Vẻ đẹp của đa diện đều platon và ứng dụng trong kiến trúc

Đa diện đều Platon là những khối cổ điển của kiến trúc Hy Lạp. Chúng là sự xắp xếp đối xứng hoàn hảo một tập hợp điểm trong không gian. Đối với kiến trúc thế giới từ cổ điển đến hiện đại, chúng đã có chỗ đứng và nhận được nhiều sự quan tâm. Nhưng ở Việt Nam, các hình khối này còn tương đối mới lạ, ít được sử dụng. Việc ứng dụng đa diện đều Platon trong các công trình kiến trúc Việt Nam đáp ứng yêu cầu không ngừng sáng tạo, đổi mới, hiện đại của ngành Kiến Trúc Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết. Các kiến trúc sư vận dụng các hình hối này, với cách xử lý riêng sẽ đem lại vẻ đẹp thẩm mỹ, ấn tượng và tạo nên tính biểu tượng độc đáo cho công trình kiến trúc.

Đa diện Platon là các đa diện lồi đều, gồm 5 khối gồm Tứ diện đều, Lục diện đều, Bát diện đều, thập nhị diện đều và nhị thập diện đều.

Cách đây 2.500 năm, các khối đa diện đều lần đầu được nhà bác học – triết học cổ đại Hy Lạp Platon (427-347 TCN) lần đầu đề cập tới. Vì vậy, người ta gọi tên các đa diện này theo tên của ông. Platon chỉ ra rằng: chỉ tồn tại năm đa diện đều. Hơn thế nữa một điều khá thú vị là theo Platon năm đa diện đều này còn là đại diện cho các yếu tố cơ bản trong vũ trụ: lửa, nước, không khí, vũ trụ. Trong lý thuyết của mình, Platon đã cố gắng mô tả toàn bộ vũ trụ thông qua năm hình dạng này.

Tiếp nối, nhà toán học nổi tiếng Euclid (330-275 TCN) đã đưa ra mô tả toán học về các đa diện Platon; nhà thiên văn học người Đức, Julian Kepler phát triển vũ trụ học của riêng mình từ năm hình dạng này. Rồi nhà vật lý hạt nhân nổi tiếng Robert J Moon cũng đã dành phần lớn cuộc đời của mình để chứng minh rằng cấu trúc của một nguyên tử được điều chỉnh bởi “Geometry of Platonic Solids”- hình học của các khối Platon.

Một số tính chất thú vị của đa diện Platon

Trong không gian ba chiều, có đúng 5 đa diện lồi đều. Chúng là các đa diện duy nhất có tất cả các mặt, các cạnh và các góc ở đỉnh bằng nhau. Các đa diện này có số mặt là chẵn, tương ứng là 4, 6, 8, 12 và 20 thể hiện ở bảng dưới đây:

Các khối đa diện lồi đều có tính chất sau:

-Mỗi mặt của nó là một đa giác đều p cạnh. Mỗi đỉnh của nó là đỉnh chung của đúng q mặt. Khối đa diện đều như vậy, người ta gọi là khối đa diện đều loại {p;q}.        

- Các đa diện Platon đều có tâm đối xứng, nhiều trục và nhiều mặt phẳng đối xứng.

- Tất cả các mặt của đa diện Platon là các đa giác đều và bằng nhau: tam giác đều, tứ giác đều, ngũ giác đều.

- Có thể ngoại tiếp mỗi đa diện đều bằng một mặt cầu, cũng như có thể nội tiếp trong mỗi đa diện đều bằng một mặt cầu.

- Các đa diện Platon có tính đối ngẫu. Trong đó: Tứ diện đều đối ngầu với chính nó (tứ diện đều); hình lập phương thì đối ngẫu với bát diện đều; đa diện 12 mặt đều đối ngẫu với đa diện 20 mặt đều. Ta lấy tâm của các mặt bên của một đa diện Platon nào đó nối lại, sẽ tạo ra một đa diện đều đối ngẫu với nó.

- Tính ổn định của các mặt đa diện Platon: Các đa diện Platon dùng để tạo nên các kết cấu trong xây dựng, kiến trúc không phải là những hình hình học thuần túy mà lànhững vật thể làm bằng những vật liệu nhất định. Vì vậy, cần xem xét kết cấu đa diện nào không bị biến dạng khi có lực tác động vào. Có 2 loại kết cấu đa diện :

Hệ thanh (D): gồm các thanh cứng được liên kết với nhau bằng các khớp cầu (nút), lực sẽ được truyền dọc theo các thanh. Thực nghiệm cho thấy các đa diện mà các mặt bên là các tam giác (D) không bị biến dạng khi có lực tác dụng vào. Đó là 3 mặt: tứ diện đều, bát diện đều, hình 20 mặt đều.

