Luận Án Tiến Sĩ: Ứng Dụng Topology Trong Thiết Kế Kiến Trúc Tại Việt Nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu kiến trúc ứng dụng topology trong thiết kế kiến trúc tại việt nam, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh vực tại Việt Nam.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Thùy
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đình Thi
• Trường học: Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội
• Chuyên ngành: Kiến trúc
• Đề tài: Ứng Dụng Topology Trong Thiết Kế Kiến Trúc Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC
• 1.1. TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TRÊN THẾ GIỚI
• 1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển Topology
• 1.1.2. Ứng dụng Topology trong các lĩnh vực khoa học
• 1.1.3. Các xu hướng phương pháp thiết kế kiến trúc trên thế giới. Ứng dụng Topology trong TKKT trên thế giới
• 1.1.4. Nhận xét, đánh giá
• 1.2. THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.2.1. Xu hướng phương pháp thiết kế kiến trúc tại Việt Nam
• 1.2.2. Một số biểu hiện Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam
• 1.2.2.1. Vào các giai đoạn thiết kế
• 1.2.2.2. Vào các hoạt động thiết kế. Cho các loại hình công trình kiến trúc
• 1.2.2.3. Kết hợp công nghệ kỹ thuật số
• 1.2.2.4. Nhận xét, đánh giá
• 1.3. TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
• 1.3.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới
• 1.3.2. Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam. Nhận xét, đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan đề tài
• 1.4. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ RÚT RA NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Nhận xét đánh giá chung
• 1.4.2. Những vấn đề cần nghiên cứu
• 1.5. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.5.1. Các mối quan hệ không gian Topology
• 1.5.2. Các nguyên mẫu Topology
• 1.5.3. Phép biến đổi Topology
• 1.5.4. Topology trong thiết kế kiến trúc
• 1.5.5. Topology trong thành phần và khả năng biểu hiện của ngôn ngữ kiến trúc
• 1.5.6. Topology trong tổ hợp không gian kiến trúc
• 1.5.7. Phương pháp, quá trình thiết kế và giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc
• 1.5.7.1. Phương pháp thiết kế kiến trúc truyền thống
• 1.5.7.2. Phương pháp thiết kế kiến trúc sử dụng công nghệ máy tính
• 1.5.8. Quá trình thiết kế kiến trúc
• 1.5.9. Giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc
• 1.6. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.6.1. Điều kiện địa hình, khí hậu
• 1.6.2. Điều kiện kinh tế, xã hội. Vai trò của con người
• 1.6.3. Nhu cầu về ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam
• 1.6.4. Điều kiện công nghệ xây dựng, vật liệu và kỹ thuật số
• 1.6.4.1. Công nghệ kỹ thuật số
• 1.6.4.2. Công nghệ xây dựng và vật liệu mới
• 1.7. BÀI HỌC KINH NGHIỆM THỰC TIỄN
• 1.7.1. Bài học kinh nghiệm trên thế giới
• 1.7.2. Bài học kinh nghiệm tại Việt Nam
• 1.7.3. Các văn bản pháp lý có liên quan
• 1.7.4. Các quy chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế kiến trúc
• 1.8. GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.8.1. QUAN ĐIỂM VÀ MỤC TIÊU ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.8.2. NGUYÊN TẮC ỨNG DỤNG TOPOLOGY VÀO THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.8.3. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TOPOLOGY VÀO THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TẠI VIỆT NAM
• 1.8.3.1. Xác định khả năng ứng dụng vào PPTK sử dụng công nghệ máy tính tại Việt Nam
• 1.8.3.2. Xác định khả năng ứng dụng vào thiết kế ý tưởng kiến trúc
• 1.8.4. GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC
• 1.8.4.1. Đề xuất mức độ và nội dung ứng dụng Topology trong giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc
• 1.8.4.2. Mức độ ứng dụng Topology. Nội dung ứng dụng Topology
• 1.8.4.3. Các giải pháp ứng dụng Topology trong giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc
• 1.8.4.4. Các giải pháp ứng dụng Topology kết hợp với các loại HH khác
• 1.8.4.5. Bổ sung, hoàn thiện hệ thống văn bản pháp lý và đổi mới đào tạo sáng tác kiến trúc trong các trường đại học ở Việt Nam
• 1.9. VÍ DỤ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BẢO TÀNG TỈNH THÁI BÌNH
• 1.9.1. Giới thiệu về công trình, yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế
• 1.9.2. Các bước thiết kế
• 1.9.2.1. Bước 1- Thu thập thông tin
• 1.9.2.2. Bước 2- Phân tích và xử lý thông tin
• 1.9.2.3. Bước 3- Tổng hợp
• 1.9.2.4. Bước 4 - Đánh giá và lựa chọn tổ hợp tối ưu
• 1.9.2.5. Bước 5 – Biến đổi Topology
• 1.9.2.6. Bước 6 – Đánh giá, lựa chọn phương án
• 1.9.2.7. Bước 7 – Phát triển giải pháp
• 1.10. BÀN LUẬN VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1.10.1. Về quan điểm, nguyên tắc
• 1.10.2. Về các giải pháp
• 1.10.3. Về khả năng ứng dụng
• 1.10.4. Về hướng nghiên cứu tiếp theo
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Topology trong thiết kế kiến trúc

Trong bối cảnh thiết kế kiến trúc hiện đại, Topology đã trở thành một công cụ quan trọng giúp các kiến trúc sư phát triển những ý tưởng sáng tạo và độc đáo. Thiết kế kiến trúc không chỉ đơn thuần là việc tạo ra các hình khối mà còn là việc tạo ra không gian sống động, có tính tương tác cao. Topology cung cấp một cách tiếp cận mới, cho phép các kiến trúc sư hình dung và thực hiện các thiết kế phức tạp mà không bị giới hạn bởi các quy tắc hình học truyền thống. Theo đó, ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc không chỉ giúp tối ưu hóa không gian mà còn tạo ra những trải nghiệm mới cho người sử dụng. Việc áp dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam đang dần trở thành xu hướng, mở ra nhiều cơ hội cho sự phát triển của ngành kiến trúc.

1.1. Ứng dụng Topology trong thiết kế không gian

Việc ứng dụng Topology trong thiết kế không gian cho phép các kiến trúc sư tạo ra những không gian linh hoạt và đa dạng. Thiết kế không gian không chỉ dựa vào các yếu tố vật lý mà còn phải xem xét đến các yếu tố cảm xúc và trải nghiệm của người sử dụng. Topology giúp xác định các mối quan hệ không gian một cách rõ ràng, từ đó tạo ra những không gian có tính kết nối cao. Các công trình kiến trúc hiện đại tại Việt Nam đã bắt đầu áp dụng các nguyên lý của Topology để tạo ra những không gian sống động, thân thiện và tiện nghi hơn. Điều này không chỉ nâng cao giá trị thẩm mỹ mà còn đáp ứng nhu cầu sử dụng thực tế của người dân.

1.2. Mô hình hóa kiến trúc bằng Topology

Mô hình hóa kiến trúc bằng Topology là một phương pháp mới mẻ, giúp các kiến trúc sư hình dung rõ hơn về cấu trúc và hình thức của công trình. Mô hình hóa không chỉ đơn thuần là việc tạo ra hình ảnh 3D mà còn là việc sử dụng các thuật toán để tối ưu hóa thiết kế. Topology cho phép các kiến trúc sư thực hiện các phép biến đổi hình học một cách linh hoạt, từ đó tạo ra những hình khối độc đáo và sáng tạo. Việc áp dụng Topology trong mô hình hóa kiến trúc tại Việt Nam đang dần trở nên phổ biến, giúp các kiến trúc sư có thể thể hiện ý tưởng của mình một cách rõ ràng và sinh động hơn.

II. Thực trạng ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam

Thực trạng ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam hiện nay cho thấy sự phát triển mạnh mẽ nhưng vẫn còn nhiều thách thức. Mặc dù một số công trình đã áp dụng các nguyên lý của Topology, nhưng việc áp dụng này vẫn chưa phổ biến và đồng bộ. Các kiến trúc sư Việt Nam chủ yếu vẫn dựa vào các phương pháp thiết kế truyền thống, dẫn đến việc chưa khai thác hết tiềm năng của Topology. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về không gian sống, việc ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc sẽ trở thành một xu hướng tất yếu. Các trường đại học và cơ sở đào tạo kiến trúc cũng cần cập nhật chương trình giảng dạy để trang bị cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cần thiết về Topology.

2.1. Xu hướng thiết kế kiến trúc tại Việt Nam

Xu hướng thiết kế kiến trúc tại Việt Nam đang dần chuyển mình với sự xuất hiện của các công trình hiện đại, mang tính sáng tạo cao. Các kiến trúc sư ngày càng chú trọng đến việc áp dụng các công nghệ mới, trong đó có Topology. Việc áp dụng Topology không chỉ giúp tối ưu hóa không gian mà còn tạo ra những công trình có giá trị thẩm mỹ cao. Tuy nhiên, để ứng dụng Topology một cách hiệu quả, cần có sự thay đổi trong tư duy thiết kế và phương pháp giảng dạy tại các trường đại học. Điều này sẽ giúp các kiến trúc sư trẻ có thể tiếp cận và làm chủ các công nghệ mới, từ đó nâng cao chất lượng thiết kế kiến trúc tại Việt Nam.

2.2. Những thách thức trong ứng dụng Topology

Mặc dù ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam có nhiều tiềm năng, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua. Một trong những thách thức lớn nhất là sự thiếu hụt kiến thức và kinh nghiệm trong việc áp dụng Topology. Nhiều kiến trúc sư vẫn còn e ngại khi tiếp cận các phương pháp mới, dẫn đến việc không dám thử nghiệm và sáng tạo. Bên cạnh đó, việc thiếu các công cụ hỗ trợ và phần mềm chuyên dụng cũng là một rào cản lớn. Để khắc phục những thách thức này, cần có sự đầu tư vào đào tạo và nghiên cứu, cũng như khuyến khích các kiến trúc sư tham gia vào các dự án thực tế có ứng dụng Topology.

III. Giải pháp ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam

Để nâng cao hiệu quả ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam, cần có những giải pháp cụ thể và đồng bộ. Trước hết, cần tăng cường đào tạo và bồi dưỡng kiến thức cho các kiến trúc sư về Topology và các công nghệ liên quan. Các trường đại học cần cập nhật chương trình giảng dạy, đưa Topology vào giảng dạy chính thức để sinh viên có thể tiếp cận sớm với các phương pháp thiết kế hiện đại. Thứ hai, cần khuyến khích các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn về Topology trong các dự án kiến trúc. Việc tổ chức các hội thảo, hội nghị chuyên đề về Topology cũng sẽ giúp nâng cao nhận thức và tạo cơ hội cho các kiến trúc sư giao lưu, học hỏi lẫn nhau. Cuối cùng, cần có sự hỗ trợ từ các cơ quan chức năng trong việc xây dựng các chính sách khuyến khích ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc.

3.1. Đào tạo và bồi dưỡng kiến thức

Đào tạo và bồi dưỡng kiến thức về Topology cho các kiến trúc sư là một trong những giải pháp quan trọng. Các trường đại học cần thiết kế các khóa học chuyên sâu về Topology, giúp sinh viên hiểu rõ về các nguyên lý và ứng dụng của nó trong thiết kế kiến trúc. Bên cạnh đó, cần tổ chức các buổi hội thảo, tọa đàm với sự tham gia của các chuyên gia trong lĩnh vực Topology để chia sẻ kinh nghiệm và kiến thức thực tiễn. Việc này không chỉ giúp sinh viên có thêm kiến thức mà còn tạo cơ hội cho họ kết nối với các chuyên gia trong ngành.

3.2. Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn về Topology trong thiết kế kiến trúc là một giải pháp cần thiết. Các cơ quan chức năng và tổ chức chuyên môn cần tạo điều kiện cho các kiến trúc sư tham gia vào các dự án nghiên cứu có ứng dụng Topology. Việc này không chỉ giúp nâng cao chất lượng thiết kế mà còn tạo ra những sản phẩm kiến trúc có giá trị cao. Đồng thời, cần tổ chức các cuộc thi thiết kế có chủ đề liên quan đến Topology để khuyến khích sự sáng tạo và đổi mới trong ngành kiến trúc.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kiến trúc với đề tài "Ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam", mã số chuyên ngành 9580101, do nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Minh Thùy thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Đình Thi tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (năm 2022). Công trình tập trung giải quyết bài toán đổi mới phương pháp luận sáng tác và tìm kiếm ý tưởng kiến trúc thông qua việc vận dụng các nguyên lý toán học Topology trong bối cảnh chuyển đổi số và công nghệ kỹ thuật số tại Việt Nam.

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, tác giả chỉ ra rằng trong suốt tiến trình lịch sử, hình học Euclid với các hình khối cơ bản (lập phương, lăng trụ, chóp nón, tứ diện, khối cầu) đã đóng vai trò nền tảng cho thiết kế kiến trúc. Tuy nhiên, các hình khối này bộc lộ sự hạn chế trong việc tạo lập không gian linh hoạt, thích ứng với môi trường đa dạng của thời đại mới. Từ thế kỷ XIX, các ngành toán học mới như hình học Lobachevsky, Fractal và đặc biệt là Topology ("hình học màng cao su") đã cung cấp hệ thống quan niệm mới về không gian, bề mặt và các phép biến đổi hình học định tính. Trên thế giới, nhiều quốc gia như Anh, Mỹ, Ý, Áo, Bồ Đào Nha, Argentina, Hà Lan đã có những nghiên cứu và công trình ứng dụng Topology vào kiến trúc. Ngược lại, tại Việt Nam, công tác đào tạo và thực hành thiết kế kiến trúc chủ yếu vẫn dựa trên tư duy hình học Euclid và phương pháp thử - sai theo kinh nghiệm trực giác; công cụ kỹ thuật số mới dừng ở vai trò thể hiện bản vẽ mà chưa tham gia vào quá trình hình thành ý tưởng. Cho đến thời điểm nghiên cứu, chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu chuyên sâu về việc ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc gắn với điều kiện, bối cảnh cụ thể của Việt Nam.

Mục đích nghiên cứu của luận án là đề xuất các giải pháp ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam nhằm phát huy khả năng sáng tạo kiến trúc đáp ứng nhu cầu phát triển trong thời đại kỹ thuật số.

Để đạt được mục đích trên, luận án xác định 03 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Xác định khả năng ứng dụng Topology vào thiết kế kiến trúc tại Việt Nam.
2. Đề xuất mức độ và nội dung ứng dụng Topology vào thiết kế ý tưởng kiến trúc tại Việt Nam.
3. Đề xuất các giải pháp ứng dụng Topology trong giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc tại Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu được xác định rõ:

• Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế kiến trúc ứng dụng Topology.
• Phạm vi không gian: Áp dụng cho các công trình kiến trúc tại Việt Nam.
• Phạm vi thời gian: Đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050.
• Giới hạn giai đoạn thiết kế: Giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc đối với công trình xây dựng mới.
• Giới hạn nội dung học thuật: Tập trung vào hình học Topo, các mối quan hệ không gian và tổ hợp Topology để ứng dụng vào thiết kế kiến trúc, không đi sâu vào các nhánh đại số hoặc giải tích phức tạp của toán học Topology.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa lịch sử hình thành, phát triển của Topology và quá trình thâm nhập của ngành toán học này vào các lĩnh vực khoa học, nghệ thuật, quy hoạch và kiến trúc qua các mốc thời gian và công trình tiêu biểu:

• Khởi nguồn toán học: Năm 1736, Leonhard Euler giải bài toán 7 cây cầu ở Königsberg, thiết lập nền móng cho lý thuyết đồ thị và Topology; năm 1847, Johann Benedict Listing lần đầu đưa ra thuật ngữ Topology trong tác phẩm Vorstudien zur Topologie; năm 1895, Henri Poincaré công bố các bài báo Analysis situs định nghĩa Topology là khoa học về đặc tính định tính của các hình dạng; năm 1914, Felix Hausdorff đưa ra khái niệm "không gian Topology" dựa trên lý thuyết tập hợp.
• Ứng dụng liên ngành: Darcy Thompson (1917) áp dụng biến đổi mạng lưới Topology trong sinh học hình thái qua tác phẩm On Growth and Form; Harry Beck (1933) ứng dụng quan hệ vị trí tương đối Topology để vẽ sơ đồ mạng lưới tàu điện ngầm London; Max Bill (những năm 1930) đưa dải Mobius vào điêu khắc; giải Nobel Vật lý 2016 được trao cho ba nhà khoa học người Anh nhờ nghiên cứu về chuyển pha Topology của vật chất.
• Lý thuyết kiến trúc và quy hoạch quốc tế: Reyner Banham (1955) đưa khái niệm Topology vào lý thuyết kiến trúc trong bài viết về New Brutalism; các kiến trúc sư Pascal Häusemann, Alfred Neumann, Michael Webb (thập niên 1950) khảo sát không gian Topology liên tục giữa bên trong và bên ngoài; Christopher Alexander (1965) công bố bài luận A City is Not a Tree mô hình hóa cấu trúc đô thị thành đồ thị Topology; Gilles Deleuze đưa các khái niệm đa tạp (manifold), nếp gấp vào triết học, tác động đến các kiến trúc sư Jeffrey Kipnis, Greg Lynn, Peter Eisenman, Bahram Shirdel; Giuseppa Di Cristina khẳng định xu hướng Topology cung cấp tài nguyên khái niệm và kỹ thuật thực hành cho kiến trúc.
• Phương pháp luận đồ thị và tổ hợp mặt bằng: Jean Cousin (1970), March và Steadman (1971), R. Korf (1977), Michael J. (1975, phân tích Marie Short House) và Pirouz Nourian (2016) phát triển quy trình chuyển hóa từ bảng ma trận liên kết kề và đồ thị Topology sang sơ đồ mặt bằng kiến trúc.
• Các công trình kiến trúc quốc tế tiêu biểu: Tòa nhà Max Reinhardt (Đức, 1992) của Peter Eisenman; Mobius House (Hà Lan, 1998) của UN Studio và Ben Van Berkel; Klein Bottle House (Úc) và Trường trung học PEGS của McBride Charles Ryan Architects; 18 Turn (2001) của Daniel Libeskind; Springtecture B (2002) và Guangzh Huadu Culture & Art Center (2009) của Shuhei Endo; Gran Mediterraneo (Israel) của David Tajchman; Viện nghiên cứu Yu Qingcheng (Trung Quốc) của Zhang Hua Architects; The Twist (Na Uy, 2019) của BIG.
• Tình hình nghiên cứu và thực tiễn tại Việt Nam: Các giáo trình lý thuyết thiết kế của Nguyễn Đức Thiềm (1999), Tạ Trường Xuân (2009) chủ yếu tiếp cận theo phương pháp thiết kế truyền thống và hình học Euclid. Một số công trình thực tế bắt đầu xuất hiện hình thái tự do, uốn lượn mang tinh thần Topology như Trung tâm triển lãm Vĩnh Phúc (JC Architects, 2021), Cung quy hoạch, hội chợ và triển lãm tỉnh Quảng Ninh (S-Design, 2014), Bảo tàng Thế giới Cà phê tại Buôn Ma Thuột (A21 studio, KTS Nguyễn Hòa Hiệp, 2018), Nhà trẻ Farming Kindergarten (Võ Trọng Nghĩa).

Vị trí của luận án: Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống về cơ sở lý luận và phương pháp thực hành có hệ thống, chuyển đổi cách tiếp cận tự phát mang tính trực giác của các kiến trúc sư trong nước thành một quy trình thiết kế ý tưởng khoa học, logic dựa trên công cụ Topology kết hợp công nghệ kỹ thuật số.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng cơ sở lý thuyết dựa trên các khái niệm và công cụ chuyên biệt của hình học Topo:

• Topology và Hình học Topo: Ngành hình học nghiên cứu các đặc tính định tính của đối tượng được bảo toàn qua các biến dạng liên tục (bẻ cong, kéo giãn, nén, xoắn, ngoại trừ việc xé rách hoặc dán dính). Hình học Topo không bảo toàn độ đo (chiều dài, diện tích, thể tích, góc, tỷ lệ) mà bảo toàn tính liên tục và mối quan hệ lân cận. Các thuộc tính duy trì sau biến dạng gọi là bất biến Topo; các hình có thể chuyển đổi qua lại bằng phép biến đổi liên tục gọi là tương đương Topo.
• Không gian Topology và Lý thuyết đồ thị: Không gian kiến trúc được trừu tượng hóa thành một tập hợp các phần tử và quan hệ cấu trúc. Đồ thị Topology gồm tập hợp các đỉnh (đại diện cho không gian chức năng) và các cạnh (đại diện cho mối liên hệ liền kề, lưu tuyến giữa các không gian).
• Nguyên mẫu Topology: Các cấu trúc hình học chuẩn mực gồm dải Mobius (mặt 1 phía, 1 cạnh biên), chai Klein (bề mặt không định hướng tự giao cắt trong không gian ba chiều), mặt Boy (bề mặt không định hướng tạo bởi 3 dải Mobius), các Nút (cấu trúc dây thắt nút trong không gian 3 chiều).
• Phép biến đổi Topology từ hình gốc: Biến dạng đàn hồi liên tục thuận nghịch bao gồm các thao tác: gấp nếp, uốn cong, vặn xoắn, kéo dãn hoặc kết hợp nhiều thao tác trên một hình gốc cơ bản.
• Tổ hợp Topology: Bao gồm tổ hợp cấu trúc (logic vận hành bên trong) và tổ hợp hình thức (ngôn ngữ biểu đạt hình khối bên ngoài).

Hệ thống phương pháp nghiên cứu được luận án sử dụng bao gồm:

1. Phương pháp phân tích, tổng hợp, đánh giá: Thu thập, hệ thống hóa và đánh giá các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn trong nước và quốc tế để nhận diện khoảng trống nghiên cứu.
2. Phương pháp so sánh, đối chiếu: So sánh ưu nhược điểm giữa phương pháp thiết kế truyền thống (dựa trên trực giác, thử và sai) và phương pháp thiết kế khoa học (sử dụng công cụ máy tính và toán học Topology).
3. Phương pháp dự báo: Dự báo xu hướng phát triển của thiết kế kiến trúc trong bối cảnh công nghệ kỹ thuật số, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và thiết kế tham số.
4. Phương pháp chuyên gia: Phỏng vấn, tham vấn ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực lý thuyết kiến trúc, quy hoạch và xây dựng để hoàn thiện các đề xuất giải pháp.
5. Phương pháp thiết kế thực nghiệm: Áp dụng toàn bộ quy trình và giải pháp đề xuất vào một đồ án thiết kế cụ thể (công trình Bảo tàng tỉnh Thái Bình) với sự hỗ trợ của các phần mềm đồ họa máy tính.

Nguồn tư liệu, dữ liệu phục vụ nghiên cứu: Các văn bản quy phạm pháp luật, quy chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế kiến trúc tại Việt Nam; dữ liệu bản vẽ, hình ảnh, tài liệu phân tích của các công trình kiến trúc trong và ngoài nước; dữ liệu nhiệm vụ thiết kế, điều kiện địa điểm và yêu cầu công năng của dự án Bảo tàng tỉnh Thái Bình.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc

Chương 1 phân tích tiến trình ứng dụng Topology trên thế giới và thực trạng tại Việt Nam. Trên thế giới, quá trình thiết kế được phân chia theo giai đoạn (tiền thiết kế, phân tích địa điểm, thiết kế sơ đồ, phát triển thiết kế, lập hồ sơ xây dựng, đấu thầu, giám sát theo chuẩn Viện Kiến trúc sư Hoa Kỳ AIA) và theo hoạt động thiết kế (phân tích, tổng hợp, đánh giá). Topology tham gia vào quá trình này ở các khía cạnh:

• Hoạt động phân tích: Sử dụng lý thuyết đồ thị để phân tích mối quan hệ không gian, lưu tuyến và cấu trúc mặt bằng (như phân tích của F. Wright đối với các công trình Life House, Ralph Jester House, Vigo Sundt House; phân tích Marie Short House).
• Hoạt động tổng hợp: Ứng dụng lý thuyết đồ thị để tạo lập mặt bằng (phương pháp sơ đồ bong bóng của R. Korf, Jean Cousin, Pirouz Nourian); ứng dụng các nguyên mẫu Topology (dải Mobius, chai Klein, mặt Boy, các Nút) và các phép biến đổi hình gốc (gấp nếp, uốn cong, vặn xoắn).
• Hoạt động đánh giá: Đánh giá sự tương thích của dây chuyền công năng thông qua các chỉ số đồ thị và thẩm mỹ kiến trúc.
• Phạm vi ứng dụng công trình: Áp dụng đa dạng từ công trình văn hóa, thể thao, nhà ở, trường học đến công trình y tế; tích hợp chặt chẽ với phần mềm kỹ thuật số (3D Max, Revit, Rhino, Grasshopper, Dynamo, ParaCloud Modeler, GenerativeComponents) và mô hình thiết kế tham số.

