Parametric Design

và Revit

trong Sáng Tác Kiến Trúc

GigabIdea

1

GIỚI THIỆU

Máy tính đã trở thành công cụ không thể thiếu của ngành kiến trúc xây dựng. Tính cho tới

thời điểm này, ứng dụng lớn nhất của máy tính chủ yếu ở khâu số hoá các thiết kế, bản vẽ kỹ

thuật, giúp việc quản lý trao đổi dữ liệu dễ dàng hơn so với các bản vẽ tay trên giấy

(Computer Aided Design). Máy tính cũng đóng góp lớn trong khâu hỗ trợ thi công sản xuất

(Computer Aided Manufacturing). Một ví dụ khác là lĩnh vực diễn hoạ kiến trúc: Công nghệ

đồ hoạ và mô phỏng ánh sáng trong máy tính cho phép tạo ra những hình ảnh diễn hoạ

kiến trúc rất chân thật mà trước đây không thể thực hiện được bằng viết, màu và giấy.

3ds Max, AutoCAD và SketchUp là một trong những số phần mềm phổ biến trong thiết kế

kiến trúc và có những đóng góp rất lớn trong cộng đồng kiến trúc của thế giới. Nhưng nếu

ngẫm lại, phần lớn những phần mềm này chủ yếu cho mục đích vẽ lại những ý tưởng thiết

kế truyền thống. Nói cách khác, nếu giả sử máy tính không hề tồn tại, và những phần mềm

này chưa bao giờ xuất hiện, thì chỉ với những công cụ truyền thống như bút, thước, tẩy và

giấy, chúng ta về cơ bản vẫn có thể thiết kế được những công trình kiến trúc đó (mặc dù

chúng ta không có khả năng sao lưu trao đổi dễ dàng như khi dùng công cụ số, không thể

diễn hoạ với độ chân thật như hình chụp)

Mặc dù đây là một vấn đề được đặt ra từ rất lâu, nhưng chỉ trong những năm gần đây, việc

sử dụng máy tính như là một công cụ để sáng tác ra những hình thức kiến trúc mới đạt được

nhiều thành tựu đột phá, và bắt đầu được phổ thông hoá. Những tiến bộ này có được là nhờ

vào các đóng góp của một số đơn vị tiên phong trên khắp thế giới, tiêu biểu như Zaha Hadid

Architects, Foster + Partners, các khoa kiến trúc và kỹ thuật xây dựng của một số trường đại

học như MIT, Cornell, Bath, TU Delf … Một số công cụ máy tính liên quan đã ra đời như

GenerativeComponents (Bentley), Rhinoceros/Grasshopper (Robert McNeel & Associates),

Digital Project (Gehry Technologies). Những công cụ này, cùng với những cách tư duy và

phương pháp làm việc liên quan, đang góp phần rất lớn đến việc định hình bộ mặt của kiến

trúc đương đại.

Revit Architecture (Autodesk) là một phần mềm theo khuynh hướng BIM, và được biết đến

như là một phần mềm xương sống từ khâu thiết kế sơ phác cho đến thiết kế kỹ thuật của bộ

môn kiến trúc. Bên cạnh đó, Revit có một tiềm năng còn ít được chú ý, đó là khả năng ứng

dụng parametric design và các nguyên lý toán học trong việc sáng tác ý tưởng kiến trúc mới

lạ và thú vị. Đây là những tính năng đặc trưng của công cụ máy tính, mà không thể nào thực

hiện được nếu chỉ dùng bút thước và giấy.

Sau nhiều năm nghiên cứu và sử dụng, với mong muốn góp phần thúc đẩy khả năng sáng

tác thiết kế của Revit dựa trên nền tảng parametric design, GigabIdea tổ chức khoá học

“Parametric Design và Revit trong sáng tác kiến trúc”

2

Trọng tâm của khoá học bao gồm:

Hiểu về vai trò của máy tính nói chung, và parametric design nói riêng trong sáng tác

kiến trúc

Nắm vững các kiến thức toán liên quan, tạo nền tảng vững chắc cho việc học và ứng

dụng parametric design

Làm chủ một số kỹ thuật và cách tư duy trong parametric design. Nguyên lý và cách

tư duy của những kỹ thuật này không chỉ đúng trong phần mềm Revit mà còn có

được thể áp dụng được trong các phần mềm parametric design khác như

Rhino/Grasshopper.

