Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kiến trúc với đề tài "Ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Lê Thị Phương Chi dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Doãn Minh Khôi và PGS.TS Đặng Văn Cứ tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (năm 2022, chuyên ngành Kiến trúc, mã số 9580101).

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, hình học đóng vai trò nền tảng cho tạo hình và là phương tiện liên kết các bộ phận trong tổ hợp kiến trúc. Phần lớn hoạt động thiết kế truyền thống chủ yếu dựa trên hình học Euclid với các dạng hình đơn lẻ như vuông, tròn, tam giác, hình hộp. Tuy nhiên, hình học Euclid bộc lộ giới hạn khi mô tả các cấu trúc tự nhiên phức tạp, gấp khúc và bất thường. Hình học Fractal do nhà toán học Benoit Mandelbrot công bố năm 1975 đã mở ra hướng nghiên cứu các tổ hợp phức tạp dựa trên quy luật tự đồng dạng, gắn liền với sự phát triển của đồ họa máy tính, trào lưu kiến trúc hữu cơ và kiến trúc tham số. Tại Việt Nam, khái niệm hình học Fractal và ứng dụng của nó trong kiến trúc hầu như chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống, từ khóa "kiến trúc Fractal" bằng tiếng Việt còn bị bỏ ngỏ, trong khi yêu cầu hội nhập và hiện đại hóa thiết kế công nghệ số đang đặt ra cấp thiết.

Mục đích nghiên cứu của luận án là đề xuất các khả năng và giải pháp ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kiến trúc trong thời đại khoa học công nghệ. Để thực hiện mục đích này, tác giả xác định ba mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Xác định nguyên tắc, phạm vi ứng dụng hình học Fractal vào thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam (về mức độ, các dạng hình thái, hình thức tổ hợp và thể loại công trình).
  2. Đề xuất các giải pháp ứng dụng hình học Fractal trong tạo hình, kết hợp với giải pháp áp dụng công nghệ đồ họa hỗ trợ tạo hình cho thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam.
  3. Đề xuất quy trình tư duy ứng dụng hình học Fractal theo từng giai đoạn thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tổ hợp kiến trúc ứng dụng hình học Fractal. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình kiến trúc tại Việt Nam trong khung thời gian từ thời điểm thực hiện nghiên cứu đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan, tác giả điểm lại các công trình lý luận và thực nghiệm quốc tế cũng như trong nước liên quan đến hình học Fractal và kiến trúc:

