Luận án: Cấu trúc mặt đứng đa lớp nhà phố TPHCM thích ứng khí hậu, ứng dụng phương pháp tham số

Lý do chọn đề tài Phong trào bảo vệ môi trường ra đời từ những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ 20 cùng với sự xuất hiện của khái niệm “phát triển bền vững”. Năm 1987, trong báo cáo “Tương lai chung của chúng ta” của Hội đồng Thế giới về Môi trường và Phát triển (WCED) của Liên hợp quốc, “phát triển bền vững” được định nghĩa “là sự phát triển đáp ứng được những yêu cầu của hiện tại, nhưng không gây trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu của các thế hệ mai sau” [1]. “Phát triển bền vững” là nhu cầu cấp bách và xu thế tất yếu trong tiến trình phát triển của xã hội loài người. Vì vậy, các quốc gia trên thế giới đã đồng thuận xây dựng thành Chương trình nghị sự cho từng thời kỳ phát triển của lịch sử [1].

Ngành kiến trúc cũng không thể nằm ngoài xu thế tất yếu này và “phát triển kiến trúc bền vững” ra đời, đóng góp vào sự phát triển bền vững của quốc gia và của toàn cầu, nhằm bảo tồn được hệ sinh thái, bảo vệ môi trường, tài nguyên thiên nhiên [22]. Thiết kế kiến trúc phù hợp với khí hậu địa phương, giảm thiểu các tác động xấu và phát huy tác dụng tốt của môi trường xung quanh là một phần tạo nên nền tảng trong “phát triển kiến trúc bền vững”. Trong đó, công tác quy hoạch luôn phải được quan tâm đầu tiên từ việc đánh giá các hướng tác động của môi trường, các đặc trưng khí hậu, địa hình cũng như hình thái của đô thị. Sau đó, từng tiểu khu được xem xét đến, ví dụ như lựa chọn các giải pháp thiết kế cho một tổ hợp nhà, tuyến phố.

Cuối cùng là việc lựa chọn vị trí, hướng, kiểu dáng công trình riêng lẻ. cho phù hợp. Đối với các công trình ít tầng và liền kề trên những tuyến phố cũ hay các khu phố mới ở TP.HCM, mặt đứng đóng vai trò quan trọng. Đây chính là thành phần kiến trúc ngăn cách giữa bên trong và bên ngoài công trình, góp phần to lớn trong việc tạo điều kiện tiện nghi nên phải được nghiên cứu có hệ thống.

Mặt đứng đa lớp (MĐĐL) là thuật ngữ thể hiện cấu tạo nhiều lớp, tầng bậc của phần vỏ bao che trên mặt đứng công trình trong đô thị. 2 Nhằm đánh giá trước mức độ hoàn thiện của kiến trúc người ta xem xét đến tính hiệu quả của giải pháp kiến trúc đó như hiệu quả về mặt năng lượng, hiệu quả về mặt tiện nghi, hiệu quả về mặt kinh tế, hiệu quả về kết cấu chịu lực, hiệu quả thẩm mỹ. Ở nửa sau thế kỉ 20, lý thuyết về “Thiết kế kiến trúc dựa trên hiệu quả” (performance- based building design) đã được hình thành và ứng dụng vào thực tế. Gibson (Ủy ban kiến trúc và xây dựng quốc tế CIB 1982) đã đưa ra quan điểm cơ bản cho lý thuyết này như sau: “Đầu tiên và quan trọng nhất là tư duy và làm việc phải hướng đến kết quả chứ không phải là chọn phương tiện.

công trình được xây dựng với mục đích và kết quả gì chứ không phải là xây dựng như thế nào. Đầu thiên niên kỉ thứ 3, tiến trình “Thiết kế dựa trên Hiệu quả” đã được đẩy nhanh hơn nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, sự tiến bộ vượt bậc của khoa học máy tính cùng với các công cụ hỗ trợ thiết kế (CAD), các phương tiện phần mềm mô phỏng trên máy tính, các phương pháp kỹ thuật v. Để đảm bảo tính hiệu quả, thiết kế kiến trúc ứng dụng phương pháp tham số (PPTS) làm một trong những giải pháp nổi trội. Trong đó, kiến trúc được biểu diễn dưới dạng là tập hợp các tham số đầu vào.

Khi cho giá trị các tham số thay đổi thì kết quả đầu ra cũng thay đổi, so sánh các kết quả với nhau thì có thể xác định được kết quả tối ưu ứng với giá trị cụ thể của các tham số đó. Thiết kế kiến trúc theo PPTS giúp chúng ta đánh giá trước mức độ hiệu quả của các phương án kiến trúc gần giống nhau. Từ đó, có cơ sở để đưa ra quyết định phương án phù hợp nhất. Thiết kế kiến trúc theo PPTS còn khá mới mẻ tại Việt Nam.

Một số KTS đã tìm tòi và nghiên cứu sử dụng phương pháp này nhưng chỉ dừng lại trong việc tạo hình và số lượng các công trình chưa nhiều. Riêng về đánh giá hiệu quả vi khí hậu của mặt đứng (MĐ) nhà phố thì phương pháp này hầu như chưa được tập trung nghiên cứu và ứng dụng có hệ thống. Khi đó, để cho các giải pháp thiết kế mặt đứng nhà phố đạt hiệu quả cao trong việc giảm thiểu tác động xấu của môi trường thì cần sử dụng phương pháp mang tính định lượng là thiết kế theo PPTS. Chính vì vậy, thiết lập “CẤU TRÚC MẶT ĐỨNG ĐA LỚP NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ” là cần thiết, qua đó đưa ra hướng điều chỉnh, cải tạo 3 hoặc xây mới nhà phố trên các tuyến phố TMDV, phù hợp với khí hậu TP.

Mục đích nghiên cứu Thiết lập mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM nhằm giải quyết mối quan hệ giữa kiến trúc với khí hậu. Để đạt được mục đích nêu trên, những nhiệm vụ cụ thể được đưa ra là: - Cấu trúc hoá mặt đứng và tổ hợp thành các trường hợp cấu trúc → tham số hóa cấu trúc mặt đứng (xây dựng HTTS cho cấu trúc) → xây dựng mô hình tham số hóa, các biến thể và các giá trị khảo sát của tham số (Xây dựng dữ liệu đầu vào cho PPTS) - Mô phỏng trên máy tính theo các giá trị khảo sát của tham số - Đề xuất phương pháp tính mức độ thích ứng với điều kiện khí hậu theo dữ liệu mô phỏng đầu ra → tìm giá trị thích hợp cho HTTS của cấu trúc theo phương pháp tính (Xử lý dữ liệu đầu ra của PPTS) - Chi tiết hóa giải pháp kiến trúc cho các loại mặt đứng nhà phố khác nhau. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là kiến trúc mặt đứng nhà phố có chức năng ở kết hợp với TMDV 4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Giới hạn thời gian: áp dụng đến năm 2040 theo chiến lược và tầm nhìn phát triển TP.

Giới hạn về khu vực nghiên cứu: nghiên cứu nhà phố trên các tuyến phố TMDV tại khu trung tâm cũ TP. Những nhà phố được lựa chọn khảo sát là những nhà phố có mặt đứng mang những đặc điểm chung trên toàn tuyến và chịu tác động nhiều bởi nắng hướng Tây, bởi đây là hướng bất lợi nhất. Phạm vi nghiên cứu: - Coi giá trị các tham số khí hậu là cố định, còn giá trị các tham số kiến trúc được thay đổi để tìm kết quả mong muốn. - Tập hợp các thành phần trên mặt đứng nhà phố TMDV.

- Lựa chọn nghiên cứu về tiện nghi nhiệt và ánh sáng. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra khảo sát: Sử dụng mẫu phiếu điều tra hiện trạng kiến trúc mặt đứng để thu thập thông tin, đặc điểm và mối liên hệ giữa các thành phần của đối tượng nghiên cứu qua đó rút ra cấu trúc chung. Phương pháp phân tích, tổng hợp: sưu tầm, tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu trong nước và quốc tế có liên quan đến đề tài. Sau đó phân tích và xử lý tài liệu nhằm tạo những cơ sở nghiên cứu cho đề tài.

Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm khoa học:. Sử dụng các công cụ, các máy chuyên dụng để đo đạc, xử lý và tổng hợp các số liệu thực tế. Dùng các phần mềm có độ tin cậy để mô phỏng trên máy tính Phương pháp xin ý kiến chuyên gia: tổ chức các buổi chuyên đề về các vấn đề liên quan đến đề tài. Đồng thời tổ chức các hội thảo nhỏ xin ý kiến chuyên gia.

Phương pháp tham số: thử các giá trị khác nhau của các tham số kiến trúc để tìm giá trị thích hợp dưới sự trợ giúp của phần mềm máy tính. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Tạo điều kiện thuận lợi cho KTS thiết kế kiến trúc ứng dụng PPTS qua việc cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố sau đó tham số hóa cấu trúc này. - Giúp cho các KTS đơn giản hóa việc lựa chọn giải pháp & nâng cao hiệu quả thiết kế kiến trúc nhà phố nói chung và nhà phố tại TP.HCM nói riêng thông qua hệ thống các biến thể phù hợp. - Bổ sung vào nội dung nghiên cứu kiến trúc, vào chương trình khung đào tạo KTS cũng như bổ sung vào cơ sở dữ liệu cho hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn và sổ tay thiết kế, góp phần nâng cao năng lực trong công tác quản lý nhà nước.

Những đóng góp mới của luận án - Đề xuất quan điểm, nguyên tắc và hệ thống tiêu chí về xây dựng mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM ứng dụng PPTS - Định lượng được mặt đứng nhà phố thông qua cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố (chia mặt đứng thành các lớp với các thành phần và mối quan hệ), tham số hóa cấu trúc (biểu diễn cấu trúc MĐĐL nhà phố thành hệ thống tham số), mô hình tham số hóa cấu trúc và các biến thể. 5 - Đề xuất hướng tiếp cận mới cho KTS trong việc thiết kế định lượng, đặc biệt là ứng dụng PPTS vào thiết kế kiến trúc nói chung và nhà phố nói riêng. - Đóng góp vào hệ thống lý luận về kiến trúc hiệu quả qua đề xuất phương pháp tính mức độ thích ứng của cấu trúc. Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 3 phần chính: phần mở đầu, phần nội dung có 3 chương và phần kết luận.

Trong đó, chương 1 (36 trang) là tổng quan về đề tài nghiên cứu, chương 2 (45 trang) là cơ sở khoa học và chương 3 (47 trang) là kết quả nghiên cứu. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC LUẬN ÁN 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐỨNG NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU 1.1 Các định nghĩa và khái niệm Theo định nghĩa của The Pew Research Center on Global Climate Change (Tổ chức nghiên cứu về biến đổi khí hậu toàn cầu), vỏ bao che tòa nhà là giao diện giữa không gian bên trong (KGBT) của tòa nhà và môi trường bên ngoài, bao gồm các bức tường, mái nhà, và nền móng – có chức năng như một rào cản nhiệt, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lượng năng lượng cần thiết để duy trì môi trường thoải mái trong nhà so với môi trường bên ngoài. Ngoài ra Cleveland, Cutler J.