Sử dụng Revit để làm công cụ sáng tác kiến trúc bằng parametric design

Tìm hiểu hai đồ án ứng dụng thực tế để cảm nhận rõ hơn về cách phối hợp

parametric design và các kiến thức chuyên môn khác trong thiết kế kiến trúc

Xem tóm tắt nội dung chương trình học ở trang tiếp theo

3

NỘI DUNG

Chương 01

Mở đầu khoá học, người học sẽ được giới thiệu về parametric design và tiềm

năng ứng dụng của nó trong việc thiết kế kiến trúc. Đồng thời, người học sẽ làm

quen với môi trường Conceptual Mass trong revit, và được giới thiếu về kỹ thuật

Index Mapping.

Giới thiệu về parametric deisgn

Phần này sẽ giới thiệu tới người đọc một cách tổng quan về khả năng úng dụng parametric

design trong việc sáng tác những hình thức kiến trúc mới. Các nội dung chính bao gồm

Khái niệm về Parametric Design

Sự khác nhau giữa Parametric Design và Non-Parametric Design

Mối liên hệ giữa Parametric Design với Revit và BIM

Sử dụng Parametric Design với mục đích sáng tạo trong thiết kế kiến trúc

Tư duy toán học: Kỹ năng cốt lỗi của Parametric Design

Môi trường Conceptual Mass trong Revit

Conceptual Mass xuất hiện từ phiên bản 2010, đem đến nhiều tính năng thiết kế parametric

mới và linh hoạt. Trong các phiên bản 2011, 2012 và 2013, Conceptual Mass liên tục được cải

thiện (và mở rộng sang cả bộ công cụ Adaptive Components mà chúng ta sẽ học trong các

chương sau) . Trong khoá học này, Conceptual Mass sẽ là một trong những môi trường làm

việc chính của chúng ta trong Revit. Chúng ta sẽ tìm hiểu các khái niệm và công cụ:

Reference Plane, Referece Line, Reference Point, tạo khối bằng phương pháp Extrude

Kỹ thuật Index Mapping

Index Mapping là một kỹ thuật thiết kế rất linh hoạt trong parametric design. Kỹ thuật này

rất thích hợp khi đối tượng thiết kế của chúng ta được tạo từ sự kết hợp của nhiều bộ phận

có hình thức tương tự và liên quan đến nhau. Dựa trên những công cụ và khái niệm trong

phần trên, người học sẽ tìm hiểu cách thực hiện Index Mapping trong môi trường

4

conceptual mass của Revit. Người học cũng sẽ được hướng dẫn sử dụng một công cụ addin

(do GigabIdea tự phát triển) giúp cho viêc thực hiện Index Mapping trong Revit dễ dàng hơn

rất nhiều. Index Mapping sẽ tiếp tục được sử dụng và mở rộng trong các chương sau.

Hình 1.1. Một ví dụ cơ bản của Index Mapping: tạo ra nhiều thành phần (cái hình trụ) khác

nhau nhưng có một mối quan hệ về mặt hình học

Hình 1.2. Sử dụng Index Mapping để thiết lập mối quan hệ góc giữa các khung hình vuông.

Nhưng ý tưởng đơn giản trong parametric design vẫn có thể cho ra nhiều kết quả thú vị

5

Hình 1.3. Sử dụng kỹ thuật Index Mapping để liên hệ góc xoắn của các thanh hình chữ nhật

dựa trên các quy luật toán học

6

Chương 02

Trước hết, chúng ta sẽ tìm hiểu mối liên hệ giữa reference point và reference

line trong Revit, Sau đó, chúng ta sẽ làm quen với cấu trúc phả hệ, một khái

niệm rất quan trọng trong parametric design. Phần cuối cùng sẽ trình bày các

phép toán căn bản dùng để thiết lập mối quan hệ giữa các parameter

Mối quan hệ giữa Reference Point và Reference Line

Đây là phần đầu tiên đi sâu vào các kiến thức đặc trưng của hình học parametric. Trong hình

học parametric, tất cả các yếu tố hình học đều được diễn đạt bởi nhưng con số. Khi những

con số này thay đổi thì các yếu tố hình học sẽ thay đổi theo. Điều này rất khác so với hình

học cổ điển. Ở phần này, chúng ta tập trung tìm hiểu mối liên hệ giữa điểm và đường thẳng,

ví dụ như

Cách diễn đạt ví trí của một điểm trên một đường thẳng

Pháp tuyến và tiếp tuyến tại các điểm dọc trên một đường thẳng

Hình 2.1. Bài tập thực hành này giúp người học làm quen với các mối quan hệ giữa Reference

