Trong quá trình phát triển của mình, kiến trúc sinh thái (KTST) đã đi từ những tư tưởng sơ khai, giản dị như “Không gian gắn liền với thiên nhiên” (Frank Lloy Wright), “Năm nguyên tắc trong thiết kế nhà ở” (Le Corbusier), “Thiết kế tự bền vững” (Buckminster Fuller) đến “Chủ nghĩa khu vực sinh khí hậu”, “Sinh thái học mức độ sâu”, “Kiến trúc sinh vật”, “Phong trào Gai a”, “Tư tưởng phát triển bền vững”… hướng tới giải quyết mối quan hệ giữa con người, kiến trúc và thiên nhiên, lấy con người làm trung tâm. KTST đang được các giới kiến trúc sư thế giới quan tâm, nghiên cứu và phát triển theo nhiều xu hướng, sắc màu khác nhau làm phong phú, sâu sắc thêm một dòng thiết kế kiến trúc đang dần trở thành một trong những dòng chính của kiến trúc thế giới.
1. Lý luận sinh thái học đô thị của Paolo Soleri:
Lý luận sinh thái học đô thị của Paolo Soleri là lý luận về quy hoạch và thiết kế thể hiện sự hòa hợp giữa kiến trúc và sinh thái. Theo lý luận này, một thành phố được sắp xếp theo ý tưởng: có độ cao kiến trúc và mật độ thích hợp, có thể dung nạp nhân khẩu cư trú ở mức cao nhất, người dân có một môi trường sống tốt đẹp, thu nhỏ và phù hợp với sinh thái nhất là một thành phố lý tưởng. Trong cuốn “Arcosanti - Một phòng thí nghiệm đô thị”, Paolo Soleri đã nêu bật kết cấu đô thị phải thu nhỏ là tất yếu, từng bước làm sáng tỏ khái niệm tương quan cấu thành lý luận sinh thái học đô thị, như: Quy tắc: “Thu nhỏ - Tính phức tạp - Tính lâu dài”, “Tính tự dung nạp của cư trú”
Quy tắc “Thu nhỏ - Tính phức tạp - Tính lâu dài” là nền tảng của sinh thái học đô thị. Nói Thu nhỏ là nói dưới tiền đề mức độ phức tạp của giới tự nhiên ngày càng gia tăng, hết sức lợi dụng tài nguyên vật chất như năng lượng, không gian, thời gian. Nói Tính phức tạp là nói trong một quá trình biến hóa vô cùng phức tạp còn nảy sinh ra nhiều sự việc và quá trình khác. Nói Tính lâu dài là nói sự tiếp tục nối tiếp thời gian trong quá trình biến hóa. Vì vậy, Soleri xem “Thu nhỏ - Tính phức tạp - Tính lâu dài” thỏa mãn được “Tính tự dung nạp của cư trú”, tức là quy tắc tập trung đô thị.
Soleri cho rằng: dưới tiền đề dân số đô thị dung nạp giống nhau, một thành phố phù hợp với lý luận sinh thái đô thị chỉ chiếm 2% diện tích đất so với diện tích thành phố thông thường. Bởi vì phương thức giao thông chủ yếu trong nội bộ thành phố mới là đi bộ, không có ô tô, ô tô chỉ là công cụ giao thông sử dụng bên ngoài thành phố. Sự thu nhỏ của một đô thị như vậy khiến cho người ta có khả năng bảo vệ đất đai, năng lượng và các tài nguyên khác. Thành phố mới do nhu cầu năng lượng bình quân ít nên dễ dàng dựa vào năng lượng mặt trời, năng lượng gió và các dạng năng lượng khác ở mức cao nhất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm ỷ lại vào dầu lửa.
Sinh thái học đô thị là một phương pháp lý luận, dùng thái độ tích cực để xử lý các vấn đề của đô thị như dân số, ô nhiễm, năng lượng và tài nguyên cạn kiệt, thực phẩm ít ỏi, chất lượng sinh hoạt… Mục tiêu trước tiên là phát huy cao nhất tác dụng lẫn nhau giữa đô thị và môi trường xung quanh tiếp đến là giảm thiểu tối đa tiêu hao năng lượng, giảm thiểu sử dụng nguyên vật liệu, giảm thiểu lượng phế thải, rác và ô nhiễm môi trường.
