Giải pháp thiết kế tái thiết hệ khung gỗ kiến trúc điện Cần Chánh

Tiếp theo những bài nghiên cứu trước, trong bài viết này, chúng tôi trình bày lập luận tái thiết dựa trên phương pháp luận nghiên cứu đa ngành để đề xuất giải pháp thiết kế tái thiết hệ khung gỗ của Điện Cần Chánh (ĐCC) đã bị thiêu huỷ năm 1947.

Theo đó, ĐCC có hình thức kiến trúc “Trùng thiềm điệp ốc”, với chức năng là nơi làm việc của Hoàng đế và Nội các triều Nguyễn, được xây dựng dưới thời Gia Long (1802 – 1820), nền móng kiến trúc ĐCC hiện còn là yếu tố cấu thành gốc làm cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho việc nghiên cứu tái thiết công trình di sản kiến trúc này. Ngoài ra, dựa trên kết quả phân tích đối sánh với 14 công trình đồng đại và đồng dạng và công trình Điện Thái Hòa (ĐTH) hiện còn, bài nghiên cứu này đề xuất giải pháp thiết kế tái thiết hệ khung gỗ của kiến trúc ĐCC đã bị mất, là hạng mục nghiên cứu quan trọng của dự án tái thiết ĐCC trong tương lai.

1. Lập luận tái thiết

Trong những bài nghiên cứu trước đây1, dựa trên kết quả đo đạc kích thước hiện trạng, chúng tôi đã tiến hành phân tích tỉ lệ giữa kích thước tổng thể và kích thước bộ phận, đối sánh chéo giữa hai nhóm công trình đồng đại và đồng dạng để xác định sự tương đồng cũng như dị biệt giữa chúng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày lập luận tái thiết từ đó đề xuất giải pháp thiết kế tái thiết hệ khung gỗ ĐCC như sau:

  • Thứ nhất, xét về góc độ hình loại học kiến trúc, ĐCC có hình thức “Trùng thiềm điệp ốc”được xây dựng với chức năng là nơi làm việc của Hoàng đế và Nội các triều Nguyễn, thuộc thể loại kiến trúc Cung Điện, vì vậy phải tuân theo nguyên tắc thiết kế mặt bằng của thể loại này;
  • Thứ hai, xét về góc độ niên đại, ĐCC là công trình được xây dựng dưới thời Vua Gia Long (năm 1804), như vậy phải tuân theo nguyên tắc thiết kế thời Gia Long bao gồm cấu trúc mặt cắt dọc và tỉ lệ kích thước chiều cao hệ khung gỗ;
  • Thứ ba, xét về yếu tố cấu thành gốc, phế tích nền móng ĐCC còn được bảo tồn ở vị trí khởi nguyên (vị trí ban đầu) bao gồm 79 viên đá tán hàm chứa thông tin kích thước đường kính chân cột và các dấu tích liên quan đến sự chuyển đổi hình thái kiến trúc của công trình này. Trên cơ sở đó, toàn bộ kích thước khẩu độ gian (kích thước bước cột) đã được xác định làm cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc thiết kế tái thiết phần cấu trúc bên trên đã bị mất;
  • Thứ tư, xét về góc độ phân tích đối sánh đồng đại và đồng dạng, ĐTH là công trình được xây dựng cùng thời kỳ với ĐCC vào thời Gia Long, giống nhau về tổ chức không gian mặt bằng, tương đồng kết cấu hệ khung gỗ và quy mô kiến trúc, vẫn còn tồn tại và được đặt ở phía trước của ĐCC. Điều này cho phép thực hiện nghiên cứu đối sánh để thiết kế tái thiết hệ khung gỗ của ĐCC theo phương pháp thiết kế thời Gia Long.
Hình 1. Mã số quy ước mặt bằng (trường hợp Điện Thái hòa)
Hình 1. Mã số quy ước mặt bằng (trường hợp Điện Thái hòa)

2. Mã số quy ước mặt bằng và mặt cắt

Xem hình 1, hình 2 và hình 3 dưới đây:

  • (A): Khẩu độ gian giữa lòng Xuyên (kích thước tim-tim chân cột);
  • (B): Khẩu độ gian bên lòng Xuyên (kích thước tim-tim chân cột);
  • (E): Khẩu độ gian lòng trến chính điện (kích thước tim-tim đầu cột);
  • (E+2e): Khẩu độ gian lòng trến chính điện (kích thước tim-tim chân cột, 2e là kích thước của tổng độ thách 2 cột hàng nhất chính điện);
  • (F): Khẩu độ gian lòng trến tiền điện (kích thước tim-tim đầu cột);
  • (F+2f): Khẩu độ gian lòng trến tiền điện (kích thước tim-tim chân cột, 2f là kích thước tổng độ thách 2 cột hàng nhất tiền điện);
  • (L): Chiều cao tổng của chính điện (tính từ nền nhà đến đòn đông chính điện);
  • (L1): Chiều cao Mực gốc (tính từ nền nhà đến đầu cột hàng nhì chính điện);
  • (L2): Chiều cao trần chính điện (tính từ nền nhà đến dầm trần chính điện);
  • (L3): Chiều cao nóc tiền điện (tính từ nền nhà đến Đòn Đông tiền điện);
  • (h): Chiều cao Mái hạ (tính từ nền nhà đến chân rui Mái Hạ);
  • (h1): Chiều cao từ tim trến tiền điện đến đòn đông tiền điện;
  • (h2): Chiều cao từ nền nhà đến dạ trến tiền điện;
  • (h3): Chiều cao từ nền nhà đến tim trến tiền điện;
  • (h4): Chiều cao tường cổ diêm.

3. Giải pháp nguyên tắc thiết kế tái thiết hệ khung gỗ

3.1 Phục hồi mặt cắt lòng Trến (mặt cắt dọc)

Theo phương pháp thiết kế thời Gia Long, kích thước hệ khung gỗ theo chiều mặt cắt lòng Trến sẽ được xác định như sau (hình 3):

  • Tổng chiều cao chính điện (L) = (A+2e) = (E+2e) = L2 = 12,7 thước. Theo đó, chiều cao từ nền nhà đến trần chính điện là: 12,7 thước x 2 = 25,4 thước x 428 mm = 10.871 mm;
  • Chiều cao Mực gốc (L1) = 15,2 thước = (A + 2,9 thước) = 6.505 mm;
  • Chiều cao trần chính điện (L2) = (E+2e) = 12,7 thước = 5.436 mm;
  • Tổng chiều cao tiền điện (L3) = (h3 + h1) = 19,55 thước = 8.367 mm;
  • Chiều cao Mái hạ: (h) = (A) = 12,3 thước = 5.265 mm;
  • Chiều cao tim xuyên chính điện = (L1) = 15,2 thước = 6.505 mm;
  • Chiều cao tim trến chính điện = (L1 + 1,8 thước) = 17 thước = 7.276 mm;
  • Chiều cao tim trến tiền điện đến Đòn Đông tiền điện (h1) = ½ h = 6,15 thước = 2.632 mm;
  • Chiều cao dạ trến tiền điện (h2) = (L2 + 01 tiết diện dầm trần) = 13 thước = 5.564 mm;
  • Chiều cao tim trến tiền điện (h3) = (h2 + 1/2 tiết diện Trến) = 13,4 thước = 5.735 mm;
  • Chiều cao tường cổ diêm (h4) = (L1 – h) = 2,9 thước = 1,241 mm;
Hình 3. Giải pháp thiết kế tái thiết mặt cắt dọc (lòng Trến) ĐCC
Hình 4. Mối quan hệ tỉ lệ giữa khẩu độ gian (L) và đường kính cột (D)

3.2 Phục hồi mặt cắt lòng Xuyên (mặt cắt ngang)

Về cơ bản, chiều cao và tiết diện các cấu kiện hệ khung gỗ theo chiều mặt cắt lòng trến giống với mặt cắt lòng xuyên, khả năng sẽ có đôi chút khác biệt giữa chúng là do các cấu kiện đều được chế tác bằng tay và được làm nên bởi nhiều nhóm thợ cùng tham gia thi công, sự khác biệt này là bất khả kháng vì đây là đặc trưng cố hữu của phương thức thi công xây dựng kiến trúc truyền thống.