  • Lý thuyết nền tảng và nghiên cứu quốc tế: Nghiên cứu khởi xướng của Benoit Mandelbrot (1975) về hình học Fractal; nhận định của Derek Thomas (2012) về kiến trúc Fractal như một hình thức đương đại của thiết kế hữu cơ; phân tích của Carl Bovill (1996) về vai trò của hình học Fractal trong thành phần thiết kế và nhịp điệu mặt đứng, mặt bằng; nghiên cứu của Leonard về bản chất tự đồng dạng trong các công trình của Frank Lloyd Wright; phương án ứng dụng lý thuyết phức tạp và Fractal của Peter Eisenman tại công trình House 11A (1978); nghiên cứu thiết kế nhà tháp dựa trên Fractal của James Harris; giải pháp thiết kế tấm chắn nắng tham số của Maycon Sedrez và cộng sự; giải pháp thiết kế kết cấu mái Fractal của Iasef Rian.
  • Khảo cứu thực tiễn công trình thế giới: Các biểu hiện tự đồng dạng trong kiến trúc cổ như đền Kandariya Mahadeva (Ấn Độ), tháp Eiffel (Pháp, Gustave Eiffel thiết kế năm 1889); các công trình hiện đại ứng dụng nguyên mẫu hoặc biến thể Fractal như Palmer House (Frank Lloyd Wright), Tòa nhà Lideta Mercato tại Ethiopia (Xavier Vilalta, 2016), Bảo tàng quốc gia Ai Cập (Heneghan Peng, 2020), Bảo tàng xoắn ốc V&A (Daniel Libeskind, 1996), Serpentine Gallery Pavilion 2002 (Toyo Ito), Trung tâm nghiên cứu hóa dầu King Abdullah tại Saudi Arabia (Zaha Hadid, 2017), Bảo tàng Louvre Abu Dhabi (Jean Nouvel, 2017), Sân bay Mumbai (Skidmore, Owings & Merrill, 2014), cấu trúc phân nhánh tại Dự án Monalisa Pavilion (Wood Labin Politecnico di Torino), Sân bay Stuttgart (Đức) và Ga Lisbon Oriente (Bồ Đào Nha).
  • Khảo cứu thực tiễn tại Việt Nam: Biểu hiện tự đồng dạng trong kiến trúc cổ và truyền thống như Nhà thờ đá Phát Diệm (Ninh Bình), Tháp Po Klong Garai (Ninh Thuận), Nhà thờ Lớn Hà Nội, Cầu Long Biên (1902); các công trình hiện đại có ngôn ngữ tạo hình đồng dạng như Đại học RMIT TP. Hồ Chí Minh (2001), Bảo tàng Hà Nội, Tòa nhà Quốc hội Việt Nam (Meinhard Von Gerkan, Nikolaus Goetze, Dirk Heller, Joern Ortmann thiết kế), Đại học FPT TP. Hồ Chí Minh (Võ Trọng Nghĩa), Vietnam Pavilion tại Triển lãm Milan 2015, Naman Spa (2015) và Straw Pavilion (2021) do MIA thiết kế.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết là: Trước đây, các biểu hiện tự đồng dạng trong kiến trúc Việt Nam chủ yếu xuất hiện một cách tự phát dựa trên kinh nghiệm truyền thống, cảm nhận trực quan hoặc mô phỏng hình thức quốc tế mà chưa có một hệ thống cơ sở khoa học hoàn chỉnh, chưa phân loại rõ ràng các cấp độ ứng dụng và thiếu phương pháp tạo hình kết hợp công cụ lập trình đồ họa hỗ trợ kiến trúc sư trong từng giai đoạn thiết kế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng cơ sở lý thuyết dựa trên các khái niệm và khung phân tích chuyên ngành:

  • Khái niệm Fractal (gốc Latin "fractus" nghĩa là đứt gãy) và Tổ hợp hình học Fractal: Cấu trúc toán học trừu tượng mô tả các sự vật cấu tạo từ nhiều phần nhỏ có hình dạng gấp khúc trên mọi tỷ lệ phóng đại, trong đó mỗi phần nhỏ tương tự hoặc giống tổng thể theo nguyên lý tự đồng dạng (self-similarity) và hồi quy/đệ quy.
  • Khái niệm Tổ hợp kiến trúc và Thiết kế tổ hợp kiến trúc: Sự sắp xếp, bố cục hình thể không gian của các thành phần để tạo nên tính thống nhất từ không gian nội thất đến hình khối ngoại thất theo các quy luật tạo hình, đáp ứng yêu cầu công năng và thẩm mỹ (dựa trên các định nghĩa của Alberti, Gaudet).
  • Khung so sánh ba hệ hình học: Luận án phân tích sự khác biệt giữa hình học Euclid, hình học Topo và hình học Fractal để làm rõ tính tương thích với tổ hợp kiến trúc.
Tiêu chí so sánh Hình học Euclid Hình học Topo Hình học Fractal
Bối cảnh & Thời gian hình thành Khoảng 10.000 năm trước Công nguyên (Nền tảng văn minh cổ đại) Công bố lần đầu năm 1847 (Nền tảng cách mạng công nghiệp) Công bố năm 1975 bởi Mandelbrot (Nền tảng cách mạng kỹ thuật số)
Ý nghĩa tên gọi Tên của nhà toán học phát minh "Hình học của nơi chốn" (theo tiếng Hy Lạp) Lấy từ tiếng Latin "fractus" nghĩa là "đứt gãy"
Đối tượng nghiên cứu Đối tượng cơ bản riêng lẻ: điểm, đường thẳng, mặt phẳng, vuông, tròn, trụ, nón Đặc tính bất biến của không gian qua biến dạng, vặn xoắn, kéo giãn (không xé rách, dán dính) Cấu trúc phức tạp, gấp khúc, xây dựng từ quá trình tự đồng dạng trên nhiều tỷ lệ vô tận
Khả năng tạo hình & biến thể Trực quan; giới hạn khả năng biến hình, biến thể; khó mô tả cấu trúc tự nhiên Trừu tượng; nghiên cứu liên kết không gian; biến thể dạng bóp méo, vặn xoắn Trực quan; khả năng biến đổi phong phú qua thay đổi module, phân nhánh, bước lặp; mô phỏng hình thái tự nhiên
Phạm vi ứng dụng trong kiến trúc Tham gia trực tiếp vào tạo hình, tổ hợp khối lớn, bố cục mặt bằng hình học cơ bản Nghiên cứu tổ chức, bố trí, liên kết và phân vùng không gian chức năng Tạo hình chi tiết, vỏ bao che, phân mảnh mặt đứng, kết cấu phân nhánh và mô phỏng sinh học

Về phương pháp nghiên cứu, luận án sử dụng hệ thống phương pháp hỗn hợp, thiên về nghiên cứu định tính, hệ thống hóa hình thái học kết hợp mô hình hóa đồ họa và thực nghiệm thiết kế:

  1. Phương pháp tổng hợp, phân tích, phân loại và hệ thống hóa lý thuyết: Thu thập và phân loại tài liệu về lý thuyết tổ hợp hình học Fractal và tổ hợp kiến trúc để đánh giá sự tương thích về bản chất, nguyên tắc tạo hình và phép biến thể.
  2. Phương pháp khảo sát, đánh giá và tổng kết lịch sử, kinh nghiệm: Khảo sát các công trình cổ và hiện đại tại Việt Nam và quốc tế có biểu hiện tự đồng dạng nhằm rút ra các nhóm kinh nghiệm theo cấp độ, hình thái và phong cách.
  3. Phương pháp so sánh: Đối chiếu đặc điểm hình học, cấu trúc và khả năng tạo biến thể giữa Fractal với Euclid và Topo.
  4. Phương pháp mô hình hóa: Khái quát hóa quy trình tạo hình và cụ thể hóa các giải pháp thông qua mô hình đồ họa máy tính.
  5. Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực hình học và kiến trúc để định hướng giải pháp ứng dụng.
  6. Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng quy trình và giải pháp đề xuất vào đồ án thiết kế công trình cụ thể tại Việt Nam để kiểm chứng tính khả thi.
  7. Phương pháp dự báo: Đánh giá khả năng phát triển của công nghệ số để định hướng ứng dụng dài hạn đến năm 2030 và 2050.

Nguồn dữ liệu bao gồm: Các tài liệu lý luận toán học và kiến trúc trong nước, quốc tế; bản vẽ kỹ thuật, ảnh chụp khảo sát công trình thực tế; các văn bản pháp lý định hướng phát triển kiến trúc như Quyết định số 1246/QĐ-TTg ngày 19/7/2021 của Thủ tướng Chính phủ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về ứng dụng hình học Fractal trong tổ hợp kiến trúc

Chương 1 trình bày lịch sử hình thành, bản chất toán học của hình học Fractal và đánh giá thực trạng ứng dụng trên thế giới cùng Việt Nam.

