Generative Design đang định hình tương lai của kiến trúc như thế nào?

Generative Design cho phép các nhà thiết kế có cách tiếp cận bền vững và tư duy tiến bộ hơn đối với kiến trúc, giúp họ tạo ra những tòa nhà phù hợp với tương lai, sử dụng hiệu quả và có khả năng phục hồi nguồn tài nguyên.

Lớp vỏ cứng bên ngoài © Mô hình của Jeroen Christiaen and Saskia De Mol

Thiết kế là một quá trình lặp đi lặp lại. Nó đòi hỏi nhiều thử nghiệm và có những sai sót để tìm ra giải pháp tốt nhất có thể. Theo phương pháp thông thường thì những dụng cụ: sổ phác thảo, bút chì, bút mực và bút đánh dấu là những người bạn của kiến trúc sư trong suốt quá trình thiết kế của họ, từ ý tưởng đến hiện thực hóa. Tuy nhiên, những công cụ trực quan thông thường này tốn nhiều thời gian và không cung cấp đủ tính linh hoạt để thử nghiệm thiết kế. Mặc dù thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) đã cho phép các nhà thiết kế khám phá những ý tưởng đa dạng nhưng nó có rất ít khả năng để phân tích về tính khả thi và hiệu suất của phương án thiết kế. Do đó sự xuất hiện công nghệ trực quan hóa thiết kế thế hệ tiếp theo, chẳng hạn như công nghệ Generative Design (GD) có tác động mạnh mẽ đến lĩnh vực kiến trúc, kỹ thuật và xây dựng (AEC).

GENERATIVE DESIGN LÀ GÌ TRONG NGÀNH KIẾN TRÚC

Bảo tàng nghệ thuật đương đại và triển lãm quy hoạch © Coop Himmelb(l)au

Generative Design là một cách tiếp cận hiện đại đối với tư duy phản biện và phương pháp thiết kế khai thác sức mạnh của Trí tuệ nhân tạo (AI) và các thuật toán tính toán để tự động tạo ra nhiều ý tưởng khả thi. Kiến trúc sư và kỹ sư có thể tạo ra các hình khối và ý tưởng dựa trên nhu cầu thiết kế cụ thể, các ràng buộc và kết quả mà họ mong muốn đạt được.

Việc này cho phép các chuyên gia xác định, thử nghiệm và đề xuất giải pháp thiết kế tối ưu nhất cho dự án của họ. Revit, Fusion360, Octopus, Archistar và NodeBox là những phần mềm thiết kế quan trọng có tích hợp công nghệ Generative design, được các công ty AEC hàng đầu trên thế giới sử dụng.

NHỮNG LỢI ÍCH GENERATIVE DESIGN MANG ĐẾN CHO CÁC KIẾN TRÚC SƯ VÀ NHÀ THIẾT KẾ

Tham số và sinh học trong kiến trúc viaidei.club

Generative Design đang mở ra một kỷ nguyên mới về khái niệm thiết kế. Nó đang mở ra những con đường mới giúp các kiến trúc sư mạnh dạn với những ý tưởng và suy nghĩ của mình. Chúng ta hãy xem công nghệ này mang lại lợi ích như thế nào đối với các ngành Kiến trúc, Kỹ thuật và Xây dựng (AEC).

