Thời đại công nghệ phát triển kéo theo cách làm việc của người thiết kế cũng có sự dịch chuyển từ các bản vẽ tay đến thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính và hiện nay là thiết kế tích hợp AI.

Villa Savoye của KTS Le Corbusier

Cũng như các ngành nghề khác, công nghệ phát triển cũng tác động đến kiến trúc theo thời gian, ảnh hưởng đến cách các tòa nhà được xây dựng. Nhìn từ góc độ kỹ thuật, kiến trúc bắt đầu từ các bản vẽ tay đến các công cụ thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) và hiện nay là sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo (AI). Công nghệ đã làm tăng độ chính xác, hiệu quả và khả năng cộng tác. Sự phát triển này không chỉ ảnh hưởng đến quá trình thiết kế mà còn mở rộng khả năng các cấu trúc bền vững và sáng tạo nhằm đáp ứng nhu cầu của thế giới hiện đại. Khi xem xét kỹ hơn, có thể nhận ra ba thời kỳ kiến trúc tương ứng với sự thay đổi, phát triển của công nghệ.

1. Thời kỳ vẽ tay

Một bản vẽ của KTS Frank Lloyd Wright (1867-1959). Bản vẽ chì và chì màu trên giấy can. Hình ảnh: Kho lưu trữ Quỹ Frank Lloyd Wright

Nguồn gốc của các bản vẽ kiến trúc

Bản vẽ kiến trúc đã xuất hiện từ xa xưa trong lịch sử và là tài liệu trực quan của kiến trúc sư và nhà xây dựng thể hiện tầm nhìn và những công việc cần thực hiện. Những bản vẽ này bao gồm các thông tin như kích thước, vật liệu và định hướng. Một trong những nền văn minh đầu tiên có bản ghi bản vẽ kiến ​​trúc là người Ai Cập. Những bức vẽ này chủ yếu được vẽ trên giấy cói bằng bút sậy và mực. Người Hy Lạp cổ đại cũng có những bản ghi chép về các bản vẽ kiến ​​trúc thời kỳ đầu với các thiết kế chi tiết cho các công trình như đền Parthenon. Họ chủ yếu sử dụng các viên sáp để tạo ra các bản phác thảo và chuyển những bản phác thảo này sang giấy da. Một trong những bước phát triển lớn nhất trong lịch sử bản vẽ kiến ​​trúc là cuốn sách hướng dẫn kiến ​​trúc “De Architectura” của kiến ​​trúc sư La Mã Vitruvius. Cuốn sách bao gồm các chi tiết toàn diện về kỹ thuật xây dựng, vật liệu, v.v.

Các bản vẽ kiến trúc vẽ tay được cải thiện đáng kể hơn trong thời Trung cổ. Để biến ý tưởng này thành hiện thực, các thiết kế phức tạp và chi tiết của các tòa nhà theo phong cách Gothic cần có những bản vẽ chính xác. Các nhà thờ lớn và các công trình Gothic khác được các kiến trúc sư như Villard de Honnecourt và Guido da Vigevano phác họa tỉ mỉ. Những bản phác thảo này thường được tạo ra trên giấy da và có thể dễ dàng di chuyển.

Các bản in kiến trúc tăng lên đáng kể trong thời kỳ Phục hưng. Một bộ thiết kế kiến trúc kỹ lưỡng của kiến trúc sư người Ý Andrea Palladio đã được in và phân phối rộng rãi. Một máy in mực lần đầu tiên được sử dụng để tái tạo những bức vẽ này trên giấy. Công nghệ này cho phép các kiến trúc sư chia sẻ kế hoạch của họ và cho phép các nhà xây dựng sử dụng những hoạch định đó để xây dựng các công trình kiến trúc. Với việc phát minh ra kỹ thuật in thạch bản, các kiến trúc sư có thể tạo ra các bản in quy mô lớn với tốc độ và độ chính xác cao. Kỹ thuật in thạch bản giúp việc tạo ra các bản in trên nhiều loại vật liệu trở nên khả thi, bao gồm đá, kim loại và vải. Điều này giúp các kiến trúc sư chuẩn bị các bản thiết kế toàn diện trên quy mô lớn hơn từ đó giúp các nhà thầu xây dựng thực hiện thiết kế đơn giản hơn.

Cuộc sống trước khi có AutoCAD

Kỹ sư của General Motors năm 1956

Trước khi có sự hỗ trợ của máy tính, các kiến trúc sư và kỹ sư đã làm việc với các thiết bị khá lớn và theo nhóm lớn để hoàn thành các bản vẽ của một dự án. Các công cụ cần thiết gồm bảng vẽ, bút chì các loại, cục tẩy, thước T, bộ thước vuông,... Một trong những nhược điểm lớn nhất của cách thức này là không có chỗ cho sai sót, và không có cơ hội quay lại khi bản vẽ đã được đưa lên giấy. Điều này có nghĩa là việc thay đổi thiết kế đồng nghĩa với việc phải làm lại toàn bộ bản vẽ.

Những bản vẽ bằng tay này không chỉ là bản vẽ kỹ thuật mà còn được coi là một loại hình nghệ thuật, được thực hiện bởi các nhà thiết kế lành nghề. Tuy nhiên, vì tiêu tốn quá nhiều thời gian và năng lượng nên đã mở ra sự thay đổi trong thực tiễn. Nhờ sự phát triển của công nghệ giúp cho việc tạo bản vẽ trở nên nhanh chóng và chính xác hơn, thúc đẩy sự thay đổi trong cách làm việc. Bản vẽ tay vẫn được rất nhiều kiến trúc sư sử dụng trong giai đoạn thiết kế và phác thảo. Lý do được đưa ra là do sự linh hoạt và sáng tạo trong quá trình vẽ tay.

Lợi ích và hạn chế các bản vẽ tay

Các nhà thiết kế đô thị đang thực hiện bản vẽ tay thời điểm trước khi có AutoCAD

Những bức vẽ tay trong kiến trúc không hề biến mất hoàn toàn cùng với sự phát triển của công nghệ. Có nhiều lý do khác nhau đằng sau sự tiếp tục này. Mặc dù công nghệ tiên tiến đã tạo ra những thay đổi lớn và mang lại nhiều lợi ích, nhưng quá trình vẽ tay trong thực tế vẫn có những ưu và nhược điểm riêng.

Một trong những điểm nổi bật của bản vẽ tay là tính Biểu hiện nghệ thuật. Các bản vẽ vẽ tay cho phép các kiến trúc sư truyền đạt tầm nhìn nghệ thuật và ý định thiết kế của họ bằng dấu ấn cá nhân, độc đáo. Các bức vẽ có khả năng mang lại cảm xúc và sự sáng tạo mà các sản phẩm kỹ thuật số có thể thiếu. Một ưu điểm khác của vẽ tay có thể kể đến là Sự khám phá trực quan. Theo lời của kiến trúc sư nổi tiếng người Úc Glenn Murcutt: “Bàn tay có thể khám phá trước khi mắt nhìn thấy”.

Với nhận định này, có thể nói rằng bản vẽ tay có thể kích thích và khuyến khích các kiến trúc sư có sự khám phá tự phát trong quá trình làm việc. Các bản vẽ tay được nhìn nhận là ít đáng sợ hơn với khách hàng và các bên liên quan. Ngoài ra, những bản vẽ này lại dễ hiểu hơn đối với những người không có chuyên môn kỹ thuật và có thể giúp thu hẹp khoảng cách giao tiếp cũng như truyền đạt các khái niệm thiết kế theo cách dễ tiếp cận hơn. 

Nhược điểm rõ ràng nhất của bản vẽ tay đã dẫn đến những cải tiến với công nghệ phát triển và số hóa chính là tốn thời gian. Đây là một quá trình chậm đặc biệt là với các dự án phức tạp. Việc tăng thời gian sản xuất bản vẽ có thể khiến dự án bị kéo dài. Những thách thức khi phải thực hiện các sửa đổi cũng làm tăng thời gian và có thể lãng phí công sức thực hiện của kiến trúc sư và kỹ sư đã thực hiện bản vẽ đó. bản vẽ trên giấy không có chỗ cho sai sót và không có cơ hội quay trở lại. Một nhược điểm khác có thể kể đến là sự chính xác bị giới hạn, so với các công cụ kỹ thuật số khác thì mức độ chính xác của cách làm này khó có thể so bì. Các bản vẽ tay có thể thiếu đi độ chính xác cần thiết trong các bản vẽ chi tiết kỹ thuật..

2. Cuộc cách mạng thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (Cad)

IBM 360/67 - 1967. Photo: Fairchild Camera & Instrument Corporation

Sự phát triển của phần mềm CAD và ý nghĩa của chúng

Phương thức tạo hình ảnh ảo 3D và các bản vẽ 2D bằng cách sử dụng máy tính và phần mềm chuyên dụng được gọi là CAD (computer-aided design - thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính). Lịch sử của CAD bắt đầu từ những năm 1960, các nghiên cứu và đổi mới về CAD bắt đầu từ nhu cầu cải thiện độ chính xác và tốc độ của các nhiệm vụ thiết kế. Chương trình mang đến trải nghiệm tương tác trong đó các thiết kế được tạo ra dưới dạng mô hình kỹ thuật số, thay thế quy trình làm việc thủ công thông thường bằng các quy trình tự động. Các phép đo chính xác và mức độ chi tiết lúc này vượt xa so với những gì có thể thực hiện trên bản vẽ tay. Các nhà thiết kế có thể kiểm tra trực quan một ý tưởng trước khi xây dựng nguyên mẫu thực sự, mô phỏng cách công trình sẽ vận động trong các điều kiện khác nhau.

