Nghiên cứu tái thiết Điện Cần Chánh, Hoàng thành Huế – Di sản văn hóa thế giới – phần 9: Phục hồi phương pháp thiết kế và quy trình lắp dựng hệ khung gỗ

Tiếp theo những bài nghiên cứu trước, thông qua việc nghiên cứu tư liệu, bài viết phân tích tỉ lệ kiến trúc, phỏng vấn thợ mộc truyền thống và kinh nghiệm đúc kết trên 30 năm tham gia công tác bảo tồn di sản văn hóa, trải nghiệm kỹ thuật trùng tu phục hồi di sản kiến trúc Cung Điện Huế. Bài nghiên cứu này được thực hiện nhằm đề xuất phục hồi phương pháp thiết kế và quy trình lắp dựng hệ khung gỗ kiến trúc Điện Cần Chánh. Hy vọng bài nghiên cứu này sẽ cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn hữu ích cho dự án tái thiết Điện Cần Chánh, Hoàng Thành Huế – Di sản Văn hóa Thế giới.  

Nguyên tắc thiết kế

Dụng cụ và đơn vị thiết kế

Một dụng cụ đặc thù của thợ miền Trung là cây “Thước nách” có hình tam giác đều, được hiểu theo hai nghĩa: Thứ nhất là một loại công cụ dùng để kẻ, vẽ, thứ hai là một đơn vị ước tính kích thước với chiều dài mỗi cạnh là 01 thước ta = 400 mm – 426 mm (hình 1, 2). Thước Nách được sử dụng với nhiều chức năng, rất hữu ích cho thợ mộc khi thiết kế những trục tim đối xứng của mặt bằng (2 đường thẳng vuông góc), tim các hàng cột, chế tác các cấu kiện, lắp ráp hệ khung gỗ và thiết kế độ dốc mái nhà. Ngoài ra, Thước Nách còn được sử dụng để định mực thủy chuẩn trong quá trình thi công bằng cách phối hợp với dây dọi (1).

Thước Nách – Dụng cụ đặc thù của thợ mộc truyền thống miền Trung, Việt Nam
Sử dụng Thước Nách để thiết kế
Đường mực cắt đuôi Kèo (Điện Thái Hoà)

Một trong những dấu hiệu dễ nhận biết của kỹ thuật của thợ mộc miền Trung là dùng thước nách để cắt đuôi kèo. Theo đó, hai cạnh của hình tam giác đều biểu thị cho đường mực tim cột và đường mực mái nhà, cạnh còn lại sẽ là đường mực tham chiếu để cắt đuôi kèo tạo nên cảm giác “thuận mắt” khi nhìn phần đuôi kèo từ dưới lên. Kỹ thuật này đã được kiểm chứng ở trường hợp đuôi kèo và độ dốc mái chính điện của Điện Thái Hòa (hình 3), điều này giúp nhận định rằng kiến trúc cung điện Huế đã được tạo nên bởi kỹ thuật của thợ mộc miền Trung, trong đó thước nách là dụng cụ thiết yếu đã được sử dụng trong quá trình thiết kế và thi công các công trình kiến trúc gỗ (2).

“Mực” thiết kế cơ sở

Trước khi tiến hành tái tạo lại quy trình thiết kế ban đầu và kích thước thiết kế lý thuyết của mặt bằng, mặt cắt dựa trên kết quả phân tích, cần tái thể hiện các đường tham chiếu thiết kế, hay còn gọi là Mực thiết kế cơ sở (“Mực” là những đường thẳng được vẽ bằng dây mực của thợ mộc). Phương cách của thợ mộc truyền thống là dùng ống mực để vẽ những đường mực thiết kế cơ sở với kích thước tỉ lệ 1/1 trên mặt đất (do đó còn được gọi là “Mực Đất”, được copy vào một dụng cụ trung gian gọi là “Rui Mực” (cách gọi miền Bắc) hoặc “Con Cán” (cách gọi miền Trung), sau đó copy tỉ lệ 1/1 sang những cấu kiện gỗ chờ sẵn để chế tác cấu kiện (gọi là “Mực Hệt”).

