Từ xưa đến nay, kiến trúc vẫn luôn là một phương trình cân bằng giữa khoa học và nghệ thuật. Sự ra đời của chủ nghĩa tham số đã thúc đẩy quá trình sáng tạo, đồng thời chứng minh sức hấp dẫn của những công nghệ tính toán chính xác khi kết hợp cùng tư duy thiết kế hiện đại.

Galaxy SOHO được xây dựng từ năm 2009 đến 2012, là một trong những dự án nổi bật nhất của Zaha Hadid Architects tại Bắc Kinh, Trung Quốc. Ảnh: SOHO China Office

Kiến trúc tham số – tham kiến từ đâu?

Parametric architecture (Kiến trúc tham số) – với “para” nghĩa là thiết kế và “metric” là đo lường trong tiếng Hy Lạp, là một phương pháp tạo hình cho các công trình dựa trên thuật toán. Các kiến trúc sư định nghĩa những biến số như chiều cao, độ cong, khoảng cách, ánh sáng, sức gió, tải trọng, v.v. và mối liên hệ giữa chúng để tạo ra các hình ảnh mô phỏng nhanh chóng, mà không cần mất nhiều thời gian vẽ tay hay dựng mẫu. Khi một tham số thay đổi, toàn bộ phần còn lại của công trình cũng đổi theo. Kết quả là hàng trăm mô hình khác nhau được tạo lập chỉ trong thời gian ngắn, mở ra rất nhiều khả năng mới cho các tòa nhà hiện đại.

Nhiều nguồn thông tin cho rằng Patrik Schumacher – một kiến trúc sư và cộng sự lâu năm của Zaha Hadid Architects – là người khởi xướng phong cách kiến trúc tham số. Nhưng thực tế, khái niệm này đã có lịch sử hàng trăm năm, trước cả khi chiếc máy tính đầu tiên (ENIAC) ra đời.

Antoni Gaudí, một kiến trúc sư người Catalan sống ở cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, được xác định là người đầu tiên ứng dụng tham số để thiết kế kiến trúc. Ông đã tạo ra mô hình chuỗi đảo ngược (một phương pháp treo ngược có hệ thống các túi vải có độ nặng từ trần nhà), để tính toán tối ưu cho những vòm cung của Vương cung thánh đường Sagrada Família (Tây Ban Nha), khi điều chỉnh các đường cong catenary tự nhiên hình thành bởi trọng lực. Bằng việc di chuyển các túi trọng lượng, ông quan sát các vòm cung thay đổi, sự ổn định của mô hình chuỗi treo này, khi đảo ngược, chính là sức chịu nén tốt nhất của cấu trúc vòm, từ đó tạo ra vô vàn biến số cho công trình tôn giáo được xem là dự án vĩ đại nhất cuộc đời của ông. Thử nghiệm này trở thành tiền đề cho những nghiên cứu về sau của các kiến trúc sư tham số khác.

Người tiếp theo được công nhận là người đầu tiên định nghĩa và nghiên cứu phát triển “kiến trúc tham số” là Luigi Moretti – một kiến trúc sư người Ý nổi tiếng với những công trình tầm vóc, đồ sộ trong thế kỷ 20.

Để xác định mối quan hệ giữa các thông số kích thước trong kiến trúc, Moretti đã sử dụng thiết kế của một sân vận động làm ví dụ. Các mô hình “sân vận động tham số” được hình thành từ một tập hợp đường cong tham số, là một phần trong triển lãm kiến trúc mang tính đột phá của ông tại sự kiện Milan Triennial XII (1960). Moretti đã sử dụng một loạt thông số của diện tích mặt sân, mặt bằng, khối tích,v.v. để tạo nên những biến thể điêu khắc mềm mại, liền mạch và vững chãi.

Cùng thời với Luigi Moretti là Frei Otto, một kiến trúc sư đến từ nước Đức. Ông ứng dụng tham số lên một loạt thí nghiệm xoay quanh sức căng bề mặt của màng xà phòng. Thí nghiệm của Frei Otto, được gọi là “form finding”, cho thấy những biến đổi “kiến trúc” của màng xà phòng, tạo ra các hình dạng, vòm cung và đường đi độc đáo dựa vào sự thay đổi các tham số như loại dụng cụ, vật liệu và lực tác động,v.v.. Tên gọi của thí nghiệm cũng cho thấy bản chất của kiến trúc tham số vào thời điểm này – dò dẫm tìm đường.

