Cover KTS. Scott Duncan - lãnh đạo cấp cao tại Skidmore, Owings & Merrill (SOM)
KTS. Scott Duncan - lãnh đạo cấp cao tại Skidmore, Owings & Merrill (SOM)
1 / 1
Câu chuyện của nhà siêu cao tầng không dừng lại ở thước đo về chiều cao, bởi kỷ lục về chiều cao rồi cũng sẽ bị phá vỡ. Điều giúp một tòa nhà vượt lên những tầm cao mới nằm ở những câu hỏi về vật liệu, khí hậu và năng lượng
KTS. Nguyễn Hoàng Việt, nhà sáng lập đơn vị thiết kế GreenConcept, phát biểu tại sự kiện “Tán tỉnh với trọng lực số 2 - Vượt lên những tầm cao” tổ chức tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội ngày 26/9 vừa qua. Đây là sự kiện thứ hai trong chuỗi trò chuyện về siêu cao tầng và đô thị theo chiều đứng trong khuôn khổ SÂN ĐÌNH, nền tảng cộng đồng được khởi xướng với sự đồng hành của các đơn vị tư vấn, chuyên gia và cộng đồng kiến trúc trong nước. SÂN ĐÌNH hướng tới việc xây dựng một hệ sinh thái kết nối tri thức, đối thoại chuyên môn và cơ hội phát triển tài năng cho thế hệ trẻ trong lĩnh vực kiến trúc - xây dựng.
Dẫn dắt khán giả đến những tầm cao mới là KTS. Scott Duncan - lãnh đạo cấp cao tại Skidmore, Owings & Merrill (SOM), một trong những đơn vị kiến trúc, kỹ thuật và quy hoạch có ảnh hưởng sâu rộng trên thế giới. Với hơn 2.000 giải thưởng quốc tế, SOM là đơn vị đứng sau những công trình mang tính biểu tượng như Willis Tower và One World Trade Center ở Mỹ và Burj Khalifa - tòa nhà cao nhất thế giới - ở UAE. Gắn bó với SOM gần ba thập kỷ, KTS. Scott Duncan đã phụ trách những đồ án có độ phức tạp và quy mô chưa từng có ở châu Á, Trung Đông, Mỹ và Australia, từ nhà siêu cao tầng, sân bay đến các đô thị phức hợp.
Trong bài trình bày của mình, KTS. Scott Duncan đã giúp khán giả hình dung về tương lai nhà cao tầng trong bối cảnh mới, công nghệ mới và tương lai thiết kế, nơi kiến trúc, hạ tầng, năng lượng và công nghệ cùng tạo nên những thành phố bền vững và thích ứng hơn.
Sử dụng vật liệu xanh và tối ưu hơn
Trong lĩnh vực kiến trúc, một tòa tháp từ 300m trở lên được xếp loại là “siêu cao tầng”, và từ 600m trở lên là “đại siêu cao tầng”. Tuy nhiên, câu hỏi đầu tiên mà KTS. Scott Duncan đặt ra hoàn toàn không phải về chiều cao, mà là tính hiệu quả và bền vững môi trường, cụ thể là cách thức giảm dấu chân carbon của các công trình cao tầng. Ông nhận định “đây có lẽ là thách thức lớn nhất mà chúng ta phải đối mặt hiện nay”, bởi riêng khâu vận hành của một công trình đã chiếm khoảng 28% lượng phát thải toàn cầu, còn bê tông, cốt thép và nhôm góp thêm gần 23% nữa.
Nhiều công trình đã lựa chọn những vật liệu phát thải ít hơn, nhưng KTS. Scott Duncan cho rằng cần cân nhắc thêm cả về cách thức sử dụng vật liệu sao cho tiết kiệm và tối ưu nhất. Ví dụ với gỗ, thay vì phương án gỗ ghép cấu tạo đặc theo từng lớp, các KTS có thể sử dụng phương án gỗ ghép không gian, tức là chỉ ghép ở những vị trí cần thiết nhất. Đây là cách sử dụng vật liệu hiệu quả hơn, bởi trên cùng một mẫu sàn, phương án gỗ đặc tiêu tốn khoảng 13m2 gỗ, còn phương án ghép không gian chỉ tiêu tốn 6m2 gỗ, giúp tiết kiệm một nửa khối lượng gỗ mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực.
