Công nghệ phía sau những 'ngôi nhà biết đi bộ' ở Nam Cực

Ít kiến trúc sư có thể nói rằng họ đã góp phần định hình diện mạo của cả một vùng lãnh thổ. Với Hugh Broughton, điều đó phần nào trở thành hiện thực tại Nam Cực.

Trạm điều khiển và quan sát tại nơi tận cùng của Trái đất.

Hiện lục địa băng giá này có hơn 70 trạm nghiên cứu thường trực của nhiều quốc gia. Trong hơn hai thập kỷ qua, Broughton đã tham gia thiết kế hoặc tư vấn cho nhiều dự án tại đây hơn bất kỳ kiến trúc sư nào khác, từ các cơ sở của Anh, Tây Ban Nha đến những dự án liên quan Australia, New Zealand, Hàn Quốc, Ấn Độ và Brazil.

Những công trình mang hình khối mô-đun, góc bo tròn và màu sắc nổi bật của ông dần trở thành hình ảnh quen thuộc tại Nam Cực. Tuy nhiên, đằng sau diện mạo có phần giống các công trình trong phim khoa học viễn tưởng là những bài toán rất thực tế về kỹ thuật, môi trường và khả năng thích nghi của thiết kế với thời tiết khắc nghiệt ở nơi tận cùng của Trái đất.

Công trình có thể di chuyển trên băng

Broughton đến với Nam Cực khá tình cờ. Năm 2004, ông tham gia một cuộc thi thiết kế trạm nghiên cứu mới cho Anh tại thềm băng Brunt. Dự án sau đó trở thành Halley VI - một trong những công trình nghiên cứu nổi tiếng nhất ở vùng cực.

Điểm đặc biệt của Halley VI là khả năng thích ứng với địa hình luôn thay đổi. Công trình gồm nhiều mô-đun liên kết với nhau bằng các hành lang cách nhiệt. Toàn bộ hệ thống được đặt trên những chân thủy lực gắn ván trượt. Khi tuyết tích tụ qua từng năm, các chân thủy lực có thể nâng công trình lên cao hơn để tránh bị chôn vùi.

Trong trường hợp xuất hiện các vết nứt lớn trên thềm băng, toàn bộ công trình có thể được kéo tới vị trí khác.

Giải pháp này đã được sử dụng vào năm 2017, khi Halley VI phải di dời khoảng 22km để tránh nguy cơ bị cô lập bởi một vết nứt khổng lồ trên băng.

Theo Broughton, đây là một ví dụ cho thấy các công trình tại Nam Cực không thể được thiết kế như những tòa nhà thông thường. Mọi thứ đều phải tính đến khả năng thích nghi với môi trường khắc nghiện và luôn biến động.

Công trình gồm nhiều mô-đun liên kết với nhau bằng các hành lang cách nhiệt và có thể di chuyển được trên tuyết.

Kiến trúc cho con người, không chỉ cho máy móc

Trong nhiều thập kỷ, các trạm nghiên cứu vùng cực chủ yếu được xây dựng dựa trên yêu cầu kỹ thuật. Chúng cần vận hành ổn định trong điều kiện giá lạnh, gió mạnh và xa các trung tâm hậu cần.

Tuy nhiên, khi các nhà khoa học phải sống tại đây nhiều tháng hoặc nhiều năm liên tục, yếu tố con người bắt đầu được quan tâm nhiều hơn.

Broughton cho rằng một công trình nghiên cứu không chỉ cần hoạt động hiệu quả mà còn phải hỗ trợ sức khỏe tinh thần của những người sinh sống bên trong. Điều này ảnh hưởng tới cách bố trí không gian, tỷ lệ giữa khu vực riêng tư và khu vực sinh hoạt chung, cũng như việc tạo ra những cơ hội giao tiếp tự nhiên giữa các thành viên trong trạm nghiên cứu.

Ông và cộng sự cũng nghiên cứu tác động của màu sắc, ánh sáng và vật liệu đối với tâm lý con người. Một số vật liệu tự nhiên được lựa chọn không chỉ vì độ bền mà còn mang cảm giác dễ chịu, thoải mái trong môi trường biệt lập kéo dài.