2. Xu hướng “Chi phí ít sử dụng nhiều” của B.Fuller
Khái niệm Ephemeralization “Chi phí ít sử dụng nhiều” ra đời từ một số hiện tượng kinh tế trong xã hội công nghiệp, chẳng hạn như trong điều kiện sử dụng ít nguyên vật liệu, năng lượng và thời gian mà người ta có thể tạo ra những sản phẩm có đặc tính ưu việt như các hợp kim, hóa chất, điện khí… B.Fuller cho rằng tính đồng bộ chính là nguyên tắc cấu thành trong giới tự nhiện và xuất phát từ nguyên tắc đó mà KTST có hai đặc điểm rõ rệt:
- Quán triệt tư tưởng “Chi phí ít sử dụng nhiều”: Sử dụng ít nguyên vật liệu, năng lượng và thời gian…, thông qua sự phát triển kỹ thuật và lao động sáng tạo của người thiết kế mà tạo ra một kiến trúc sử dụng năng lượng và vật liệu có hiệu suất cao.
- Có khuynh hướng “phản” địa phương ở mức độ nhất định: ỷ lại sự phát triển của kỹ thuật và sử dụng năng lượng, vật liệu hiệu suất cao mà trong nhiều công trình người kiến trúc sư đã xem nhẹ các yếu tố địa phương mà chỉ coi trọng khí hậu nơi thiết kế.
Năm 1948, B.Fuller đã phát minh hệ thống véctơ hình học. Ông cho rằng trong giới tự nhiên vẫn tồn tại hệ thống véctơ lấy kết cấu ít nhất để cho cường độ lớn nhất. Hệ thống này có đơn nguyên cơ bản là khối hình chóp tứ diện; sau khi trùng hợp polime hóa thì trở thành kết cấu không gian kinh tế nhất. Ông đã dùng kết cấu này để thiết kế vòm tròn đa diện geodesic nổi tiếng.
Ví dụ: Gian hàng Mỹ tại triển lãm thế giới Montreal (Canada) năm 1967 do B.Fuller thiết kế là một vòm do các thanh kéo đa diện hợp thành, đường kính 76m, cao 60m, bên trong có cầu thang tự động dài 38m, và một đường xe lửa xuyên suốt vòm tròn ở trên cao 11m. Kết cấu này có cường độ cao, sử dụng vật liệu ít, trọng lượng nhẹ nên rất hiệu quả và tiết kiệm. Công trình là kiến trúc hấp dẫn nhất cuộc triển lãm, là biểu tượng sáng tạo độc đáo của kiến trúc Mỹ lúc đó.
3. Xu hướng của lan McHarg
Sinh năm 1920 ở Glasgow, Anh, Ian McHarg là một trong những gương mặt có ảnh hưởng nhất trong KTST. Được miêu tả như một “Nhà vô địch dữ dội” về sinh thái mà tín ngưỡng là môi trường. Ông là một trong những người cổ súy đầy dâng hiến và say mê nhất về sự nhạy cảm đối với khu vực. Ông là tác giả của tác phẩm nổi tiếng “Thiết kế kết hợp với Thiên nhiên” (Design with Nature). Dự án chủ yếu đầu tiên của Ian McHarg là quy hoạch Valleys năm 1962 đã cắt nghĩa cho triết lý của ông, đưa ra sự lựa chọn đối với sự vươn ra vùng ngoại ô. Trong quá trình lập bản vẽ chi tiết cho quy hoạch nhạy cảm với sinh thái Phương Tây, Ian McHarg đã quyết định hòa hợp với thiên nhiên hơn là cố gắng chinh phục nó. Ông mở đường cho kỹ thuật làm mô hình máy tính, thu thập khối lượng lớn các số liệu để hậu thuẫn cho các lý luận của mình và để hiểu rõ lịch sử của khu vực.