Point và Reference Line, đồng thồi vận dụng chúng trong kỹ thuật Index Mapping

7

Cấu trúc phả hệ

Cấu trúc phả hệ là một khai niệm quan trọng bậc nhất trong Parametric Design, và cũng là

nền tảng quan trọng để tạo nên những thiết kế thú ví và độc đáo. Trong một phả hệ, các yếu

tố hình học được liên hệ hết sức chặt chẽ với nhau với những cấp bật rõ ràng. Khi một yếu tố

trong phả hệ thay đổi thì những yếu tố liên quan cũng sẽ bị ảnh hưởng dựa trên những quy

luật và nguyên tắc rõ ràng. Đây là một điểm khiến Revit rất khác các phần mềm đồ hoạ khác

như 3ds Max, Sketchup, AutoCAD.

Bài thực hành (hình) giúp chúng ta nắm rõ hơn về nguyên tắc phả hệ và mối quan hệ giữa

Reference Line và Reference Point.

Các phép toán điều khiển parameter căn bản trong Revit

Revit cho phép chúng ta thiết lập mới quan hệ toán học chặt chẽ giữa các parameter dựa

theo nguyên tác phả hệ. Các parameter này sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố hình học mà chúng

ta đang thiết kế. Đây chính là một trong những điểm mấu chốt của Parameter Design nói

chung và phần mềm Revit nói riêng. Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách thiết lập các

phép toán cơ bản trong Revit, cũng như cách Revit xử lý đơn vị của các đại lượng như chiều

dài, góc, …

Hình 2.2. Tạo hình từ các phép toá lượng giác.

8

Chương 03

Phần lớn chương này sẽ dành cho việc ôn tập và mở rộng các kiến thức về đồ thị

hàm số toán học. Đây là những kiến thức rất quan trọng để sử dụng parametric

design một cách hiệu quả. Bỏ qua những kiến thức này sẽ gây khỏ khăn lớn

trong việc sử dụng parametric design trong việc sáng tạo.

Các kiến thức căn bản về đồ thị hàm số

Nắm vững các kiến thức toán nói chung và kiến thức về hàm số toán học nói riêng là một

trong những yếu tố quan trọng để khai thác triệt để những tiềm năng của parametric design.

Người học sẽ được ôn tập và mở rộng các kiến thức về hàm số và đồ thị ở trường phổ

thông. Một số nội dung chính như sau

Đồ thị của các hàm số phổ thông

Cách kết hợp các hàm số căn bản thành các hàm số phức hợp

Ứng dụng các kiến thức vào trong kỹ thuật Index Mapping

Sử dụng các công cụ vẽ đồ thị để hỗ trợ cho công việc thiết kế và biến đổi các thiết

kế

Hình 3.1. Ứng dụng hàm số sin để tạo dáng cong theo nhịp điệu cho các thanh gỗ.

9

Model Line

Tìm hiểu sự khác nhau và giống nhau giữa Reference Line và Model Line trong Revit. Khi nào

nên dùng Model Line?

Hình 3.2. Một trong những ứng dụng của Model Line trong Revit là cho phép chúng ta sử

dụng Index Mapping để tại ra cái hình khối có tính liên tục.

