Tối ưu hoá thiết kế nhà ở xã hội nhằm giảm giá thành và phát triển bền vững

Thế giới ngày càng ngày quan tâm đến cuộc sống và nơi ở của những người có hoàn cảnh sống còn khó khăn. Giải thưởng Prizker 2016 đã được trao cho KTS Alejandro Aravena – Người được vinh danh là một KTS vì người nghèo – Hàng ngàn người đã có nơi ở từ những ý tưởng khôn ngoan trên tinh thần “tối ưu half-half” của ông…

Tối ưu khối tích và tối ưu mặt đứng trong thiết kế của MVDRV
Tối ưu khối tích và tối ưu mặt đứng trong thiết kế của MVDRV

Hai thách thức lớn đang đặt ra đối với quá trình xây dựng và phát triển NƠXH tại Việt nam hiện nay

Tối ưu hóa thiết kế những năm 1930 tại Pháp của Le Corbusier
Tối ưu hóa thiết kế những năm 1930 tại Pháp của Le Corbusier

1 – Giá thành NƠXH chưa đáp ứng được nhóm hộ gia đình có nhu cầu cấp thiết về nhà ở là những hộ có thu nhập trung bình và thấp, các căn hộ có giá thành trên dưới 1 tỷ đồng thì nhiều, nhưng những căn hộ có giá khoảng trên dưới 500 triệu đồng thì ít, cho dù nhà nước đã có nhiều chính sách hỗ trợ.
2 – Phát triển bền vững chưa được đề cập tới trong xây dựng và phát triển NƠXH hiện nay, mặc dù vấn đề này đang được ưu tiên hàng đầu trong thực tiễn xây dựng và nghiên cứu tiên phong về NƠXH trên thế giới.
Tối ưu hóa thiết kế NƠXH (optimization d’architecture des logements socials), đề cập tới những giải pháp tổng thể, những nghiên cứu dẫn đường, góp phần xây dựng và phát triển NƠXH tại Việt nam đúng hướng và phù hợp với tình hình hiện nay và trong tương lai.

Những nội dung cơ bản của tối ưu hóa thiết kế 

Tối ưu hóa kiến trúc là một khía cạnh của bài toán tối ưu tổng thể. Đó là bài toán tối ưu tuyến tính, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực từ kinh tế, tài chính, sản xuất … cho đến quy hoạch và kiến trúc. Ở Việt Nam, giáo sư toán học Hoàng Tụy là người đầu tiên nghiên cứu toán tối ưu. Trên thế giới, Le Corbusier từ những năm 1930 đã nghiên cứu về thiết kế tối ưu trong nhà ở.

Lý luận cơ bản trong toán tối ưu đó là sự “đánh đổi”. Nghĩa là trong thực tế mọi thứ đều chỉ là tương đối, không có sự tối ưu tuyệt đổi. Trong toán học, người ta gọi đó là điểm gặp nhau giữa một hàm lồi (hiệu quả) và một hàm lõm (phi hiệu quả). KTS Alejandro Aravena nói “tối ưu half-half” hay “50-50” chính là đề cập đến sự “đánh đổi” này.

Khu NƠXH Prutt Igoe của Yamasaki đã bị phá hủy vì những vấn đề xã hội
Khu NƠXH Prutt Igoe của Yamasaki đã bị phá hủy vì những vấn đề xã hội
NƠXH tại Trung Quốc
NƠXH tại Trung Quốc

Trong phạm vi ngắn của bài báo, xin đề cập đến 7 nội dung chính của tối ưu hóa kiến trúc NƠXH trên thế giới hiện nay, trên nền tảng của Vật liệu – Công nghệ – Văn hóa, đó là:

  1. Competitive Costs/ Giá thành cạnh tranh
  2. Lightweight Building/ Công trình nhẹ
  3. Fast Construction/ Xây dựng nhanh
  4. Low Maintenance Cost/ Chi phí bảo trì thấp
  5.  Flexibility and Modularity/ Linh hoạt và modul hoá
  6.  Integration of Technology with Environment and Sustainable Development /Công nghệ thân thiện với môi trường và phát triển bền vững.
  7. Housing’s culture/ Văn hóa ở

Những vấn đề đặt ra đối viows tối ưu hóa thiết kế NƠXH tại Việt Nam hiện nay.