Tuy nhiên, một kỹ thuật đặc biệt đã xuất hiện trong kiến trúc cung điện triều Nguyễn là chiều cao các hàng cột (của từng bộ vì) theo phương lòng xuyên lại không bằng nhau do kỹ thuật “Réo bộ vì” đã hằn sâu trong tập quán xây dựng của các phường thợ truyền thống (như Hoàng đế Minh Mạng đã có sắc dụ điều chỉnh) 2. Kỹ thuật này liên quan mật thiết với kỹ thuật nền nhà “Lõm-Nghiêng” như đã đề cập trong bài nghiên cứu trước 3. Theo đó, độ réo này không xuất hiện ở 03 gian trung tâm chính điện và tiền điện (gồm Gian giữa và 02 Gian bên tả/hữu theo chiều lòng xuyên) của hầu hết các công trình đồng đại và đồng dạng, tuy nhiên từ bộ vì thứ ba (tính từ gian trung tâm trở ra hai bên tả hữu) thì hiện tượng cao dần lên của mỗi bộ vì đã xuất hiện. Theo kết quả phân tích thì cứ mỗi khẩu độ gian theo chiều lòng xuyên, bộ vì thứ ba sẽ cao lên 0,1 thước (43 mm), bộ vì thứ tư cao lên 0,2 thước = 86mm và cứ thế tiếp tục cho đến bộ vì ngoài cùng, và bộ vì này cũng được tích hợp độ thách cột.

3.3 Phục hồi kích thước đường kính cột và các cấu kiện chính

Kích thước đường kính cột đo được từ dấu tích trên bề mặt các viên đá tán là phần tiếp xúc giữa mặt đáy chân cột và bề mặt đá tán, tuy nhiên kích thước này không phản ánh toàn diện kích thước đường kính cột. Khẩu độ gian hay còn gọi là bước cột gian giữa lòng xuyên (L) có mối quan hệ tỉ lệ với đường kính cột (D) hoặc chu vi cột (C). Theo kết quả phân tích chuyên sâu về hệ thống tỉ lệ kiến trúc cung điện Nguyễn thì (L) sẽ có quan hệ tỉ lệ với kích thước tiết diện cột theo 2 trường hợp: Thứ nhất là, (L) có quan hệ với (D) tính theo hệ thập phân (10 đơn vị phân số); Thứ hai là (L) có quan hệ với (C) tính theo hệ thập nhị phân (12 đơn vị phân số). Cả 2 trường hợp này đều xảy ra. Trong trường hợp (L) có quan hệ với (C) thì kích thước khẩu độ gian luôn có số lẻ của Pi (0,14 D) theo công thức C = D x Pi (3,14).

Trong trường hợp ĐCC, kích thước thu được là kích thước cơ sở (đáy chân cột). Vì vậy, muốn thiết kế được cây cột phải lập luận dựa trên kinh nghiệm truyền thống (phép thử sai) và kết quả phân tích tỉ lệ kiến trúc chuyên sâu để đề xuất kích thước tiết diện phù hợp với tỉ lệ chiều cao của mỗi chiếc cột. Theo đó, nếu D là kích thước đường kính lớn nhất của cột (kích thước nguyên lý) thì nó sẽ có quan hệ với các kích thước đường kính khác trên mỗi chiếc cột bao gồm: D1 (đường kính đáy chân cột), D2 (đường kính báp cột) và D3 (đường kính đầu cột) (hình 4).

