kế Mặt đứng… Là một trong những trường tiên phong đưa KTBV vào đào tạo, Khoa Kiến trúc của Trường Đại học Kinh doanh Công Nghệ Hà Nội đã lập chuyên ngành KTX từ năm 2011; trong khối kiến thức bắt buộc, có môn Bảo vệ Môi trường và Phát triển Bền vững; trong khối kiến thức chuyên ngành KTX, SV được tiếp xúc thêm với các môn học: Lý thuyết thiết kế KTBV, Môi trường xây dựng, Giảm thiểu tác động ô nhiễm môi trường của công trình xây dựng. Đặc biệt nhất là SV chuyên ngành KTX có 01 đồ án KTX với thời lượng 4 tín chỉ. Tuy nhiên, đồ án KTX này mới dừng ở mức định tính, chưa được định lượng bằng các công cụ phần mềm mô phỏng.

Có thể thấy, trong khi các cơ sở đào tạo kiến trúc danh tiếng trên thế giới đều đã có chương trình đào tạo kiến trúc môi trường chuyên sâu rất bài bản, từ lý thuyết đến thực hành đồ án, tiến tới ứng dụng các phần mềm mô phỏng môi trường kiến trúc và năng lượng thì các trường đào tạo kiến trúc của Việt Nam hầu hết gặp phải khó khăn khi lồng ghép các vấn đề bền vững vào hệ thống đồ án môn học cũng như ứng dụng.

Đổi mới phương pháp giảng dạy các môn học môi trường kiến trúc ở Khoa Kiến trúc và Quy hoạch, Trường Đại học Xây dựng (ĐHXD)

Với gần 50 năm hình thành và phát triển, Bộ môn Kiến trúc Môi trường (trước là Bộ môn Vật lý kiến trúc), trường ĐHXD, luôn đứng đầu trong các trường đại học đào tạo ngành xây dựng và kiến trúc của nước ta về việc giảng dạy chuyên môn Vật lý kiến trúc. Hiện nay, Bộ môn Kiến trúc Môi trường đã xây dựng chương trình thí nghiệm với trang thiết bị đo lường hiện đại để khảo sát môi trường vi khí hậu và chiếu sáng tự nhiên trong phòng, tiếng ồn trong công trình và trong khu vực công cộng. Đặc biệt, trong bài thí nghiệm đánh giá tiện nghi vi khí hậu, sinh viên đã được tiếp cận với phần mềm PMV tool để dễ dàng và nhanh chóng nhìn thấy sự thay đổi về cảm giác nhiệt, có sự tương quan so sánh giữa cảm giác nhiệt khách quan và chủ quan.

Từ năm học 2015 – 2016, Bộ môn Kiến trúc môi trường bắt đầu trong giai đoạn điều chỉnh chuyển đổi nội dung các môn học, bổ sung và nâng cao dần kiến thức thiết kế KTBV theo từng giai đoạn thay vì mở thêm môn học mới sau khi tham khảo chương trình đào tạo của các trường đại học tiên tiến, cụ thể như sau:

a) Đổi mới các môn học giảng dạy ngành Kiến trúc

Nội dung các môn học được đổi mới và cập nhật để tạo thành ba cấp độ nâng cao dần về kiến thức KTBV, cụ thể như sau: Cấp độ 1: Kiến trúc khí hậu (Khí hậu kiến trúc + Nhiệt kiến trúc + Chiếu sáng tự nhiên); Cấp độ 2: Sinh thái đô thị và thiết kế bền vững; Cấp độ 3: Chuyên đề Kiến trúc môi trường (CTX và thiết kế tích hợp).

Đối với thực hành bài tập lớn, các phần mềm mô phỏng môi trường kiến trúc trong thiết kế KTBV được lựa chọn đưa vào giảng dạy trong chương trình đào tạo như trong Bảng 1.

Bảng 1. Chi tiết chương trình giảng dạy phần mềm mô phỏng
trong các môn học môi trường kiến trúc

