Vật liệu và công nghệ xây dựng hiện đại - Khía cạnh kiến trúc và môi trường
Để có một công trình có chất lượng, đảm bảo tiện nghi tốt cho người sử dụng, bên cạnh thiết kế không gian, giải pháp kết cấu, giải pháp kỹ thuật tòa nhà là việc lựa chọn VLXD và công nghệ xây dựng phù hợp.
VLXD với chất lượng tốt là rất cần thiết để xây dựng các công trình có độ bền, khả năng sử dụng, tính thẩm mỹ.... bên cạnh việc thiết kế và xây dựng công trình. Thông thường, việc lựa chọn vật liệu cho công trình sẽ do kiến trúc sư đảm nhiệm, tuy nhiên có rất nhiều loại vật liệu xây dựng trên thị trường với rất nhiều các thông số kỹ thuật phức tạp đối với các kiến trúc sư, do đó rất khó có thể chọn được phương án tốt nhất đáp ứng các yêu cầu khác nhau của tòa nhà.
Độ bền, cường độ, sự sẵn có của vật liệu tại địa phương, chi phí, xử lý và lưu trữ là một số yếu tố cần thiết cần được xem xét để lựa chọn VLXD phù hợp cho dự án nhất định.
Việc lựa chọn đúng VLXD cho công trình là một nhiệm vụ đặc biệt quan trọng không chỉ trong quá trình xây dựng mà còn trong quá trình vận hành sau này. Bên cạnh đó, khả năng sử dụng các công nghệ xây dựng khác nhau để tạo công trình có chất lượng với môi trường sống thoải mái và an toàn phù hợp với các yêu cầu về môi trường ngày càng tăng cũng phụ thuộc vào sự lựa chọn sáng suốt của vật liệu, mục đích chức năng, điều kiện vận hành và các chỉ số công nghệ.
1. Các tiêu chí chính lựa chọn VLXD để tạo ra một ngôi nhà tiện nghi
Sự thoải mái, tiện nghi của một ngôi nhà được tạo ra bởi cả phương diện quy hoạch và kiến trúc, cũng như việc sử dụng VLXD phù hợp. Bản chất của môi trường sống là sự thống nhất đặc biệt giữa chủ thể và không gian, một đối tượng chỉnh thể của nghiên cứu và thiết kế tích hợp. Nhận thức về môi trường như một hiện tượng đặc biệt là điều kiện không thể thiếu để phát triển hiệu quả bất kỳ bộ phận cấu thành nào của nó. Đồng thời, cần tính đến các tiêu chí và thông số kỹ thuật của vật liệu, sự đồng bộ giữa các tính chất cơ học và các đặc tính riêng, chất lượng thẩm mỹ, độ bền và khả năng sản xuất, cũng như một số yếu tố khác.
Điều kiện địa kỹ thuật và điều kiện tự nhiên - khí hậu của khu vực đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng công trình. Ví dụ khu vực Hà Nội có mùa đông lạnh, mùa hè nắng nóng, độ ẩm cao, trong khi khu vực TP.HCM có mùa mưa và mùa khô riêng biệt, do đó cần có một cách tiếp cận hợp lý trong việc lựa chọn VLXD có tính đến các yếu tố ảnh hưởng như điều kiện địa chất và khí hậu tự nhiên đối với việc kiến tạo công trình, bao gồm cấu trúc không gian phù hợp với chức năng, kết cấu, kỹ thuật tòa nhà và VLXD. Đối với các công trình có chức năng khác nhau cũng cần có tiêu chí lựa chọn vật liệu khác nhau, kết hợp với những ý tưởng về nghệ thuật, về không gian của tác giả để xác định các yêu cầu đối với VLXD và hoàn thiện công trình.
Để tạo ra môi trường vi khí hậu sinh thái thoải mái cho công trình, các vật liệu tự nhiên có nguồn gốc tự nhiên và hỗn hợp tự nhiên - nhân tạo được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là vật liệu gỗ và đá do quá trình xử lý tương đối đơn giản trong khi vẫn giữ được các đặc tính cơ lý và công nghệ của chúng. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến việc khai thác các vật liệu này nhằm đảm bảo sự bền vững về môi trường.
