THIẾT KẾ CẦU TRONG ĐÔ THỊ
TÁC GIẢ: PGS.TS NGUYỄN THỊ THỊ TUYẾT TRINH – PHẦN I
Công ty Chodai Kiso-Jiban Việt Nam xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Thị Tuyết Trinh (Trưởng Bộ môn Công trình giao thông thành phố và công trình thuỷ -Trường Đại học Giao thông vận tải) đã cho phép chúng tôi chia sẻ bài viết về một chủ đề rất thú vị. Bài báo đã được đăng trên tạp chí Xây Dựng (Bộ Xây Dựng).
Tóm tắt: Cầu là một trong những công trình kiến trúc lâu đời được nhân loại sử dụng,được xem như là một chỉ số đánh giá sự tiến bộ về năng lực công nghệ, kỹ năng kỹ thuật, cũng như biểu tượng cho tiềm năng kinh tế của một thành phố, của một khu vực hay của một quốc gia. Cầu trong đô thị ngoài mục đích phục vụ các tuyến đường đã có sẵn trong quy hoạch, còn mục đích phát triển khu đô thị hướng tới. Khi thiết kế cầu trong đô thị, cần có những nghiên cứu liên quan đến cả các đối tượng đương đại và lịch sử, thể hiện được vẻ đẹp và chất lượng trực quan. Thiết kế cầu cũng như thiết kế công trình kiến trúc, sự xuất sắc đạt được là nhờ tích hợp khoa học, công nghệ và thẩm mỹ. Kỹ sư thiết kế cầu cần kết hợp với kiến trúc sư, coi việc thiết kế như một quá trình sáng tạo nghệ thuật, hiểu được các nguyên tắc khoa học và kỹ thuật, hợp nhất các khái niệm cơ bản thành một chủ đề thống nhất.
1. Vai trò của cầu trong đô thị.
Cầu trong đô thị cũng như cầu đường bộ hay cầu đường sắt, đều có chức năng phục vụ giao thông cho con người, cần phải đáp ứng về điều kiện an toàn và sự thuận tiện. Tuy nhiên, cầu trong đô thị cũng được xem như là một chỉ số đánh giá sự tiến bộ về năng lực công nghệ, kỹ năng kỹ thuật, cũng như biểu tượng cho tiềm năng kinh tế của một thành phố. Cầu trong đô thị có tác động đáng kể đến nhận thức về một thành phố, làm thay đổi đáng kể cảnh quan của đô thị. Do đó, cầu trong đô thị có thêm bốn chức năng chính, đó là:
(1) Liên kết giao thông giữa các khu vực đô thị riêng biệt;
(2) Tạo ra hình dáng bên ngoài hấp dẫn;
(3) Trình diễn khả năng kỹ thuật hiện đại;
(4) Có kết cấu kiến trúc hòa hợp với con người và cảnh quan khu vực về khía cạnh văn hóa và lịch sử.
