Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Bảo tàng Sinh vật biển Quảng Ninh" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Văn Hiếu (Mã sinh viên: 121058) dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thế Duy, thuộc chuyên ngành Kiến trúc. Bối cảnh thực tiễn của nghiên cứu xuất phát từ thực trạng suy giảm đa dạng sinh học toàn cầu và tại Việt Nam, cùng sự cần thiết phải thiết lập các công trình kiến trúc bảo tàng chuyên ngành nhằm lưu giữ, nghiên cứu và giáo dục ý thức bảo vệ tài nguyên biển.

Theo nội dung đồ án, biển chiếm 3/4 diện tích bề mặt trái đất và giữ vai trò sống còn đối với các hệ sinh thái. Việt Nam sở hữu vùng biển giàu tài nguyên với hơn 20 kiểu hệ sinh thái điển hình thuộc 6 vùng đa dạng sinh học khác nhau, bao gồm 122 km² rạn san hô, 210.000 ha rừng ngập mặn và 5.583 ha thảm cỏ biển. Tuy nhiên, các hệ sinh thái này đang chịu sức ép nghiêm trọng từ các hoạt động khai thác quá mức, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu. Tác giả chỉ ra rằng tại Quảng Ninh – một trung tâm du lịch và kinh tế biển trọng điểm – vẫn còn thiếu vắng một công trình kiến trúc bảo tàng tầm cỡ chuyên biệt về sinh vật biển để đáp ứng nhu cầu trưng bày, nghiên cứu khoa học và nâng cao nhận thức cộng đồng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác lập cụ thể như sau:

  1. Tổng hợp và phân tích cơ sở lý luận về đa dạng sinh học biển, các nguy cơ đe dọa tuyệt chủng giống loài, cùng lịch sử hình thành và phát triển của loại hình kiến trúc bảo tàng trên thế giới và tại Việt Nam.
  2. Đánh giá điều kiện tự nhiên, đặc điểm khí hậu, địa chất và thủy văn tại tỉnh Quảng Ninh nhằm xác lập các thông số kỹ thuật phục vụ thiết kế vi khí hậu và vật lý kiến trúc.
  3. Nghiên cứu vị trí, mối liên hệ không gian và quy hoạch tổng mặt bằng khu đất xây dựng tại thành phố Hạ Long.
  4. Đề xuất phương án thiết kế kiến trúc bảo tàng với hình khối biểu đạt mang tính biểu trưng sinh thái biển, tổ chức dây chuyền công năng hợp lý cho các hoạt động trưng bày, nghiên cứu, phục chế và dịch vụ công cộng.
  5. Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối, tính toán sơ bộ kích thước cấu kiện và đề xuất các giải pháp vật lý kiến trúc (thông gió tự nhiên, che nắng, chiếu sáng).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế công trình kiến trúc Bảo tàng Sinh vật biển có quy mô 3 tầng, tích hợp các không gian trưng bày, nghiên cứu, phục chế và tiện ích công cộng.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng thuộc Lô A1, tuyến đường bao biển Lán Bè – Cột 8, phường Hồng Hải, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh; diện tích khu đất lấn biển đạt 3,4 ha (tương đương khoảng 54.000 m² trong phạm vi nghiên cứu quy hoạch mở rộng).
  • Phạm vi dữ liệu: Dữ liệu quan trắc khí hậu nhiều năm tại Quảng Ninh, các văn bản chính sách bảo tồn biển của Việt Nam đến năm 2020 và các số liệu kiểm kê đa dạng sinh vật học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở pháp lý

Đồ án xây dựng nền tảng nghiên cứu dựa trên các khái niệm, khung pháp lý và tài liệu chuyên ngành:

  • Khái niệm Đa dạng sinh học: Dẫn chiếu theo Công ước về Đa dạng sinh học được thông qua năm 1992 tại Hội nghị Liên hợp quốc về Môi trường và Phát triển, phân định 3 cấp độ: đa dạng về loài, đa dạng di truyền (đa dạng gen) và đa dạng hệ sinh thái.
  • Văn bản chính sách và bảo tồn của Việt Nam: Chiến lược bảo tồn Quốc gia (1985); Kế hoạch quốc gia về môi trường và phát triển bền vững (1991); Kế hoạch hành động lâm nghiệp nhiệt đới (1991); Công ước Đa dạng sinh học (Việt Nam ký năm 1994); Kế hoạch hành động đa dạng sinh học Việt Nam (1995); Quyết định số 742/QĐ-TTg ngày 26/5/2010 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch hệ thống khu bảo tồn biển Việt Nam đến năm 2020; Định hướng bảo vệ môi trường trong Chiến lược biển Việt Nam.
  • Tài liệu sinh học và sinh thái học: Số liệu thống kê động vật học và tính đặc hữu của Lê Diên Dực (1997); Sách đỏ Việt Nam (1992); các nghiên cứu về tuyệt chủng sinh vật của Fisher (1968, 1969), Wood (1972), Soule (1983), Raup (1984a,b), Vermeij (1986), Reid (1992), Baskin (1992), Kaufman (1992).
  • Lý luận kiến trúc bảo tàng: Lịch sử công trình bảo tàng từ thời kỳ Hy Lạp cổ đại, thời kỳ Phục hưng đến các công trình tiêu biểu của thế kỷ 20 và 21 như Bảo tàng Solomon R. Guggenheim New York (kiến trúc sư Frank Lloyd Wright), Bảo tàng Do Thái Berlin (Daniel Libeskind), Bảo tàng Guggenheim Bilbao (Frank Gehry); lịch sử 4 bảo tàng thời kỳ Pháp thuộc tại Việt Nam (Bảo tàng Louis Finot, Bảo tàng Khải Định, Bảo tàng Parmentier, Bảo tàng Blanchard de la Brosse).

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả áp dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu chuyên ngành kiến trúc và phân tích kỹ thuật:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập và đối chiếu các số liệu thống kê sinh học, quy chuẩn bảo tồn biển và lịch sử phân bố công trình bảo tàng tại Việt Nam.
  • Phương pháp phân tích sinh khí hậu và vật lý kiến trúc: Ứng dụng biểu đồ quỹ đạo mặt trời, biểu đồ hoa gió và bảng phân vùng sinh khí hậu (từ vùng V1 đến V9) để đánh giá mức độ tiện nghi nhiệt, từ đó lựa chọn hướng công trình tối ưu và bố trí các giải pháp che nắng, thông gió tự nhiên.
  • Phương pháp thiết kế hình khối và quy hoạch không gian: Tổ chức mặt bằng dựa trên trục không gian khu đất lấn biển, áp dụng ngôn ngữ tạo hình kiến trúc phỏng sinh học lấy cảm hứng từ sóng biển và vách núi đá vôi vịnh Hạ Long.
  • Phương pháp tính toán sơ bộ kết cấu: Xác định lưới cột không gian ($15 \times 15\text{ m}$), lựa chọn kết cấu khung - sàn bê tông cốt thép toàn khối mác 250 và áp dụng công thức thực nghiệm tính toán chiều cao dầm $h_d = \left(\frac{1}{8} \div \frac{1}{12}\right) L$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần mở đầu và Cơ sở bảo tồn đa dạng sinh học biển

Nội dung phần này tập trung phân tích thực trạng phong phú của hệ động thực vật Việt Nam cũng như nguy cơ tuyệt chủng giống loài. Hệ động vật Việt Nam ghi nhận 175 loài thú, 826 loài chim, 180 loài bò sát, 80 loài lưỡng cư, 471 loài cá nước ngọt, trên 2.000 loài cá biển và khoảng 7.000 loài côn trùng. Tính đặc hữu thể hiện qua hơn 100 loài/phân loài chim và 78 loài/phân loài thú. Trong vùng phụ địa lý động vật Đông Dương, Việt Nam chiếm 15/21 loài khỉ (7 loài đặc hữu) và 33/49 loài chim đặc hữu (11 loài đặc hữu).