Trên thực tế, rất khó tìm thấy dấu vết của việc thiết kế những đường mực tham chiếu này trên các cấu kiện gỗ (vì sau khi hoàn thiện công trình thì các đường mực này đã bị xóa bỏ, hoặc bị phủ lấp bởi các lớp sơn), ngoại trừ một trường hợp hy hữu là trên thanh Trến chính điện của Điện Thái Hòa còn tìm thấy đường mực tim Trến kẻ bằng mực tàu thấm sâu vào thớ gỗ. Mặc dù rất khó để xác định xem đường mực này đã được tạo ra trong quá trình xây dựng ban đầu hay trong quá trình sửa chữa sau này, tuy nhiên có thể khẳng định nó là dấu tích của đường mực tham chiếu thiết kế đã từng được sử dụng trong quá khứ. Từ cơ sở đường mực tim Trến này, chúng tôi tiến hành phục hồi các đường mực tham chiếu thiết kế mặt cắt dọc (mặt cắt lòng trến) cho thể loại kiến trúc “Trùng Thiềm Điệp Ốc” .

Phục hồi các đường “Mực” thiết kế cơ sở

Trình tự thiết kế

Thiết kế mặt bằng

Trước tiên, kích thước Chính Trung Gian (A) được thiết lập, sau đó được copy (có gia giảm) để trở thành kích thước Lương Tâm Chính Điện (E). Tiếp theo, kích thước Thứ Gian (B) được xác định bằng cách lấy A trừ đi một khoảng đơn vị (theo nguyên tắc B<A), và kích thước Lương Tâm Tiền Điện (F) sẽ được xác định từ B (theo nguyên tắc F<B). Kích thước Chái nội (C) sẽ được xác định từ B và kích thước Chái ngoại (D) được xác định từ C (theo nguyên tắc D<C<B). Cuối cùng, kích thước gian Thừa Lưu (G) và kích thước Chái tiền/hậu (I) được copy tuần tự từ D (theo nguyên tắc I=G=D) .

Phương pháp thiết kế này được áp dụng cho các ngôi điện lớn nằm trên trục trung tâm của Hoàng Thành Huế (Trục Thần Đạo) gồm điện Điện Thái Hòa, Điện Cần Chánh và Điện Càn Thành, những ngôi Điện này được xây dựng sớm nhất vào thời Gia Long, dùng làm nơi thiết triều, nơi làm việc của Nội các, và nơi ở của các thế hệ Hoàng đế triều Nguyễn.

Ký hiệu các khoảng Gian (bước cột) và trục thiết kế mặt bằng (thể loại kiến trúc Trùng Thiềm Điệp Ốc)

Thiết kế mặt cắt dọc

Dựa trên kết quả phân tích tỉ lệ kiến trúc của 10 công trình kiến trúc “Trùng thiềm điệp ốc” (nhà kép) hiện còn trong quần thể di tích Cố đô Huế, phương pháp thiết kế truyền thống đã được đúc kết để áp dụng trong việc thiết kế tái thiết Điện Cần Chánh (3) và được trình bày trình tự dưới đây:

Bước 1: Các khoảng Gian (bước cột) E, F, G, H, I theo chiều mặt cắt dọc sẽ được dóng xuống tương ứng với những kích thước này trên mặt bằng công trình.
Bước 2: Cao độ Mái Hạ được xác định dựa trên kích thước của A hoặc E, từ đó xác định được phạm vi của kết cấu bên dưới. Bằng cách cộng thêm chiều cao của tường Cổ Diêm vào mép trên cùng của Mái Hạ (phù hợp với tỷ lệ chiều cao nền móng) sẽ xác định được đường Mực Gốc Thiết kế.
Bước 3: Các đường Mực Thách Cột sẽ được sổ xuống cắt qua đường Mực Gốc Thiết kế kéo dài đến Nền Nhà và vuông góc với nó. Chiều cao Cột hàng nhì Chính Điện sẽ được ấn định ngang bằng với chiều cao đường Mực Gốc Thiết kế. Tổng chiều cao Chính Điện gấp đôi chiều cao Mái Hạ. Ở bước này, dụng cụ thước nách sẽ được sử dụng để xác định độ dốc Mái Thượng Chính Điện (khống chế trong khoảng giữa chiều cao đường Mực Gốc Thiết kế và tổng chiều cao Chính Điện).
Bước 4: Chiều cao Tim Trến Tiền Điện và Tim Trến Chính Điện sẽ được xác định bằng kích thước cụ thể dựa trên cao độ của đường Mực Gốc Thiết kế (tịnh tiến lên hoặc xuống bằng đơn vị thước ta). Điểm giao nhau giữa đường Mực Gốc Thiết kế và hai đường Mực Tim Cột hàng nhất Chính Điện sẽ là vị trí của Xuyên Chính Điện. Cao độ Mái Hạ sẽ bằng với cao độ Trần của Chính Điện.
Bước 4: Chiều cao Tim Trến Tiền Điện và Tim Trến Chính Điện sẽ được xác định bằng kích thước cụ thể dựa trên cao độ của đường Mực Gốc Thiết kế (tịnh tiến lên hoặc xuống bằng đơn vị thước ta). Điểm giao nhau giữa đường Mực Gốc Thiết kế và hai đường Mực Tim Cột hàng nhất Chính Điện sẽ là vị trí của Xuyên Chính Điện. Cao độ Mái Hạ sẽ bằng với cao độ Trần của Chính Điện.
Bước 6: Độ dốc Mái Hạ được xác định bằng cách lấy độ dốc Mái Thượng Chính Điện chia cho (1,414), và độ dốc mái Góc Quyết sẽ bằng độ dốc Mái Hạ chia cho . Từ đó, chiều cao Cột hàng ba sẽ được xác định.
Bước 7: Chiều cao Xà Hạ sẽ được xác định dựa trên vị trí Xà Thượng Tiền Điện (hay còn gọi là Xà Đầu Cột hàng nhất Tiền Điện) sao cho chiều cao của nó bằng với mép dưới của Kèo Mái Hạ, Xà Trung sẽ nằm ở vị trí ½ khoảng cách giữa Xà Thượng và Xà Hạ.
Bước 8: Chiều cao của Trến Thừa Lưu sẽ ngang bằng với chiều cao của Xà Hạ (Tiền Điện), như vậy cấu trúc Vì Thừa Lưu sẽ nằm trong khoảng giữa của Xà Trung và Xà Hạ (Tiền Điện). Đến bước này thì hầu hết vị trí và cao độ các cấu kiện chính của hệ khung gỗ đã được xác định. Đòn tay sẽ được phân bổ trên từng mặt mái tính từ trên xuống dưới theo nguyên tắc tính trực “Sinh” (5, 9, 13) hoặc “Lão” (6, 10, 14).

Quy trình lắp dựng hệ khung gỗ

Kết quả phân tích kích thước mặt bằng và mặt cắt cho thấy: Hệ khung gỗ theo chiều lòng Xuyên (chiều ngang) biểu hiện rõ về mặt thẩm mỹ kiến trúc (thông qua sự bố trí đều đặn của các khoảng Gian và các hàng cột), trong khi đó hệ khung gỗ theo chiều lòng Trến (chiều dọc) biển hiện rõ về kỹ thuật kết cấu và độ dốc mái (thông qua kỹ thuật Thu -Thách cột và mối liên hệ giữa độ dốc Mái Thượng và Mái Hạ). Mặc dù kích thước khẩu độ gian lòng Xuyên và lòng Trến luôn có mối quan hệ gia-giảm hoặc sao chép lẫn nhau, nhưng số gian theo phương lòng Trến thường được giới hạn trong khoảng 7 gian (gồm 8 hàng cột) và số gian theo phương lòng Xuyên có thể dao động từ 7 Gian (gồm 8 hàng cột) đến 15 gian (16 hàng cột).

Với những kết quả trên, chúng tôi xây dựng mô hình tái thiết hệ khung gỗ Điện Cần Chánh bằng công nghệ 3D-CG (Three Dimension – Computer Graphic), và phục hồi qui trình lắp dựng hệ khung gỗ như sau:

Bước 1: Cấu trúc lõi của Chính Điện (Khuôn Cụi) được thiết lập gồm 4 Cột hàng nhất, 4 Kèo thượng, 2 Trến và 2 Xuyên. Hai Xà Đầu Cột được lắp vào đầu 4 Cột hàng nhất theo từng cặp để néo giữ phần đầu của những chiếc cột này.
Bước 2: 4 Cột hàng nhì (Chính Điện) liên kết với 4 chiếc Kèo trung theo từng bộ để lắp vào Khuôn Cụi (đầu Kèo trung được đặt lên trên đuôi Kèo thượng và có mấu chốt giữ), 4 bộ Cột-Kèo này được liên kết với nhau bằng Xà Thượng và Xà Trung của Chính Điện.
Bước 3: Khuôn Cụi của Tiền Điện được lắp dựng đồng thời với cấu trúc Thừa Lưu, và cả hai cùng được liên kết với cấu trúc chính của Chính Điện đã được lắp dựng xong trước đó. Xà Thượng, Xà Trung, Xà Hạ của Tiền Điện cũng được lắp ráp nhằm ổn định cấu trúc Khuôn Cụi này. Từ đây các Bộ Vì đã được hình thành.
Bước 4: Các Bộ Vì của Chính Điện và Tiền Điện sẽ được lắp dựng theo trình tự tính từ Khuôn Cụi Chính Điện và Tiền Điện ra hai bên lần lượt theo nguyên tắc “trái/tả trước phải/hữu sau”, chúng được liên kết với nhau theo phương ngang bằng các thanh Xuyên và hệ thống Xà Thượng, Xà Trung, Xà Hạ.
Bước 5: Hệ khung Mái Hạ được lắp dựng xung quanh bốn phía của các Bộ Vì, chúng bao gồm các Cột hàng ba và Kèo hạ, được liên kết với nhau ở phần đầu Cột hàng ba bằng hệ thống Xà Thượng và Xà Hạ của Cột hàng ba để tạo nên hệ khung gỗ chịu lực.
Bước 6: Hệ Đòn Tay (tiết diện tròn, vuông và hình chữ nhật) được đặt trên lưng những chiếc Kèo, lắp ráp theo từng mặt mái, được liên kết với nhau bằng các hình thức mộng truyền thống (và được gia cố liên kết với Kèo bằng đinh sắt rèn có tiết diện vuông).a
Bước 7: Cuối cùng, hệ thống Rui được lắp ráp liên kết với Đòn Tay bằng đinh sắt rèn, ván ốp Nóc, Quyết được lắp trên bề mặt lưng Rui để cố định phần chân Rui và để đỡ tường Cổ Diêm, tường Bờ Nóc, Bờ Quyết ở bên trên. Diềm, Dũi sẽ được đóng sau cùng để cố định phần đầu Rui chuẩn bị cho việc lợp mái.

Kết luận

Kết hợp với những kết quả nghiên cứu đã trình bày ở trong các bài nghiên cứu trước (Nghiên cứu Tái thiết Điện Cần Chánh từ Phần 1 đến Phần 8), những kiến thức và kinh nghiệm được đúc kết trên đây sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn để tiến hành lập dự án và thi công tái thiết công trình kiến trúc di sản này. Việc áp dụng phương pháp thiết kế và kỹ thuật xây dựng truyền thống sẽ giúp phục hồi công trình một cách thuận lợi, phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội Việt Nam hiện nay, bảo tồn được giá trị Chân xác (Authentic Values) của di sản kiến trúc đã được đề cập trong các công ước quốc tế về bảo tồn, trùng tu, tái thiết di sản kiến trúc, và phù hợp với Luật Di sản Việt Nam.

TS.KTS. Lê Vĩnh An
Viện trưởng, 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 2-2024)


Ghi chú:
1) Lê Vĩnh An, (Regarding the Thuoc Nach I) 125 (Reconstruction study on the Hue Imperial City of the Nguyen dynasty, Vietnam. No.125), 日本建築学会関東支部研究報告集 研究報告集 II, 2006, 385388-412.
2) Lê Vĩnh An & Cao Đình Sơn, 2023. “Study on Vietnamese Design Methods of Traditional Vernacular Architecture and Discussion on Their Technical Origins”, International Journal of Architectural Heritage, Taylor & Francis, https://doi.org/10.1080/15583058.2023.2177211.
3) Lê Vĩnh An & Trương Ngọc Quỳnh Châu, 2020. “Practicing on the re-construction study of “Can Chanh Dien” Palace, Hue Imperial City, Vietnam – world cultural heritage,” International Journal of Architectural Heritage, Vol.14, Issue 9, pp. 1412-1424, DOI: 10.1080/15583058.2019.1612483.