Độ bền, cường độ, sự sẵn có của vật liệu tại địa phương, chi phí, xử lý và lưu trữ là một số yếu tố cần thiết cần được xem xét để lựa chọn VLXD phù hợp cho dự án nhất định.
Việc lựa chọn đúng VLXD cho công trình là một nhiệm vụ đặc biệt quan trọng không chỉ trong quá trình xây dựng mà còn trong quá trình vận hành sau này. Bên cạnh đó, khả năng sử dụng các công nghệ xây dựng khác nhau để tạo công trình có chất lượng với môi trường sống thoải mái và an toàn phù hợp với các yêu cầu về môi trường ngày càng tăng cũng phụ thuộc vào sự lựa chọn sáng suốt của vật liệu, mục đích chức năng, điều kiện vận hành và các chỉ số công nghệ.
1. Các tiêu chí chính lựa chọn VLXD để tạo ra một ngôi nhà tiện nghi
Sự thoải mái, tiện nghi của một ngôi nhà được tạo ra bởi cả phương diện quy hoạch và kiến trúc, cũng như việc sử dụng VLXD phù hợp. Bản chất của môi trường sống là sự thống nhất đặc biệt giữa chủ thể và không gian, một đối tượng chỉnh thể của nghiên cứu và thiết kế tích hợp. Nhận thức về môi trường như một hiện tượng đặc biệt là điều kiện không thể thiếu để phát triển hiệu quả bất kỳ bộ phận cấu thành nào của nó. Đồng thời, cần tính đến các tiêu chí và thông số kỹ thuật của vật liệu, sự đồng bộ giữa các tính chất cơ học và các đặc tính riêng, chất lượng thẩm mỹ, độ bền và khả năng sản xuất, cũng như một số yếu tố khác.
Điều kiện địa kỹ thuật và điều kiện tự nhiên - khí hậu của khu vực đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng công trình. Ví dụ khu vực Hà Nội có mùa đông lạnh, mùa hè nắng nóng, độ ẩm cao, trong khi khu vực TP.HCM có mùa mưa và mùa khô riêng biệt, do đó cần có một cách tiếp cận hợp lý trong việc lựa chọn VLXD có tính đến các yếu tố ảnh hưởng như điều kiện địa chất và khí hậu tự nhiên đối với việc kiến tạo công trình, bao gồm cấu trúc không gian phù hợp với chức năng, kết cấu, kỹ thuật tòa nhà và VLXD. Đối với các công trình có chức năng khác nhau cũng cần có tiêu chí lựa chọn vật liệu khác nhau, kết hợp với những ý tưởng về nghệ thuật, về không gian của tác giả để xác định các yêu cầu đối với VLXD và hoàn thiện công trình.
Để tạo ra môi trường vi khí hậu sinh thái thoải mái cho công trình, các vật liệu tự nhiên có nguồn gốc tự nhiên và hỗn hợp tự nhiên - nhân tạo được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là vật liệu gỗ và đá do quá trình xử lý tương đối đơn giản trong khi vẫn giữ được các đặc tính cơ lý và công nghệ của chúng. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến việc khai thác các vật liệu này nhằm đảm bảo sự bền vững về môi trường.
Để tạo ra môi trường vi khí hậu sinh thái thoải mái cho công trình, các vật liệu tự nhiên có nguồn gốc tự nhiên và hỗn hợp tự nhiên - nhân tạo được sử dụng rộng rãi.
Sử dụng tài nguyên thứ cấp là một trong những khía cạnh của hoạt động kinh tế và môi trường, bao gồm tái sử dụng bất kỳ chất thải sản xuất nào, cho phép không chỉ tăng hiệu quả kinh tế mà còn giảm mức độ ô nhiễm môi trường và tác động của nó đối với các quá trình xã hội.
Tính chất quan trọng nhất của VLXD là khả năng khác nhau của chúng trong việc giảm bức xạ bên ngoài và hấp thụ các chất ô nhiễm từ môi trường, có nghĩa là VLXD công trình bảo vệ con người khỏi những tác động có hại.
Như vậy, việc lựa chọn VLXD để tạo ra một ngôi nhà tiện nghi cần có một số chỉ tiêu cụ thể liên quan đến 4 nhóm chỉ số là 1) chỉ số kỹ thuật; 2) chỉ tố kinh tế; 3) chỉ số môi trường và 4) chỉ tiêu văn hóa, xã hội. Dưới đây là một số yếu tố cơ bản trong 4 nhóm chỉ số mà người ta nên xem xét khi quyết định vật liệu xây dựng:
1.1. Chi phí
Trong hầu hết các trường hợp, yếu tố chi phí VLXD sẽ dẫn đến quyết định cuối cùng liên quan đến việc lựa chọn vật liệu. Chi phí VLXD chiếm một phần lớn trong tổng chi phí, đó là lý do tại sao nó đóng một vai trò quan trọng.
Đây không phải là tiêu chí then chốt trong việc quyết định chất lượng công trình nhưng là tiêu chí quan trọng nhất cần được xem xét. Đối với các công trình cao cấp, có suất đầu tư lớn thì yếu tố này không quá quá quan trọng. Tuy nhiên đối với các công trình có chi phí thấp, yếu tố này mang tính quyết định. Sử dụng VLXD chi phí thấp để xây dựng nhà ở chi phí thấp làm tăng khả năng tiếp cận các tòa nhà của những người có thu nhập thấp.
Khi tìm kiếm các VLXD khác nhau dù ở mức chi phí cao hay thấp cũng cần tính đến tuổi thọ hoặc tiện ích của sản phẩm. Nếu mua vật liệu kém chất lượng, chắc chắn sẽ phải thay thế sớm trong quá trình sử dụng và điều này dẫn đến tốn kém. Ưu tiên vật liệu xây dựng sẽ phục vụ tốt trong một thời gian dài sẽ tiết kiệm chi phí.
1.2. Khí hậu
Một khía cạnh quan trọng khác của việc lựa chọn vật liệu là khí hậu. Các yếu tố quyết định như mức độ nóng hoặc lạnh trung bình trong năm, lượng mưa, nhiệt và bức xạ mặt trời, hệ thống thông gió cần thiết là một số điểm cần xem xét. Khí hậu và tính chất của VLXD có liên quan đến nhau. Vì vậy, các vật liệu được lựa chọn phải phù hợp với khí hậu của khu vực nơi công trình sẽ được xây dựng.
1.3. Độ bền
Một số vật liệu phục vụ lâu hơn và chống lại sự ăn mòn, độ ẩm và các điều kiện môi trường khác. Độ bền của vật liệu rất quan trọng để xây dựng một cấu trúc có tuổi thọ cao mà không tốn chi phí bảo trì đáng kể. Vì vậy, một số vật liệu nhất định có thể đắt hơn những vật liệu khác, nhưng chi phí bảo trì thấp trong tương lai sẽ bù đắp cho chi phí cao đó.
Việc tham khảo ý kiến chuyên gia là cần thiết khi lựa chọn VLXD đáp ứng các điều kiện khí hậu, họ sẽ giúp đỡ các kiến trúc sư, các nhà đầu tư, nhà quản lý dự án xác định các vật liệu phù hợp nhất. Vật liệu được chọn phải có độ bền và cường độ cần thiết cho từng khu vực và điều kiện sử dụng cụ thể. Do đó, mong muốn có được những vật liệu yêu cầu bảo trì và thay thế hạn chế nhất có thể để chúng có thể tồn tại trong suốt thời gian sử dụng thực tế của tòa nhà và mang lại lợi nhuận cho người sử dụng.
1.4. Sự sẵn có
Sự sẵn có của vật liệu địa phương ảnh hưởng đến cả chi phí và tiến độ xây dựng. Nếu vật liệu ở xa địa điểm xây dựng, chi phí vận chuyển sẽ cao và cũng có thể làm chậm trễ công việc nếu không được đặt hàng trước. Tuy nhiên, nếu vật liệu sẵn có tại địa phương, chi phí vận chuyển sẽ thấp và quá trình xây dựng sẽ tiếp tục suôn sẻ.
1.5. Tính bền vững
Với sự phát triển của ngành xây dựng, nhu cầu về VLXD ngày càng tăng và cũng là nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng lượng khí thải carbon. Do đó, việc sử dụng các VLXD bền vững và thân thiện với môi trường như đất, tre, tro bay, metakaolin, khói silic, tro trấu... sẽ có lợi hơn so với việc sử dụng xi măng hoặc bê tông. Các vật liệu tốt nhất là những vật liệu có thể được tái sử dụng vì chúng làm giảm nhu cầu về vật liệu mới được sản xuất trong tương lai. Cách những vật liệu này được lắp đặt và cố định cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tái sử dụng chúng. Vật liệu tìm thấy tại địa phương cũng làm giảm việc vận chuyển và do đó làm giảm lượng khí thải.
1.6. Bảo trì
Các vật liệu phù hợp nhất là những vật liệu dễ dàng hoặc dễ bảo trì và quản lý. Việc bảo trì sẽ giúp giữ cho tòa nhà trông đẹp và mới trong một thời gian dài. VLXD chất lượng tốt thường yêu cầu bảo trì ít hơn so với vật liệu tiêu chuẩn và giá rẻ. Bảo trì là một cơ sở lựa chọn quan trọng đối với VLXD vì vật liệu tốt là những vật liệu dễ bảo trì và không tốn kém, chúng thêm giá trị cho tòa nhà.
1.7. Tính thẩm mỹ
Bản thân các kiến trúc sư cũng như những người sử dụng đều có sở thích và nhu cầu khác nhau. Do đó, nếu một người cho rằng điều gì đó quyến rũ và hấp dẫn thì người kia có thể không hứng thú. Chỉ có bạn mới biết loại chất lượng của ngôi nhà/ xây dựng/ tòa nhà mà bạn muốn sống. Ví dụ, loại vật liệu lát sàn bạn chọn có thể thay đổi diện mạo của ngôi nhà hoặc căn hộ. Bạn chọn vật liệu lát sàn không chỉ phù hợp với sở thích mà còn phù hợp với túi tiền của mình, chẳng hạn như gạch thủy tinh, gạch men, đá granit, đá cẩm thạch, đá Kota, gỗ... Khi chọn những yếu tố này, bạn cần xem xét vẻ ngoài mà bạn muốn. Loại mái nhà bạn thích sẽ thay đổi biểu hiện của ngôi nhà. Bạn có thể thích một loại vật liệu lợp cụ thể, hoặc có thể bạn thích những tòa nhà xây bằng đá. Các lựa chọn bạn thực hiện, cũng như ngân sách, điều kiện khí hậu.
1.8. Hiệu suất
Chọn vật liệu có tiềm năng cấu trúc để duy trì và chịu tải trọng tòa nhà. Những vật liệu được chọn này cũng phải giúp người sử dụng có thể sống thoải mái mà không có bất kỳ tác động bất lợi nào như tác động do phát thải hóa chất độc hại của một số vật liệu. Việc lựa chọn vật liệu là một sự sắp xếp lớn trong xây dựng và nó nên được thực hiện một cách thận trọng vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến người sử dụng. Một mối quan tâm quan trọng chi phối việc lựa chọn vật liệu là bản chất hoặc chức năng của dự án. Bản chất của dự án có nghĩa là nó sẽ được sử dụng như thế nào - khu dân cư, thương mại, không gian tụ tập... Vật liệu được sử dụng xác định không gian được xây dựng.
Việc tổng hợp các tiêu chí lựa chọn có thể được làm thủ công, tuy nhiên để tối ưu được rất nhiều các thông số thì cần đến sự hỗ trợ của các phần mềm để thiết lập mô hình phân tích và đưa ra kết quả lựa chọn tối ưu nhất.