Tự do sáng tạo: GD cho phép các kiến trúc sư có thể tự do đối với 2 khía cạnh sáng tạo và kỹ thuật. Nó cho phép các chuyên gia AEC tạo ra rất nhiều giải pháp thiết kế thực tế đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ mà họ mong muốn, cho phép họ nghĩ xa hơn những điều thông thường và dấn thân vào những lĩnh vực sáng tạo mới. Do đó, các kiến trúc sư có thể khám phá nhiều khả năng khác nhau, đổi mới tương lai của thiết kế.
Tối ưu hoá hiệu suất tòa nhà: Kiến trúc sư có thể đánh giá sự phù hợp và hiệu suất tổng thể trong thiết kế của họ bằng cách sử dụng các công cụ của GD. Họ có thể đưa ra một báo cáo phân tích dựa trên các thông số như hiệu suất năng lượng, tính toàn vẹn của cấu trúc, cách sử dụng vật liệu và sự thoải mái của người sử dụng. Cách tiếp cận dựa trên dữ liệu này cho phép các nhà thiết kế xác định giải pháp thiết kế hiệu quả và thân thiện với môi trường nhất, hỗ trợ giảm thiểu lượng khí thải carbon trong dự án của họ.
Hợp lý hóa quy trình thiết kế: Các công cụ của GD phát triển mạnh nhờ các quy trình tính toán. Do đó, chúng có thể thực hiện nhiều hoán vị và kết hợp để tạo ra những ý tưởng độc đáo trong khoảng thời gian ngắn. Điều này giúp giảm thời gian và năng lượng dành cho việc đổi mới các thiết kế. Được AI hỗ trợ, các công cụ của GD có thể tự động hóa các nhiệm vụ lặp đi lặp lại và thực hiện các phép tính phức tạp, từ đó giải phóng các kiến trúc sư khỏi công việc lao động thủ công tẻ nhạt. Hơn nữa trong quá trình sử dụng GD cho phép các kiến trúc sư, nhà thầu và các bên liên quan khác của dự án cùng nhau phối hợp tạo ra các thiết kế, đồng thời tăng cường khả năng trao đổi và phối hợp giữa các nhóm từ xa và giảm bớt sự sai sót trong thiết kế.

Xây dựng Trung tâm Heydar Aliyev

Quản lý các thiết kế lấy con người làm trung tâm: Các công cụ GD cho phép các nhà thiết kế tùy chỉnh không gian theo nhu cầu của khách hàng, làm tăng chỉ số trải nghiệm không gian trong thiết kế và cải thiện chất lượng cuộc sống của người sử dụng. Kiến trúc sư có thể nhập các thông số về sức khỏe và hạnh phúc con người như khả năng tiếp cận ánh sáng và thông gió tự nhiên, nhiệt độ thoải mái, khả năng nghe với mức độ âm thanh dễ chịu, từ đó tạo ra các thiết kế nội thất phù hợp. Điều này có thể giúp họ tạo ra những không gian về cơ bản phù hợp với nhu cầu của những người cư trú trong đó.
Tiết kiệm thời gian và chi phí: Các dự án có quy mô lớn như trẻ hóa đô thị, cơ sở hạ tầng công cộng và các tổ chức được hưởng lợi đáng kể từ GD. Vì có nhiều bên liên quan tham gia vào các dự án như vậy nên quá trình thiết kế bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố hữu hình và vô hình. Bằng cách sử dụng các công cụ của GD, các nhà thiết kế có thể đánh giá rõ ràng ý tưởng của mình thông qua nền tảng chung, nơi mọi người đều có quyền truy cập vào thiết kế bất cứ lúc nào trong ngày. Điều này giúp tránh bất kỳ sự chậm trễ nào trong tiến độ thực hiện của dự án, đồng thời tiết kiệm tiền.
Tăng cường tính linh hoạt: Sử dụng GD giúp các kiến trúc sư có tầm nhìn về tương lai. Họ có thể kiểm tra xem môi trường thay đổi trong tương lai sẽ tác động như thế nào đến thiết kế của họ. Điều này cho phép họ tạo ra những tòa nhà đủ tính linh hoạt để thích ứng với thế giới luôn thay đổi. Kiến trúc sư có thể tạo ra các mô hình 3D đáp ứng những tiến bộ công nghệ và sự phát triển của khu vực lân cận, từ đó đảm bảo rằng tòa nhà vẫn phù hợp trong nhiều năm tới.

NHỮNG THÁCH THỨC KHI LÀM VIỆC VỚI CÁC CÔNG CỤ CỦA GENERATIVE DESIGN

Armadillo © Trường Kiến trúc Đại học Quốc gia Basque (UPV/EHU)

Việc sử dụng GD giúp quá trình thiết kế trở nên dễ dàng và tiện lợi hơn. Tuy nhiên, có khá nhiều thách thức liên quan đến việc nắm bắt công nghệ thời đại mới này.

Chất lượng dữ liệu: Trọng tâm của các công cụ GD là dữ liệu mà chúng lấy từ những cài đặt trong thế giới thực. Những dữ liệu này do AI thu thập sẽ tạo thành nền tảng cho mọi thiết kế được sản xuất tự động. Và nếu dữ liệu này không chính xác, sai lệch, không đầy đủ hoặc lỗi thời thì kết quả thiết kế sẽ có sai sót. Để khắc phục mối lo ngại này, điều cần thiết là các nhà thiết kế phải sử dụng các bộ dữ liệu đa dạng và chất lượng cao để đảm bảo rằng các công cụ Generative Design tạo ra các ý tưởng một cách khách quan.
Đổi mới thiết kế: Mặc dù các công cụ của GD mang lại nhiều khả năng thiết kế, nhưng việc chỉ dựa vào kết quả do AI tạo ra có thể dẫn đến những ý tưởng đồng nhất hoặc không nguyên bản. Điều này có thể giết chết khả năng sáng tạo của con người và khiến họ quá phụ thuộc vào trí thông minh tính toán. Vì vậy, điều cần thiết là các nhà thiết kế phải tích cực can thiệp vào quá trình sáng tạo bằng cách cung cấp đầu vào sáng tạo và hướng dẫn quá trình phát triển thiết kế thông qua các thông số liên quan.
Khó khăn trong việc nâng cao kỹ năng: Các công cụ của GD hoạt động dựa trên các thuật toán phức tạp, khiến chúng trở nên phức tạp về mặt kỹ thuật và có thể gây khó khăn cho các chuyên gia không quen với các công cụ tính toán. Các kiến trúc sư cần đầu tư thời gian và sức lực của mình vào việc học tập và nâng cao kỹ năng trong lĩnh vực mã hóa và các công cụ của GD. Các hướng dẫn, hội thảo trực tuyến và cộng tác với những người có kinh nghiệm thực hành các công cụ của GD có thể giúp các chuyên gia đạt được kiến thức chuyên môn cần thiết để khai thác toàn bộ tiềm năng của những công cụ này.

GD đã mở ra một kỷ nguyên mới của đổi mới kiến trúc, cho phép các nhà thiết kế hình dung và xây dựng những tòa nhà từng được coi là vượt quá sức tưởng tượng.

Dưới đây là 3 công trình được xây dựng với sự trợ giúp của Generative Design.

THÁP THƯỢNG HẢI

© Baycrest – Hình ảnh của Baycrest trên Wikipedia

Kiến trúc sư: Gensler
Năm hoàn thành: 2015
Địa điểm: Thượng Hải, Trung Quốc

Là một trong những tòa nhà chọc trời cao nhất thế giới, Tháp Thượng Hải thể hiện khả năng to lớn của Generative Design trong việc tạo ra các thành phố thẳng đứng nổi bật và bền vững. Do Gensler thiết kế, tòa tháp đã sử dụng các thuật toán của Generative Design để tối ưu hóa hình dạng tòa nhà về khả năng chắn gió và tiết kiệm năng lượng. Hình dạng xoắn mang tính biểu tượng của tòa tháp không chỉ nâng cao sức hấp dẫn thị giác mà còn mang lại sự ổn định về cấu trúc tòa nhà.

Tháp Thượng Hải bao gồm nhiều tính năng thân thiện với môi trường. Chủ sở hữu tòa nhà đã được Ủy ban Công trình Xanh Trung Quốc và Hội đồng Công trình Xanh Hoa Kỳ công nhận vì những nỗ lực thiết kế bền vững của họ.