Trong văn hóa tượng hình ngày nay, các tổ chức thường dễ được nhận biết qua biểu tượng hình ảnh. Đối với một thành phố cũng vậy, đôi khi một vài công trình trong thành phố sẽ trở thành biểu tượng hình ảnh của thành phố đó. Biểu tượng công trình đô thị đương đại cũng có thể đóng vai trò quan trọng, tạo nguồn cảm hứng cho chiến lược xây dựng thương hiệu thành phố. Nhưng những công trình kiến trúc lịch sử lâu đời vẫn luôn được coi trọng và đánh giá cao. Mặc dù hiện nay thủ đô Hà Nội đã có thêm nhiều công trình lớn và hiện đại hơn, song cầu Long Biên vẫn là một chứng tích lịch sử quan trọng của Hà Nội, đã tồn tại qua hai thế kỷ. Ngày nay, cầu Long Biên thu hút rất nhiều du khách trong nước và quốc tế đến tham quan, chiêm ngưỡng cũng như tìm hiểu về những câu chuyện lịch sử ngày xưa. Hầu hết các thành phố lớn bị ngăn cách bởi một dòng sông. Mặc dù ngày nay các thành phố được phát triển ở cả hai bên của dòng sông, nhưng việc định cư ban đầu thường chỉ bắt đầu từ một phía. Việc xây dựng những công trình bắc qua sông trong đô thị sẽ mở ra những khu đô thị mới sang phía bên kia để định cư và phát triển hơn nữa, kết nối với nhau thành một thể thống nhất. Để một đô thị đang trên đà phát triển có thể hoạt động nhịp nhàng và trật tự, đòi hỏi phải thiết lập quy hoạch giao thông cho đô thị đó, đồng nghĩa là phải quy hoạch vị trí các công trình cầu mới và các tuyến đường mới liên quan trong đô thị. Ví dụ về một công trình cầu đã thay đổi bố cục đô thị Hà Nội là cầu Long Biên, được xây dựng vào năm 1902, là cầu thép đầu tiên bắc qua sông Hồng, từ đó thiết lập ra những khu đô thị trong lòng Hà Nội. Ngày nay, hai phần của Hà Nội được nối với nhau bằng sáu công trình cầu bao gồm cầu Long Biên, cầu Thăng Long, cầu Chương Dương, cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy, cầu Nhật Tân, trong đó có năm cầu đường bộ và hai cầu đường sắt. Những công trình cầu này được xây dựng để phục vụ cho đô thị Hà Nội đang phát triển nhanh chóng. Tiếp theo mỗi công trình cầu mới là các tuyến đường kết nối giao thông của nội đô với các vùng phía Bắc và phía Đông thành phố. Có thể thấy công trình cầu có vai trò kết nối các con đường, các khu đô thị, cải thiện hay thu hút giá trị sử dụng đất ở khu vực đó qua hiệu quả làm giảm sự phân cách.
Hình 1. Cầu Long Biên ở Hà Nội
2. Vai trò của kỹ sư và kiến trúc sư trong thiết kế cầu trong đô thị.
Khi thiết kế một công trình cầu trong đô thị, các vấn đề quan trọng cần thảo luận và xem xét đó là tính kỹ thuật và tính kiến trúc của công trình. Tính kỹ thuật của công trình cầu trong đô thị vô cùng quan trọng, đòi hỏi kỹ sư thiết kế công trình cầu không chỉ đảm bảo độ an toàn và sự thuận tiện cho công trình trong cả vòng đời của nó, mà còn đảm bảo độ an toàn của công trình trong quá trình thi công trong đô thị. Đặc biệt, thi công công trình cầu trong đô thị chật hẹp cần sử dụng biện pháp thi công nhanh, giảm thiểu sự cản trở đến giao thông, giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường như độ rung và độ ồn. Do đó vai trò của kỹ sư thiết kế cầu trong đô thị là rất quan trọng, đòi hỏi kỹ sư khi đưa ra phương án kết cấu cho mục đích khai thác cần xét đến cả biện pháp thi công trong đô thị. Tuy nhiên điều gì sẽ làm cho một công trình cầu trong đô thị trở nên thanh lịch và hấp dẫn? Chúng ta có cần sự tham gia của các kiến trúc sư trong việc thiết kế công trình không? Cho đến đầu Thế kỷ 19, trong thiết kế cầu không có cả kỹ sư công trình cầu và kiến trúc sư. Lý do đơn giản là, nghề nghiệp hay “chức danh” chưa có vào thời kỳ đó. Các nhà văn và học giả thường đề cập đến các “nhà xây dựng” khi mô tả các công trình xây dựng cổ đại. Tuy nhiên, những nhà xây dựng này đã thực hiện nhiệm vụ kết hợp của kỹ sư, kiến trúc sư và thợ thi công ngày nay. Trong thời Trung cổ, việc xây dựng các nhà thờ Gothic, những người đứng đầu các dự án lớn được gọi là “các nhà xây dựng bậc thầy”. Các nhà xây dựng bậc thầy đã tạo ra những công trình kiến trúc đáng ghi nhớ trong nhiều thế kỷ trước khi các kỹ sư và kiến trúc sư đầu tiên bắt đầu được đào tạo chính quy. Sau đó, trong cuộc Cách mạng Công nghiệp, với nhu cầu xây dựng nhiều hơn cho công trình cầu và các tòa nhà, cùng với sự phát triển của kiến thức kỹ thuật, chức năng và nhiệm vụ của một nhà xây dựng tổng thể được tách biệt giữa các kiến trúc sư, kỹ sư và thợ xây dựng. Mặc dù các kỹ sư có kinh nghiệm có thể đề xuất các phương án cầu xuất sắc ngay cả khi không có kiến trúc sư, nhưng sẽ tốt hơn cho các kỹ sư khi cộng tác với kiến trúc sư có kiến thức và hiểu biết về thiết kế và thẩm mỹ cầu. Rất ít kỹ sư được đào tạo cả kỹ thuật và kiến trúc với các kỹ năng được như Tiến sĩ Santiago Calatrava – kiến trúc sư kiêm kỹ sư nổi tiếng người Tây Ban Nha nhờ khả năng kết hợp các giải pháp kỹ thuật tiên tiến với các hình ảnh trực quan ấn tượng cho các công trình cầu và tòa nhà. Ngày nay, nhiều kỹ sư cầu tin rằng, nhờ trình độ học vấn, kinh nghiệm và kỹ năng của bản thân, họ có thể làm việc độc lập và không cần sự tham gia của kiến trúc sư vào thiết kế cầu, ngoại trừ các kết cấu phụ như chiếu sáng, lan can… Tuy nhiên, công trình cầu trong đô thị là một kết cấu lớn, hiển thị trực quan hoàn toàn ra bên ngoài, nên công trình cầu trong đô thị là công trình “chân thực” nhất. Mục tiêu của thiết kế cầu trong đô thị là tạo ra một công trình an toàn, trang nhã và đáp ứng tất cả các yêu cầu chức năng với chi phí có thể chấp nhận được của chủ đầu tư. Nhưng thiết kế một công trình cầu trong đô thị thành công là phải có vẻ đẹp tự nhiên, nguyên bản và hài hòa với môi trường xung quanh. Tính thẩm mỹ không phải là một yếu tố bổ sung trong thiết kế của một công trình, mà là một phần không thể thiếu trong thiết kế công trình. Cả cấu hình kết cấu và tính thẩm mỹ của một công trình phải được xem xét cùng nhau trong giai đoạn thiết kế ý tưởng. Vì vậy, người thiết kế cầu trong đô thị nhất định phải xét đến tính thẩm mỹ, tức là cần có kiến trúc sư để giải quyết tốt nhất các thách thức về tính thẩm mỹ hài hoà, cân bằng các yêu cầu tương hỗ về mức độ mạnh mẽ hay thanh mảnh của công trình cầu, để đồng thời có được độ an toàn và sự thanh lịch của công trình cầu trong đô thị. Kiến trúc sư có thể mang lại nhiều cơ hội cho sự sáng tạo khi thiết kế cầu, đó là những vấn đề cơ bản như:
– Đưa ra khái niệm tổng thể cho dự án và lựa chọn hệ thống kết cấu phù hợp nhất;
– Cải thiện tỷ lệ của các thành phần cầu chính, tỷ lệ chiều cao trên chiều dài nhịp, tỷ lệ giữa các nhịp biên;
– Tạo hình các thành phần chính như mố trụ cầu, các yếu tố ở kết cấu phần trên, tháp cầu, hình dạng của khung vòm, hình dạng dây văng (dẻ quạt, cánh hạc…);
– Thiết kê các kết cấu phụ như màu sắc, chiếu sáng, lan can. Đây thường được coi là miền của kiến trúc sư. Tuy nhiên, cho dù những kết cấu phụ được thiết kế tốt nhất nhưng cũng không thể cứu vãn một bản thiết kế cầu tầm thường.