Theo đó, đối với cột hàng nhất chính điện của ĐCC, D1 = 0,9 thước (385mm) sẽ là kích thước cơ sở để nội suy dựa trên kinh nghiệm truyền thống theo quy luật “Gia-Giảm” (trong đó bao gồm: Gia thước, gia tấc, gia phân và giảm thước, giảm tấc, giảm phân). Theo quy luật “Gia” thì D1 (chân cột) + 0,1 thước = D2 (báp cột) = 1 thước (428 mm); D2 + 0,1 thước = D (lưng cột ) = 1,1 thước (471 mm) và ngược lại. Thông thường thì đường kính đầu cột (D3) sẽ bằng hoặc gần bằng đường kính chân cột (D1), tuy nhiên để phần “miệng kèo” ôm sít vào “họng cột” (liên kết Cột-Kèo) nên đầu cột thường được bào nhỏ lại. Trên thực tế quan sát thi công chế tác cấu kiện, nhất là công đoạn chế tác liên kết Cột-Kèo (kỹ thuật khó nhất) thì nhận thấy rằng việc đầu cột được bào nhỏ đi là hợp lý nhằm tạo thế hình “nêm” làm cho miệng kèo và họng cột ôm sít vào nhau và dễ dàng tháo lắp.

Tiết diện các cấu kiện chính là kèo – xuyên – trến sẽ tương ứng với kích thước đường kính báp cột (D2) và được điều chỉnh gia – giảm tại vị trí nó liên kết với Cột, cụ thể là:

  • Tiết diện Kèo (TdK) = D2 x (D2+1/3D2);
  • Tiết diện Trến (TdT) = D2 x (D2+1/3D2);
  • Tiết diện Xuyên (TdX) = D3 x D3 hoặc = D2 x D2.

Các cấu kiện khác là xà, đòn tay, rui sẽ có quan hệ tỉ lệ phân số với trến, kèo hoặc xuyên. Thông thường được lấy theo tỉ lệ 1/4, 1/2, 3/4 của tiết diện các cấu kiện chính. Từ đây kích thước tiết diện các cấu kiện liên kết khác sẽ được khống chế trong phạm vi này.

3.4 Phục hồi độ “Thu – Thách” cột (đầu cột thu vào, chân cột thách ra)

Kỹ thuật dựng cột nghiêng đã tồn tại từ rất xa xưa ở châu Á (khác với kiến trúc châu Âu), kỹ thuật này đã và đang hiện hữu trên những công trình kiến trúc di sản bằng gỗ của các nước vùng Đông Á và Đông Nam Á, cụ thể là kiến trúc triều Nguyễn ở Huế. Nhằm thiết lập cơ sở khoa học kỹ thuật cho việc đề xuất phục hồi kích thước lý thuyết, sự chênh lệch kích thước khẩu độ gian giữa phần đầu cột và phần cột của mỗi khẩu độ gian cần được lưu ý.

Trong trường hợp ĐCC, khẩu độ gian theo chiều ngang (A) = 12,3 thước, nếu cộng thêm 0,4 thước sẽ = khẩu độ gian (E) theo chiều dọc = 12,7 thước. Nếu (A) = (E) thì 0,4 thước dài hơn (A) của (E) chính là độ thách của 02 cột hàng nhất (2e). Như vậy (E) = (A) ở phần đầu cột hàng nhất = 12,3 thước. Nếu chia đôi 0,4 thước (2e) biểu thị độ thách tổng của (E) thì độ thách của mỗi cột hàng nhất (e) sẽ là 0,2 thước = khoảng 84mm (theo chiều dọc). Điều này biểu hiện logic tương ứng kỹ thuật nền “Lõm-Nghiêng” là 84mm như đã đề cập trong bài nghiên cứu trước, đây là bài toán hình học không gian thuần tuý. Theo đó, độ thách của các cột hàng nhì và cột hàng ba sẽ tương ứng với chiều cao của cột nhất, cột nhì, cột ba (theo nguyên tắc “thách mạ – đá con”) là: 86mm (0,2 thước) > 67mm (0,16 thước) > 42mm (0.1 thước) và tương ứng tỉ lệ 5/4/3 của định luật Pitago. Theo đó, độ thách gũ đầu (của cột góc) hàng nhất chính điện = 86 mm x 1.414 = 122mm, thách gũ đầu hàng nhì chính điện sẽ bằng độ thách gũ đầu hàng hàng nhất tiền điện = 67mm x 1,414 = 95mm, thách gũ đầu hàng ba = 43mm x 1,414 = 61mm, tất cả cột góc nghiêng theo cả 2 chiều lòng trến và lòng xuyên (sẽ giúp ổn định hệ khung gỗ trong điều kiện chịu tải và lực xung kích gia tăng).

3.5 Phục hồi độ dốc mái và độ réo mái

Kỹ thuật của thước nách (quy tắc tam giác đều) đã được sử dụng trong thiết kế kiến trúc cung điện Nguyễn, với tham chiếu độ dốc mái của ĐTH, độ dốc mái của ĐCC được phục hồi như sau:

  • Độ dốc mái chính điện = độ dốc mái tiền điện = 58%;
  • Độ dốc mái góc quyết chính điện và tiền điện = 58% : 1.414 (√) = 41%.

Hàng cột ở các góc lại cao lên dần theo nguyên tắc “Réo bộ vì” nên các cột góc quyết nội (cột quyết chính điện) phải cao thêm 0,3 thước (=129 mm), các cột góc quyết ngoại phải cao thêm 0,4 thước (=171mm) so với cao độ gốc của bộ vì nhất tả và nhất hữu, kỹ thuật này gọi là độ “réo mái”. Nếu cộng thêm các lớp ngói độn chêm vào ở các góc quyết (khoảng 0,2 thước = 86mm) thì độ réo mái góc quyết mái thượng của ĐCC sẽ là 0,5 thước (=215mm), độ réo mái góc quyết mái hạ sẽ là 0,6 thước (257mm).

Hàng cột ở các góc lại cao lên dần theo nguyên tắc “réo bộ vì” nên các cột góc quyết nội (cột quyết chính điện) phải cao thêm 0,3 thước (=129mm), các cột góc quyết ngoại phải cao thêm 0,4 thước (=171mm) so với cao độ gốc của bộ vì nhất tả (thứ nhất bên trái) và nhất hữu (thứ nhất bên phải), kỹ thuật này gọi là độ “réo mái”. Nếu cộng thêm các lớp ngói độn chêm vào ở các góc quyết (khoảng 0,3 thước = 129mm) thì độ réo mái góc quyết mái thượng của ĐCC sẽ là 0,6 thước (=258mm), độ Réo Mái góc quyết mái hạ sẽ là 0,7 thước (301mm).

4. Kiểm chứng kích thước chiều cao hệ khung gỗ ĐCC từ ảnh tư liệu

Ngoài ra, để bổ sung cơ sở luận và kiểm tra tính chính xác của kích thước thiết kế tái thiết hệ khung gỗ của ĐCC, chúng tôi đã thực hiện một loạt các phân tích kích thước trên các bức ảnh cũ được chụp trong những năm 1900 đến 1923, đặc biệt là 02 bức ảnh chụp nội thất ĐCC tại thời điểm sau khi được trùng tu và sơn thếp vào năm 1923 để phục vụ cho lễ tứ tuần đại khánh của Hoàng đế Khải Định tổ chức vào năm 1924.

Kết quả phân tích phối cảnh trên 02 bức ảnh này (photogrammetry analysis) cho thấy: Chiều cao xà đầu cột hàng nhất tiền điện tại vị trí C5 là 6525,9mm=15,24 thước (hình 5), đây chính là chiều cao đường “Mực Gốc” (L1) như đã đề cập ở trên. Mặt khác, chiều cao của dầm trần chính điện tại vị trí E8 là 5389,3mm=12,59 thước, tại vị trí F7 là 5498,9mm=12,84 thước, chiều cao trung bình của cả hai vị trí này là 5444,1mm=12,71 thước (hình 6).
Theo kết quả phân tích đối sánh đồng đại và đồng dạng, chiều cao của đường mực gốc tại vị trí C5 đối với thể loại cung điện này dao động từ 15 thước đến 15,2 thước. Kết quả phân tích ảnh cổ trên đây cho thấy chiều cao đường mực gốc của ĐCC giống với kích thước thiết kế tham chiếu =15,2 thước (sai số 0,04 thước = 16 mm), và hoàn toàn giống với chiều cao mực gốc của ĐTH. Ngoài ra, độ cao dầm trần chính điện tại vị trí E8 và F7 của các công trình đồng đại và đồng dạng dao động từ 12,3 thước đến 12,7 thước cũng trùng khớp với kết quả phân tích chiều cao trần chính điện của ĐCC từ ảnh cổ là 12,71 thước. Về điều này, sai số phân tích nhỏ nhất là 0,01 thước (=4mm) và sai số lớn nhất là 0,04 thước (=16mm), độ sai số này là rất nhỏ và có thể được chấp nhận.