Tối ưu hóa công nghệ, phương thức xây dựng “khô”

Phương thức xây dựng “ướt” truyền thống vẫn đang được sử dụng rộng rãi và đặc biệt phổ biến ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt nam. Đại đa số các công trình xây dựng dựa trên việc sử dụng gạch và vữa, bê tông và xi măng, các cấu kiện xây dựng tại chỗ… tốn nhiều chi phí, nhiều tài nguyên, nhiều nước, và tác động xấu đến môi trường.

Tối ưu _half-half_ của Alejandro Aravena
Tối ưu _half-half_ của Alejandro Aravena

Phương thức xây dựng “khô” (dry procedure) có thể được hiểu là công nghệ xây dựng không dùng hoặc dùng rất ít “nước”. Sử dụng thép hoặc gỗ cho hệ khung, các tấm pano bằng thạch cao được sản xuất tại các máy tiền chế, được sử dụng làm tường bao hoặc vách ngăn.

Áp dụng phương thức xây dựng “khô”, tải trọng công trình chỉ còn khoảng 1/3 – 1/4 tải trọng so với phương thức xây dựng “ướt”. Mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, giảm được kết cấu móng, thời gian xây dựng nhanh, tiết kiệm nhân công, vật tư, tiết kiệm nước … và giảm thiểu các tác động bất lợi đến môi trường.

Sự đánh đổi trong trường hợp này là cần phải đầu tư công nghệ xây dựng và đào tạo nhân công chất lượng cao tiến tới giảm giá thành triệt để và phát triển bền vững.

Số tầng cao tối ưu để đạt mật độ dân cư tối đa

Số tầng cao liên quan đến số lượng căn hộ có thể bán trên cùng một diện tích xây dựng, vì thế nó ảnh hưởng đến giá thành. Ít tầng thì kém hiệu quả. Nhà cao thì quá tải hệ thống hạ tầng.

Có hai quan điểm chính hiện nay. Xây nhà cao từ 18 tầng đến 25 tầng để tiết kiệm đất hay là xây nhà từ 9 tầng trở xuống?

Trên quy mô đô thị, công thức đạt mật độ tối đa khi quy hoạch theo tiêu chuẩn của người Pháp là số tầng N=R+5 (R nghĩa là tầng trệt). Thí dụ tại thủ đô Paris, vùng trung tâm cũ tuy chiều cao trung bình chỉ khoảng 6-7 tầng, nhưng mật độ dân cư cao hơn nhiều khu ở mới La Defense.

Ở mức độ khu ở, hoặc khối nhà xây độc lập thì xây nhà cao tầng có lợi hơn nếu hạ tầng đáp ứng được.

Theo điều kiện địa lý, địa hình, địa chất khu vực… chiều cao nhà tối ưu phụ thuộc nhiều vào tầng đất tốt. Như khu Mahatan ở Newyork, địa tầng bên dưới toàn là đá granit, nên họ xây nhiều nhà cao tầng và siêu cao tầng.

Theo quy định hiện hành, các dự án dùng 20% quỹ đất để xây dựng NƠXH, chắc chắn những nhà ở đơn lẻ đó sẽ được xây cao tầng. Nhưng nếu có quy hoạch sử dụng đất tổng thể để phát triển NƠXH, tại Việt nam nên chăng xây dựng những khu NƠXH quy mô từ 7 tầng trở xuống?