Phần mềm CAD có thể phân thành hai loại là 2D và 3D. Phần mềm 2D có thể kể đến là AutoCAD thường được sử dụng cho các bản vẽ mặt bằng, mặt cắt hay bất kỹ các sản phẩm hai chiều nào khác. Mặc dù AutoCAD cũng có tính năng 3D nhưng không được sử dụng rộng rãi vì có các phần mềm khác sử dụng dễ dàng và tiện lợi hơn cho các sản phẩm ba chiều, chẳng hạn như SolidWorks hoặc Inventor. Sự nổi lên của BIM cũng có ảnh hưởng lớn đến việc cải tiến sản phẩm 3D bằng phần mềm trong kiến trúc. Sự chuyển đổi từ vẽ tay sang sử dụng phần mềm mang lại nhiều sự thuận lợi cho quá trình sản xuất trong thực hành kiến trúc.

Ưu thế của CAD về độ chính xác và hiệu quả

Photo: ChuanYang Chen

Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) đã cách mạng hóa các bản vẽ kiến trúc bằng cách mang lại những lợi thế lớn về độ chính xác và hiệu quả. 

Một trong những tính năng biến đổi nhất của CAD là khả năng lặp lại nhanh chóng và dễ dàng. Các sửa đổi thiết kế có thể được thực hiện và điều chỉnh liền mạch mà không cần phải bắt đầu lại từ đầu, tiết kiệm được thời gian và công sức quý báu. Một số ưu điểm khác có thể kể đến như Trực quan hóa tốt hơn, thay đổi theo thời gian thực, mô phỏng và tài liệu hóa nhanh chóng. Người thiết kế có thể tạo ra các mô hình 3D, cho phép họ quan sát sản phẩm của mình từ mọi góc độ và thực hiện các thay đổi trong thời gian thực. Các mối quan hệ không gian trong thiết kế có thể được hiểu rõ hơn nhờ mô hình 3D, từ đó cũng giúp dễ dàng phát hiện mọi vấn đề có thể xảy ra trước khi chúng xuất hiện trong giai đoạn triển khai. Ngoài ra, rất nhiều hệ thống CAD cung cấp môi trường mô phỏng để có thể đánh giá và nghiên cứu công trình. Các khiếm khuyết hoặc điểm yếu được phát hiện càng sớm thì sản phẩm cuối cùng càng có khả năng mạnh hơn, tiết kiệm thời gian và nguồn lực.

Ưu điểm của CAD có thể vượt xa sự hiệu quả và độ chính xác của thiết kế. Điều cần thiết là tăng cường khả năng tiếp cận và cộng tác, cho phép các nhóm thiết kế làm việc trôi chảy và sáng tạo hơn. Với sự phát triển của CAD, các quy trình thiết kế và sản xuất đang hướng tới một tương lai kỹ thuật số, liên kết và hiệu quả hơn.

3. Tích hợp AI

Tích hợp AI vào thiết kế mặt bằng tùy biến

Vai trò của AI trong thiết kế và tối ưu hóa

Sự phát triển của công việc có sự hỗ trợ của máy tính có thể liên quan nhiều với các sản phẩm kỹ thuật. Trong khi đó, tiềm năng ngày càng tăng của trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực thiết kế và sáng tạo cũng có tiềm năng mang lại hiệu quả trong thực hành kiến trúc cả trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa dữ liệu. Sự phát triển của AI đã tạo ra nhiều sự thay đổi trên các lĩnh vực khác nhau và gần đây nhất là kiến trúc, ảnh hưởng và hỗ trợ thực hành kiến trúc trong cách thức các công trình được thiết kế, xây dựng và vận hành, mang đến những cơ hội đa dạng hướng đến sự đổi mới, bền vững và tính hiệu quả.

Khả năng tối ưu hóa của AI trong các quy trình thiết kế là một trong những đóng góp lớn của nó cho lĩnh vực kiến trúc. Hệ thống AI có thể đánh giá một lượng lớn dữ liệu và tạo ra các giải pháp thiết kế có thể đáp ứng các yêu cầu cụ thể bằng cách sử dụng các thuật toán đã phát triển và học máy (machine learning). Điều này giúp các kiến trúc sư có thể nghiên cứu nhiều lựa chọn, tối ưu hóa các yếu tố như tổ chức không gian, hiệu quả sử dụng năng lượng, tính toàn vẹn của cấu trúc và tính thẩm mỹ. Các công cụ được hỗ trợ bởi AI có thể giúp tạo ra các thiết kế tham số, cho phép các kiến trúc sư nhanh chóng lặp lại và cải thiện công việc của họ, đồng thời tạo ra các giải pháp sáng tạo và tối ưu hơn. Kiến trúc AI cũng có thể giúp các kiến trúc sư cải thiện khả năng sáng tạo của họ bằng cách đưa ra những ví dụ đầy cảm hứng. Với công nghệ AI, kiến trúc sư có thể khám phá những khả năng thiết kế mới, khắc phục những hạn chế thông thường và vượt qua các giới hạn.