Hình 5. Phân tích kích thước từ ảnh tư liệu cổ (Trường hợp 1)
Hình 6. Phân tích kích thước từ ảnh tư liệu cổ (Trường hợp 2)

5. Kết luận

Với những nghiên cứu phân tích và sự đúc rút kết quả nêu trên, có thể khẳng định rằng: Khả năng tái thiết hệ khung gỗ Điện Cần Chánh là hoàn toàn khả thi với những hiểu biết thấu đáo về quy mô và hình thái kiến trúc, đặc điểm kết cấu và kích thước tổng thể của hệ khung gỗ đã bị mất. Theo đó, chiều cao tổng hệ khung gỗ chính điện là 25,4 thước (10.871mm), chiều cao tổng hệ khung gỗ tiền điện là 19,55 thước (8.367mm), chiều cao mái hạ là 12,3 thước (5.265mm), chiều cao trần chính điện là 12,7 thước (5.436mm) và các thông số kích thước chiều cao quan trọng khác. Các kích thước tái thiết cơ bản đã được kiểm chứng bằng phương pháp phân tích kích thước ảnh cổ với độ sai số nhỏ nhất là 4 mm và lớn nhất là 16 mm (chiếm tỉ lệ 0,002% trên chiều dài cột hàng nhì) nên có thể xác thực rằng kích thước thiết kế tái thiết đề xuất trên đây là hợp lý.

Như vậy, từ cơ sở phế tích nền móng được bảo tồn làm nền tảng học thuật và cơ sở khoa học kỹ thuật cho việc thiết kế tái thiết hệ khung gỗ. Với sự hỗ trợ công nghệ và trang thiết bị kỹ thuật hiện đại, sự dẫn hướng của các Công ước quốc tế và Luật Di sản Văn hóa Việt Nam sẽ góp phần giúp Dự án tái thiết Điện Cần Chánh được triển khai một cách thuận lợi, đạt được các tiêu chí về tính chân xác trong hoạt động trùng tu tái thiết di sản, nâng cao chất lượng bảo tồn quần thể Di tích Cố đô Huế.

TS.KTS. Lê Vĩnh An
Viện trưởng viện Kỹ thuật & Công nghệ Việt Nhật, Đại học Duy Tân, Đà Nẵng
ThS. Nguyễn Thị Kim Nhung
Giảng viên, Viện Đào tạo và Nghiên cứu Du lịch, Đại học Duy Tân, Đà Nẵng
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 09-2023)

Xem thêm:


Ghi chú:
1) Lê Vĩnh An, Nakagawa Takeshi, Nguyễn Thế Sơn, Nguyễn Thị Kim Nhung, “Nghiên cứu tái thiết Điện Cần Chánh, Hoàng Thành Huế – Di sản Văn hóa Thế giới, Phần 1 – Phần 7, Tạp chí Hội Kiến trúc sư Việt Nam, số 10/2022, số 12/2022, số 1/2023, số 2/2023, số 4/2023, số 5/2023, số 6/2023.
2) Nội Các triều Nguyễn, Khâm Định Đại Nam Hội Điển Sự Lệ Tục Biên, Công Bộ, Quyển 222.
3) Lê Vĩnh An, Nakagawa Takeshi, Nguyễn Thế Sơn, Nghiên cứu tái thiết Điện Cần Chánh, Hoàng Thành Huế – Di sản Văn hóa Thế giới, Phần 5- Báo cáo kết quả nghiên cứu phế tích nền móng kiến trúc Điện Cần Chánh, Tạp chí Hội Kiến trúc sư Việt Nam, số 4/2023, trang 63-69.