Về quá trình phát triển, hình học Fractal ra đời từ năm 1975 nhằm giải quyết hai vấn đề lớn: tính hỗn độn của các quá trình tự nhiên và sự mở rộng khái niệm số chiều, độ đo của hình học cổ điển. Chương này phân tích bốn nhóm phương pháp tạo ảnh Fractal trong đồ họa máy tính gồm: Escape-time Fractals (quỹ đạo như tập Mandelbrot, Julia), Iterated Function Systems - IFS (hệ thống hàm lặp như thảm Sierpinski, bông tuyết Koch, bọt biển Menger), Random Fractals (Fractal ngẫu nhiên như cây Brownian, phong cảnh Fractal) và Hệ thống L (L-systems mô phỏng phân nhánh thực vật, mạch máu). Luận án chỉ ra điểm nghẽn thực tế: các phần mềm tạo ảnh Fractal chuyên biệt (Fractint, Mandelbulber) tạo ra hình ảnh trừu tượng khó ứng dụng trực tiếp cho kiến trúc, trong khi các phần mềm thiết kế phổ biến tại Việt Nam (AutoCAD, 3ds Max, SketchUp) lại chưa tích hợp sẵn công cụ tạo hình Fractal.

Khảo cứu thực tiễn thế giới cho thấy quá trình ứng dụng chia làm hai giai đoạn:

  • Giai đoạn trước năm 1975: Ứng dụng mang tính tự phát, phản ánh cảm nhận trực quan về tự nhiên hoặc trật tự tôn giáo (đền Kandariya Mahadeva, công trình của Frank Lloyd Wright).
  • Giai đoạn sau năm 1975: Xuất hiện trào lưu kiến trúc Fractal (thập niên 1990 - 2000) và phát triển mạnh trong kiến trúc tham số, phỏng sinh học. Luận án phân loại theo hai mức độ: Mức độ đơn giản (sao chép nguyên mẫu toán học như thảm Sierpinski tại Tòa nhà Lideta Mercato, tam giác Sierpinski tại Bảo tàng quốc gia Ai Cập); Mức độ phức tạp (sử dụng thuật toán đệ quy tạo lưới vỏ bao che tại Serpentine Gallery Pavilion 2002, phân vị mặt đứng Bảo tàng xoắn ốc V&A, cấu trúc module tổ ong tại Trung tâm nghiên cứu King Abdullah, hệ giàn mái lấy sáng Louvre Abu Dhabi, hệ kết cấu phân nhánh Monalisa Pavilion, Ga Lisbon Oriente).

Tại Việt Nam, các biểu hiện tiền Fractal xuất hiện trong kiến trúc cổ qua tính tầng bậc, trùng điệp của mái cổng tháp chuông Nhà thờ Phát Diệm, cụm tháp Chàm Po Klong Garai, vòm cuốn Nhà thờ Lớn Hà Nội và dầm thép cầu Long Biên. Trong kiến trúc hiện đại, yếu tố đồng dạng được khai thác có chủ đích tại Đại học RMIT (bức tường chắn nắng Sierpinski), Bảo tàng Hà Nội (hình khối kim tự tháp ngược từ các khối hộp vuông đồng dạng), Tòa nhà Quốc hội (phân vị lam đứng nhịp điệu đồng dạng) và Đại học FPT TP. Hồ Chí Minh (cấu trúc lược Cantor kết hợp cây xanh).

Chương 2: Cơ sở khoa học ứng dụng hình học Fractal trong tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam

Chương 2 thiết lập các luận cứ khoa học để tích hợp hình học Fractal vào lý thuyết tổ hợp kiến trúc phù hợp với bối cảnh Việt Nam.

Về cơ sở lý thuyết tổ hợp hình học Fractal, tác giả phân tích phương pháp tạo hình theo tư duy "hình khởi tạo - hình phát sinh" qua các mô hình kinh điển: đường cong Von Koch, đường Minkowski, tam giác Sierpinski, thảm Sierpinski và bọt biển Menger. Luận án phân loại Fractal theo mức độ tự đồng dạng (tự đồng dạng chính xác, bán đồng dạng, đồng dạng thống kê) và theo quy luật đồng dạng. Đồng thời, chương này hệ thống hóa các quy luật tổ hợp kiến trúc (bố cục tập trung, bố cục chuỗi, bố cục hành lang, bố cục đơn nguyên/phân đoạn), các ngôn ngữ tổ hợp (điểm, tuyến, diện, khối), phép phát triển tổ hợp từ ý tưởng sơ khai đến hoàn thiện và các phép biến thể hình học (đột biến hoặc chuyển hóa dần).