Các giải pháp được hỗ trợ bởi AI không chỉ có lợi trong giai đoạn thiết kế mà còn có thể rất hữu ích trong cả giai đoạn xây dựng và sử dụng. Các giải pháp này có thể giúp khắc phục vấn đề quản lý dự án, lập kế hoạch cải tiến và phân bổ nguồn lực một cách hiệu quả. Chúng cũng có thể được sử dụng để theo dõi và đánh giá hiệu suất của tòa nhà, tìm cơ hội phát triển và hỗ trợ bảo dưỡng dự tính.

Những cân nhắc về mặt đạo đức của việc sử dụng AI trong kiến trúc

Hình ảnh: Tim Fu

AI có thể mang lại nhiều lợi ích nhưng luôn có một số cân nhắc về mặt đạo đức khi sử dụng nó, đặc biệt là trong lĩnh vực sáng tạo như kiến trúc. AI có thể cung cấp các giải pháp có lợi và có thể tạo ra các quy trình hiệu quả, an toàn và bền vững. Tuy vậy, các câu hỏi bắt đầu nảy sinh về mối quan hệ xa cách của kiến trúc sư với quá trình thiết kế. Việc sử dụng AI như một công cụ, tác nhân kích thích sự sáng tạo, phương tiện thu thập thông tin, được xem là hoàn hảo miễn là người KTS duy trì sự hiện diện của mình trong suốt quá trình để truyền đạt các thiết kế phù hợp với con người và văn hóa.

Các mô phỏng được hỗ trợ bởi AI cung cấp cho kiến trúc sư những hiểu biết hữu ích để tạo ra các cấu trúc có trách nhiệm và an toàn với môi trường, từ phân tích hiệu quả năng lượng đến đánh giá hiệu quả môi trường. Ví dụ: AI có thể mô phỏng phản ứng của tòa nhà trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như động đất, hỏa hoạn hoặc thời tiết khắc nghiệt. Những mô phỏng này giúp kiến trúc sư xem xét các lỗ hổng có thể có. Tuy nhiên, việc thiếu tư duy lấy con người làm trung tâm trong AI có thể tạo ra những kết quả gây vấn đề đối với cuộc sống của người cư ngụ. Việc này chủ yếu phụ thuộc vào cách AI được đào tạo. Do đó, một trong những cân nhắc được thảo luận nhiều nhất về việc sử dụng AI là những quan điểm thiên vị hoặc không đáng tin cậy mà nó có thể tạo ra.

Hình ảnh: Rolando Cedeno

Trong khi những tác động tích cực của việc sử dụng AI trong kiến trúc ở các chủ đề như tính hiệu quả hay tính bền vững, một trong những câu hỏi được thảo luận nhiều nhất là: Làm thế nào để chúng ta đạt được sự cân bằng hợp lý giữa các thiết kế hướng tới hiệu quả và khía cạnh nhân văn sâu sắc của kiến trúc? Và một trong những ý tưởng phổ biến là: Mặc dù AI có thể tối ưu hóa bố cục và giảm chi phí nhưng nó có thể vô tình làm lu mờ ý nghĩa văn hóa, xã hội và cảm xúc của kiến trúc. Những quan ngại này dẫn đến ý kiến cho rằng giải pháp để vượt qua thách thức đạo đức này là chính sự hiện diện sâu sắc của kiến trúc sư trong suốt quá trình. 

Việc xem AI như một công cụ, một cộng tác viên mà có thể giúp đỡ người thiết kế vượt qua các thách thức trong công việc đồng thời luôn lưu ý đến việc xem con người là trung tâm có thể sẽ giúp tạo ra sự cân bằng và có lợi giữa kiến trúc sư và AI. Nếu không có quan điểm rõ ràng về AI, mọi người sẽ tìm kiếm một cách tiếp cận nhân văn hơn đối với kiến trúc. Vì vậy, có thể nói rằng AI là cộng sự mới của các kiến ​​trúc sư trong thời đại phát triển này hay ít nhất là ở thời điểm hiện tại chứ không phải là kẻ thay thế công việc.

Nguồn | parametric-architecture