b) Đổi mới các môn học giảng dạy ngành Quy hoạch

  • Môn Chiếu sáng đô thị (2 tín chỉ):
    • Giảng dạy lý thuyết: SV đã được tiếp cận và hướng dẫn cách sử dụng các Tiêu chuẩn, quy chuẩn vào từng mục tiêu chiếu sáng, các kỹ thuật chiếu sáng tiên tiến, thẩm mỹ. Bổ sung các nội dung về chiếu sáng đạt hiệu quả năng lượng và chống ô nhiễm ánh sáng trong đô thị.
    • Thực hành bài tập lớn (BTL): SV được hướng dẫn sử dụng phần mềm DIAlux khi thiết kế chiếu sáng đường phố, chiếu sáng cho công trình thể thao… Ngoài ra, còn yêu cầu SV nghiên cứu về chiếu sáng đô thị đạt hiệu quả thẩm mỹ và năng lượng, làm quen với việc tích lũy kiến thức qua tra cứu các nguồn dữ liệu mở.
    • Tham quan thực tế: Theo chương trình hợp tác giữa ĐHXD và Công ty cổ phần Bóng đèn và phích nước Rạng Đông, SV đã được trực tiếp thăm quan và nghiên cứu ở cơ sở sản xuất thiết bị chiếu sáng, trực tiếp cảm nhận các loại nguồn sáng với các thông số kỹ thuật khác nhau, tìm hiểu kỹ ứng dụng của từng loại đèn cho các lĩnh vực chiếu sáng và xu hướng phát triển các thiết bị chiếu sáng đô thị trong tương lai.
  • Môn Khí hậu xây dựng và Kiểm soát tiếng ồn (3 tín chỉ)
    • Lý thuyết: Nâng cao các kiến thức về môi trường kiến trúc trong quy hoạch đô thị: (1) khí hậu và vi khí hậu đô thị (đặc biệt là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị), sự ảnh hưởng của nó đến tiện nghi nhiệt và năng lượng trong công trình; (2) các giải pháp để đạt tiện nghi âm thanh trong đô thị.
    • Thực hành BTL: SV được hướng dẫn sử dụng phần mềm Ecotect giúp phân tích dữ liệu thời tiết, phân tích bóng đổ công trình trong quy hoạch, phân tích tác động bức xạ mặt trời… và phần mềm Flow Design giúp phân tích thông gió trong các giải pháp quy hoạch và được hướng dẫn phương pháp lập bản đồ mức ồn tương đương của các điểm trong một dự án xây dựng.
BTL sử sụng phần mềm Ecotect và Flow Design của sinh viên;
Phân tích tiếng ồn và khả năng suy giảm tiếng ồn bằng giải pháp quy hoạch – BTL của sinh viên

Có thể nói, phương pháp giảng dạy kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực hành đã giúp SV hiểu rõ kiến thức và có thể áp dụng trong thực hành chuyên môn, đồng thời giúp buổi học trở nên sinh động, trực quan và thú vị hơn.

Đề xuất Đồ án Kiến trúc xanh cho ngành Kiến trúc

Hiện nay chương trình đào tạo KTS của Khoa Kiến trúc và Quy hoạch, ĐHXD hoàn toàn chưa có đồ án nào để SV có thể tổng hợp và ứng dụng các kiến thức lý thuyết về môi trường kiến trúc và thiết kế KTBV. Điều này sẽ gây nhiều khó khăn cho các KTS sau này ra trường khi tham gia thiết kế các công trình theo tiêu chí “xanh”. Lấy ví dụ như đồ án nhà ở, một SV biết rất tốt công năng công trình, kiểu dáng kiến trúc, kết cấu, tuân thủ các tiêu chuẩn về thiết kế nhưng liệu SV có nắm được mức tác động của công trình tới môi trường khí hậu, môi trường nước, mức tiêu hao năng lượng của công trình ra sao…?

Vào đầu học kỳ I của năm học 2015-2016, Bộ môn Kiến trúc môi trường đã có đợt điều tra khảo sát về khả năng “thiết kế xanh”, sử dụng phần mềm mô phỏng môi trường kiến trúc và năng lượng cũng như nhu cầu về đồ án KTX trong chương trình đào tạo với SV KD56 thông qua bài tập “Thiết kế kiến trúc môi trường”. Kết quả là: 85,2% SV quan tâm và cảm thấy hào hứng, thu được nhiều kiến thức mới. Điều này phản ánh qua chất lượng bài làm của toàn khóa 56KD khá tốt với 21,5% điểm A (8,5-10 điểm), 52,8% điểm B (7-8,4 điểm), và chỉ 1,8% không đạt (0-3,9 điểm). Trong số 90% SV sử dụng các phần mềm chuyên ngành môi trường kiến trúc để phân tích và đánh giá công trình thì 82,8% SV cho rằng các công cụ này hữu ích và cần thiết; 84,2% SV mong muốn được bổ sung giờ dạy ứng dụng phần mềm mô phỏng phân tích môi trường kiến trúc trong chương trình học; 78,4% SV mong muốn trong Chương trình đào tạo KTS có Đồ án theo dạng thiết kế kiến trúc môi trường.