4. Xu hướng của Thomas Herzog
Thomas Herzog là một KTS nổi tiếng người Đức, đã kết hợp một cách hoàn mỹ kỹ thuật và nghệ thuật, đồng thời có một cảm nhận sứ mệnh sâu sắc đối với sinh thái và môi trường. Ông dựa vào sự khác nhau của thể hình, thể lượng và các mặt khác của kiến trúc để đưa ra một một loạt các khái niệm, kết hợp một cách hoàn mỹ kỹ thuật TKNL và thiết kế kiến trúc và thể hiện trong các kiến trúc tương ứng như: cánh chim bằng kính, hình chữ nhật thon dài, nhà ở hai khu vực, khối lập phương, đường chéo góc… Ông cho rằng, KTS nên sử dụng kỹ thuật hiệu suất cao vì có thể thông qua sử dụng vật tư, vật liệu ít hơn nhiều so với cách làm bình thường mà vẫn đạt được yêu cầu công năng như nhau. Không chỉ nhấn mạnh tính linh hoạt của công năng kiến trúc mà còn nhấn mạnh tính linh hoạt, tính đa công năng của các chi tiết kiến trúc. Rõ ràng nhất là ông đã nhấn mạnh tính đa công năng của kết cấu bao che bên ngòai: tổ hợp lại với nhau các yếu tố cửa sổ, cửa chớp, thân tường… phát huy nhiều loại tác dụng: thông ánh sáng, ngăn chặn ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, trữ nhiệt, thông gió… Ngoài ra, ông còn sáng tạo ra một hệ thống mặt đứng bằng gạch rỗng đất dính, có thể tùy ý cắt gạch tường ra độ rộng theo yêu cầu, bố trí sắp xếp rất giản tiện.
5. Xu hướng kỹ thuật cao sinh thái
ở Châu Âu và Nhật Bản, những KTS của trường phái kỹ thuật cao muốn thông qua sự phát triển và tiến bộ của kỹ thuật để cải thiện công năng sử dụng và hình thức kiến trúc, họ vừa chịu ảnh hưởng của tư tưởng sinh thái học vừa chịu ảnh hưởng tư tưởng của B.Fuller. Tuy không có những kỳ vọng như những nhà sinh thái học lấy bảo vệ thiên nhiên làm đối tượng nghiên cứu, nhưng nhiều KTS cũng chịu những tác động mạnh mẽ với những thủ pháp sáng tác khác nhau: từ trong những ý thức thiết kế đơn thuần của nhóm Archigram của Peter Cook đến các tác phẩm của Norman Foster và của nhóm hợp tác Richard Rogers & Renzo Piano.
Từ những ảnh hưởng trên, tư tưởng của những KTS đề cao kỹ thuật này cũng có sự thay đổi, dẫn đến những thay đổi trong rất nhiều thực tế sáng tác theo hướng KTST coi trọng kỹ thuật của họ, thể hiện ở:
- Bắt đầu chú ý nhiều hơn ảnh hưởng của kiến trúc đối với môi trường và sinh thái.
- Chuyển từ “kỹ thuật cứng” thuần túy sang phát triển các loại kỹ thuật sinh thái, sử dụng năng lượng (NL), vật liệu có thể tái sinh… Những kỹ thuật này có thể là những kỹ thuật trung gian, kỹ thuật mềm… phù hợp với các nước đang phát triển, cũng có thể là những kỹ thuật cao, áp dụng ở những nước phát triển… căn cứ vào điều kiện của địa phương để thực hiện mục tiêu thiết kế mà KTST theo đuổi.
Một phương pháp thiết kế điển hình sử dụng NL, vật liệu, coi trọng kỹ thuật là sử dụng NL kết hợp kiểu bị động và kiểu chủ động ở một mức độ nhất định, coi trọng kết cấu bao che, nhờ kỹ thuật máy tính hiện đại để biến kết cấu bao che cố định thành có thể “tự điều chỉnh” tương đối với sự biến hóa của các điều kiện khí hậu bên ngoài và sự biến hóa công năng sử dụng nội bộ. “Lớp da bọc” này có thể hô hấp, khống chế sự trao đổi NL, tăng cường khả năng thích ứng của kiến trúc với môi trường bên ngoài. Phương pháp thiết kế điển hình này đã thể hiện thành công trong nhiều công trình nổi tiếng ở Châu Âu và thế giới.
6. Kiến trúc sinh thái của Kenneth Yeang
Kenneth Yeang(K.Yeang) là một trong những KTS nổi tiếng nhất về làm việc bởi sự nhạy cảm với môi trường hiện nay. Sinh ra ở Malayxia, ông học và theo đuổi thiết kế theo nguyên tắc vi khí hậu khu vực. Trọng tâm hành nghề của ông là nhà chọc trời, một sự lựa chọn khác thường đối với một KTS được quan tâm bởi những vấn đề sinh thái.
Tuy nhiên, ông tin rằng do những áp lực lực không gian, nhà trọc trời là không thể tránh được. Trong bài viết “Thiết kế và quy hoạch nhà chọc trời màu xanh”, ông cho rằng: trong thiết kế kiến trúc tương lai, tuân thủ nguyên tắc sinh thái là xu thế tất yếu. Thực tiễn chứng minh, so với bố cục đô thị kiểu phân tán thì nhà chọc trời hợp lý hơn hẳn về mặt sinh thái.
Nguyên tắc thiết kế sinh thái là:
- Lấy con người làm hạt nhân, nâng cao đến mức cao nhất hiệu suất sử dụng của NL và vật liệu, giảm thiểu ô nhiễm đối với môi trường trong quá trình xây dựng và sử dụng.
- Trên bố cục tổng thể, bố trí kiến trúc và đường sá vào những vị trí ít áp lực về sinh thái nhất.
- Trong việc sử dụng NL, nhấn mạnh hệ thống kiểu bị động ưu tiên hơn hệ thống chủ động vì hệ thống kiểu bị động đã tận dụng thông gió và chiếu sáng tự nhiên.
- Hình thức mặt bằng lấy diện tích nhỏ nhất là thích hợp, chọn dùng hình vuông vì phụ tải điều hòa không khí của nó nhỏ nhất và có lợi cho việc khống chế NLMT.
- Nhân phục vụ công trình theo kiểu hai hạt nhân là tốt nhất
- Coi tường ngoài của kiến trúc như là máy lọc môi trường để thiết kế.
- Chọn dùng thiết kế cây xanh theo kiểu thẳng đứng, bố trí vườn hoa trên mái, sân vườn trên không để điều tiết tiểu khí hậu trong và ngoài phòng.
- Chọn vật liệu và NL phải nghiên cứu khả năng tái sử dụng và tiêu hao NL nhiều hay ít.
Nhà chọc trời sinh thái nói chung có thể tiết kiệm tiêu hao NL từ 20-40% trong toàn bộ chu kỳ tuổi thọ của công trình.
Điều quan trọng cơ bản của một công trình KTST là phải tiến hành thiết kế sinh thái và khí hậu một cách chính xác ngay từ khi bắt đầu giai đoạn quy hoạch mà không phải là khi công trình đã xây dựng xong (Trích world architecture).
Ken Yeang cho rằng: Ngoài điều kiện địa lý thì khí hậu là yếu tố có tính đặc trưng địa phương nhất cơ bản không thay đổi hàng ngàn năm qua. Còn các yếu tố khác như: xã hội, kinh tế, chính trị hay như phong cách kiến trúc, kỹ thuật thi công và vật liệu xây dựng có thể thay đổi theo thời gian. Cho nên, kiến trúc chú ý đến khí hậu thì càng có thể thích ứng với môi trường và truyền thống. Chính vì vậy, kiến trúc hiện đại phải phù hợp với điều kiện khí hậu và khung cảnh thiên nhiên khu vực mà không phải là những khối hình hộp có thể đặt đâu cũng được.
7. Thiết kế kiến trúc bền vững tại Nhật Bản
ở Nhật Bản, vấn đề môi trường ngày càng được giới kiến trúc coi trọng. Đồng thời với việc cải thiện điều kiện sống của cư dân, giới kiến trúc cũng quan tâm đến môi trường tồn tại của con người. Năm 1992, trong báo cáo nghiên cứu chuyên đề “ảnh hưởng của kiến trúc đối với môi trường trái đất”, Hội Kiến trúc sư Nhật Bản đã chỉ ra hành vi xây dựng và vấn đề môi trường trái đất liên quan mật thiết với nhau. Nếu môi trường xấu đi, sẽ ảnh hưởng rất lớn đến xây dựng, sử dụng, duy tu và sửa chữa công trình. Lượng C02 do xây dựng và do công nghiệp thải ra đã chiếm 45% lượng khí thải của toàn Nhật Bản, nên việc giải quyết vấn đề môi trường trái đất là trách nhiệm không thể thoái thác.
Trong “Đối sách của bộ môn nghiên cứu kiến trúc đối với sự nóng lên của khí hậu trái đất” công bố tháng 12/1997, ủy Ban Môi trường trái đất của Hội Kiến trúc Nhật Bản đã đưa ra một số mục tiêu yêu cầu cụ thể về hạ thấp phụ tải môi trường kiến trúc. Ví dụ: “Nếu giảm 30% lượng khí thải C02 trong vòng đời kiến trúc là hoàn toàn có thể thực hiện được thì từ nay về sau kiến trúc phải lấy nó làm mục tiêu” hay như “để hạ thấp lượng thải C02 phải đưa niên hạn độ bền của kiến trúc lên ba lần hiện nay”. Nói cụ thể phương pháp thiết kế giảm nhẹ phụ tải môi trường kiến trúc, hài hòa quan hệ kiến trúc với môi trường có thể quy nạp trong năm mặt sau:
1. Cộng sinh giữa kiến trúc với môi trường tự nhiên (bao gồm: bảo vệ thiên nhiên, lợi dụng thiên nhiên, phòng vệ tự nhiên).
2.ứng dụng kỹ thuật mới, tiết kiệm NL (bao gồm: hạ thấp tiêu hao năng lượng, kéo dài tuổi thọ, sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường, thi công không ô nhiễm).
3. Bảo vệ tính có thể tuần hoàn tái sinh của vòng đời kiến trúc (bao gồm: sử dụng kiến trúc, tái sinh kiến trúc, dỡ bỏ kiến trúc).
4. Sáng tạo môi trường nội thất lành mạnh, dễ chịu (bao gồm: môi trường lành mạnh, môi trường dễ chịu).
5. Đưa kiến trúc hòa nhập với môi trường nhân văn của lịch sử và khu vực (bao gồm: kế thừa lịch sử, hội nhập với đô thị, linh hoạt hóa khu vực).
Và được cụ thể hóa trong thực tế thiết kế kiến trúc:
1. Giảm nhẹ phụ tải môi trường kiến trúc
2. TKNL và tiết kiệm chi tiêu trong quản lý sử dụng kiến trúc
3. Kiến trúc hòa nhập với môi trường tự nhiên.
Trên đây là những nét khái quát một số xu hướng lớn về kiến trúc sinh thái trên thế giới. Thực ra kiến trúc sinh thái đã và đang được quan tâm, nghiên cứu và vận dụng ở nhiều khu vực, nhiều quốc gia trên thế giới với sắc màu, xu hướng khác nhau, chẳng hạn kiến trúc theo phong thủy ở Trung Quốc, kiến trúc bám theo bản thổ ở ấn Độ… mong sẽ được tìm hiểu và trình bày ở một dịp khác.q
Tài liệu tham khảo:
World Architecture 1998 (1), 1999 (2), (TQ),
Ecological Architecture và các tài liệu khác.

(Trần Anh Đào - Tổng hội Xây dựng Việt Nam)