Hệ vỏ (Y): gồm các tấm phẳng liên kết với nhau ở các cạnh bên, lực sẽ được truyền theo các tấm. Hệ vỏ gồm các đa diện có các đỉnh có 3 cạnh đồng quy. Khi chịu lực tác dụng, các khối này có tính ổn định cao, không bị chuyển dịch. Các đa diện thuộc hệ vỏ là: tứ diện đều, lập phương, hình 12 mặt đều. Mặt tứ diện đều vừa thuộc hệ thanh vừa thuộc hệ vỏ, đó là khối Platon chính yếu.

Các mặt Platon nếu thuộc hệ thanh (D) thuần túy thì tính ổn định không cao. Nhưng ta xen vào một số mặt bên là các bản cứng thì các mặt này lại trở nên ổn đỉnh cao, khi chịu lực không bị biến dạng, chuyển vị. Khi ấy ta có hệ hỗn hợp.

Một số công trình kiến trúc ứng dụng thành công mặt đa diện Platon

Tác phẩm “ chị em chất rắn” tại trường tiểu học West Byford, Australia

Sử dụng các khối đa diện Platon làm các công trình kiến trúc biểu tượng có tính biểu cảm, thẩm mỹ cao, đồng thời kích thích tư duy với con người.Tại trường tiểu học West Byford (Australia), năm khối Platon được bố trí trong một khu vườn để học sinh có thể sử dụng chúng làm chỗ ngồi khi gặp nhau. Các tác phẩm điêu khắc đượcchế tạo từ bê tông màu được học sinh rất yêu thích.

Ngôi làng “ Cube” ở Rotterdam (Hà Lan), 1972

Chúng ta thường thấy những ngôi nhà, tòa nhà cao tầng hình lập phương đặt ngay ngắn trên mặt đất. Nhưng tại Rotterdam (Hà Lan), người ta xây dựng những ngôi nhà hình lập phương xoay đi và đặt nghiêng để tạo sự mới lạ, độc đáo. “ Cube house” là một tập hợp các ngôi nhà sáng tạo, được thiết kế với mục đích tối ưu hóa không gian bên trong. Kiến trúc sư nổi tiếng người Hà Lan Piet Blom đã thiết kế các ngôi nhà bằng cách nghiêng khối lập phương thông thường 45° và đặt nó trên một cột tháp hình lục giác. Mỗi ngôi nhà đại diện cho một cái câyvà tất cả các ngôi nhà kết nối lại là một khu rừng màu vàng rực rỡ giữa một trung tâm thành phố sầm uất. Nội thất của các ngôi nhà này được thiết kế đặc biệt, chứng minh con người có thể sống trong một căn nhà “hình khối” với những bức tường nghiêng dốc.Ngôi làng được coi là một kỳ quan, đại diện cho phong trào đổi mới về kiến trúc của thành phố Rotterdam.

Cầu thép Tetrahedron tại Ấn Độ, 2011

Cầu thép mới Tetrahedron tại Viện quản lý Ấn Độ được tạo thành do các tứ diện đều ghép lồng vào nhau. Kiến trúc sư đã phát minh ra một cấu trúc cầu độc đáo gồm hệ thống các tứ diện liên kết với nhau dọc theo một đường thẳng. Tại các khớp quan trọng của tứ diện, mạng lưới hình tam giác được đặt để làm cứng.Công trình là một phát minh thực nghiệm của một nhóm tác giả và trở thành công trình nổi tiếng ở Ấn Độ. Tetrahedron bây giờ không chỉ là cầu nối giữa hai mảnh đất, nó làm một cầu nối trong trí tưởng tượng giữa một nơi vô định hình và một ký ức giàu cảm xúc mạnh mẽ được mang theo bởi tất cả những ai đến thăm khuôn viên trường Joka ở Kolkata, Ấn Độ