Về bài học kinh nghiệm, tác giả tổng kết ba nhóm căn cứ ứng dụng thực tiễn:

  1. Theo cấp độ ứng dụng: Ứng dụng nguyên mẫu (sao chép trực tiếp THHH Fractal như Quảng trường Federation Melbourne); Ứng dụng sáng tạo (biến đổi quy luật Fractal theo ý niệm như Louvre Abu Dhabi, Housing Block Moscow); Ứng dụng linh hoạt, tự do (kết hợp phân mảnh tự do như Khu nhà ở Belapur, Lotus Hotel).
  2. Theo hình thái kiến trúc: Kiến trúc phát triển theo chiều rộng (tổng mặt bằng cụm công trình), theo chiều cao (nhà cao tầng giật cấp, phân vị đứng) và theo khối lớn (phân vị diện bao che công trình công cộng).
  3. Theo phong cách kiến trúc: Kiến trúc hữu cơ/phỏng sinh học, kiến trúc dựa theo tạo hình truyền thống và kiến trúc công nghệ.

Chương 2 cũng phân tích bốn nhóm yếu tố tác động tại Việt Nam:

  • Điều kiện tự nhiên: Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nắng lắm mưa nhiều đòi hỏi cấu trúc vỏ bao che chắn nắng, thông gió linh hoạt theo từng vùng miền.
  • Yếu tố văn hóa xã hội: Sự tương đồng giữa cấu trúc Fractal với hoa văn thổ cẩm dân tộc, bố cục không gian làng xã truyền thống và kiến trúc nhà ở dân gian.
  • Sự phát triển công nghệ: Sự phổ biến của máy tính, công nghệ cắt CNC và công nghệ in 3D trong sản xuất chi tiết kiến trúc.
  • Cơ sở pháp lý: Định hướng bảo tồn bản sắc và hiện đại hóa công nghệ theo Quyết định số 1246/QĐ-TTg ngày 19/7/2021 của Thủ tướng Chính phủ.

Chương 3: Đề xuất ứng dụng hình học Fractal trong thiết kế tổ hợp kiến trúc

Chương 3 là phần đóng góp cốt lõi của luận án, đưa ra các quan điểm, nguyên tắc, giải pháp tạo hình, quy trình thiết kế và kết quả thực nghiệm.

Tác giả xác lập hệ thống nguyên tắc ứng dụng: Đảm bảo tính thống nhất giữa công năng, thẩm mỹ và kỹ thuật; hài hòa với điều kiện tự nhiên và bản sắc văn hóa bản địa; khai thác tính linh hoạt của công nghệ số.

Về phương pháp thiết kế tạo hình, luận án đề xuất ba hướng tiếp cận chính:

  1. Tạo hình bằng phương pháp biến đổi tổ hợp hình học Fractal: Gồm biến đổi dần, biến đổi tổng thể, biến đổi bộ phận, phát triển hình khối theo phương pháp "hạt giống lõi mở rộng" và biến đổi theo nhịp điệu Fractal.
  2. Tạo hình bằng phương pháp tổ hợp dạng lưới hình học Fractal: Thiết lập lưới mặt bằng và mặt đứng thông qua phương pháp kéo dài cạnh, ghép cạnh ngẫu nhiên các module vuông lệch tâm, phân mảng dựa trên ghép module tam giác và phát triển lưới từ tiết diện hình khởi tạo bất thường.
  3. Tạo hình bằng ngôn ngữ máy tính: Xây dựng các thuật toán và lệnh lập trình bổ trợ trên nền tảng phần mềm kiến trúc thông dụng, tiêu biểu là lệnh GhepLuoi_Vuong (tự động hóa ghép module lưới vuông đồng dạng) và lệnh Dragon block (phát triển khối không gian dựa trên biến thể đường cong Rồng).