Một giải pháp khả thi được đề xuất là: Điều chỉnh lại hệ thống đồ án đã có để đưa Đồ án KTX vào mà hoàn toàn không gây thêm áp lực lên SV vốn dĩ đã phải theo học một chương trình học tập khá nặng. Loại hình đề tài của Đồ án KTX được cân nhắc để có thể áp dụng nhiều giải pháp thiết kế thụ động và có quy mô không quá lớn để tránh SV mất thời gian vào việc tổ chức công năng và giải pháp kỹ thuật kết cấu và đủ để giải quyết trên cả hai cấp độ: Quy hoạch (cụm công trình) và thiết kế kiến trúc (từng công trình đơn lẻ). Địa điểm xây dựng tại các vùng có đủ số liệu khí hậu để có thể tính toán bằng phần mềm mô phỏng.

Đồ án KTX mẫu: Thiết kế chi tiết một công trình kiến trúc điển hình

Quy mô đồ án KTX yêu cầu SV giải quyết TKBV trên ba phương diện: Quy hoạch, kiến trúc và kỹ thuật. Về quy hoạch: Nhóm công trình được tổ hợp theo các phương án khác nhau, có tính đến các điều kiện về hướng nhà tối ưu, tổ hợp hình khối phù hợp điều kiện tự nhiên, khí hậu môi trường và sử dụng phần mềm mô phỏng phân tích ý tưởng quy hoạch. Trong đó cần có chiến lược thiết kế hạ tầng thu gom nước thải, nước mưa, khu xử lý nước, thu gom rác thải, tổ chức giao thông tiếp cận. Về mặt kiến trúc: Thiết kế chi tiết 1 mẫu nhà theo các quy tắc của KTX, sử dụng phần mềm mô phỏng kiểm tra các thông số vật lý công trình. Về kỹ thuật: Giả thiết nhu cầu tiêu thụ năng lượng và nước, trên cơ sở đó xác định nguồn cung cấp năng lượng, nguồn cung cấp nước; lựa chọn vật liệu phù hợp cho các cấu kiện chính; và sử dụng phần mềm tính toán năng lượng để tính toán.

Điểm đặc biệt của đồ án KTX là tính chuyên sâu hướng đến các chiến lược bền vững trong các giai đoạn: phân tích – lên ý tưởng – quy hoạch tổng mặt bằng – thiết kế công trình – thiết kế chi tiết. Tích hợp các yếu tố trong cùng một đồ án, sử dụng các phần mềm mô phỏng để đánh giá, so sánh, cân nhắc phương án tối ưu nhất khi thiết kế quy hoạch đến kiến trúc.

Kết luận

Chương trình đào tạo lý thuyết và bài tập của các môn học về môi trường kiến trúc đã được Bộ môn Kiến trúc môi trường điều chỉnh nội dung và phương pháp giảng dạy để đổi mới căn bản theo hướng KTBV – CTX. Song hành với lý thuyết là việc cần bổ sung Đồ án KTX – bổ sung nội dung giảng dạy phương pháp tư duy và phương pháp thiết kế mới: Tiếp cận các tiêu chí xanh ngay từ giai đoạn đầu và thiết kế kết hợp với các phần mềm mô phỏng để có thể định lượng được các giải pháp thiết kế kiến trúc và quy hoạch. Sự đổi mới này chính là bước đi tiên quyết và quan trọng hướng tới thay đổi bộ mặt kiến trúc Việt Nam theo hướng KTBV, khởi đầu từ công tác đào tạo bài bản, chuyên sâu trong hệ thống đào tạo KTS.

ThS. Nguyễn Thị An Anh —ThS. Phạm Tiến Bình —ThS. Nguyễn Thị Khánh Phương
Bộ môn Kiến trúc Môi trường, Khoa Kiến trúc và Quy hoạch, ĐHXD
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 5 – 2017)


Tài liệu tham khảo

  • Bộ môn Kiến trúc Môi trường (2014); “Đổi mới chương trình giảng dạy của Bộ môn”; Đại học Xây Dựng;
  • Kỷ yếu Hội thảo “Đổi mới Giáo trình giảng dạy hướng tới Công trình Xanh và biến đổi khí hậu”; Đại học Kiến trúc Hà Nội;
  • Nguyễn Thị Hoa (2014); Đề tài NCKH “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm phân tích Autodesk Ecotect trong giảng dạy một số môn học Kiến trúc môi trường”; Đại học Xây Dựng;
  • Phạm Thị Hải Hà (2016); Đề tài NCKH “Nghiên cứu xây dựng nội dung tài liệu môn học “Đồ án thiết kế kiến trúc bền vững”, Đại học Xây Dựng.