Tòa nhà Cube Berlin ở Đức, 2020

Tòa nhà Cube Berlin ở Đức gồm 10 tầng nổi bật, mỗi tầng có đặc điểm là mặt tiền bằng kính gấp vào trong, phản chiếu khung cảnh xung quanh như một kính vạn hoa. Nội thất của Cube được trang bị công nghệ mới nhất, bao gồm một ứng dụng di động điều khiển để mở hàng rào bãi đậu xe ngầm và sau đó để mở tiền sảnh. Công nghệ tương tự cũng có thể được sử dụng để tìm người trong nhà và thang máy tự động dừng ở tầng mà người dùng có văn phòng của mình. Có tổng cộng 3800 cảm biến được lắp đặt để điều khiển thông minh. Ngoài ra, năng lượng tạo ra bởi bức xạ mặt trời được sử dụng để làm mát không khí trong lành được cung cấp. Các ô cửa sổ được tráng phủ làm giảm sự nóng bức bên trong. Các kiến ​​trúc sư  nhấn mạnh rằng Cube Berlin được thiết kế để tiết kiệm tài nguyên và năng lượng.

Giàn không gian ở một số công trình tại Việt Nam

Đa diện Platon được ứng dụng trong giàn không gian cho các công trình quy mô lớn. Giàn không gian(Space Frame Structure) là hệ kết cấu giàn mà các phần tử kết cấu của nó chịu lực theo nhiều chiều trong không gian. Tứ diện đều, bát diện đều, hoặc một nửa bát diện đều được sử dụng làm mạng lưới giàn không gian, chi tiết kết cấu vì các hình dạnh này có kết cấu vững chắc, kiến trúc đẹp, độc đáo. Cạnh của đa diện trở thành các thanh chịu lực, đỉnh của đa diện là các nút cầu, nút trụ.Kết cấu giàn không gian được sử dụng nhiều trong việc xây dựng các công trình công cộng, với mái có kích thước lớn đến rất lớn do tận dụng tối đa khả năng làm việc của các phần tử thanh (chịu lực dọc) dẫn đến tiết kiệm vật liệu và an toàn trong sử dụng.

Khối chóp biểu tượng tại sân trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội, 2006

Tại sân trường đại học Xây Dựng có một công trình kiến trúc biểu tượng, lấy cảm hứng từ nửa trên của một bát diện đều, kết hợp với đèn màu và vòi phun nước. Công trình hoàn thành năm 2006, đến nay vẫn được nhiều thế hệ giảng viên, sinh viên và khách đến thăm trường yêu thích, chụp hình lưu niệm. Khối chính được lắp ghép bởi các thanh thép sơn tĩnh điện cùng kích thước, liên kết với nhau bởi các khớp cầu. Công trình mang tính chất phong thủy cũng như đem đến một tiểu cảnh sân vườn đẹp,nghệ thuật và sáng tạo.

Một số phương hướng ứng dụng đa diện Platon trong kiến trúc

1. Tạo hình khối, vỏ bọc công trình Kiến trúc
2. Tạo các mặt mái cho công trình, giàn mái không gian cho các công trình lớn
3. Tạo công trình kiến trúc mang tính biểu tượng, thẩm mỹ
4. Trang trí sân vườn, tiểu cảnh
5. Tạo các chi tiết trang trí nội ngoại thất tạo điểm nhấn, độc đáo.

Trong tạo hình công trình kiến trúc, các kiến trúc sư có thể sử dụng từng mặt Platon đơn lẻ, thuần túy hoặc tổ hợp nhiều khối Platon để tạo nên những hình khối lạ mắt, độc đáo.Khi ứng dụng từng mặt Platon đơn lẻ, chúng ta tạo ra công trình kiến trúc mang hình khối Platon ở kích thước lớn hoặc các hình dạng Platon quen thuộc nhưng xoay chuyển đặt ở các vị trí, góc cạnh mới lạ sẽ đem lại nhiều cảm xúc và ấn tượng cho người sử dụng. Điều này mang lại nhiều thuận lợi vì:

- Đây là những cấu trúc hình học độc đáo, có vẻ đẹp cân đối, hài hòa, là những hình khối lý tưởng.

- Những cấu trúc hình học truyền cảm hứng, đem lại cảm xúc mạnh mẽ, các hình khối công trình này liên quan đến thuyết ngũ hành và phong thủy của công trình.

- Hình khối tổng thể của công trình đẹp, cân đối, hài hòa, cho các view giống nhau ở các góc nhìn khác nhau.

- Các hình đa diện Platon đặc biệt phù hợp và dễ dàng để làm các công trình lắp ghép vì chúng được tạo thành từ các phần tử giống nhau.

- Phù hợp với quy mô công nghiệp, sản xuất hàng loạt vì tạo thành từ những thanh và tấm giống nhau.

Các công trình có tạo hình đa diện Platon nên xây dựng bằng cách lắp ghép từ các đơn nguyên giống nhau. Sử dụng kết cấu chịu lực là các thanh thép, gỗ… ở vị trí các cạnh của đa diện Platon. Các tấm bao che sử dụng vật liệu bê tông nhẹ đúc sẵn, gỗ, kính.Đặc biệt, chúng tôi đề xuất: Dùng các đa diện 12 mặt đều và phần trên của đa diện 20 mặt đều để tạo hình các công trình kiến trúcđể mang đến cảm giác thú vị và tràn đầy năng lượng. Ở quy mô nhỏ, ta ứng dụng 2 đa diện này làm nhà ở, nhà nghỉ dưỡng. Các ngôi nhà có thể thiết kế đơn lẻ hoặc có sự kết nối nhau trong một khuôn viên chung. Các đa diện Platon có thể ứng dụng để tạo các căn phòng đặc biệt hoặc những chiếc lều du lịch phục vụ các chuyến picnic nhỏ. Ở quy mô lớn hơn, ứng dụng đa diện 12 mặt đều và 20 mặt đều làmcác công trình công cộng như nhà triển lãm, cung thể thao, nhà thi đấu…

Khi tổ hợp nhiều đa diện Platon trong tạo hình công trình kiến trúc, kiến trúc sư có thể tạo nên rất nhiều hình dạng độc đáo, kỳ lạ. Khi ấy, mối đơn nguyên là một đa diện Platon, các mặt bên có thể chồng lên nhau, kết nối với nhau. Công trình có độ phức tạp cao, đòi hỏi kiến trúc sư phải xử lý tốt để tạo ra nhưng hình khối đẹp. Cũng như khi thiết kế, cần tính toán tải trọng sao cho từng đơn nguyên ổn định kết cấu khi chịu tải trọng tĩnh và động. Cũng như tính toán đến trọng tâm và độ bền vừng của toàn khối công trình dưới tác dụng của các tải trọng và các điều kiện khí hậu bất lợi. Chúng ta nên: Sử dụng các loại vật liệu nhẹ để làm giảm tải trọng công trình.

Sử dụng các mặt Platon để trang trí kiến trúc mang lại năng lượng tích cực cho những người sử dụng. Nó một công cụ hiệu quả trong việc di chuyển năng lượng một cách có ý thức để tạo ra một cuộc sống tốt hơn cho mọi người. Đặt đồng thời cả 5 mặt đa diện Platon cạnh nhau hoặcsử dụng riêng từng mặt Platon để trang trí. Tách từng hình Platon theo yếu tố mà mỗi hình đại diện, đặt ở mỗi phòng cũng là cách ứng dụng hay. Nếu một đứa trẻ cần được bình tĩnh, hãy đặt một khối lập phương trong phòng ngủ để giúp tinh thần trẻ tĩnh tại trở lại. Nếu một người thờ ơ, chán chường nên đặt hình bát diện đều ở nơi dễ nhìn thấy. Nếu buồn chán, vô vọng, hãy sử dụng một khối mười hai mặt để mang lại năng lượng tâm linh cho không gian đó. Nếu cuộc sống của ai đó cảm thấy bế tắc, nên đặt một khối tứ diện đều ở nhiều khu vực dễ nhìn thấy, để di chuyển năng lượng qua không gian, nhen nhóm ngọn lửa của niềm hy vọng.

Lời kết

Trong thời hiện đại, vẻ đẹp và các tính chất đặc biệt của đa diện Platon tiếp tục truyền cảm hứng cho tất cả mọi người. Các đa diện đều Platon có sự hấp dẫn về mặt kỹ thuật vì cấu trúc đơn giản và tính thẩm mỹ cao. Nó lại phù hợp để sản xuất quy mô công nghiệp vì có các đơn nguyên: các cạnh, các mặt giống nhau. Các kiến trúc sư và kỹ sư có thể ứng dụng đa diện Platon tạo hình khối độc đáo cho công trình Kiến trúc của mình, tạo vỏ bọc, mặt mái, trang trí nội ngoại thất, sân vườn tạo nên hiệu ứng cảm xúc mạnh mẽ. Ứng dụng các đa diện đều Platon để tạo ra các hình thái không gian kiến trúc là một xu hướng tất yếu, hy vọng các kiến trúc sư Việt Nam nắm bắt và đẩy mạnh nó trong các thiết kếcông trình kiến trúc hôm nay và tương lai./.

Ths.KS Bùi Thùy Trang - Ths.KTS Vũ Thu Huyền

(Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội)