Mô phỏng vật liệu là phương pháp được sử dụng ngày càng phổ biến trong kiến trúc. Phương pháp này không chỉ giúp thi công chính xác, vận hành hiệu quả mà còn tiết kiệm được tối đa chi phí.

Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin, các kiến trúc sư ngày nay có thể rút ngắn thời gian thiết kế, thi công hơn. Việc thử nghiệm từ đầu đã không còn cần thiết vì vừa mất công sức vừa tốn kém. Trước khi xây dựng hoặc vận hành một công trình, nhờ tìm hiểu kỹ lưỡng các thông tin sẵn có, KTS có thể biết được công trình hoạt động như thế nào về nhiệt, công suất phát quang điện cũng như cần bao nhiêu điện lượng để phục vụ việc làm mát/sưởi ấm.

Ngoài ra, ứng dụng các phần mềm và công cụ hiện đại còn giúp các kiến trúc sư tránh được sai sót trong tính toán, từ đó hạn chế phát sinh chi phí và chất thải không cần thiết, đảm bảo hiệu quả tối đa cho các vật liệu được sử dụng.

Việc ứng dụng BIM (Building Information Modeling – mô hình thông tin xây dựng) đã trở nên ngày càng phổ biến, được vận dụng trong các dự án xây dựng mới và cả dự án cải tạo. BIM cung cấp cho kiến trúc sư các thông tin chính xác, cho phép kiểm soát chi phí và hiệu quả cao hơn trong công việc. BIM có khả năng mô phỏng toàn bộ thông tin về một công trình đã hoàn thành, hiểu được cách vận hành của công trình trước khi bắt đầu xây dựng và hỗ trợ dự án trong suốt các giai đoạn, kể cả ở giai đoạn sau xây dựng, tháo rời và thậm chí là phá huỷ.

Lấy ví dụ đối với vấn đề hiệu quả nhiệt của một công trình: tường bao của công trình chính là rào cản đầu tiên giữa khí hậu bên ngoài và bên trong, là nơi xảy ra quá trình trao đổi nhiệt. Khả năng truyền nhiệt, còn được gọi là giá trị U, cho phép chúng ta biết được mức độ cách nhiệt liên quan đến % nhiệt lượng đi qua tường bao: nếu kết quả nhiệt lượng thấp chứng tỏ bề mặt tường bao cách nhiệt tốt; ngược lại, nhiệt lượng cao sẽ cảnh báo về một bề mặt tường bao thiếu tính cách nhiệt. Phân tích này được thực hiện cho tất cả các vật liệu như gạch, bê tông, thạch cao,.. Còn đối với kính chịu lực, vật liệu này lại có một số thông số tính toán riêng biệt.

Urbanity | Aflalo/ gasperini arquitetos. Ảnh: Ana Mello

Tường kính lâu nay được xem là sự lựa chọn không mấy tốt do có tác động xấu đến môi trường, tuy nhiên hiện nay đã có một số loại kính được cải tiến trên thị trường để phục vụ các mục đích sử dụng khác nhau, có sự khác biệt về màu sắc, khả năng dẫn nhiệt và mối quan hệ giữa nội thất/ngoại thất. Tập đoàn vật liệu xây dựng nổi tiếng Saint-Gobain đã có một loạt các giải pháp về kính chịu lực cho nhiều trường hợp sử dụng. Theo Saint-Gobain, khi kính được chỉ định sử dụng cho dự án xây dựng, điều cần thiết là phải tính đến một số yếu tố sau:

– Công dụng và vị trí của nó: Công trình lắp đặt kính là một khu dân cư hay một dự án thương mại? Công trình có hướng phía nam hay phía đông? 

– Loại mặt tiền theo kế hoạch là gì? Tường có treo rèm không? Rèm mấy lớp? Khung rèm có thụt lề?

– Tính thẩm mỹ mong muốn là gì, không chỉ xét về thẩm mỹ của kính mà còn về số lượng tấm kính và khung. Màu kính yêu cầu là gì? Xám? Hơi xanh? Phản xạ hay không phản xạ?

Ngoài những cân nhắc nêu trên, khi dự định lắp đặt kính cho công trình, điều quan trọng nữa là phải tính đến các tính chất của kính:

– Khả năng truyền sáng: Là tỷ lệ ánh sáng nhìn thấy được truyền trực tiếp qua tấm kính. Tấm kính có phản xạ bức xạ là ánh sáng được phản xạ trực tiếp từ bề mặt ngoài của kính.