Năm 1991, khi Rick Smith – một chuyên gia máy tính kỳ cựu của IBM – gia nhập công ty kiến trúc Gehry Partners, ông đã xóa bỏ những cuộc tìm kiếm “trong đau khổ” của các kiến trúc sư bằng cách ứng dụng phần mềm CATIA vào mô hình thiết kế. Vốn được phát triển cho việc thiết kế và sản xuất trong ngành hàng không vũ trụ, CATIA, dưới bàn tay của Rick Smith, đã giúp thiên tài Frank Gehry hiện thực hóa nhiều công trình không tưởng, như tác phẩm điêu khắc “Peix” (Cá) khổng lồ tại Port Olímpic dọc bờ biển thành phố Barcelona, và Bảo tàng Guggenheim Bilbao, một trong những công trình được coi là khó tin nhất của lịch sử nhân loại.

Chủ nghĩa tham số

Quay lại với kiến trúc sư Patrik Schumacher. Ông được coi là người khởi xướng cho phong cách kiến trúc tham số vì đã đặt ra thuật ngữ “Parametricism” (Chủ nghĩa tham số), kèm theo một bộ quy tắc rõ ràng vào năm 2008 tại Hội nghị Kiến trúc thường niên ở Venice. Bộ quy tắc này tiếp tục được cập nhật vào năm 2009, với các thay đổi chủ đạo liên quan đến khả năng uốn nắn bằng thông số, phân hóa theo luật lệ và tính tương liên giữa các tham số trong thiết kế.

Schumacher cho rằng chủ nghĩa tham số có thể được xem như một trường phái lớn sau kiến trúc hiện đại, với cách tiếp cận dựa trên nền tảng kỹ thuật và công cụ tính toán. Tác phẩm “Autopoiesis of Architecture: A New framework for Architecture” (2 volume, năm 2011–2012) của ông chính thức xem kiến trúc tham số như một hệ thống tự sinh (autopoiesis), có khả năng tự tổ chức, tự phát triển và tiến hóa.

Sức mạnh của kiến trúc tham số được tham chiếu từ những công trình vượt không gian và thời gian của kiến trúc sư Zaha Hadid. Người ta vẫn còn nhớ các công trình mang những đường cong siêu thực phá vỡ nhiều logic về mặt không gian của “nữ hoàng đường cong”, như phức hợp tòa nhà Galaxy SOHO (Bắc Kinh, Trung Quốc) lấy cảm hứng từ những sân chơi truyền thống của Trung Quốc, tạo hình từ các khối nhà không góc cạnh mang ý niệm “dòng chảy” liên tục, hay Bridge Pavilion (Zaragoza, Tây Ban Nha) có kết cấu như một bông hoa lay-ơn nở ra từ những khối bê tông cốt thép, bao phủ trong 29.000 tấm ốp tam giác lấy cảm hứng từ vảy cá mập. Nổi tiếng nhất là Trung tâm Heydar Aliyev (Cộng hòa Azerbaijan), một công trình biểu tượng cho đỉnh cao tài năng của Zaha Hadid. Một trung tâm văn hóa lớn mang trong mình dòng chảy của cả một quốc gia, tồn tại vừa độc lập, vừa hài hòa giữa không gian của thiên nhiên và mang hơi thở của thủ đô nơi nó tọa lạc.

Galaxy SOHO được xây dựng từ năm 2009 đến 2012, là một trong những dự án nổi bật nhất của Zaha Hadid Architects tại Bắc Kinh, Trung Quốc. Ảnh: SOHO China Office

Nhiều công trình khác trên thế giới cũng được dựng nên từ những khối óc sắc sảo kết hợp cùng tư duy tham số. Tất cả đều tạc vào không gian những đường nét hoàn mỹ với hình khối siêu tưởng, khiến người ta phải cau mày tự hỏi về tính hiện thực của chúng, nhưng chúng tồn tại chắc chắn, được dựng bởi bê tông và cốt thép, nhờ vào các yếu tố tham số đã được kiến trúc sư tính toán một cách cẩn thận và an toàn.