Vật liệu low-tech hay high-tech

Gạch (nung và không nung) và một số vật liệu địa phương khác hoàn toàn phù hợp với những kiểu NƠXH thấp tầng, tại các khu vực có nhân công giá rẻ, mặt bằng sẵn có, hoặc những kiểu NƠXH do nhà nước và nhân dân cùng làm. Ở châu Á, một số khu ở của người nghèo tại Thailand, Indonesia, Malaysia … đã áp dụng thành công. Giải pháp “low-tech” này phù hợp với các “khu ổ chuột” cần tái định cư tại chỗ.

BTCT được sử dụng nhiều ở Trung Quốc vì nhân công giá rẻ. BTCT là một vật liệu thi công phức tạp, độ chính xác kém kể cả ở Nhật Bản. BTCT làm tăng tải trọng công trình, tốn nhiều tài nguyên như đá, sỏi và nước… Các công đoạn từ sản xuất vật liệu đến xây dựng công trình đều gây ảnh hưởng đến môi trường.

Phối cảnh NƠXH của Alejandro Arevena
Phối cảnh NƠXH của Alejandro Arevena

Kết cấu thép nhẹ, thi công nhanh, công trường sạch, ít ảnh hưởng môi trường và dễ tái sử dụng. Nhà càng cao sử dụng kết cấu thép càng tối ưu. Trong 100 toà nhà cao nhất thế giới chỉ có 2 công trình còn sử dụng kết cấu BTCT. Nhiều công trình, khối lượng thép trong bê tông thậm chí còn nhiều thép hơn những công trình tương tự làm bằng kết cấu thép. Đến thời điểm hiện tại, chưa có vật liệu nào tối ưu hơn thép.

Quá trình nghiên cứu và xây dựng NƠXH tại nhiều nước đã minh chứng sự tiết kiệm của kết cấu thép so với BTCT. Cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp vật liệu phù trợ như vách ngăn, tấm sàn, lớp vỏ, lớp bảo vệ kết cấu trước hoả hoạn và môi trường … kết cấu thép ngày càng chứng tỏ đây là một vật liệu của hiện tại và tương lai.

Kiến trúc “ép cân”

Trọng lượng của công trình được tính tổng thể các bộ phận từ móng đến mái.

Tối ưu mật độ và chiều cao trong thiết kế của hãng KT Astoc
Tối ưu mật độ và chiều cao trong thiết kế của hãng KT Astoc

Công thức của Einstein: E=MxC2 thể hiện mối quan hệ giữa năng lượng tích lũy và khối lượng vật chất. Nhà nhẹ có nhiều ưu điểm nổi trội về mặt sử dụng và tiết kiệm năng lượng. Tối ưu hoá thiết kế cấu kiện và hệ khung cấu trúc nhằm “giảm cân tối đa” mang lại nhiều lợi ích, và là một xu hướng chính để giảm giá thành và sử dụng năng lượng hiệu quả.

Trong tập “Tối ưu hóa thiết kế để giảm giá thành nhà ở Đô thị” của NXB Xây dựng, do tác giả Trần Bình Trọng chủ biên cũng có kết luận cho rằng nên xây nhà từ 25 tầng trở xuống để giảm lực tác động của gió, từ đó giảm được kết cấu phần thân nhà, giảm kết cấu móng, vì thế giảm được tổng trọng lượng kết cấu và tải trọng của nhà ở dẫn đến giảm giá thành.

Giảm chi phí sử dụng và kinh phí bảo trì

Những người có thu nhập thấp và trung bình không có khả năng chi trả kinh phí sử dụng và bảo trì cao. Chi phí sử dụng nằm phần nhiều ở vấn đề sử dụng năng lượng hiệu quả, còn kinh phí bảo trì nằm ở kỹ thuật xây dựng và hoàn thiện tòa nhà.