10

Chương 04

Chương này sẽ giới thiệu về đường cong spline, một khái niệm quan trọng trong

parametric design nói riêng và trong đồ hoạ máy tính nói chung. Chúng ta cũng

sẽ tìm hiểu đồ án của một nhóm sinh viên để thấy parametric design có thể

được vận dụng trong thực tế như thế nào

Đường cong spline

Spline là một trong những đối tượng hình học đặc trưng trong hình học parametric. Khác với

những loại đường cong có hình dạng đặc biệt trong hình học cổ điển (như đường tròn,

ellipse và parabol) đường cong spline có hình dạng dạng rất tự do và linh hoạt. Spline cũng

chính là nền tảng quan trọng của các bề mặt cong tự do (free-form curved surfaces) mà

chúng ta sẽ học trong chương 06. Chúng ta nên biết spline và các mặt cong tự do chỉ trở

nên khả thi nhờ vào sự ra đời của máy tính vì những đối tượng hình học này không thể vẽ

bằng tay trên giấy một cách chính xác được.

Để sử dụng Spline một cách đúng đắn và hiệu quả trong parametric design, chúng ta sẽ tìm

hiểu các tính chất hình học quan trọng của nó mà khi sử dụng trong các phần mềm khác

chúng ta thường không biết tới.

Hình 4.1. Cầu thang thiết kế bằng spline và kỹ thuật Index Mapping

11

Kew Garden Welcome Building

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu đồ án Welcome Building thuộc Vườn Bách Thảo Kew

tại London, được thực hiện bằng Revit. Nhóm thực hiện gồm hai sinh viên ngành kiến trúc và

hai sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng từ trường Đại Học Bath (Anh). Tính khả thi và vấn đề

kết cấu là những yếu tố quan trọng được chú ý trong đồ án này. Đây sẽ là dịp để chúng ta

tìm hiểu một ứng dụng thực tế của những kiến thức vừa học trong những phần trước.

Hình 4.2. Phần vỏ bao che được hình thành từ các thanh gỗ được tạo dáng bằng spline bằng

Index Mapping. Các thanh gỗ này vừa đóng vai trò lam che nắng, vừa là cột nâng đỡ công

trình

12

Chương 05

Chúng ta sẽ tìm hiểu một số toán nâng cao trong Revit, mở rộng kỹ thuật Index

Mapping sang trường hợp 2D Index Mapping. Cuối cùng, chúng ta sẽ dùng công

cụ addin của GigabIdea để sự dụng các giá trị pixel của một hình bitmap đề

điều khiển các parameter trong Revit

Kỹ thuật 2D Index Mapping

Đây là phiên bản mở rộng của phương pháp Index Mapping mà chúng ta đã tìm hiểu trong

các chương trước. Phiên bản này khiến chúng ta hiểu thêm về tính linh hoạt và khái quát của

Index Mapping. Bài thực hành xếp gạch sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về 2D Index Mapping

cũng như các phép toán vừa học ở phần trên (hình 5.1 và 5.2)

Hình 5.1. Ứng dụng 2D Index Mapping để điều khiển góc xoay của các viên gạch

Các phép toán nâng cao trong Revit

Tiếp tục tìm hiểu một số phép toán năng cao trong Revit như phép toán IF, các phép toán

làm tròn số thập phân, cách nhận biết tính chẵn lẻ.

13

Hình 5.2. Vận dụng các phép toán để tạo ra các “hoa văn” cho mảng tường gạch

Sử dụng hình bitmap để điều khiển parameter

Bên cạnh việc sử dụng các phép toán để điều khiển các parameter, chúng ta có thể sử dụng

các giá trị cường độ màu sắc từ các pixel của một hình bitmap để điều khiển các parameter

(hình). Trong Revit, chúng ta sẽ sử dụng addin của Gigabidea để thực hiện điều này, dựa trên

nền tảng của 2D Index Mapping.

14

Chương 06

Chương này giới thiệu một khái niệm quan trọng của hình học parametric:

parametric surface. Chúng ta cũng sẽ được giới thiệu về bộ công cụ adapiteve

component của Revit, là nền tảng cho các chương sau.

Parametric surface (bề mặt parametric)

Parametric surface, một khái niệm quan trọng trong parametric design, dùng để biểu diễn

các bề mặt có hình dạng cong tự do. Những bề mặt dạng này không thể diễn đạt chính xác

nếu không có sự trợ giúp của máy tính. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu các khái niệm quan trọng

liên quan đến parametric surface như cách diễn đạt vị trí của một điểm trên parametric

surface, các vector pháp tuyến và tiếp tuyến của parametric surface tại điểm đó. Những kiến

thức trong phần này sẽ là nền tảng quan trọng cho những phần tiếp theo.