Về quy trình triển khai, tác giả đề xuất quy trình tư duy 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1 - Thiết kế ý tưởng: Phân tích bối cảnh khu đất, xác định ý niệm hình thái (tự nhiên hoặc truyền thống), lựa chọn hình khởi tạo và xác lập sơ đồ phân khu, tổng mặt bằng dạng Fractal.
  • Giai đoạn 2 - Thiết kế sơ bộ: Khai triển mặt bằng công năng, dây chuyền giao thông và tổ hợp hình khối không gian thông qua sơ đồ lưới Fractal hoặc biến thể hình học đã chọn.
  • Giai đoạn 3 - Thiết kế chi tiết: Chi tiết hóa diện mặt đứng, hệ kết cấu chịu lực, hệ thống lam chắn nắng, mái lấy sáng và hoa văn trang trí nội ngoại thất bằng các mức lặp đệ quy.

Phần thực nghiệm được tiến hành trên dự án: Trung tâm văn hóa quận Nam Từ Liêm, Hà Nội. Tác giả tiến hành phân tích khu đất, lập bảng thống kê hạng mục công năng nhà văn hóa, so sánh hai giải pháp bố cục mặt bằng (Giải pháp 1: sơ đồ lưới Fractal; Giải pháp 2: biến thể đường cong Rồng). Sau đó, tác giả lựa chọn phương án phát triển hình khối sơ bộ trên phần mềm AutoCAD kết hợp 3ds Max, hoàn thiện phối cảnh tổng thể, giải pháp tạo hình vòm trang trí và lưới kết cấu vỏ bao che mang đặc tính Fractal.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự tổng kết những đóng góp mới trên ba phương diện lý luận, đào tạo và thực tiễn:

  • Về lý luận:

    • Hệ thống hóa mối liên hệ bản chất giữa lý thuyết hình học Fractal và lý thuyết tổ hợp kiến trúc; làm rõ khả năng chuyển hóa từ các quy luật toán học (tự đồng dạng, đệ quy, phân mảnh) sang ngôn ngữ tạo hình kiến trúc (điểm, tuyến, diện, khối, bố cục không gian).
    • Xác lập hệ thống quan điểm, nguyên tắc và phương pháp tạo hình kiến trúc ứng dụng Fractal phù hợp với bối cảnh kiến trúc Việt Nam.
    • Bổ sung cơ sở khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng cho lý luận thiết kế kiến trúc thời đại kỹ thuật số.

  • Về đào tạo:

    • Xây dựng cơ sở lý thuyết ban đầu tích hợp giữa toán học Fractal, công nghệ đồ họa và nghệ thuật tạo hình kiến trúc truyền thống cũng như đương đại.
    • Đóng vai trò là tài liệu khoa học tham khảo phục vụ đổi mới chương trình đào tạo kiến trúc sư, làm tiền đề hình thành môn học hoặc chuyên đề mới về tạo hình không gian kiến trúc số đến năm 2030.

  • Về thực tiễn:

    • Đề xuất quy trình thiết kế 3 giai đoạn (ý tưởng, sơ bộ, chi tiết) kèm theo các phương pháp tạo hình cụ thể (biến đổi tổ hợp, tạo lưới phân mảnh) và thuật toán lập trình bổ trợ (GhepLuoi_Vuong, Dragon block).
    • Cung cấp công cụ hỗ trợ kiến trúc sư giải quyết bài toán dung hòa giữa công năng, hình thức, điều kiện khí hậu nhiệt đới và công nghệ sản xuất hiện đại (cắt CNC, in 3D).
    • Đóng góp giải pháp thực hành phù hợp với định hướng phát triển kiến trúc Việt Nam theo Quyết định số 1246/QĐ-TTg ngày 19/7/2021 của Thủ tướng Chính phủ.

Về kiến nghị và giải pháp, tác giả đề xuất: Đưa nội dung hình học Fractal vào chương trình giảng dạy đại học và sau đại học ngành kiến trúc; tiếp tục phát triển các bộ công cụ lập trình tham số tương thích với các phần mềm đồ họa phổ biến tại Việt Nam; ứng dụng rộng rãi phương pháp tạo hình Fractal trong các thể loại công trình văn hóa, công cộng và công trình cao tầng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về mặt hạn chế, văn bản luận án cho thấy:

  • Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào khía cạnh tạo hình và tổ hợp không gian kiến trúc công trình, chưa đi sâu vào tính toán chi tiết kết cấu chịu lực phức tạp hoặc mô phỏng hiệu quả năng lượng nhiệt và chiếu sáng của lớp vỏ bao che Fractal.
  • Các công cụ lập trình (GhepLuoi_Vuong, Dragon block) mới dừng ở mức thuật toán thử nghiệm và lệnh hỗ trợ trên phần mềm đồ họa đơn lẻ (AutoCAD, 3ds Max), chưa xây dựng thành bộ phần mềm hoặc tiện ích thương mại độc lập.

Về hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng nghiên cứu ứng dụng hình học Fractal trong lĩnh vực quy hoạch đô thị (mô hình mạng lưới giao thông, phân bố không gian đô thị dạng Fractal).
  • Nghiên cứu sâu hơn về tính toán kết cấu vật liệu mới và tối ưu hóa vi khí hậu cho vỏ bao che Fractal trong điều kiện biến đổi khí hậu tại Việt Nam.
  • Hoàn thiện các công cụ lập trình tham số thành các plugin tích hợp hoàn chỉnh trên các nền tảng thiết kế kiến trúc thông dụng.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng:

  • Giảng viên và các cơ sở đào tạo kiến trúc: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các môn học Lý thuyết tạo hình kiến trúc, Nguyên lý thiết kế kiến trúc, Kiến trúc tham số và Thiết kế đồ họa kiến trúc số.
  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Cung cấp khung phương pháp luận so sánh liên ngành giữa toán học hình thái và nghệ thuật kiến trúc, định hướng tiếp cận nghiên cứu hình học phi Euclid.
  • Kiến trúc sư thực hành và nhà thiết kế: Cung cấp phương pháp tư duy tìm ý niệm, kỹ thuật thiết lập sơ đồ lưới mặt bằng phức hợp, giải pháp tạo hình lam chắn nắng và diện trang trí mặt đứng bằng công nghệ cắt CNC.
  • Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá và định hướng phát triển các công trình kiến trúc hiện đại gắn với bản sắc bản địa và công nghệ số theo định hướng quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Hình học Fractal khác biệt cơ bản như thế nào so với hình học Euclid và hình học Topo khi ứng dụng vào tổ hợp kiến trúc?
Hình học Euclid nghiên cứu các hình cơ bản riêng lẻ (vuông, tròn, tam giác, hình hộp), phù hợp với tổ hợp khối lớn đơn giản nhưng khó mô tả các dạng hình phức tạp của tự nhiên. Hình học Topo nghiên cứu các đặc tính bất biến của không gian qua các biến dạng, vặn xoắn, phù hợp để phân tích liên kết và tổ chức dây chuyền không gian chức năng. Trong khi đó, hình học Fractal nghiên cứu các tổ hợp phức tạp, gấp khúc có tính tự đồng dạng trên nhiều tỷ lệ, cho phép kiến trúc sư tạo hình chi tiết, mô phỏng cấu trúc tự nhiên, phân mảnh bề mặt vỏ bao che và thiết lập sơ đồ lưới không gian linh hoạt thông qua đồ họa máy tính.