Thí dụ, đối với NƠXH cao tầng xây bằng kết cấu BTCT khi gặp tác động của gió hoặc rung lắc địa chấn dễ hình thành các vết co, nứt, rạn trong kết cấu và bề mặt. Dẫn đến các lớp phủ bề mặt khi gặp các điều kiện bất lợi như mưa gió nắng nhiệt độ nhanh chóng bị hư hỏng cần bảo trì.

Giảm chi phí sử dụng năng lượng bằng thiết kế thông gió tối ưu, nhất là trong điều kiện khí hậu Việt nam. Căn hộ nên thiết kế có hai mặt thoáng, thông gió xuyên phòng, chiều cao căn hộ và độ mở của cửa sổ đảm bảo thông gió tự nhiên.

Giảm kinh phí bảo trì bằng cách sử dụng các hệ kết cấu ít đòi hỏi duy tu bảo dưỡng, bề mặt hoàn thiện bền vững dưới tác động của môi trường.

Tối thiểu diện tích mặt đứng và tối đa diện tích sàn bán

Đầu tư cho mặt đứng chiếm tỷ trọng đáng kể trong đầu tư toà nhà. Mặt đứng là bộ mặt công trình, có nhiều chi tiết kiến trúc cần hoàn thiện. Do vậy tối thiểu được diện tích mặt đứng và tối thiểu được chi tiết hoàn thiện sẽ giảm được giá thành. Nên thiết kế nhiều mặt phẳng, ít gờ phào, hình khối vuông vức … dùng mầu sắc để sinh động hóa mặt đứng …

Tối đa diện tích sàn bán bằng cách giảm diện tích giao thông. Nhà càng cao thì diện tích giao thông càng nhiều vì phải tăng số lượng thang máy, hệ thống phòng cháy chữa cháy… vì thế tăng chi phí đầu tư.

Ngoài ra, cũng cần nghiên cứu thêm về những hình khối hình học tối ưu cho NƠXH. Đó là những khối hình đạt sự tối đa về khối tích và diện tích (phần lõi liên quan đến chiều cao thông gió, lấy sáng, và không gian căn hộ), nhưng đạt sự tối thiểu về diện tích phủ bề mặt (phần vỏ liên quan đến hoàn thiện, chống nóng, chống mưa…)

Modun hóa, tiết kiệm và biến đổi không gian căn hộ

Vấn đề này đã được tác giả trình bày trong chuyên đề NƠXH năm 2013 của Tạp chí Kiến trúc. Vấn đề đặt ra là người thiết kế cần chủ động, chuẩn bị sẵn những kịch bản bản thiết kế, đón được những nhu cầu trong tương lai của người sử dụng.

Như khi có nhu cầu mở rộng diện tích phòng, thêm phòng, bớt phòng, thêm công năng mới… để từ đó có hướng thiết kế sẵn, hay chờ sẵn những yếu tố kỹ thuật như các đầu mối, yếu tố kiến trúc đặt sẵn như các cửa sổ, các hệ vách ngăn nhẹ linh hoạt, các hộp kỹ thuật dự trữ … phù hợp với các khảo sát xã hội học về nhu cầu ở và cải tạo không gian ở.

Biến đổi đa chức năng – “multifonction”

Đây là xu hướng mới nhất của tối ưu hóa thiết kế NƠXH. Xuất phát từ thực tế Đô thị luôn luôn biến động. Một nhà máy cũ ngày mai có thể biến thành một viện bảo tàng, một trung tâm thương mại. Một khu NƠXH ở rìa đô thị sau 10 năm đã vào gần trung tâm. Khu NƠXH trước đây dành cho người có thu nhập trung bình và thấp, nay đã ở vị trí đắc địa “đất vàng” nơi nội đô. Trường hợp này gặp rất nhiều tại các nước đang phát triển hiện nay, trong đó có Việt nam.

Không gian sống _nửa trong nửa ngoài_ trong NƠXH tại Parla
Không gian sống _nửa trong nửa ngoài_ trong NƠXH tại Parla

Khác với biến đổi không gian trong quy mô căn hộ, biến đổi đa chức năng nằm ở quy mô khu ở và đô thị. Vì thế, người thiết kế cần lưu ý tới hệ khung kết cấu và vỏ bọc tòa nhà nhiều hơn, nhắm tới những khả năng chuyển đổi hình thái và công năng trong tương lai.

Một số vẫn đề bàn luận thêm

Sự đánh đổi giữa giảm giá thành và phát triển bền vững

Đây là sự đánh đổi giữa tư duy đầu tư ngắn hạn và tư duy đầu tư dài hạn.

Phát triển bền vững trong dài hạn thể hiện cấp độ cao nhất là bền vững văn hóa – xã hội, một phần hiển thị ở văn hóa ở. Khác với nhà ở phương Tây có xu hướng hiển thị vào phía trong, văn hóa ở của người Việt thường biểu hiện ra mặt ngoài qua hình ảnh không gian kiến trúc.

Trong kiến trúc nhà ở, người Việt có thói quen sinh hoạt và giao tiếp ở những “không gian nửa trong nửa ngoài” như hàng hiên, sân giời, vỉa hè… Những không gian này một phần mất đi trong kiến trúc NƠXH do không chuyển tải được trước sức ép của yếu tố giá thành.

Trong thời đại của nền khoa học công nghệ, và xã hội thông tin, biết chọn lọc và chuyển hóa thì những đặc điểm trong không gian ở truyền thống sẽ tạo nên những khu ở có tinh thần nơi chốn “espirit de location” có tính gắn kết cộng đồng, tạo nên sức cuốn hút của khu ở.

 NƠXH năm 1940 tại Đức
NƠXH năm 1940 tại Đức

Mix-income, mix-used

Một số nghiên cứu tiên phong cho rằng cần tạo tương tác chéo, cần tạo ra những khu NƠXH hỗn hợp (mix-income, mix-used …) giữa những hộ gia đình có thu nhập và các điều kiện sống khác nhau.

NƠXH cùng khu với nhà ở thương mại, người có thu nhập trung bình và thấp ở cùng khu với người có thu nhập cao (có thể khác tòa nhà). Người thu nhập thấp có điều kiện tăng thu nhập bằng cách làm thêm các dịch vụ cho người có thu nhập cao.

Biến đổi mặt đứng NƠXH Parhill 1960 (Anh)
Biến đổi mặt đứng NƠXH Parhill 1960 (Anh)

Ý tưởng này mang đầy tính xã hội và nhân văn. Nếu thực hiện được, có thể giảm giá thành NƠXH bằng cách lấy lãi từ nhà ở thương mại bù vào chi phí xây NƠXH. Tại Pháp, luật xây dựng nhà ở đã quy định cụ thể điều này. Tuy vậy, điều này ít thành công trong thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Carlos Reimers, Beyond the trailer: Rethinking affordable manufactured housing in U.S, Habitat International 2012

2. CECODHAS, Housing Europe 2007 – Review of social, co-operative and public housing in the 27 EU member states, EU 2007

3. Irene Pasina, High space – Low cost, 2000

4. Pedro Fonseca Jorge, The minimum cell – minimum housing standarts for future applications, NHR 2010

5. R.McCUTCHEON, The Role of Industrialised Building in Low-income Housing Policy in the USA, Habitat International Vol 14.No1 pp167-176, 1990

6. UN-HABITAT, Affordable land and housing in Asia, UNON Nairobi 2011

7. UN-HABITAT, Affordable land and housing in Latin America and the Caribbean, UNON Nairobi 2011

8. UN-HABITAT, Affordable land and housing in Africa, UNON Nairobi 2011 9. ZAID, N.S.M, Low-cost housing in Malaysia: A contribution to sustainable development, 2000

Xem thêm: Vấn đề kiến trúc bền vững đối với nhà ở xã hội

KTS. Hoàng Anh – (trường ĐHXD)

( Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 03-2016 )