Hình 6.1. Một ví dụ về sử dụng mặt cong parametric surface kết hợp với index mappin để điều

khiển cao độ của các “giạt mưa” một cách liền mạch

Adaptive component

Adaptive component xuất hiện từ phiên bản Revit 2011 và được cải tiến đáng kể trong phiên

bản 2013. Đây là một công cụ quan trọng đối với Parametric Design trong Revit và sẽ được

sử dụng nhiều ở các chương sau.

15

Chương 07

Chương này gồm hai phần chính: Công cụ repeat trong Revit 2013, và một kỹ

thuật thiết kế có tên là Reactor

Công cụ Repeat

Repeat là một tính năng mới của phiên bản Revit 2013 nhằm mở rộng tiềm năng của

Adaptive component (xem chương trước). Công cụ này dùng để tạo ra các thành phần có

tính lập lại và được sắp xếp có tính quy luật dựa trên một bền mặt parametric surface. Điểm

thú vị là các thành phần lập lại này không nhất thiết phải giống nhau hoàn toàn mà có thể

có sự khác biệt về hình học dựa trên các quy tắc hình học parametric.

Kỹ thuật Reactor

Reator là một kỹ thuật tương đối phổ biến trong parametric deisgn. Tên của kỹ thuật này

được đặt bởi tác giả Robert Woodbury trong quyển sách Patterns of Parametric Design

(Thỉnh thoảng có người gọi tên là “attractor”). Trong kỹ thuật này, chúng ta dùng vị trí của

một (hoặc nhiều) yếu tố điều khiển nào đó (ví dụ như điểm, hoặc đường) để chi phối các

parameter của các thành phần nằm cạnh đó. Với xuất hiện của công cụ Repeat trong phiên

bản 2013, việc sử dụng kỹ thuật Reactor trở nên dễ dàng hơn trước.

Hình 1.1. Bài thực hành ngắn này sẽ giới thiệu đến người học về kỹ thuật Reactor – một trong

những úng dụng của công cụ Repeat

16

Chương 08

Trong chương này, chúng ta tiếp tục nghiên cưu sâu về Index Mapping, Reactor

và công cụ Repeat

Sử dụng Index Mapping để làm Reactor

Chúng ta có thể sử dụng Index Mapping để thực hiện kỹ thuật Reactor, thay vì sử dụng lệnh

Repeat như trong chương trước. Ưu điểm của cách làm này là chúng ta có thể kết hợp cùng

một lúc khả năng của Index Mapping và Reactor.

Giàn kết cấu không gian

Giàn kết cấu không gian là một ví ứng dụng điển hình của công cụ Repeat và adaptive

component. Mục đích của chúng ta ở đây không chỉ là để vẽ giàn không gian, mà còn luyện

tập các tư duy theo xu hướng parametric và tổ chức theo cấu trúc phả hệ (xem chương 2),

góp phần phát huy công dụng của adaptive component và Repeat một cách đúng đắn và

hiệu quả.

Hình 8.1. Giàn không gian dựa theo mặt cong bất kỳ

17

Chương 09

Đây là chương mở đầu cho phần sử dụng yếu tố ngẫu nhiên trong parametric

design. Làm chủ các kiến thức và kỹ năng về toán xác suất ngẫu nhiên mở rộng

đáng kể cho kho kiến thức về parametric design của chúng ta

Giới thiệu về yếu tố ngẫu nhiên

Sự ngẫu nhiên là một mảng thú vị trong toán học và có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong

parametric design. Mặc dù các yếu tố hình học ngẫu nhiên đã xuất hiện trong một số thiết

kế kiến trúc đương đại, nhưng tiềm năng của nó vẫn chỉ mới được khai thác ở mức độ rất

thấp. Một phần là vì cách nhìn nhận về sự ngẫu nhiên trong phần lớn các thiết kế kiến trúc

“ngẫu nhiên” chỉ dựa trên những cảm nhận trực quan đời thường, chứ chưa dựa trên các

hiểu biết chặt chẽ về toán ngẫu nhiên và xác suất.