2. Luận án đã phân tích những công trình tiêu biểu nào tại Việt Nam có biểu hiện của hình học Fractal?
Trong kiến trúc truyền thống và lịch sử, luận án phân tích các công trình có yếu tố tự đồng dạng gồm: Nhà thờ đá Phát Diệm (sắp xếp module mái và tháp chuông đồng dạng tầng bậc), Tháp Po Klong Garai (module mái vòm lặp lại theo chiều đứng mô phỏng hình tượng đền núi), Nhà thờ Lớn Hà Nội (hệ cửa vòm cuốn đồng dạng) và Cầu Long Biên (phân chia nhịp dầm thép tam giác đồng dạng). Trong kiến trúc hiện đại, luận án phân tích Đại học RMIT TP. Hồ Chí Minh (tường chắn nắng thảm Sierpinski), Bảo tàng Hà Nội (kim tự tháp ngược từ các khối vuông đồng dạng), Tòa nhà Quốc hội (phân vị lam đứng nhịp điệu) và Đại học FPT TP. Hồ Chí Minh (cấu trúc lược Cantor).

3. Tác giả đề xuất những phương pháp tạo hình và công cụ lập trình cụ thể nào dựa trên hình học Fractal?
Tác giả đề xuất ba phương pháp tạo hình chính: (1) Phương pháp biến đổi tổ hợp Fractal (biến đổi dần, biến đổi tổng thể, biến đổi bộ phận, phát triển "hạt giống lõi mở rộng", biến đổi theo nhịp điệu); (2) Phương pháp tổ hợp dạng lưới Fractal (kéo dài cạnh, ghép cạnh ngẫu nhiên module vuông lệch tâm, phân mảng module tam giác, lưới từ hình khởi tạo bất thường); (3) Phương pháp tạo hình bằng ngôn ngữ máy tính với việc xây dựng các thuật toán lập trình hỗ trợ gồm lệnh GhepLuoi_Vuong và lệnh Dragon block.

4. Quy trình thiết kế tổ hợp kiến trúc ứng dụng Fractal gồm những giai đoạn nào và được thực nghiệm trên công trình nào?
Quy trình thiết kế gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 - Thiết kế ý tưởng (phân tích khu đất, tìm ý niệm, chọn hình khởi tạo và lập sơ đồ phân khu); Giai đoạn 2 - Thiết kế sơ bộ (khai triển mặt bằng, dây chuyền công năng và tổ hợp khối không gian); Giai đoạn 3 - Thiết kế chi tiết (chi tiết hóa diện mặt đứng, hệ lam chắn nắng, mái lấy sáng, vòm trang trí và kết cấu vỏ bao che). Quy trình này được thực nghiệm thiết kế trên công trình Trung tâm văn hóa quận Nam Từ Liêm tại Hà Nội.

5. Luận án gắn kết việc ứng dụng hình học Fractal với các căn cứ pháp lý nào tại Việt Nam?
Nghiên cứu gắn kết trực tiếp với định hướng phát triển nền kiến trúc Việt Nam đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 1246/QĐ-TTg ngày 19/7/2021, nhằm phát triển kiến trúc hiện đại, ứng dụng công nghệ số nhưng vẫn bảo tồn và phát huy các giá trị văn hóa truyền thống, thích ứng với điều kiện tự nhiên và khí hậu từng vùng miền.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Thị Phương Chi đã hệ thống hóa cơ sở khoa học về hình học Fractal và xây dựng phương pháp ứng dụng vào thiết kế tổ hợp kiến trúc tại Việt Nam. Công trình đã làm rõ tính tương thích giữa quy luật tự đồng dạng toán học với ngôn ngữ tổ hợp kiến trúc, đồng thời đề xuất ba phương pháp tạo hình, các công cụ lập trình hỗ trợ và quy trình thiết kế ba giai đoạn từ ý tưởng đến chi tiết. Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng qua đồ án thực nghiệm Trung tâm văn hóa quận Nam Từ Liêm, khẳng định khả năng kết hợp giữa công nghệ đồ họa máy tính với điều kiện tự nhiên và văn hóa bản địa. Luận án là tài liệu học thuật có giá trị cho công tác nghiên cứu lý luận, đổi mới đào tạo và thực hành thiết kế kiến trúc trong thời kỳ chuyển đổi số.