Các công nghệ mới cũng có thể hỗ trợ tính toán và xây dựng những phương án sử dụng vật liệu hiệu quả nhất. Tòa tháp nào cũng phải cân bằng ba yếu tố vốn dĩ mâu thuẫn với nhau là mặt bằng, không gian chiều sâu và kết cấu hiệu quả. Cải thiện một trong ba yếu tố này thường phải đánh đổi một yếu tố khác. Để tìm ra phương án tối ưu cân bằng cả ba yếu tố, SOM đã phối hợp với Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), dùng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích hàng nghìn phương án, đối chiếu theo bốn tiêu chí: tính hiệu quả, khẩu độ, tính linh hoạt và hình khối. KTS đặt ra mục tiêu, còn máy tính thì tính toán các thuật toán và phương án để chỉ ra chính xác hình dạng tối ưu sử dụng ít bê tông và cốt thép nhất mà vẫn giải quyết được bài toán về kết cấu. “Điều này cách đây vài năm là không tưởng”, KTS. Scott Duncan đánh giá.
Above Toàn cảnh sự kiện “Tán tỉnh với trọng lực số 2 - Vượt lên những tầm cao”
Toàn cảnh sự kiện “Tán tỉnh với trọng lực số 2 - Vượt lên những tầm cao”
1 / 1
Đến bước thi công, công nghệ robot lại đóng vai trò then chốt. Bê tông - vật liệu được con người sử dụng nhiều nhất trên trái đất, chỉ sau tài nguyên nước - chiếm khoảng 5% lượng phát thải toàn cầu. Trong một tòa tháp bê tông điển hình, hệ sàn chiếm từ 40 đến 60% lượng carbon hàm chứa, và đây là nơi có tiềm năng tiết kiệm nhiều vật liệu nhất, KTS. Scott Duncan phân tích. Nếu tạo hình hệ sàn bằng cách đổ bê tông ở đúng vị trí cần thiết nhất, bề mặt trần sẽ tạo hình nghệ thuật theo dạng điêu khắc, còn mặt sàn thì tiêu tốn ít vật liệu hơn. Bản sàn dày lên ở vùng tập trung tải trọng và mỏng hơn ở toàn bộ những phần còn lại. Robot có khả năng cắt khuôn trực tiếp từ những mô hình số một cách nhanh, gọn và chính xác. Nhờ vậy, những hình dạng phức tạp không còn phải lắp ghép tốn kém bằng cốt pha thủ công, giúp giảm tới một nửa chi phí xây dựng bằng bê tông.
Các công trình biết “thở”
Đối với nhà cao tầng ở các nước nhiệt đới, riêng hệ thống điều hòa đã tiêu thụ khoảng 55% năng lượng vận hành, và bức xạ mặt trời chiếm đến một nửa tải lạnh lúc cao điểm. “Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống điều hòa, làm thế nào để công trình của chúng ta có thể tự thở được?”, KTS. Scott Duncan đặt câu hỏi. Một cách thức là thay đổi thiết kế mặt bằng, chẳng hạn từ hình vuông sang hình kim cương hoặc bo tròn góc, có thể giúp giảm nhu cầu tiêu thụ năng lượng điều hòa vào lúc cao điểm. Khi bổ sung thêm các giải pháp về che nắng, nhu cầu điều hòa lúc cao điểm giảm đến 49%, và nhu cầu điều hòa cả năm giảm hơn 30%.
Với điều kiện khí hậu ở những thành phố như Hà Nội, che nắng cũng là một trong những công cụ thiết kế hữu hiệu và hiệu quả nhất, ông nhận định. Ông lấy ví dụ về công trình Trụ sở Ngân hàng Thương mại Nông thôn tại Thâm Quyến, Trung Quốc. Hệ lưới chéo bao quanh phía ngoài tòa nhà vừa nâng đỡ công trình, giúp mặt sàn bên trong hoàn toàn thông thoáng, không có rường cột, vừa có tác dụng che nắng cho sảnh. Nhìn từ bên ngoài, bề dày của lưới đã đổ bóng xuống mặt kính, giảm hấp thụ nhiệt của công trình. So với mặt dựng của một công trình thông thường, hệ lưới chéo này đã giảm trung bình 1/3 bức xạ mặt trời từ tất cả các hướng.
Đọc thêm: Nghệ sĩ Olafur Eliasson: Nghệ thuật, công nghệ và cảm giác “mông lung” trong thiết kế
Above KTS. Scott Duncan thuyết trình tại sự kiện
KTS. Scott Duncan thuyết trình tại sự kiện
1 / 1
Việc tích hợp hệ thống thông gió tự nhiên hỗn hợp cho phép lưu thông không khí theo mùa ở các khu vực chung và tầng văn phòng chính. Các lam chắn tự động trong các giếng trời thẳng đứng trải dài toàn bộ chiều cao của tòa tháp và các cửa thông gió cơ giới trên mỗi tầng văn phòng tạo thành một hệ thống linh hoạt cho phép tòa nhà “thở” trong điều kiện thời tiết dễ chịu.
Tự chủ năng lượng
Nhu cầu điện ở nhiều quốc gia trên thế giới được dự báo sẽ tăng mạnh, chủ yếu do các trung tâm dữ liệu phục vụ AI. Ý tưởng của SOM vì vậy không chỉ dừng lại ở những tòa nhà tiết kiệm năng lượng mà còn có thể tự sản sinh ra năng lượng. Công trình Tháp năng lượng Pertamina ở Jakarta, Indonesia, được thiết kế như tòa nhà siêu cao đầu tiên trên thế giới mà năng lượng là yếu tố thiết kế chủ đạo, hướng đến mục tiêu năng lượng ròng bằng không. Thiết kế của tòa tháp mở rộng ở phần đỉnh, thu hẹp dần để lộ ra một ống dẫn gió tận dụng gió thịnh hành và tốc độ gió lớn lên ở các tầng trên để tạo ra năng lượng.
Tòa tháp có riêng một nhà máy năng lượng trung tâm để sản xuất năng lượng cho toàn khuôn viên. “Dải năng lượng” - một lối đi có mái che để che nắng và che mưa, đồng thời tạo ra năng lượng thông qua hệ thống quang điện trên bề mặt mái - kết nối toàn khuôn viên, trải dài qua các cầu đất và khu vườn để tạo ra một loạt các không gian công cộng dễ tiếp cận. Vì Indonesia là một chuỗi đảo núi lửa, SOM đã khai thác được nhiệt năng trong lòng đất để vận hành các tuabin điều hòa làm mát cho công trình.
SOM đang nghiên cứu một số phương án sản sinh năng lượng đầy tham vọng khác như tích hợp một hệ thống có nguyên lý hoạt động tương tự thủy điện vào kết cấu của một tòa nhà chọc trời. Hệ thống có thể tích trữ điện năng trong thời gian vô hạn và không bị hao tổn như pin lithium. Xa hơn, những tòa tháp này không chỉ tự cung cấp điện năng cho chính chúng mà có thể cho thành phố. “Hãy tưởng tượng những tòa tháp như vậy ở xung quanh thành phố của chúng ta, ban ngày thì tích trữ điện năng mặt trời, còn ban đêm thì trả lại cho lưới điện”, KTS. Scott Duncan nói. “Đây là một công trình cao tầng không chỉ tiêu thụ điện năng mà còn góp phần giữ cho thành phố sáng đèn, cấp điện cho một trung tâm dữ liệu hoặc điều hòa làm mát ngôi nhà của bạn”.