Đặc biệt, vài năm trở lại đây, khi các ứng dụng AI, công nghệ in 3D hay thực tế ảo ra đời, tốc độ sáng tạo của giới kiến trúc lại càng được đẩy mạnh. Một căn nhà có thể được hoàn thành trong vài ngày, một món đồ gia dụng có thể được in trong vài tiếng. Đó cũng là cách đội ngũ thiết kế của Trung tâm Đa dạng Sinh học Naturalis (Hà Lan) rút ngắn khoảng cách giữa ý tưởng và thực thi, bằng việc kết hợp linh hoạt phương trình tham số để điều chỉnh và tối ưu hàng nghìn phương án trong thời gian ngắn, tạo ra những lớp mặt tiền đầy mê hoặc, cuốn hút và chắc chắn.

Thế nhưng, đối với kiến trúc sư Patrik Schumacher, đó vẫn chưa phải là tất cả.

Kiến trúc tham số 2.0

Patrik Schumacher không muốn các công trình kiến trúc tham số chỉ hấp dẫn về mặt thị giác. Với ông, những công trình của tương lai phải tối ưu được công năng để giúp con người sinh hoạt và làm việc. Tầm nhìn đó mở ra viễn cảnh nơi các tòa nhà có thể tự động điều chỉnh để phù hợp với khí hậu, thời tiết, nhiệt độ, ánh sáng… bên ngoài.

Al Bahr Towers của Tiểu vương quốc Abu Dhabi (UAE). Nhiếp ảnh: Christian Richters

Chẳng hạn, mặt tiền của tòa nhà Al Bahar Towers (Abu Dhabi, UAE) được phủ một lớp “áo giáp” là hàng nghìn lá tam giác có khả năng phản hồi thông minh. Lớp vỏ này có thể đóng mở linh hoạt theo ánh sáng nhờ cảm biến tự động, giúp giảm bức xạ nhiệt khi trời nắng và tăng cường ánh sáng khi trời tối. Trong khi đó, ở Thượng Hải (Trung Quốc), Bund Finance Center có mặt tiền được làm từ 675 ống kim loại bọc thép không gỉ, xếp thành ba lớp “màn” có khả năng di chuyển, lấy cảm hứng từ sân khấu ngoài trời truyền thống của Trung Quốc. Lớp màn ống này cho phép điều chỉnh lượng ánh sáng ra vào tòa nhà theo các thời điểm trong ngày.

Các ống kim loại tạo nên mặt tiền cho tòa nhà Bund Finance Center. Nhiếp ảnh: Laurian Ghinitoiu

Bund Finance Center là một trung tâm văn hóa thuộc sở hữu của Fosun Foundation, nằm trong khu Cổ thành của Thượng Hải (Trung Quốc), được thiết kế bởi Foster + Partners và giám đốc sáng tạo Thomas Heatherwick của Heatherwick Studio, khánh thành vào năm 2017. Nhiếp ảnh: Laurian Ghinitoiu

Với tham vọng của mình, Schumacher muốn kiến trúc tham số có thể ứng dụng trên tầm hệ thống. Khi nhiều tòa nhà có thể phản ứng ngay lập tức với những gì đang diễn ra trong khu vực – như lưu lượng người, tiếng ồn, mức tiêu thụ năng lượng – và chuyển hóa thành dữ liệu, thì một thành phố sẽ không còn là nơi mà các tòa nhà chọc trời và con người phải “nỗ lực” chen chúc ở trong nhau, mà như một hệ sinh thái cộng sinh, nơi các tòa nhà cùng “thở”, cùng điều hòa và hỗ trợ cho cuộc sống của con người.

So với tầm nhìn đó, việc triển khai Kiến trúc tham số 2.0 còn gặp nhiều thách thức, bao gồm khả năng tích hợp dữ liệu (đòi hỏi hệ thống công nghệ mạnh mẽ), tính riêng tư của con người và chiều sâu văn hóa. Ngoài ra, khi mọi thứ có thể tối ưu bằng thuật toán, liệu kiến trúc có còn giữ được mối liên hệ tự nhiên với văn hóa bản địa, với con người mà nó phục vụ, cũng như bối cảnh mà nó được sinh ra? Điều này nằm phần lớn ở tư duy của những nhà thiết kế.

Riêng kiến trúc sư Patrik Schumacher, ông vẫn kiên định với lý tưởng, rằng chủ nghĩa tham số sẽ mở ra những khả thể mới cho tương lai, như một lời hứa của ông và các cộng sự đối với khả năng liên tục mở rộng, liên tục tái sinh và tuần hoàn, giữa kiến trúc với con người.

Bài: Yên Thư