Thực chất, không như chúng ta thường hay lầm tưởng, sự ngẫu nhiên không phải là hỗn

độn, lộn xộn và vô trật tự. Chính suy nghĩ này đã hạn chế việc khai thác sự ngẫu nhiên trong

thiết kế kiến trúc. Sự ngẫu nhiên có thể được mô tả một cách logic bằng những công cụ

toán học. Và sự ngẫu nhiên cũng có vô vàn trạng thái, hình thức khái nhau.

Thông qua công cụ addin do GigabIdea tự phát triển, chúng ta học cách đưa các con số

ngẫu nhiên vào trong Revit.

Hình 9.1. Một ví dụ cơ bản về ngẫu nhiên trong parametric design (Góc xoay của các lỗ

vuông)

18

Index mapping và yếu tố ngẫu nhiên

Như đã nói ở những chương trước, index mapping là một kỹ thuật thiết kế rất linh hoạt

trong parametric design. Phần này sẽ cho chúng ta thấy khả năng kết hợp linh hoạt giữa

index mapping và sự ngẫu nhiên.

Hình 9.2. Ngẫu nhiên không phải luôn đồng nghịa với sự hỗn độn và mất trật tự. Mức độ ngẫu

nhiên có thễ được kiểm soát nhờ vào các kiến thức toán được học. Trong hình này, Tính trật tự

ngăn nắp được chuyển từ từ sang tính ngẫu nhiên hỗn độn

19

Malta Cutural House

Tìm hiểu đồ án Nhà Văn Hoá ở Malta (Địa Trung Hải), thực hiện bằng Revit bởi một sinh viên

tại Anh

Hình 9.2. Malta Cultural House. Độ dày của các viên gạch trên vỏ bao nhe được điều khiển dựa

trên đường cong sin kết hợp với những khoảng offset ngẫu nhiên

20

Chương 10

Trong chương này, chúng ta tiếp tục mở rộng các kiến thức và kỹ thuật về toán

ngẫu nhiên trong Revit. Đây là những kỹ thuật chung mang tính khái quát cao,

do đó có thể làm nền tảng cho nhiều thiết kế trong thực tế, chứ không chỉ giới

hạn trong những ví dụ mà chúng ta sẽ thực hành buổi học.

Xác định vị trí và hướng ngẫu nhiên

Chúng ta sẽ tìm hiểu cách chọn ra các vị trí và hướng ngẫu nhiên trong không hai chiều và

ba chiều.

Hình 10.1. Sử dụng hướng ngẫu nhiên với mật độ phân bố đồng đều trong không gian ba

chiều, và vị trí ngẫu nhiên, để định hình các vòng tròn.

21

Kết hợp sự ngẫu nhiên với một số công cụ và kỹ thuật đã học

Các công cụ, phương tiện và kỹ thuật parametric design mà chúng ta đã học không nhất

thiết chỉ được sự dụng độc lập với nhau, ví dụ trong chương 8 chúng ta đã biết cách kết hợp

index mapping và Reactor thành một bộ phương pháp chung, và trong chương 9 chúng ta

đã kết hợp toán ngẫu nhiên với index mapping. Trong phần này, chúng ta tiếp tục kết hợp

đồng thời Repeat, Index Mapping và ngẫu nhiên.

Hình 10.2. Số lượng hộc hình vuông trên mỗi cột được chọn một cách ngẫu

22

THAM GIA

Để theo học khóa này, người học cần phải đáp ứng các yêu cầu sau

Đã biết sử dụng Revit Architecture (từ phiên bản 2011 trở đi)

Biết thiết kế hồ sơ kỹ thuật với Revit

Nắm các khái niệm về quy trình làm việc theo BIM

Biết cách thiết kế các Family của bộ môn kiến trúc

Thời lượng và thời gian của khoá học

10 buổi

3 giờ / buổi

Học vào chiều thứ bảy và chủ nhật từ 13:30 đến 17:00

Học phí

Người đã tốt nghiệp bậc đại học : 3.000.000 đồng/khóa (100.000 đồng/giờ)

Học viên trung cấp: 2.400.000 đồng/khóa (80.000 đồng/giờ)

Sinh viên bậc đại học: 1.500.000 đồng/khóa (50.000/giờ)

Địa điểm đăng ký và học

15 Đường 45 Phường 6 Quận 4, (+84) 3940 8148 hoặc 093 400 3960