LỜI MỞ ĐẦU 4 Kết cấu mới Vào thời điểm mà giá trị của kiến trúc không còn đến từ việc tạo ra các hình khối trong không gian mà là bồi dưỡng các mối quan hệ bên trong nó. Một khái niệm về thiết kế kiến trúc trở thành một quá trình chiến lược hơn là một đối tượng. Cảm hứng sinh học đang thống trị thời đại và có tác động đến nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả kiến trúc và chủ nghĩa đô thị. Nghiên cứu về mô phỏng sinh học là cầu nối giữa các chức năng, quy trình và nguyên tắc tổ chức sinh học có trong tự nhiên với các thiết kế và công nghệ.
Kiến trúc mô phỏng sinh học nổi lên như một ngành học thu hẹp khoảng cách giữa sinh học và kiến trúc. Về bản chất, nó bao gồm việc nghiên cứu các mô hình, hệ thống và yếu tố của thiên nhiên để giải quyết các vấn đề phức tạp của con người. Bằng cách quan sát và hiểu các nguyên tắc mà các sinh vật đã phát triển qua hàng thiên niên kỷ, các kiến trúc sư và nhà thiết kế tạo ra các tòa nhà bền vững, hiệu quả và sáng tạo. Phương pháp tiếp cận thiết kế kiến trúc này không chỉ tìm cách mô phỏng hình thức mà còn tìm hiểu và áp dụng các chiến lược cơ bản mà thiên nhiên sử dụng.
Lĩnh vực kiến trúc này vượt ra ngoài sự mô phỏng thẩm mỹ hời hợt, đi sâu vào việc áp dụng các chiến lược tự nhiên vào thiết kế tòa nhà. Những ví dụ ban đầu về mô phỏng sinh học trong cấu trúc được tìm thấy trong các bản phác thảo về máy bay của Leonardo da Vinci và trong tác phẩm của Filippo Brunelleschi, người sau khi nghiên cứu sức mạnh của vỏ trứng, đã thiết kế một mái vòm mỏng hơn, nhẹ hơn cho nhà thờ Florence của mình. Vào năm 1809, kiến trúc sư hải quân Sir George Cayley đã nghiên cứu hình dạng của cá heo để làm cho thân tàu có hình dạng hợp lý hơn, hiệu quả hơn, ít tiêu tốn năng lượng hơn. Từ đó, kết cấu phỏng sinh học được quan tâm nhiều hơn trước trong kiến trúc.
Nguồn cảm hứng trong loại kết cấu mới này thường tìm đến hình học tự nhiên, chẳng hạn như các mẫu cành cây hoặc hình xoắn ốc của vỏ sò để cung cấp thông tin cho thiết kế cấu trúc của các tòa nhà và cơ sở hạ tầng. Theo các nghiên cứu gần đây, trong nền kiến trúc đương đại, thiết kế cấu trúc mô phỏng sinh học đang tập trung vào các cấu trúc hình thái thích ứng và khả năng tiếp cận sản xuất hàng loạt độc đáo. Cũng như các ngành khác, kết cấu mô phỏng sinh học vẫn tiếp tục khám phá và mã hóa thiên nhiên theo nhiều cấp độ khác nhau. 5 Kết cấu phỏng sinh học trong kiến trúc II.
NỘI DUNG 6 Kết cấu mới 7 Kết cấu phỏng sinh học trong kiến trúc 1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CỦA KIẾN TRÚC PHỎNG SINH HỌC Kiến trúc từ lâu đã lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Chủ nghĩa hình thái sinh học (Biomorphism) , hay sự kết hợp các yếu tố tự nhiên hiện hữu làm nguồn cảm hứng trong thiết kế, có thể bắt nguồn từ sự khởi đầu của môi trường nhân tạo và vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay. Người Hy Lạp và La Mã cổ đại đã kết hợp các họa tiết tự nhiên vào thiết kế như các cột lấy cảm hứng từ cây.
Các tua cuốn theo phong cách Ả Rập thời Cổ đại và Byz- antine là các phiên bản cách điệu của cây ô rô.1 Nhà thờ Sagrada Família do Antoni Gaudi khởi công xây dựng vào năm 1882 là một ví dụ nổi tiếng về việc sử dụng các hình thức chức năng của thiên nhiên để giải quyết một vấn đề về cấu trúc. Ông đã sử dụng các cột mô phỏng tán cây phân nhánh để giải quyết các vấn đề tĩnh học trong việc hỗ trợ mái vòm.2 Kiến trúc hữu cơ sử dụng các hình dạng hình học lấy cảm hứng từ thiên nhiên trong thiết kế và tìm cách kết nối lại con người với môi trường xung quanh. Ken- drick Bangs Kellogg , một kiến trúc sư hữu cơ đang hành nghề, tin rằng “trên hết, kiến trúc hữu cơ phải liên tục nhắc nhở chúng ta không được coi thường Mẹ Thiên nhiên - hãy làm việc với bà và để bà hướng dẫn cuộc sống của bạn. Ức chế bà, và nhân loại sẽ là kẻ thua cuộc”.3 Bình luận của kiến trúc sư Daniel Liebermann về kiến trúc hữu cơ như một phong trào nêu bật vai trò của thiên nhiên trong xây dựng: “.
hiểu biết đúng đắn hơn về cách chúng ta nhìn, bằng tâm trí và đôi mắt của mình, là nền tảng của mọi thứ hữu cơ. Mắt và não của con người đã tiến hóa qua hàng triệu năm, phần lớn trong số đó nằm trong cảnh quan rộng lớn, không bị cản trở và không được trải nhựa của tầng sinh quyển Edenic của chúng ta! Rõ ràng là chúng ta phải tìm đến Thiên nhiên để tìm mô hình ngay bây giờ!” 4 Các kiến trúc sư hữu cơ sử dụng các giải pháp do con người tạo ra với tính thẩm mỹ lấy cảm hứng từ thiên nhiên để nâng cao nhận thức về môi trường tự nhiên thay vì dựa vào các giải pháp của thiên nhiên để giải quyết các vấn đề của con người. 8 Kết cấu mới Hình 1: Phía bên trong nhà thờ Sagrada Família ở Barcelona, Tây Ban Nha. 1 Alois Riegl , “Phong cách Arabesque” trích từ Các vấn đề về phong cách: nền tảng cho lịch sử trang trí, do Evelyn Kain dịch, (Princeton, NJ: Đại học Princeton, 1992), 266-305.
Collins , “Antonio Gaudi: Cấu trúc và Hình thức”, Perspecta 8 (1963): 89. 3 David Pearson, Kiến trúc hữu cơ mới: làn sóng vỡ (Los Angeles: Nhà xuất bản Đại học California, 2001), 10. 4 David Pearson, Kiến trúc hữu cơ mới: làn sóng vỡ (Los Angeles: Nhà xuất bản Đại học California, 2001), 10. 9 Kết cấu phỏng sinh học trong kiến trúc Kiến trúc chuyển hóa (Metabolism) , một phong trào có mặt ở Nhật Bản sau Thế chiến II, nhấn mạnh ý tưởng về sự thay đổi vô tận trong thế giới sinh học.
Những người theo chủ nghĩa chuyển hóa thúc đẩy kiến trúc linh hoạt và các thành phố năng động có thể đáp ứng nhu cầu của môi trường đô thị đang thay đổi.5 Thành phố được ví như cơ thể con người ở chỗ các thành phần riêng lẻ của nó được tạo ra và trở nên lỗi thời, nhưng thực thể như một tổng thể vẫn tiếp tục phát triển. Giống như các tế bào riêng lẻ của cơ thể con người phát triển và chết đi mặc dù cơ thể con người vẫn tiếp tục sống, thành phố cũng nằm trong một chu kỳ phát triển và thay đổi liên tục.6 Phương pháp luận của những người theo chủ nghĩa chuyển hóa coi thiên nhiên là phép ẩn dụ cho những thứ do con người tạo ra. Thành phố Helix của Kisho Kurokawa được mô phỏng theo DNA, nhưng sử dụng nó như một phép ẩn dụ về cấu trúc hơn là cho những phẩm chất cơ bản của mục đích mã hóa di truyền của nó. Hình 2: Nakagin Capsule Tower , Tokyo, Nhật Bản.
Mỗi căn phòng con nhộng, với diện tích khoảng 10 mét vuông, được đúc sẵn và gắn vào lõi tòa nhà bằng 4 bu lông cao áp. “Tái xem xét quá trình trao đổi chất: Vai trò của nó trong bối cảnh kiến trúc của thế giới” 6 Kenzo Tange, “Kế hoạch cho Tokyo, 1960: Hướng tới tái tổ chức cấu trúc”, trong Văn hóa kiến trúc 1943-1968: Tuyển tập tài liệu, biên tập bởi Joan Ockman, 325-334 (New York: Rizzoli, 1993), 327. 10 Kết cấu mới 2. CÁC CẤP ĐỘ MÔ PHỎNG SINH HỌC TRONG KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Trong thời gian gần đây, kết cấu phỏng sinh học đã được các kiến trúc sư và nhà thiết kế trên toàn cầu nghiên cứu và triển khai kỹ lưỡng.
Có thể được thấy ở ba cấp độ: sinh vật , hành vi của sinh vật và hệ sinh thái. - Cấp độ sinh vật Các tòa nhà ở cấp độ sinh vật mô phỏng một sinh vật cụ thể. Chỉ làm việc ở cấp độ này mà không mô phỏng cách sinh vật tham gia vào bối cảnh lớn hơn có thể không đủ để tạo ra một tòa nhà hòa nhập tốt với môi trường của nó vì sinh vật luôn hoạt động và phản ứng với bối cảnh lớn hơn. Mary Axe, London có hệ thống thông gió không khí tương tự như bọt biển và hải quỳ.
Đồng thời, mô phỏng từ Venus Flower Basket Sponge, loài bọt biển này nằm trong môi trường dưới nước với dòng nước mạnh và bộ xương ngoài dạng lưới và hình tròn của nó giúp phân tán những căng thẳng đó lên sinh vật.7 Hình 3: 30 St Mary Axe (The Gherkin) ở London, Anh mô phỏng cơ chế của loài sinh vật Venus Flower Basket Sponge 7 Ehsaan, “Lord Foster’s Natural Inspiration: The Gherkin Tower,” kiến trúc mô phỏng sinh học (blog), ngày 24 tháng 3 năm 2010 11 Kết cấu phỏng sinh học trong kiến trúc - Cấp độ hành vi Ở cấp độ này, các tòa nhà mô phỏng cách sinh vật cư xử hoặc liên quan đến bối cảnh lớn hơn của nó Trung tâm Eastgate do kiến trúc sư Mick Pearce thiết kế kết hợp với các kỹ sư tại Arup Associates là một khu phức hợp văn phòng và mua sắm lớn ở Harare, Zimbabwe. Để giảm thiểu chi phí tiềm ẩn khi điều chỉnh nhiệt độ bên trong tòa nhà, Pearce đã tìm đến các gò mối tự làm mát của loài mối châu Phi. Tòa nhà không có hệ thống điều hòa hoặc sưởi ấm nhưng điều chỉnh nhiệt độ bằng hệ thống làm mát thụ động lấy cảm hứng từ các gò mối tự làm mát của loài mối châu Phi.8 Tuy nhiên, về mặt thẩm mỹ, cấu trúc này không nhất thiết phải trông giống như một gò mối để hoạt động như vậy mà thay vào đó, nó được lấy cảm hứng từ công trình xây dựng bản địa của Zimbabwe. Hình 5: Trung tâm Eastgate, Harare, Zimbabwe.
12 Kết cấu mới Hình 6: Đồi mối Namibia - Cấp độ hệ sinh thái Xây dựng ở cấp độ hệ sinh thái liên quan đến việc mô phỏng cách nhiều thành phần của môi trường hoạt động cùng nhau và có xu hướng ở quy mô đô thị hoặc một dự án lớn hơn với nhiều yếu tố thay vì một cấu trúc đơn lẻ. Lavasa, Ấn Độ là một thành phố rộng 8000 mẫu Anh do HOK (Hellmuth, Obata và Kassabaum) đề xuất, được quy hoạch cho một khu vực của Ấn Độ thường xuyên chịu lũ lụt gió mùa.9 Nhóm HOK xác định rằng hệ sinh thái ban đầu của địa điểm này là một khu rừng rụng lá ẩm ướt trước khi trở thành một cảnh quan khô cằn.