Trạm nghiên cứu Nam Cực Anh Halley VI có thể được di dời hoàn toàn nếu các vết nứt xuất hiện trên thềm băng. Ảnh: James Morris

Bài toán ánh sáng và năng lượng

Ánh sáng tự nhiên là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với sức khỏe thể chất và tinh thần của những người làm việc ở Nam Cực. Tuy nhiên, tại nơi có nhiệt độ cực thấp, việc mở rộng diện tích cửa sổ không phải lựa chọn đơn giản. Kính thường làm thất thoát nhiệt nhiều hơn tường cách nhiệt. Chính vì điều này, các kiến trúc sư phải tìm cách cân bằng giữa nhu cầu lấy ánh sáng và tiết kiệm năng lượng.

Một phòng ngủ có màu sắc rực rỡ. Ảnh: Ảnh: James Morris

Tại Halley VI, nhóm thiết kế sử dụng aerogel - vật liệu siêu nhẹ từng được phát triển cho ngành hàng không vũ trụ. Loại vật liệu này chứa phần lớn thể tích là không khí nhưng vẫn có khả năng cách nhiệt rất cao. Khi được tích hợp vào hệ cửa kính, aerogel cho phép ánh sáng đi qua nhưng đồng thời hạn chế thất thoát nhiệt.

Ở Discovery Building, dự án lớn nhất của Broughton tại Nam Cực hiện nay, các giải pháp như kính ba lớp, giếng trời và hệ thống cách nhiệt hiệu suất cao tiếp tục được áp dụng để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.

Xây dựng nhưng không làm tổn hại hệ sinh thái, động vật hoang dã

Một trong những điểm khác biệt của Nam Cực là mọi dự án đều phải trải qua quy trình đánh giá tác động môi trường nghiêm ngặt. Các kiến trúc sư không chỉ tính toán khả năng chống chịu thời tiết mà còn phải cân nhắc ảnh hưởng của công trình đối với động vật hoang dã.

Broughton cho biết màu sắc ngoại thất của các tòa nhà thường được lựa chọn sau khi tham khảo ý kiến các nhà sinh học.

Một số loài chim biển có thể bị nhầm lẫn hoặc va vào công trình nếu màu sắc không phù hợp. Ngay cả chim cánh cụt cũng là một yếu tố được cân nhắc trong thiết kế.

Bên cạnh đó, vị trí và hướng đặt công trình phải được tính toán kỹ lưỡng để hạn chế tình trạng tuyết tích tụ quanh chân công trình. Chỉ một sai lệch nhỏ trong việc xác định hướng gió cũng có thể khiến một tòa nhà bị chôn vùi dưới lớp tuyết dày chỉ sau một cơn bão tuyết khắc nghiệt.

Tối đa hóa ánh sáng tự nhiên là một thiết kế quan trọng đối với Broughton, người coi sức khỏe tinh thần của người ở là ưu tiên hàng đầu. Ảnh: James Morris

Những bài học vượt ra ngoài Nam Cực

Theo Broughton, lịch sử kiến trúc tại Nam Cực tương đối ngắn. Những công trình đầu tiên chỉ xuất hiện vào cuối thế kỷ XIX. Tuy nhiên, các yêu cầu khắt khe của môi trường vùng cực đang thúc đẩy sự phát triển của nhiều giải pháp xây dựng mới, từ vật liệu cách nhiệt hiệu suất cao đến các hệ thống tiết kiệm năng lượng và công nghệ hỗ trợ sức khỏe con người trong không gian biệt lập.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu khiến các hiện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện thường xuyên hơn, những kinh nghiệm từ Nam Cực ngày càng được giới kiến trúc và kỹ thuật quan tâm. Đối với Hugh Broughton, điều đáng chú ý không nằm ở việc các công trình của ông xuất hiện tại nơi xa xôi nhất thế giới, mà ở chỗ chúng đang góp phần trả lời một câu hỏi quan trọng rằng làm thế nào để con người có thể sống và làm việc bền vững trong những môi trường khắc nghiệt nhất.