Tác giả nêu rõ các nguyên nhân chính làm suy giảm đa dạng sinh học gồm: khai thác rừng quá mức, chăn thả và săn bắn thương mại, sự xâm lấn của sinh vật ngoại lai (điển hình như cá rô sông Nile Lates niloticus tại hồ Victoria), xung đột môi trường sống với con người và hậu quả tồn dư ô nhiễm do chiến tranh. Đối với tài nguyên biển, hệ thống sinh thái bao gồm rạn san hô (khoảng 350 loài san hô đá), rừng ngập mặn (khoảng 1.600 loài sinh vật) và thảm cỏ biển (125 loài động vật đáy, 158 loài rong biển) tạo tiền đề cho trữ lượng 5 triệu tấn cá biển (khả năng khai thác bền vững 2,3 triệu tấn/năm). Quyết định số 742/QĐ-TTg đặt lộ trình thiết lập 16 khu bảo tồn biển đến năm 2015 và tiếp tục mở rộng trong giai đoạn 2016–2020.

Bảo tàng và sự phát triển kiến trúc bảo tàng

Chương này khái quát tiến trình phát triển của loại hình công trình bảo tàng. Tác giả phân tích bước chuyển dịch công năng của bảo tàng từ nơi lưu trữ, bảo quản hiện vật tĩnh sang trung tâm tương tác, nghiên cứu khoa học và thúc đẩy kinh tế du lịch.

Tại Việt Nam, ngành kiến trúc bảo tàng hình thành vào đầu thế kỷ 20 với 4 công trình tiêu biểu do người Pháp xây dựng:

  • Bảo tàng Louis Finot tại Hà Nội (nay là Bảo tàng Lịch sử Quốc gia).
  • Bảo tàng Khải Định tại Cố đô Huế (trưng bày mỹ nghệ, y phục cung đình).
  • Bảo tàng Parmentier tại Đà Nẵng (nay là Bảo tàng Điêu khắc Chăm).
  • Bảo tàng Blanchard de la Brosse tại Thành phố Hồ Chí Minh (trong khuôn viên Thảo Cầm Viên).

Thống kê hiện trạng chỉ ra cả nước có gần 120 bảo tàng quốc gia và hàng chục bảo tàng cơ sở. Trong số hơn 100 bảo tàng thành lập sau Cách mạng Tháng Tám, có tới 90% sử dụng công trình cải tạo chuyển đổi công năng và chỉ 10% được xây mới hoàn toàn.

Điều kiện tự nhiên, khí hậu và hiện trạng khu đất xây dựng

Khu đất nghiên cứu nằm tại Lô A1 đường bao biển Lán Bè – Cột 8, phường Hồng Hải, thành phố Hạ Long, có diện tích 3,4 ha tiếp giáp trực tiếp mặt nước biển. Tác giả phân tích các chỉ số khí hậu và thủy văn quan trắc tại Quảng Ninh:

  • Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình năm đạt 23°C; nhiệt độ tối đa tuyệt đối là 42°C (tháng 7); nhiệt độ tối thiểu tuyệt đối là 13°C (tháng 1). Mùa lạnh kéo dài từ hạ tuần tháng 11 đến cuối tháng 3 (nhiệt độ dưới 20°C); mùa nóng từ tháng 5 đến đầu tháng 10 (nhiệt độ trên 25°C).
  • Mưa và độ ẩm: Lượng mưa phân bổ với 142 ngày mưa/năm (mùa hè 47 ngày, mùa đông 25 ngày); độ ẩm trung bình năm đạt 83%.
  • Chế độ gió và nắng: Hướng gió chủ đạo là Đông Nam vào mùa hè và Đông Bắc vào mùa đông; tốc độ gió cực đại đạt 33 m/s. Tổng số giờ nắng trung bình là 1.040 giờ/năm (cao nhất vào tháng 7 với 196 giờ, thấp nhất vào tháng 3).
  • Phân tích sinh khí hậu: Thời gian đạt trạng thái tiện nghi nhiệt tự nhiên (vùng V4) chiếm 27,1% năm; khi tính thêm trạng thái mát ẩm (vùng V6) đạt 42,5% năm. Thời tiết lạnh và hơi lạnh chiếm 27,7% (trong đó hơi lạnh chiếm 18%, chỉ cần đóng cửa kín ban đêm). Thời tiết nóng và hơi nóng chiếm 29,8% (trong đó nóng ẩm V8 chiếm 27,6%). Nhờ đó, công trình có khả năng khai thác thông gió tự nhiên tới 88,1% thời gian trong năm.

Ý tưởng thiết kế kiến trúc và giải pháp không gian

Ý tưởng thiết kế công trình hướng tới việc tạo dựng một điểm nhấn không gian văn hóa tại vùng biển Hạ Long:

  • Tạo hình khối: Khối trưng bày chính được bố trí tại vị trí trọng tâm khu đất, lấy cảm hứng từ hình thể sinh học của sóng biển và các đảo đá vịnh Hạ Long.
  • Phân khu chức năng: Bố trí mạch lạc giữa không gian sảnh đón tiếp, các tuyến trưng bày chuyên đề trong nhà, khu vực lưu trữ mẫu vật, xưởng phục chế - nghiên cứu sinh học biển và các khu dịch vụ hỗ trợ.

Giải pháp vật lý kiến trúc và kết cấu công trình

Đồ án đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm thích ứng với điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm ven biển:

  • Giải pháp vật lý kiến trúc:
    • Thông gió: Mặt chính công trình mở về hướng Đông Nam để đón gió mát chủ đạo, kết hợp hệ thống sân trong và mặt nước hồ cảnh quan nhằm cải thiện vi khí hậu.
    • Che nắng và cách nhiệt: Toàn bộ kho hiện vật và khu phụ trợ được bố trí về hướng Tây để cản bức xạ nhiệt xấu, ưu tiên các không gian sinh hoạt chính về hướng thuận lợi. Sử dụng tường gạch dày cách nhiệt, hệ mái đua nhô rộng và lớp trần giả cách nhiệt bên dưới mái lớn.
    • Chiếu sáng: Sảnh chính lấy sáng tự nhiên qua hệ vách kính lớn; mái kính lấy sáng gián tiếp cho các khu vực lưu thông; các phòng trưng bày sử dụng hệ thống chiếu sáng nhân tạo điều chỉnh linh hoạt để ngăn ngừa bức xạ làm hỏng mẫu vật trưng bày.
  • Giải pháp kết cấu:
    • Quy mô và lưới cột: Công trình có chiều cao 3 tầng, bước lưới cột vuông $15 \times 15\text{ m}$.
    • Hệ kết cấu chịu lực: Bê tông cốt thép toàn khối kết hợp kết cấu giàn phẳng tại các không gian có nhịp vượt khẩu độ lớn.
    • Kích thước cấu kiện: Sàn bê tông cốt thép mác 250 dạng sàn ô cờ dày 400 mm; dầm phụ kích thước $250 \times 250\text{ mm}$; cột chịu lực tiết diện vuông C1 kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$ bằng bê tông mác 250.

Kết quả và đóng góp

Tổng hợp số liệu đa dạng sinh học và hiện trạng hệ sinh thái biển

Bảng số liệu tổng hợp các thành phần loài động thực vật và hệ sinh thái biển được trích xuất từ đồ án:

Nhóm sinh vật / Hệ sinh thái Số lượng loài / Diện tích tại Việt Nam Đặc điểm và giá trị bảo tồn ghi nhận
Thú 175 loài (trong đó 78 loài/phân loài đặc hữu) Tê giác Java, sao la nguy cấp; trâu rừng, hươu Eld đã tuyệt chủng
Chim 826 loài (hơn 100 loài/phân loài đặc hữu) 33 loài đặc hữu vùng phụ Đông Dương (11 loài đặc hữu riêng tại VN)
Bò sát 180 loài Nhiều loài trăn, rắn, rùa biển cần bảo vệ khẩn cấp
Lưỡng cư 80 loài Thành phần phong phú đại diện vùng nhiệt đới Đông Nam Á
Cá nước ngọt & Cá biển 471 loài nước ngọt; > 2.000 loài cá biển Đa dạng cao, trữ lượng cá biển đạt khoảng 5 triệu tấn
Côn trùng ~ 7.000 loài Đa dạng về thành phần loài và phân bố sinh thái
Rạn san hô đá 122 km² (~ 350 loài san hô đá) Nơi cư trú của > 2.000 loài sinh vật đáy và > 400 loài cá san hô
Rừng ngập mặn Khoảng 210.000 ha Nơi sinh sống của khoảng 1.600 loài sinh vật biển
Thảm cỏ biển 5.583 ha Lưu giữ 125 loài động vật đáy và 158 loài rong biển

Tổng hợp thông số khí hậu và giải pháp kỹ thuật công trình

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu khí hậu và giải pháp thiết kế kết cấu công trình:

Hạng mục thông số Giá trị đo đạc / Chỉ tiêu kỹ thuật Giải pháp kiến trúc & kết cấu đề xuất
Nhiệt độ không khí TB năm: 23°C; Tối đa: 42°C; Tối thiểu: 13°C Bố trí kho/khu phụ trợ hướng Tây; tường gạch dày cách nhiệt
Khả năng thông gió tự nhiên 88,1% thời gian trong năm Mặt chính quay hướng Đông Nam; kết hợp sân trong và hồ nước
Tiện nghi sinh khí hậu Tiện nghi (V4) + Mát ẩm (V6) = 42,5% Mở cửa đón gió Đông Nam mùa hè, che chắn gió Đông Bắc mùa đông
Chế độ mưa & Độ ẩm 142 ngày mưa/năm; độ ẩm trung bình 83% Mái hiên vươn xa; trần giả cách nhiệt; thoát nước mái tập trung
Quy mô công trình Chiều cao 3 tầng; Lưới cột $15 \times 15\text{ m}$ Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối mác 250
Quy cách dầm & sàn Sàn ô cờ dày 400 mm; dầm phụ $250 \times 250\text{ mm}$ Tính toán dầm chính theo công thức $h_d = \left(\frac{1}{8} \div \frac{1}{12}\right) L$
Quy cách cột chịu lực Tiết diện cột vuông C1: $1000 \times 1000\text{ mm}$ Bê tông mác 250, kết hợp giàn thép phẳng vượt khẩu độ lớn

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Thiết lập giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng khai thác tối đa vị trí Lô A1 ven biển Hạ Long, tạo điểm nhấn cảnh quan đô thị ven biển.
  • Kết hợp giải pháp kiến trúc mô phỏng hình học sóng - núi đá với các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt về vật lý kiến trúc nhiệt đới ẩm.
  • Đưa ra giải pháp phân vùng chiếu sáng nhân tạo và tự nhiên hợp lý, giải quyết yêu cầu bảo quản mẫu vật sinh thái biển trong bảo tàng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án chủ yếu tập trung vào giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc, phân khu tổng mặt bằng và xác định sơ bộ kích thước tiết diện kết cấu. Văn bản chưa đi sâu vào chi tiết hồ sơ bản vẽ thi công các hệ thống kỹ thuật công trình chuyên sâu (MEP, xử lý nước biển nhân tạo cho bể nuôi mẫu vật sống, công nghệ bảo quản mẫu ngâm formol hoặc mẫu khô). Thuyết minh còn xuất hiện một số đoạn lặp văn bản trong phần mở đầu.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu chi tiết giải pháp kết cấu giàn không gian vượt nhịp lớn cho các sảnh trưng bày đặc thù; tích hợp hệ thống kiểm soát môi trường vi khí hậu tự động cho từng phòng trưng bày chuyên đề; phát triển phương án thiết kế nội thất và công nghệ trưng bày tương tác đa phương tiện.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  1. Sinh viên ngành Kiến trúc và Quy hoạch đô thị đang thực hiện đồ án tốt nghiệp về thể loại công trình bảo tàng, trung tâm trưng bày triển lãm hoặc công trình công cộng ven biển.
  2. Sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng cần tài liệu tham khảo về phương án bố trí lưới cột khẩu độ lớn ($15 \times 15\text{ m}$), kết cấu sàn ô cờ dày 400 mm và giải pháp giàn phẳng kết hợp khung bê tông toàn khối.
  3. Người nghiên cứu về quy hoạch công trình thích ứng với khí hậu nhiệt đới gió mùa ven biển tại khu vực miền Bắc Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tác giả lựa chọn địa điểm xây dựng Bảo tàng Sinh vật biển ở đâu và có quy mô diện tích như thế nào?
Công trình được quy hoạch tại Lô A1 thuộc tuyến đường bao biển Lán Bè – Cột 8, phường Hồng Hải, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Khu đất xây dựng là đất lấn biển có diện tích 3,4 ha (phạm vi nghiên cứu quy hoạch mở rộng khoảng 54.000 m²).

2. Giải pháp tạo hình kiến trúc của khối công trình chính dựa trên ý tưởng gì?
Khối trưng bày trong nhà của bảo tàng được đặt tại trọng tâm khu đất và thiết kế phỏng sinh học mang dáng dấp của những ngọn sóng biển kết hợp với hình khối núi đá vịnh Hạ Long.

3. Khả năng mở cửa thông thoáng tự nhiên của công trình tại Quảng Ninh đạt tỷ lệ bao nhiêu?
Theo kết quả phân tích dữ liệu sinh khí hậu trong đồ án, công trình tại Quảng Ninh có khả năng mở cửa thông thoáng tự nhiên lên tới 88,1% thời gian trong một năm nhờ khai thác hiệu quả hướng gió Đông Nam và các điều kiện vi khí hậu mặt nước.

4. Giải pháp kết cấu và quy cách cấu kiện chịu lực chính được tác giả lựa chọn là gì?
Đồ án sử dụng hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối mác 250 kết hợp giàn phẳng cho các vị trí vượt khẩu độ lớn; lưới bước cột vuông $15 \times 15\text{ m}$; sàn ô cờ dày 400 mm; dầm phụ kích thước $250 \times 250\text{ mm}$; cột chịu lực tiết diện vuông C1 kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$.

5. Đồ án đề xuất giải pháp gì để che nắng và cách nhiệt cho các hướng bất lợi?
Tác giả bố trí toàn bộ khu vực kho hiện vật và các không gian phụ trợ về hướng Tây (hướng nắng xấu) để tạo lớp đệm chắn nhiệt cho công trình; kết hợp tường gạch dày, mái hiên nhô rộng và hệ trần giả cách nhiệt dưới các diện tích mái lớn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Bảo tàng Sinh vật biển Quảng Ninh" của sinh viên Phạm Văn Hiếu đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế một công trình kiến trúc công cộng quy mô 3 tầng tại thành phố Hạ Long. Nghiên cứu đã tích hợp chặt chẽ giữa cơ sở sinh thái học biển, điều kiện sinh khí hậu địa phương với các giải pháp hình khối kiến trúc phỏng sinh học và kết cấu bê tông cốt thép sàn ô cờ. Toàn bộ nội dung đồ án cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị về phương pháp luận thiết kế công trình bảo tàng thích ứng khí hậu ven biển.