Hãy cùng tìm hiểu về các yếu tố liên quan đến thiết kế mặt ngoại thất có khả năng tùy chỉnh được sản xuất bằng phương pháp thiết kế tham số.
Vượt qua mọi giới hạn truyền thống, thiết kế tính toán giúp các nhà thiết kế đạt được các cấu trúc phức tạp và bền vững bằng cách sử dụng các thuật toán tiên tiến, bao gồm các yếu tố mặt ngoại thất có khả năng tùy chỉnh được sản xuất bằng phương pháp thiết kế tham số.
Ngành công nghiệp Kiến trúc, Kỹ thuật và Xây dựng (AEC) liên tục phát triển và tiến hóa, tạo ra nhu cầu cho các chiến lược đổi mới sáng tạo. Các tòa nhà truyền thống đòi hỏi các phương pháp truyền thống. Với điều đó, thiết kế hiện đại đòi hỏi các kỹ thuật hiện đại, cho phép thiết kế tính toán trở nên hữu ích. Thiết kế tính toán là một phương pháp được sử dụng trong kiến trúc cùng với nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác, nơi kiến trúc sư dễ dàng vượt qua giới hạn khi thiết kế các cấu trúc phức tạp, nhờ vào các thuật toán tiên tiến và các công cụ giúp đạt được những thiết kế phức tạp đó.
Các thuật toán tiên tiến và quản lý được sử dụng để đạt được độ chính xác và độ chính xác trong kết quả thiết kế. Các phương pháp truyền thống trong kiến trúc thường bị giới hạn bởi sai sót của con người vì mọi thứ đều được thực hiện thủ công, tăng nguy cơ sai sót. Nó cũng đòi hỏi nhiều thời gian, giống như một câu đố. Vì lý do này, việc sử dụng phương pháp truyền thống trong khi tích hợp thiết kế tính toán là cách cải thiện kết quả thiết kế và giảm thiểu sai sót
Thiết kế thường liên quan đến các công việc lặp đi lặp lại, mất thời gian. Với phần mềm thiết kế tham số, kiến trúc sư có thể tự động tạo ra nhiều biến thể của cùng một thiết kế đồng thời thay vì vẽ thủ công. Điều này đặc biệt hữu ích khi thiết kế các mặt ngoại thất của tòa nhà với các mẫu lặp lại. Kiến trúc sư có thể nhập các thông số thiết kế cao cấp dựa trên các yếu tố như hướng mặt trời, tính chất vật liệu và hiệu suất năng lượng (Futurly, n.d.). Điều này tương tự như việc nhập phương trình vào máy tính và cho phép nó tính toán một giải pháp chính xác mà không mất thời gian tính toán thủ công. Sau khi có kết quả, người ta có thể kiểm tra lại để đảm bảo mọi thứ đáp ứng các yêu cầu cần thiết.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế kiến trúc là mặt ngoại thất của tòa nhà. Không chỉ là yếu tố thẩm mỹ thay đổi khái niệm về kiến trúc, mặt ngoại thất còn hoạt động như rào cản giữa môi trường bên trong và bên ngoài. Mặt ngoại thất giúp kiểm soát cách năng lượng và không khí di chuyển vào và ra khỏi tòa nhà, ảnh hưởng đến sự thoải mái của người bên trong, môi trường trong nhà và sử dụng năng lượng của tòa nhà. Để đạt được khí thải net zero vào năm 2050, kiến trúc sư cần thiết kế các tòa nhà không tạo thêm khí thải carbon vào không khí, điều này làm cho việc tái suy nghĩ về giải pháp thiết kế mặt ngoại thất trở nên quan trọng. Mục tiêu là tạo ra mặt ngoại thất đặc biệt cho từng nhu cầu, vị trí và hướng của tòa nhà. Tuy nhiên, mặt ngoại thất truyền thống sử dụng các bộ phận được sản xuất hàng loạt, làm cho chúng không hiệu quả và khó tái chế hơn. Thiết kế chúng để phù hợp với các vị trí cụ thể sẽ cải thiện chất lượng không khí, sản xuất điện và giảm sử dụng năng lượng lên đến 30%
Tiến bộ trong lĩnh vực khoa học vật liệu, sản xuất và phương pháp tính toán đã tạo ra cơ hội mới để thiết kế và xây dựng các mặt ngoại thất phù hợp với nhu cầu khí hậu cụ thể. Các kỹ thuật mới nổi dùng để tạo ra các hệ thống mặt ngoại thất có khả năng tùy chỉnh và thích nghi bao gồm in 3D, gia công CNC, cắt laser và sản xuất bằng robot. In 3D là một phương pháp để tạo ra các thành phần xây dựng có khả năng tùy chỉnh dựa trên yêu cầu cụ thể. In 3D cho phép tạo ra các hình dáng phức tạp và sáng tạo không thể thực hiện được với các phương pháp sản xuất truyền thống và vật liệu có thể được đặt chính xác ở vị trí cần thiết, cải thiện hiệu suất và giảm lãng phí.
Sự tiến bộ trong công nghệ in 3D đã cách mạng hóa cách mà các mặt ngoại thất phù hợp với khí hậu có thể được thiết kế và sản xuất, mang lại lợi ích đáng kể về tùy chỉnh, hiệu suất, bền vững và chi phí. Ngoài ra, gia công CNC, cắt laser và sản xuất bằng robot là các phương pháp khác được sử dụng để tạo hình, cắt, lắp ráp và sản xuất các yếu tố trở thành cấu trúc kiến trúc. Các hình dáng được thiết kế bởi các kiến trúc sư sử dụng Grasshopper và Dynamo, là các công cụ thông minh tích hợp vào phần mềm mô hình hóa 3D như Rhinoceros. Những công cụ này hỗ trợ việc tạo ra các thiết kế tính toán.
Al Bahr Towers’ Dynamic Mashrabiya-Inspired Design
Architects: Aedas (Lead Design Architect: Keith Gavin)
Engineers: Arup
Location: Abu Dhabi, United Arab Emirates
Year: Completed in 2012
Tòa nhà Al Bahr Towers tại Abu Dhabi, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất, được thiết kế bởi các kiến trúc sư của Aedas và được hỗ trợ bởi Arup. Mục tiêu là kiểm soát lượng nhiệt mặt trời bằng cách giới thiệu một hệ thống che nắng bên ngoài. Ý tưởng được lấy từ “mashrabiya”, một thiết bị che nắng lưới gỗ truyền thống trong văn hóa Hồi giáo.
Hệ thống mặt ngoại thất đáp ứng trong tòa nhà Al Bahr được thiết kế bằng cách sử dụng công cụ thiết kế tham số để tạo ra hình dáng phức tạp có thể thích nghi với điều kiện thời tiết thay đổi. Ví dụ, vào ban đêm, hệ thống che nắng hình học sẽ đóng lại, và khi mặt trời mọc, nó sẽ mở ra để bảo vệ tòa nhà khỏi ánh nắng gay gắt. Thiết kế này được điều chỉnh dựa trên việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và sự thoải mái cho người sử dụng. Tòa nhà Al Bahr Towers đã đạt được giải thưởng 2012 Tall Building Innovation Award của Hội đồng Tòa nhà Cao và Môi trường Đô thị.
One Ocean Pavilion’s Innovative GFRP Facade
Architects: Soma Architecture
Engineers: Knippers Helbig Advanced Engineering
Location: Yeosu, South Korea
Year: Completed in 2012
Tòa nhà People’s Pavilion tại Yeosu, Hàn Quốc, được thiết kế bởi các kiến trúc sư của Soma và được hỗ trợ bởi Knippers Helbig Advanced Engineering. Tòa nhà này đã giành giải nhất trong cuộc thi quốc tế mở cửa vào năm 2009 với sự đổi mới trong thiết kế và thẩm mỹ. Nó nổi tiếng với hình dáng giống cá do hệ thống mặt ngoại thất động được thiết kế bằng công cụ tính toán. Mặt ngoại thất có khả năng tùy chỉnh được làm từ sợi kính gia cường (GFRP), linh hoạt và có thể tạo hình thành các mẫu động. Lựa chọn vật liệu này cho phép tạo ra thiết kế động và thú vị về mặt hình thức, như thấy ở khu vực triển lãm One Ocean. Thiết kế các bảng di chuyển trên bề ngoài tòa nhà được lấy cảm hứng từ một dự án nghiên cứu tại Viện Kết cấu Xây dựng và Thiết kế Kết cấu tại Đại học Stuttgart. Nghiên cứu tập trung vào cách cơ chế di chuyển sinh học có thể được mở rộng và áp dụng vào thiết kế kiến trúc
Architects: Bureau SLA and Overtreders W
Engineers: Arup (structural consultant)
Location: Eindhoven, Netherlands
Year: 2017
Tòa nhà People’s Pavilion tại Eindhoven, Hà Lan, được thiết kế bởi các kiến trúc sư của Bureau SLA và Overtreders W, với sự hỗ trợ của Arup (tư vấn kỹ thuật). Tòa nhà này hoàn toàn lấy cảm hứng từ nền kinh tế vòng tròn 100%, tái sử dụng các vật liệu và không gây lãng phí trong quá trình xây dựng, tạo nên một công trình hoàn toàn bền vững và linh hoạt. Mặt ngoại thất ấn tượng của tòa nhà là hệ thống lát gạch thông minh được làm từ các viên gạch màu sắc nổi bật, được chế tạo từ vật liệu nhựa tái chế thu thập từ hộ gia đình tại Eindhoven. Khi Tuần Thiết kế Thế giới kết thúc, những viên gạch này được phân phát lại cho cư dân Eindhoven.
People’s Pavilion được xây dựng bằng sự kết hợp giữa các vật liệu mới và tái chế, với sự tập trung mạnh mẽ vào bền vững và khả năng tái sử dụng. Thiết kế này là kết quả của sự hợp tác, sử dụng và tái sử dụng các vật phẩm để giảm thiểu lãng phí và tác động đến môi trường, là một ví dụ quan trọng về tòa nhà có hệ thống mặt ngoại thất thông minh
Kết luận, lĩnh vực kiến trúc đã chứng tỏ mình là một lĩnh vực luôn thay đổi, không bị giới hạn bởi các quy tắc và quy định cụ thể ngoài ngữ cảnh môi trường. Trí tuệ nhân tạo và các công cụ thiết kế tính toán đã giúp biến đổi các tòa nhà và mặt ngoại thất có khả năng tùy chỉnh của chúng thành các thực thể động, phản hồi. Các công nghệ này cho phép kiến trúc sư khám phá các hình dạng mới, tối ưu hóa cấu trúc cho hiệu suất và bền vững, và tạo ra thiết kế có thể thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi.
Bằng cách tích hợp trí tuệ nhân tạo và các công cụ tính toán, kiến trúc sư đang đẩy xa giới hạn của những gì có thể, tạo ra không gian không chỉ chức năng và thẩm mỹ mà còn thông minh và sẵn sàng cho tương lai. Sự kết hợp này giữa công nghệ và sáng tạo đang làm thay đổi cảnh quan kiến trúc, làm cho nó trở nên đổi mới và linh hoạt hơn bao giờ hết.
Comments