Tại Việt Nam, thực trạng thiết kế chủ yếu dựa trên kinh nghiệm trực giác và tư duy hình học Euclid (sử dụng các phép cộng, trừ, chồng lấp trên 5 khối cơ bản). Một số công trình thực tế đã xuất hiện các đường cong mềm mại và tính liên tục nhưng bản chất vẫn là đi đường vòng bằng phương pháp thử - sai truyền thống.

Tiêu chí so sánh	Phương pháp thiết kế kiến trúc truyền thống	Phương pháp thiết kế kiến trúc ứng dụng Topology
Cơ sở hình học nền tảng	Hình học Euclid cổ điển	Hình học Topo (hình học định tính, màng cao su)
Đặc tính bảo toàn	Bảo toàn các yếu tố đo lường: kích thước, độ dài, góc, tỷ lệ, diện tích, thể tích	Bảo toàn các bất biến Topo: tính liên tục, mối quan hệ lân cận, số lỗ rỗng, số cạnh biên
Thành phần hình khối	05 khối cơ bản: lập phương, lăng trụ, chóp nón, tứ diện, khối cầu	Bề mặt biến dạng liên tục, nguyên mẫu Topo: dải Mobius, chai Klein, mặt Boy, các Nút
Thủ pháp tạo hình	Cộng khối, trừ khối, chồng xếp khối hình học phẳng và khối đặc	Uốn cong, gấp nếp, kéo giãn, vặn xoắn đàn hồi từ một hình gốc
Tổ chức không gian	Bố cục tĩnh, phân định ranh giới cứng nhắc giữa trong và ngoài	Không gian động, kết nối liên tục, chuyển tiếp linh hoạt giữa trong và ngoài
Vai trò của công nghệ số	Dùng máy tính để vẽ lại bản vẽ và dựng phối cảnh thể hiện	Máy tính tham gia thuật toán sinh hình, tối ưu hóa công năng và tham số hóa

Chương 2: Cơ sở khoa học ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam

Chương 2 thiết lập hệ thống cơ sở lý thuyết khoa học gồm:

• Các mối quan hệ không gian Topology: Luận án làm rõ các quan hệ kề cận, tính liên tục và không liên tục, quan hệ trong - ngoài (thông qua khái niệm vùng ranh giới ZF đóng vai trò như bức tường có độ dày), vùng đóng - mở, vùng kết nối đơn giản và vùng đa kết nối.
• Phân loại bề mặt và bất biến Topology: Phân loại bề mặt dựa trên giống Topology ($g = 0$ đối với mặt cầu; $g = 1$ đối với xuyến đơn; $g = 2$ đối với xuyến kép); số lượng cạnh biên ($0, 1, 2$); tính chất định hướng và không định hướng; các loại nút với số điểm giao cắt ($crossing \le 8$).
• Phép biến đổi đồng phôi và tổ hợp không gian: Khảo sát các phép biến đổi đồng phôi, tổng kết nối, biến đổi không gian; phân loại các kiểu tổ hợp không gian kiến trúc dưới góc nhìn Topology bao gồm tổ hợp kiểu tập trung, tuyến tính, tán xạ, theo cụm và theo lưới.
• Các yếu tố ảnh hưởng tại Việt Nam: Điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, địa hình tự nhiên; điều kiện kinh tế - xã hội và năng lực của đội ngũ thiết kế; sự phát triển của công nghệ xây dựng, vật liệu mới và công nghệ kỹ thuật số; hệ thống văn bản pháp lý, quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành liên quan đến quá trình thiết kế công trình (thiết kế 1 bước, 2 bước, 3 bước).

Chương 3: Giải pháp ứng dụng Topology trong thiết kế kiến trúc tại Việt Nam

Chương 3 đề xuất hệ thống giải pháp ứng dụng thực tiễn trong giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc:

• Quan điểm, mục tiêu và nguyên tắc: Đảm bảo tính thích ứng với điều kiện khí hậu, công năng, bản sắc văn hóa; khai thác tối đa sự hỗ trợ của công nghệ máy tính; tuân thủ các quy chuẩn xây dựng.

• Quy trình và giải pháp thiết kế ý tưởng:

  1. Ứng dụng lý thuyết đồ thị Topology trong phân tích và tổng hợp mặt bằng chức năng (từ ma trận kề đến sơ đồ liên kết và mặt bằng sơ bộ).
  2. Ứng dụng phép biến đổi Topology một hình gốc (uốn cong, gấp, vặn xoắn).
  3. Ứng dụng đặc trưng hình thái nguyên mẫu Topology kết hợp phép biến đổi hình gốc.
  4. Kết hợp Topology với hình học Euclid (tổ hợp Euclid rồi biến đổi Topology, hoặc biến đổi Topology rồi tổ hợp Euclid dạng cụm, tuyến, lưới, chồng dọc, ghép ngang) và kết hợp hình học Fractal.
  5. Đổi mới chương trình đào tạo sáng tác kiến trúc tại các trường đại học và bổ sung hệ thống quy chuẩn kỹ thuật thiết kế số.

• Thiết kế thực nghiệm công trình Bảo tàng tỉnh Thái Bình: Triển khai đầy đủ qua quy trình 7 bước:

  • Bước 1 - Thu thập thông tin: Khảo sát vị trí khu đất, phân tích nhiệm vụ thiết kế bảo tàng tỉnh.
  • Bước 2 - Phân tích và xử lý thông tin: Xác định danh mục không gian chức năng trưng bày, hành chính, kho bảo quản, dịch vụ.
  • Bước 3 - Tổng hợp: Lập bảng ma trận kề không gian cho Tổng mặt bằng, Tầng hầm, Tầng 1, Tầng 2, Tầng 3 (gán giá trị 1 cho các không gian liền kề trực tiếp, 0 cho không gian không liền kề); chuyển đổi ma trận thành các sơ đồ đồ thị cấu trúc không gian tương ứng.
  • Bước 4 - Đánh giá và lựa chọn tổ hợp tối ưu: Lựa chọn phương án đồ thị đối ngẫu tối ưu cho dây chuyền công năng các tầng.
  • Bước 5 - Biến đổi Topology: Tiến hành gộp khối cơ sở và thực hiện các phép biến đổi uốn cong, kéo giãn bề mặt nhằm tạo hình thái công trình hòa nhập với cảnh quan.
  • Bước 6 - Đánh giá, lựa chọn phương án: So sánh các phương án biến đổi hình khối dựa trên tiêu chí thẩm mỹ và yêu cầu kỹ thuật.
  • Bước 7 - Phát triển giải pháp: Hoàn thiện giải pháp kiến trúc tổng thể của công trình bảo tàng.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả nghiên cứu và đóng góp mới sau:

1. Về lý luận: Bổ sung, hoàn thiện hệ thống lý thuyết chuyên ngành về các môn học liên quan đến sáng tác kiến trúc dựa trên Topology, phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo kiến trúc sư tại Việt Nam.
2. Về quan điểm và nguyên tắc: Xác lập hệ thống quan điểm và nguyên tắc khoa học cho việc ứng dụng Topology vào thiết kế kiến trúc phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội, công nghệ và khí hậu tại Việt Nam.
3. Về giải pháp thực tiễn: Đề xuất khung mức độ, nội dung và các quy trình giải pháp cụ thể để ứng dụng Topology trong giai đoạn thiết kế ý tưởng kiến trúc (gồm quy trình ứng dụng đồ thị Topology, quy trình biến đổi hình gốc, quy trình phối hợp đa phương pháp và thực nghiệm kiểm chứng qua dự án Bảo tàng tỉnh Thái Bình).

Về mặt kiến nghị, tác giả đề xuất:

• Cập nhật, bổ sung các học phần về hình học phi Euclid, Topology và thiết kế tham số vào chương trình đào tạo kiến trúc sư tại các trường đại học.
• Bổ sung và hoàn thiện hệ thống văn bản quy phạm pháp luật, quy chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế kiến trúc nhằm tạo hành lang pháp lý cho việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật số và các phương pháp thiết kế mới tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn thiết kế ý tưởng đối với công trình xây dựng mới, chưa bao quát toàn bộ các giai đoạn triển khai chi tiết kỹ thuật, bản vẽ thi công hoặc công tác bảo tồn, cải tạo công trình cũ.
• Phạm vi lý thuyết Topology được giới hạn ở khía cạnh hình học Topo và quan hệ không gian, chưa mở rộng sang các phân ngành giải tích và cấu trúc đại số trừu tượng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng ứng dụng Topology cho các giai đoạn thiết kế kỹ thuật, thiết kế thi công và ứng dụng công nghệ in 3D trong xây dựng công trình.
• Tích hợp sâu rộng quy trình Topology với mô hình thông tin công trình (BIM) và các công cụ thuật toán tham số hóa tự động.
• Nghiên cứu ứng dụng các nguyên lý Topology sang lĩnh vực thiết kế quy hoạch đô thị và thiết kế cảnh quan tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo cụ thể đối với các nhóm đối tượng:

• Cơ sở đào tạo và giảng viên: Làm tài liệu phục vụ giảng dạy các môn Lý thuyết sáng tác kiến trúc, Phương pháp luận thiết kế kiến trúc, Hình học kiến trúc tại các cơ sở đào tạo chuyên ngành kiến trúc, quy hoạch, nội thất.
• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên: Cung cấp khung phương pháp luận nghiên cứu về mối quan hệ giữa toán học hiện đại, công nghệ số và sáng tác không gian kiến trúc.
• Kiến trúc sư và các đơn vị tư vấn thiết kế: Cung cấp quy trình 7 bước rõ ràng cùng công cụ ma trận kề và đồ thị Topology để phân tích dây chuyền công năng và tìm kiếm hình khối kiến trúc phi truyền thống.
• Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để nghiên cứu đổi mới tiêu chuẩn thiết kế và khung chương trình đào tạo chuyên ngành trong kỷ nguyên chuyển đổi số.

Câu hỏi thường gặp

1. Topology khác biệt căn bản như thế nào so với hình học Euclid trong thiết kế kiến trúc?

Hình học Euclid dựa trên các yếu tố đo lường định lượng chính xác như kích thước, độ dài, góc, diện tích, thể tích và các hình khối cơ bản (lập phương, lăng trụ, chóp, cầu). Topology là hình học định tính, không bảo toàn kích thước hay tỷ lệ mà bảo toàn các đặc tính bất biến qua biến dạng liên tục (uốn cong, bẻ, vặn xoắn, kéo giãn, không làm rách), tập trung vào mối quan hệ lân cận, tính liên tục và sự kết nối không gian.

2. Lý thuyết đồ thị Topology đóng vai trò gì trong hoạt động phân tích và tổng hợp mặt bằng kiến trúc?

Lý thuyết đồ thị trừu tượng hóa các không gian chức năng thành các đỉnh và mối liên hệ tiếp cận giữa chúng thành các cạnh. Trong phân tích, đồ thị giúp đánh giá định lượng tính liên kết, mức độ tiếp cận và tính riêng tư của từng không gian. Trong tổng hợp, việc chuyển đổi từ ma trận kề không gian sang đồ thị đối ngẫu cho phép kiến trúc sư sắp xếp dây chuyền công năng một cách logic, độc lập với hình dạng hình học cụ thể trước khi tiến hành tạo hình.

3. Những nguyên mẫu và phép biến đổi Topology nào được luận án phân loại để ứng dụng trong tạo hình kiến trúc?

Luận án chỉ ra các nguyên mẫu Topology điển hình gồm dải Mobius, chai Klein, mặt Boy và các Nút. Các phép biến đổi từ một hình gốc bao gồm: gấp nếp, uốn cong, vặn xoắn, kéo giãn hoặc kết hợp đồng thời nhiều thao tác đàn hồi liên tục trên một đối tượng hình học ban đầu.

4. Quy trình thiết kế thực nghiệm công trình Bảo tàng tỉnh Thái Bình gồm những bước nào?

Quy trình thực nghiệm được triển khai qua 7 bước: (1) Thu thập thông tin; (2) Phân tích và xử lý thông tin chức năng; (3) Tổng hợp ma trận kề và đồ thị Topology cho Tổng mặt bằng và các tầng; (4) Đánh giá và lựa chọn tổ hợp tối ưu; (5) Biến đổi Topology hình khối công trình; (6) Đánh giá, lựa chọn phương án hình khối; (7) Phát triển và hoàn thiện giải pháp thiết kế kiến trúc.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Minh Thùy là công trình nghiên cứu chuyên ngành kiến trúc về việc ứng dụng các nguyên lý hình học Topo vào quy trình thiết kế công trình tại Việt Nam. Công trình đã hệ thống hóa cơ sở lý thuyết toán học Topology, đánh giá thực trạng phương pháp sáng tác trong nước và quốc tế, từ đó đề xuất quy trình giải pháp thiết kế ý tưởng dựa trên lý thuyết đồ thị và các phép biến đổi hình thái liên tục. Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng qua đồ án thực nghiệm Bảo tàng tỉnh Thái Bình, đóng góp tài liệu khoa học cho công tác đào tạo kiến trúc sư và hoạt động hành nghề kiến trúc trong bối cảnh chuyển đổi số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 1. TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TOPOLOGY TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC TRÊN THẾ GIỚI 1. Quá trình hình thành và phát triển Topology 1. Quá trình hình thành và phát triển Topology Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học tự nhiên, nhiều ngành toán học mới đã ra đời và phát triển như hình học Lobachevsky, Fractal, Topology.

Trong đó, Topology xuất hiện chính thức từ giữa thế kỷ XIX, là một trong các ngành toán học phức tạp và phát triển nhanh nhất của toán học hiện đại. Topology là ngành toán học nghiên cứu các đặc tính của đối tượng vẫn còn được bảo toàn qua các sự biến đổi như bẻ cong, kéo giãn, ép và xoắn ngoại trừ việc xé rách đối tượng [29]. Phép biến đổi Topology không bảo toàn về tỉ lệ, hình dạng và các yếu tố đo lường (kích thước, độ dài, diện tích, thể tích, góc…) mà chỉ yêu cầu bảo toàn về tính “liên tục” và tính “lân cận” của các điểm [65]. Có thể nói, Topology quan tâm tới phân tích định tính chứ không phải là định lượng.

Những thuộc tính được duy trì sau các biến dạng như vặn, xoắn, kéo dãn, v. được gọi là các bất biến Topology. Hình trước và sau khi biến đổi mà vẫn duy trì được tính chất định tính của nó thì gọi là tương đương Topology. Dưới quan điểm của Topology, không thể phân biệt được một cái bánh vòng và một cái cốc có quai vì cả hai đều là vật rắn và đều có duy nhất một lỗ hổng (hình 1.

Chẳng hạn như nếu vẽ một hình tròn lên tấm sao su, sau đó bằng cách co, kéo dãn…thì nó có thể biến dạng thành một hình vuông, elip, tam giác,… trừ hình xuyến vì không thể kéo dãn hình tròn thành hình xuyến phẳng mà không đục xé nó thêm một lỗ (hình 1. Từ đó, có thể nói rằng Topology là khoa học của biến dạng và cũng là khoa học của bất biến. Từ thời cổ đại, từ Topo (số ít), Topoi (số nhiều) - nghĩa là vị trí, nơi chốn trong tiếng Hy lạp được sử dụng với ý nghĩa vị trí của các yếu tố và mối quan hệ giữa các yếu tố. Thế kỷ XVII đánh dấu sự thâm nhập của “phân tích vị trí” (Analysis situs) vào lĩnh vực toán học với ý tưởng hình thành một ngôn ngữ hình học mới, hình học của vị trí, mà chủ đề chính là mối quan hệ giữa các hình và điểm [109].

Sau này, cụm từ “Analysis situs” được thay thế bằng “Topology”. Do đó, Topology và hình học thường 8 được coi là đi đôi với nhau. Năm 1736, nhà toán học Leonhard Euler đã đưa ra Bài toán 7 cây cầu ở Königsberg. Kết quả của bài toán không phụ thuộc vào hình dạng, kích thước chính xác của các đối tượng cần khảo sát mà dựa vào mối quan hệ không đổi giữa các đối tượng [6].

Bài toán này là cơ sở của thuyết đồ thị và tạo nền móng khởi nguồn cho Topology. Giữa thế kỷ XIX, năm 1847, thuật ngữ Topology lần đầu tiên xuất hiện khi được nhà toán học người Đức Johann Benedict Listing sử dụng trong cuốn sách “Vorstudien zur Topologie” (nghiên cứu sơ bộ về Topology) để phân biệt hình học định tính với hình học thông thường vốn chủ yếu xử lý các quan hệ định lượng [46]. Năm 1895, Henri Poincaré xuất bản các bài báo có tiêu đề “Analysis situs”, đánh dấu sự ra đời chính thức của ngành toán học mới mà bây giờ được gọi là Topology. Poincaré định nghĩa Topology là ngành khoa học của sự hiểu biết các đặc tính định tính của các hình dạng hình học không chỉ trong không gian thông thường mà còn trong không gian có số chiều lớn hơn ba [49].

Năm 1914, Felix Hausdorff đã tổng quát hóa đặc tính của không gian metric và đặt ra khái niệm "không gian Topology". Không gian Topology là một cấu trúc toán học có thể giữ các đặc tính định tính như hội tụ, liên kết và liên tục khi biến đổi [91]. Việc nghiên cứu không gian Topology dựa trên nền tảng là lý thuyết tập hợp. Topology còn được coi là ngành toán học nghiên cứu về các không gian Topology.

Từ 1925-1975, Topology trở thành một trong các lĩnh vực phát triển nhanh và quan trọng nhất của toán học hiện đại (hình 1. Ứng dụng Topology trong các lĩnh vực khoa học Tuy Topology bắt đầu xuất hiện từ thế kỷ XVIII và chính thức ra đời từ giữa thế kỷ XIX, nhưng đến đầu thế kỷ XX nó mới bắt đầu ảnh hưởng tới triết học, văn học, nghệ thuật và cuối cùng là kiến trúc. Lịch sử ứng dụng của Topology có thể chia thành 2 giai đoạn: Đầu thế kỷ XX đến những năm 1990 và cuối thế kỷ XX đến nay. Topology được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như toán học, vật lý, hóa học, sinh vật học, tin học.

Năm 2016, ba nhà khoa học người Anh đã giành được giải Nobel vật lý nhờ những phát hiện lý thuyết về sự chuyển pha Topology và các pha Topology của vật chất. Trong tác phẩm “On grow and form” nhà sinh vật học Darcy Thompson đã áp dụng Topology để chứng minh rằng biến đổi liên tục của mạng hình học có thể cho thấy mối liên hệ giữa các loài liên quan (hình 1. Sự biến đổi của một bánh rán vòng thành một cái cốc có quai [110] Hình 1. Minh họa biến dạng màng cao su [87] Hình 1.

Quá trình hình thành và phát triển của Topology Từ những năm 1930, phương pháp tiếp cận Topology đã được ứng dụng trong nghệ thuật thị giác, thiết kế đồ họa và các bản đồ vận tải. Max Bill (1908-1994), kiến trúc sư, họa sĩ nổi tiếng người Thụy Sĩ có những tác phẩm điêu khắc mang chủ đề “Vòng lặp vô hạn” lấy cảm hứng từ dải Mobius, một trong các bề mặt Topology điển hình. Năm 1933, Harry Beck đã thiết kế lại bản đồ tàu điện ngầm London không dựa trên vị trí địa lý mà dựa trên vị trí tương đối của các trạm và cách kết nối của chúng với nhau. Phương pháp tiếp cập Topology của Ông đã nhanh chóng được áp dụng rộng rãi cho các bản đồ vận tải trên thế giới (hình 1.

Đến những năm 1950, một cách tiếp cận Topology mới được xuất hiện trong lý thuyết và thiết kế kiến trúc [91]. Các kiến trúc sư như Pascal Häusemann, Alfred Neumann và Michael Webb,…đã khám phá các không gian kiến trúc có những điều kiện của không gian Topology, nơi mà mối quan hệ bên trong và bên ngoài là không thể tách rời [113]. Năm 1955, khái niệm Topology đã xuất hiện lần đầu tiên trong lý thuyết kiến trúc với tiểu luận New Brutalism (Chủ nghĩa Thô mộc mới), mô tả đặc điểm Phong trào kiến trúc mới xuất hiện tại Anh của nhà phê bình kiến trúc Reyner Banham. Đối với Banham, những gì liên quan đến Topology trong kiến trúc không 10 phải là hình dạng của vật thể mà là cách kiến trúc liên quan đến môi trường xung quanh và cấu trúc của nó [91], [92].

Cuối thập niên 1960, Topology được áp dụng trong quy hoạch để nghiên cứu các vấn đề phức tạp liên quan đến sự phát triển của thành phố. Năm 1965, Christopher Alexander đã viết bài luận "Thành phố không phải là một cái cây" trong đó cấu trúc của thành phố được giảm xuống vấn đề của các đồ thị Topology [30] (hình 1. Cuối thế kỷ XX, các tư tưởng của Topology đã thâm nhập trở lại vào kiến trúc thông qua kênh triết học. Gilles Deleuze (1925-1995) là một nhà triết học Pháp với những tác phẩm có sức ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực như triết học, lý luận văn học, nghệ thuật, chủ nghĩa hậu cấu trúc và chủ nghĩa hậu hiện đại.

Ông đã khai thác các thuật ngữ và các tư tưởng từ ngành toán học Topology, ví dụ như thuật ngữ “Manifold”- có nghĩa là “đa tạp” vốn là một khái niệm mở rộng của đường và mặt -để phát triển các ý tưởng liên quan đến độ cong như độ mượt, gấp, không thể đo lường và các khái niệm mới về không gian, sự đa dạng, sự khác biệt, tính liên tục…[46] từ đó thiết lập nền tảng cho khái niệm Topology trong kiến trúc [91], [92]. Những tư tưởng triết học của Gilles Deleuze đã ảnh hưởng đến nhiều kiến trúc sư và các nhà lý thuyết kiến trúc như Jeffrey Kipnis, Grey Lynn, Peter Eisenman và Bahram Shirdel, khơi dậy một xu hướng Topology trong TKKT từ những năm 1990. Tác giả Giuseppa Di Cristina đã nhận định trong bài báo “Xu hướng Topology trong kiến trúc” [38]: “Trong khuôn khổ của hình học hoặc toán học hiện đại, Topology chứng minh hữu ích cho kiến trúc như là một nguồn tài nguyên các khái niệm, ý tưởng và cả như là một kỹ thuật thực hành”. Những năm 90 của thế kỷ XX cũng đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của khoa học máy tính và công nghệ kỹ thuật số hiện đại giúp chuyển tải các ý tưởng toán học phức tạp của Topology vào thực tiễn kiến trúc.

Những bề mặt cong phức tạp của kiến trúc Topology giờ đây đã có thể thực hiện được bằng các phần mềm đồ họa như AutoCad, 3Dmax, Revit, Grasshoper,…Từ đó, các kiến trúc sư đã có thể ứng dụng Topology một cách chủ động, có ý đồ vận dụng những ưu điểm của không gian Topology hữu cơ, linh hoạt, năng động vào các sáng tác của họ (hình 1. Thế kỷ XX ghi nhận những ảnh hưởng lan tỏa của Topology vào kiến trúc, chuyển tiếp từ điêu khắc, giao thông, quy hoạch tới kiến trúc công trình. Đầu thế kỷ XX, việc 11 Hình 1. Topology ứng dụng trong Vật lý [100] và Sinh học [94] Hình 1.

Topology ứng dụng trong điêu khắc và giao thông vận tải [121] Tòa nhà Max Reinhardt (1992) Đức, Biểu đồ của C. Alexander ứng dụng Peiter Einsenman thiết kế mô phỏng dải Topology trong quy hoạch [30]. Mobius – đối tượng nghiên cứu của Topology [121]. Topology ứng dụng trong quy hoạch và kiến trúc áp dụng Topology còn mang tính thụ động, xuất phát từ nhu cầu làm mới kiến trúc, thoát khỏi hình thức khô cứng của khối hộp và sự đơn giản trong bố cục không gian - hình khối của trào lưu kiến trúc hiện đại nhằm hướng tới một xu hướng kiến trúc Topology cong, mềm mại, năng động, kết nối, chuyển tiếp trơn chu và hài hòa với tự 12 nhiên.

Từ cuối thế kỷ XX cho đến nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học máy tính và các công cụ kỹ thuật số đã giúp những ảnh hưởng này trở nên chủ động, mạnh mẽ, sâu sắc hơn, hình thành rõ nét một xu hướng Topology trong TKKT. Các xu hướng phương pháp thiết kế kiến trúc trên thế giới TKKT là một quá trình phức tạp, cần sự kết hợp của nghệ thuật, cảm xúc với khoa học, kỹ thuật.