Việc xây dựng tòa tháp bắt đầu vào tháng 11 năm 2008 và hoàn thành vào ngày 4 tháng 8 năm 2013. Vào mùa hè năm 2015, phần bên ngoài đã hoàn thành. Tòa tháp bao gồm chín tòa tháp hình trụ được xây dựng chồng lên nhau, tổng cộng có 128 tầng, tất cả tầng được bao bọc bên trong lớp mặt tiền bằng kính. Giữa chín tòa tháp với lớp che phủ bên ngoài có dạng xoắn theo chiều từ dưới lên đỉnh tháp, chín khu vực bên trong tháp cung cấp cho du khách không gian công cộng. Mỗi khu trong số chín khu vực này đều có khoảng không gian thông tầng với khu vườn, quán cà phê, nhà hàng và không gian bán lẻ cũng như tầm nhìn toàn cảnh thành phố.

TRUNG TÂM VẬN CHUYỂN TRANSBAY SAN FRANCISCO

Kiến trúc sư: Pelli Clarke
Năm hoàn thành: 2013
Địa điểm: San Francisco, California, Hoa Kỳ

Được thiết kế bởi Công ty Kiến trúc Pelli Clarke Pelli. San Francisco Transbay Transit Center là một trung tâm vận chuyển thời đại mới phục vụ nhu cầu vận chuyển đang phát triển của thành phố. Công viên trên sân thượng do PWP Landscape Architecture thiết kế, bao gồm một nhà hát hình tròn, một nhà hàng và các suối nước nhân tạo. Tòa nhà này sử dụng các công cụ của Generative Design để tối ưu hóa tính hiệu quả và hình thức kết cấu ở khu vực trung tâm. Quá trình lặp đi lặp lại đã giúp khám phá vô số lựa chọn thiết kế và các thuật toán đã giúp tạo ra một công viên trên sân thượng hấp dẫn về mặt hình ảnh và mái nhà nhấp nhô mang tính biểu tượng.

Để giải quyết các vấn đề địa chấn, Trung tâm Vận tải được xây dựng từ các khung mô men dẻo theo hướng ngang và các khung giằng lệch tâm với các ‘bộ phận liên kết’ theo hướng dọc. Hệ thống kết cấu bê tông cốt thép vững chắc của tòa nhà được kết hợp một cách khéo léo với những bức tường kính nhấp nhô bên ngoài, tạo nên sự hiện diện thân thiện trên đường phố. Một kỹ thuật hình học cụ thể đã được sử dụng để xây dựng một lưới tứ giác với các mắt lưới phẳng, kết hợp các mắt lưới phẳng tạo nên một dạng cấu trúc mạng lưới 2 lớp, bề mặt uốn cong.

ICD/ITKE RESEARCH PAVILION 2011

Kiến trúc sư: ICD/ITKE, Đại học Stuttgart
Năm hoàn thành: 2011
Địa điểm: Stuttgart, Đức

Viện Thiết kế và Xây dựng Tính toán (ICD) và Viện Kết cấu Công trình và Thiết kế Kết cấu (ITKE), phối hợp với các sinh viên tại Đại học Stuttgart, đã tạo ra một pavilion nghiên cứu sinh học tạm thời được xây dựng bằng gỗ vào mùa hè năm 2011.

Nhà nghiên cứu của Đại học Stuttgart đi đầu trong kiến trúc sáng tạo, thể hiện tiềm năng của thiết kế sáng tạo và kỹ thuật chế tạo tiên tiến. Hình dạng phức tạp của pavilion được lấy cảm hứng từ bộ xương ngoài của nhím biển, được tạo ra thông qua sự kết hợp giữa các nguyên tắc sinh học và thuật toán tổng hợp. Sự kết hợp giữa thiên nhiên và công nghệ này đã dẫn đến một cấu trúc nhẹ và hiệu quả cao.

Tóm lại, Generative Design sẽ tiếp tục phát triển và cung cấp cho các kiến trúc sư khả năng khám phá khả năng sáng tạo của họ. Nó cho phép các nhà thiết kế có cách tiếp cận bền vững và tư duy tiến bộ hơn đối với kiến trúc. Điều này có thể giúp họ tạo ra những tòa nhà phù hợp với tương lai, sử dụng hiệu quả và có khả năng phục hồi nguồn tài nguyên.

Nguồn: parametric-architecture.com