Ví dụ về lập mô hình lựa chọn vật liệu bằng phần mềm Super Decision.
2. Công nghệ mới được sử dụng trong xây dựng và vận hành công trình hiện đại
Trong quá trình xây dựng và vận hành sau đó của một ngôi nhà hiện đại, cần phải tính đến thực tế là quá trình tạo dựng không gian kiến trúc mà trong đó con người sinh sống và hoạt động một cách an toàn và tiện nghi nhất.
Việc sử dụng các công nghệ và vật liệu tiên tiến trong kiến trúc và xây dựng là một định hướng chiến lược của chính sách nhà nước. Đồng thời, cần nâng cao chất lượng thiết kế và xây dựng, các chỉ số cơ bản là sự phù hợp về chức năng, hiệu suất, tính bền vững, thân thiện với môi trường, độ tin cậy và an toàn của công trình xây dựng.
Quá trình chuyển đổi sang “xây dựng xanh”, nghĩa là tác động đến môi trường ở mức tối thiểu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, mức tiêu thụ tài nguyên năng lượng thấp nhất của một ngôi nhà riêng lẻ, là lĩnh vực đổi mới chính được công nhận rộng rãi trong xây dựng nhà ở thấp tầng. Điều quan trọng không kém là nguyên liệu thô thứ cấp có giá trị nhất định trong sản xuất sản phẩm mới. Điều này chủ yếu là cần thiết để ổn định mức độ tác động thân thiện với môi trường đối với môi trường tự nhiên và nhân tạo, giảm thiểu lượng phát thải CO2.
Tình hình môi trường khó khăn ngày nay đòi hỏi các VLXD tòa nhà phải được tái sử dụng và năng lượng độc đáo, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, được tích hợp vào kiến trúc của tòa nhà và hệ thống vi khí hậu.
Việc sử dụng các công nghệ tiên tiến trong xây dựng và vận hành công trình hiện đại giúp công trình được xây dựng nhanh chóng hơn, dễ dàng chuyển đổi hơn trong một nền kinh tế tuần hoàn. Sử dụng tối đa các kết cấu đúc sẵn với khối lượng tối thiểu, giảm số lượng tường, chi phí xây dựng và vận hành toàn bộ ngôi nhà, và quan trọng nhất là có tác động lớn đến việc giảm thời gian trong quá trình thi công.
Tình hình môi trường khó khăn ngày nay đòi hỏi các VLXD tòa nhà phải được tái sử dụng và năng lượng độc đáo, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, được tích hợp vào kiến trúc của tòa nhà và hệ thống vi khí hậu.
Việc sử dụng vật liệu composite có cấu trúc bao gồm chất gia cố và ma trận cũng đang được yêu cầu. Những vật liệu này có trọng lượng tối thiểu so với vật liệu truyền thống và hiệu suất cao, và việc sử dụng chúng trong nhà ở thấp tầng giúp tạo ra các yếu tố trang trí và nghệ thuật ngoạn mục - vòm, mái vòm...
Đồng thời, dưới ảnh hưởng của tiến bộ khoa học và công nghệ, có những thay đổi đáng kể trong công nghệ xây dựng nhà ở hiện đại. Có những công nghệ mới, những khám phá hiện đại, tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho quá trình xây dựng nhà ở và cải thiện sự thoải mái khi sống trong đó.
Cuối cùng, cần xem xét tác động của một số công nghệ xây dựng mới như BIM, in 3D hay AI, những loại công nghệ sẽ tác động mạnh mẽ đến ngành Xây dựng trong tương lai gần.
Tài liệu tham khảo
1) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214509517301845
2) https://www.re-thinkingthefuture.com/rtf-fresh-perspectives/a1824-8-things-to-consider-while-choosing-the-materials-for-your-project/
3) https://www.devicemagic.com/blog/6-types-of-construction-technology-you-will-use- in-the-future/
4) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/698/3/033044/pdf
VLXD.org (TH/ TC Xây dựng)
