Bảo tàng viện Guggenheim, Bilbao

• Thời điểm xây dựng: 1991 - 1997
• Địa điểm: Bilbao, Tây Ban Nha

Tương phản với việc tạo ra hình thức hợp lý vốn thịnh hành trong công trình kiến trúc phương Tây trong nhiều thế kỷ, bảo tàng viện Guggenhim ở Bibao là kết quả của sự tìm kiếm hình dáng trực quan. Sự kết hợp giữa trực giác với quá trình thiết kế, sản xuất và lắp ráp do máy vi tính kiểm soát đã tạo cho công trình một thành tựu kỹ thuật sáng chói và chứng minh khả năng phong phú của máy vi tính trong thay đổi thiết kế và thi công.

Bảo tàng viện Guggenheim Bilbao mang tính chất bối cảnh lẫn xa lạ.
Công trình điều chỉnh khéo léo với hình thể gay go của địa điểm xây dựng,
tuy nhiên thể tích bao phủ bằng titanium dâng lên cuồn cuộn thì lại không quen thuộc.

Cuộc thi thiết kế Bảo tàng viện Guggenheim, Bilbao với giải thưởng dành cho kiến trúc sư người Los Angeles, Frank O. Gehry. Gehry nổi bật trong thập niên 1980, ban đầu là một loạt các ngôi nhà rất gợi cảm ở California thách thức quy ước ánh sáng, thi công khung gỗ, và sau đó là những công trình công cộng rộng lớn như Trường nghệ thuật Toledo (1989), và đồ án xây dựng Phòng hòa nhạc Disney ở Los Angeles (1989).

Máy tính là yêu tố cần thiết để biến đổi các mô hình cụ thể thành mô hình kỹ thuật số với các bề mặt uốn cong liên tục, sau đó chuyển dữ liệu kỹ thuật số này thành bản vẽ sản xuất và dữ liệu phay kiểm soát số lượng bằng vi tính.

Gehry nhận giải Pritzker rất có uy tín trên thế giới năm 1989. Đặt hàng thiết kế một viện bảo tàng vệ tinh cho Guggenheim đặt ở Manhattan trong một công trình nổi tiếng do Frank Lloyd Wright thết kế, là một trong những công trình nghệ thuật đương đại nổi bật - rất lý tưởng đối với kiến trúc sư này vốn thợp tác mật thiết với cả họa sĩ và ngôn ngữ chính thức của riêng họ mang đậm nét công trình điêu khắc.

Bảo thàng viện Guggenheim cùng với những công trình tiện nghi văn hóa mới và hệ thống giao thông công cộng được cải thiện là thành phần quan trọng trong kế hoạch chiến lược để tái tạo thành phố Bilbao. Địa điểm nổi bật, nhưng gay go của viện bảo tàng nằm bên bờ sông Nervion bao quanh là các bãi chứa con-tainer, tuyến đường sắt và đường dốc dẫn lên cầu nâng cao.

Lập mô hình bằng máy vi tính

Trong khi cấu hình chính thứ của công trình ban đầu phát triển trực giác qua một loạt các mô hinh bằng giấy bồi cắt tay, thô, chính máy vi tính giúp cho sơ đồ mang tính khả thi một cách rất tinh tế và kỹ thuật. Gehry là kiến trúc sư đầu tiên khám phá tiềm năng của phần mềm CATIA - do ngành công nghiệp hàng không vũ trụ của Pháp phát triển. Không như các phần mềm kiến trúc khác, CATIA dựa trên bề mặt hơn là các hình đa giác. Đối với Bilbao, các mô hình giấy bồi của Gehry được số hóa để tạo ra mô hình mặt phẳng uốn cong liên tục ở CATIA. Từ mô hình vi tính này, các bề mặt kiểm soát bên trong và bên ngoài này được nhận dạng sẽ được áp dụng như việc thiết kế các điểm xây dựng.

Số liệu thực tế:

• Kết cấu: khung thép giằng
• Lớp vỏ bao: Titanium, đá và kính
• Diện tích: 24.628m²
• Kinh phí: 10.859 triệu peseta (59.205.000$)

Hai lớp kiến trúc hạ tầng xây dựng từ kết cấu thép cơ bản.

Nổi lên từ những bề mặt kiểm soát này, xây dựng một vùng kết cấu. Khung thép giằng, gồm các mặt cắt liên kết kiểu bích mép rộng nằm trên một kết cấu mắt lưới 3m, rất dễ thực hiện. Hầu hết thành phần là những mặt cắt thẳng, và tính co dãn của hình dáng chung đạt được hoàn toàn bằng các mối nối. Giữa khung nhiều mặt của thép sơ cấp và các bề mặt kiểm soát là hai lớp cấu trúc thứ cấp, bên trong và bên ngoài. Các thang nằm ngang làm bằng ống thép, đường kính 60mm tọa ra độ cong theo phương nằm ngang.

Trái với lớp bao phủ bằng kim loại mềm và các bề mặt bằng đá uôn cong bằng kỹ thuật phay CNC, kính ở Guggenheim phẳng và các đường cong phức tạp theo ý muốn gần giống như các lắp ráp nhiều mặt.

Thang là những khung chẻ giạng ra ở cấu trúc sơ cấp ở những cách quãng 3m và kết nối kết cấu với mối nối thông dụng, để điều chỉnh ở mọi hướng. Độ cong theo chiều thẳng đứng được xác định bằng các lớp trong cùng và ngoài cùng của kết cấu thứ cấp, với các khung bằng thép định hình nhẹ uốn nguội ở các điểm 60mm. Tất cả ống và thanh thép đều uốn cong theo một hay nhiều chiều.

Trong khi CATIA có thể định vị và tính kích thước của mỗi thành phần cấu trúc thật chính xác, thì mô hình máy tính vẫn còn là bản vẽ đường khung thép. BOCAD, phần mềm thích hợp phát triển cho thi công cầu đường, sử dụng để chuyển khung thép CATIA thành một mô hình vi tính 3 chiều của kết cấu thép. Từ mô hình này, BOCAD tự động tạo ra bản vẽ sản xuất hai chiều hay dữ liệu phay kiểm soát số lượng bằng vi tính (CNC).

Vì các đầu cắt độc đáo, hai mảnh thép khác trong công trình đều như nhau. Thế nhưng, khi sử dụng BOCAD, kết cấu sơ cấp được sản xuất chính xác đến mức nhu cầu đo đạc thực địa, cắt và hàn hầu như bị loại trừ. Áp dụng thông lệ thi công từ ngành công nghiệp hàng không vũ trụ thêm lần nữa, mỗi thành phần kết cấu đều mã hóa bằng chỉ số mã vạch trong khi sản xuất. Trên công trường, chỉ số mã vạch được quét bằng thiết bị quan sát laser nối kết với CATIA để cho mỗi bộ phận lắp đặt vào đúng vị trí, xác định bằng tọa độ trong mô hình máy tính. Phương pháp này giúp tránh được sự chồng chất các dung sai, hay giới hạn sai sót, và đảm bảo sự chính xác cần thiết để thực hiện những hình học phức tạp.

Lớp bao phủ

Thế nhưng mô hình vi tính hoàn toàn loại trừ nhu cầu dữ liệu thực nghiệm. Trong quá trình phát triển thiết kế, mô hình kích thước thật sử dụng để khẳng định giới hạn mà tấm kim loại có thể chịu dựng ở một độ cong nhất định nhưng không oằn, và số dung sai chính xác trong mối nối.

Phần mềm sử dụng để hợp lý hóa các bề mặt của công trình để phù hợp với độ cong tối đa của lớp phủ bằng tấm titanium, hình thành từ các mô hình bằng kích thước thật.

CATIA sau đó được sử dụng để hợp lý hóa các bề mặt kim loại của công trình để phù hợp với các thông số do mô hình tạo ra.

Lớp bao phủ công trình ở Bilbao chỉ có 4 tấm panel tiêu chuẩn và phẳng có kích thước cần bao phủ 80% diện tích bề mặt của lớp vỏ kim loại. Trong khi lớp dưới mạ kẽm căng tuyệt đối, thì gối sơ sài ở bề mặt bên ngoài của lớp vỏ titanium được triển khai có chủ ý để làm dịu bớt diện mạo công trình. Trái lại, tất cả số kính trong công trình đều phẳng và bởi lẽ kính không bị oằn, nên các bề mặt phức tạp có được qua tam giác đạc của các panel hơn là uốn dầm. Do đó, gần 70% các panel lắp kính đều có kích thước đồng nhất.

Mặc dù kết cấu và lớp bao phủ công trình ở Bilbao có thể sản xuất bằng cách sử dụng các máy CNC kết nối với dữ liệu CATIA, hầu hết các nhà thầu phụ đều chọn lọc thay vì sản xuất bằng tay từ nguồn nhân lực có tay nghề cao của mình. Lớp bao phủ đá là thành phần duy nhất trong công trình được cắt bằng robot, một quá trình sản xuất bằng kỹ thuật tinh vi, diễn ra ngay công trường chứ không phải trong các phân xưởng. Trong khi các kiến trúc sư nghĩ khâu cắt đá tiến hành trong xưởng và chở đến công trường ở dạng thành phẩm, thì nhà thầu phụ lắp đặt máy phay ngay công trường.

Khi bảo tàng viện Guggenheim khánh thành vào năm 1997, ngay lập tức trở thành tâm điểm chú ý của thế giới. Bằng cách áp dụng công nghệ của nhiều ngành kỹ thuật khác vào thi công, Bilbao vượt quá giới hạn của những gì trước đây được hiểu là có thể về thẩm mỹ lẫn kỹ thuật. Và bằng cách biến điều phức tạp và độc đáo trở thành kinh tế và sản xuất hàng loạt, thì máy tính phá vỡ quy ước sản xuất công nghiệp, tạo ra tiềm năng cho một công trình kiến trúc nhấn mạnh đến kỹ năng trong thế giới hậu công nghiệp thêm một lần nữa.

Bảo tàng viện Guggenheim, Bilbao