– Giá trị U: Giá trị U là thước đo nhiệt lượng khi xuyên qua kính. Giá trị U càng thấp thì khả năng cách điện, cách nhiệt của kính càng tốt.

– Chỉ số tạo màu (Color rendering index – CRI): CRI của kính được đo trên thang điểm từ 1 đến 100. CRI thấp cung cấp màu sắc mờ và CRI cao cung cấp màu sắc tự nhiên, tươi sáng.

– Hệ số mặt trời: Là tỷ lệ năng lượng mặt trời truyền qua kính, đo khả năng làm giảm nhiệt lượng của mặt trời khi xuyên qua kính vào căn phòng. Yếu tố năng lượng mặt trời càng thấp có nghĩa tấm kính càng giúp cải thiện sự thoải mái trong tòa nhà.

– Độ chọn lọc: Độ chọn lọc của kính được biểu thị bằng tỷ lệ giữa độ truyền ánh sáng của nó và hệ số mặt trời. Khi độ chọn lọc của kính lớn hơn 2, nó cung cấp lượng ánh sáng gấp đôi so với nhiệt.

Với các thông số nêu trên, bảng hiệu suất kính là thông tin cực kỳ quan trọng trong giai đoạn nghiên cứu, lên kế hoạch của các dự án xây dựng. Nó cho phép KTS dễ dàng so sánh hiệu suất của sản phẩm kính để hiểu được cách sử dụng phù hợp nhất cho từng trường hợp.

Ngoài ra, còn có các phần mềm giúp mô phỏng kỹ thuật số vật liệu kính trong từng tình huống nhằm có thể giúp kiến trúc sư quyết định đúng đắn và phù hợp hơn. Ví dụ, đơn vị cung cấp kính xây dựng Calum Live đã tính toán hiệu suất ánh sáng, năng lượng và nhiệt lượng của tất cả các loại kính riêng lẻ và sự kết hợp của những loại kính này với nhau nhằm có được sự cách nhiệt hiệu quả gấp đôi, gấp 3. Đây chính là báo cáo tính toán giúp kiến trúc sư có thể so sánh, tìm biện pháp thay thế và đi đến một giải pháp có hiệu quả lâu dài nhất, tốt nhất.

Một mối quan tâm khác khi lắp đặt kính đó là tính thẩm mỹ và màu sắc mà chúng mang lại cho công trình. GlassPro là một phần mềm tương tác mô phỏng hình ảnh thực tế của các sản phẩm kính khác nhau trên mặt tiền công trình, cho phép người dùng xem kết quả dưới nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau (nhiều mây hoặc có nắng). Phần mềm này có thể được sử dụng như một hướng dẫn cho kiến trúc sư để tìm ra được loại kính phù hợp nhất cho các tình huống, vị trí khác nhau trong công trình.

Ngoài ra, sử dụng các yếu tố che nắng bổ sung cũng là một quyết định thiết kế kết hợp giữa việc đảm bảo tính thẩm mỹ với hiệu quả về mặt chi phí, bảo vệ kính khỏi phần lớn bức xạ mặt trời. Shade.in là một công cụ để đánh giá hiệu quả của các thiết bị che nắng, đặc biệt là có cung cấp thêm dịch vụ thiết kế chúng. Công cụ này phân tích các dữ liệu như vĩ độ, hướng mặt tiền và loại phần tử tô bóng để chọn ra được thiết bị che nắng phù hợp, hiệu quả nhất.

Mô phỏng vật liệu trong xây dựng - Phương pháp cần thiết để thi công chính xác, tiết kiệm

Một quyết định phù hợp về vật liệu mặt tiền, đặc biệt là kính, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ tản nhiệt của công trình, chi phí thi công và đặc biệt là chi phí bảo trì, tiêu thụ năng lượng trong nhiều năm sau khi công trình hoàn tất xây dựng. Do đó, kiến trúc sư cần phải nghiên cứu, xem xét kỹ lưỡng về tính thẩm mỹ, các đặc điểm, thông số kỹ thuật của vật liệu.

Biên dịch | H.N (Nguồn: Archdaily)

XEM THÊM: