Tư duy hệ sinh thái – Cuộc cách mạng thực sự trong thiết kế đô thị và công trình thế kỷ XXI

Trong nhiều thập kỷ qua, ngành xây dựng, kiến trúc và quy hoạch đô thị đã đạt được những thành tựu to lớn về kỹ thuật, vật liệu, công nghệ và năng lực thi công. Những tòa nhà cao tầng, những cây cầu vượt biển, những hệ thống giao thông hiện đại hay các đô thị thông minh được xem là biểu tượng của tiến bộ và phát triển. Tuy nhiên, cùng với những thành tựu đó, các đô thị trên toàn thế giới cũng đang phải đối mặt với hàng loạt thách thức ngày càng nghiêm trọng như ngập lụt đô thị, đảo nhiệt, ô nhiễm môi trường, suy giảm tài nguyên nước, mất đa dạng sinh học, tiêu thụ năng lượng khổng lồ và tác động ngày càng rõ nét của biến đổi khí hậu. Điều đáng chú ý là phần lớn các vấn đề này không xuất phát từ việc thiếu công nghệ hay thiếu nguồn lực, mà bắt nguồn từ một nguyên nhân sâu xa hơn: cách tiếp cận và tư duy thiết kế.

Sai lầm lớn nhất trong phát triển đô thị hiện đại có thể không nằm ở kỹ thuật mà nằm ở việc con người quen nhìn nhận mọi vấn đề theo hướng phân mảnh. Trong nhiều năm, các kiến trúc sư, kỹ sư và nhà quy hoạch được đào tạo để giải quyết từng bài toán riêng biệt. Giao thông là một lĩnh vực riêng. Cấp nước là một lĩnh vực riêng. Thoát nước, năng lượng, cây xanh, xử lý chất thải hay cảnh quan cũng được xem như những hệ thống độc lập với các đơn vị chuyên môn và cơ chế quản lý riêng. Cách tiếp cận này giúp giải quyết hiệu quả từng vấn đề cụ thể nhưng lại làm mất đi khả năng nhìn nhận tổng thể. Kết quả là các công trình và đô thị được hình thành như những cỗ máy cơ khí gồm nhiều bộ phận lắp ghép với nhau, trong đó mỗi bộ phận tối ưu cho mục tiêu riêng nhưng không nhất thiết tối ưu cho toàn bộ hệ thống.

Trong khi đó, thiên nhiên chưa bao giờ vận hành theo cách như vậy. Một khu rừng không có hệ thống cấp nước riêng, không có hệ thống điều hòa riêng và cũng không có hệ thống xử lý chất thải riêng biệt. Mọi thành phần trong hệ sinh thái đều liên kết với nhau trong những vòng tuần hoàn khép kín. Nước mưa được giữ lại bởi thảm thực vật, thấm xuống đất, nuôi dưỡng cây cối rồi quay trở lại khí quyển thông qua quá trình bốc hơi. Lá cây rụng xuống trở thành nguồn dinh dưỡng cho đất. Các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ để tạo thành nguồn sống cho thế hệ thực vật tiếp theo. Trong tự nhiên hầu như không tồn tại khái niệm chất thải tuyệt đối. Thứ bị loại bỏ ở quá trình này lại trở thành tài nguyên cho quá trình khác. Chính nhờ khả năng liên kết, tuần hoàn và tự điều chỉnh đó mà các hệ sinh thái tự nhiên có thể tồn tại ổn định và thích nghi trong hàng triệu năm.

Những bài học từ tự nhiên đang dần trở thành nền tảng của một cuộc cách mạng tư duy trong lĩnh vực quy hoạch và xây dựng hiện đại. Thay vì xem công trình là một vật thể độc lập, các nhà thiết kế ngày nay bắt đầu coi công trình là một thành phần của hệ sinh thái đô thị. Thay vì xem đô thị là một cỗ máy khổng lồ, người ta xem đô thị như một cơ thể sống với những dòng chảy liên tục của nước, năng lượng, vật liệu, thông tin và con người. Sự chuyển đổi từ tư duy cơ giới sang tư duy hệ thống, và từ tư duy hệ thống sang tư duy hệ sinh thái, đang tạo ra những thay đổi sâu sắc trong cách thiết kế, xây dựng và vận hành đô thị.

Một trong những biểu hiện rõ nhất của sự thay đổi này là cách nhìn nhận về nước. Trong suốt nhiều năm, nước mưa thường được xem là mối đe dọa cần được thu gom và thoát bỏ càng nhanh càng tốt. Hệ thống cống, kênh và trạm bơm được xây dựng với mục tiêu đưa nước ra khỏi đô thị trong thời gian ngắn nhất. Tuy nhiên, cách tiếp cận đó ngày càng bộc lộ những hạn chế khi mưa cực đoan xuất hiện thường xuyên hơn, khiến nhiều thành phố đối mặt với tình trạng ngập lụt nghiêm trọng. Tư duy hiện đại không còn xem nước mưa là gánh nặng mà coi đó là một nguồn tài nguyên quý giá. Thay vì thoát nhanh, các đô thị bắt đầu ưu tiên giữ nước, trữ nước, thấm nước, điều tiết nước và tái sử dụng nước. Các giải pháp như hồ điều hòa, công viên trữ nước, vườn mưa, đất thấm nước, mái xanh và mô hình thành phố bọt biển (Sponge City) đang được áp dụng rộng rãi nhằm biến nước mưa từ nguy cơ thành nguồn lực phục vụ phát triển bền vững.

Tương tự, cây xanh cũng đang được nhìn nhận lại dưới một góc độ hoàn toàn khác. Trong quá khứ, cây xanh chủ yếu được xem là yếu tố cảnh quan hoặc tiện ích bổ sung cho đô thị. Ngày nay, cây xanh được coi là một dạng hạ tầng kỹ thuật đặc biệt, thường được gọi là hạ tầng xanh. Hệ thống cây xanh không chỉ tạo bóng mát mà còn giúp giảm nhiệt độ bề mặt, hấp thụ khí nhà kính, cải thiện chất lượng không khí, giữ nước mưa, giảm áp lực cho hệ thống thoát nước và tạo môi trường sống cho nhiều loài sinh vật. Trong nhiều trường hợp, một hệ thống hạ tầng xanh được thiết kế tốt có thể mang lại hiệu quả tương đương hoặc thậm chí cao hơn nhiều công trình hạ tầng xám truyền thống với chi phí thấp hơn và lợi ích lâu dài lớn hơn.

Một chuyển biến quan trọng khác là sự thay đổi trong cách nhìn nhận chất thải. Mô hình kinh tế tuyến tính truyền thống hoạt động theo nguyên lý khai thác tài nguyên, sản xuất, tiêu dùng rồi thải bỏ. Mô hình này đã tạo ra khối lượng chất thải khổng lồ và gây áp lực ngày càng lớn lên môi trường. Trong khi đó, tư duy hệ sinh thái hướng tới nền kinh tế tuần hoàn, nơi chất thải được xem là nguồn tài nguyên thứ cấp. Nước thải sau xử lý có thể được tái sử dụng cho tưới tiêu hoặc cảnh quan. 

Chất thải hữu cơ có thể được chuyển hóa thành phân bón hoặc năng lượng. Vật liệu xây dựng sau phá dỡ có thể được tái chế cho các công trình mới. Nhờ đó, đô thị không chỉ giảm áp lực lên môi trường mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và giảm chi phí phát triển.

Cùng với sự thay đổi trong cách quản lý nước, cây xanh và chất thải, bản thân các công trình xây dựng cũng đang bước vào một giai đoạn phát triển mới. Các tòa nhà tương lai không còn đơn thuần là nơi để ở hoặc làm việc mà đang dần trở thành những hệ thống sinh học có khả năng tương tác với môi trường. Chúng có thể thu nước mưa, tái sử dụng nước, tạo năng lượng từ mặt trời, giảm phát thải carbon, hỗ trợ đa dạng sinh học và cải thiện vi khí hậu xung quanh. Các khái niệm như Green Building, Sustainable Building, Net Zero Building, Living Building hay Regenerative Building phản ánh xu hướng phát triển đó. Mục tiêu không chỉ là giảm tác động tiêu cực lên môi trường mà còn tạo ra những công trình có khả năng đóng góp tích cực cho hệ sinh thái đô thị.

Trên quy mô lớn hơn, nhiều nhà khoa học và chuyên gia quy hoạch hiện nay xem đô thị như một hệ trao đổi chất khổng lồ, hay còn gọi là Urban Metabolism. Trong hệ thống đó, nước, năng lượng, vật liệu, thực phẩm, chất thải, dữ liệu và con người liên tục lưu chuyển, tương tác và chuyển hóa lẫn nhau. Cách tiếp cận này cho phép đánh giá hiệu quả hoạt động của toàn bộ đô thị thay vì chỉ tập trung vào từng công trình hoặc từng ngành riêng lẻ. Đây cũng là nền tảng để xây dựng các mô hình đô thị chống chịu (Resilient City), đô thị thích ứng (Adaptive City), đô thị tuần hoàn (Circular City) và đô thị sinh thái thông minh (Smart Ecological City).

Sự phát triển của công nghệ số đang đóng vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa tư duy hệ sinh thái. Công nghệ BIM, GIS, IoT, AI và Digital Twin cho phép tích hợp dữ liệu của toàn bộ đô thị vào một nền tảng thống nhất. Nhờ đó, các nhà quản lý có thể theo dõi dòng nước, dòng năng lượng, chất lượng môi trường, giao thông, hạ tầng và nhiều yếu tố khác theo thời gian thực. Tuy nhiên, công nghệ chỉ là công cụ hỗ trợ. Điều quan trọng hơn là phải thay đổi cách tư duy. Một đô thị không trở nên thông minh chỉ vì có nhiều cảm biến hay nhiều camera. Một đô thị thực sự thông minh phải biết vận hành hài hòa với tự nhiên, sử dụng hiệu quả tài nguyên và có khả năng thích ứng trước những biến động trong tương lai.

Nhiều quốc gia đã đi trước trong quá trình chuyển đổi này. Singapore xây dựng tầm nhìn “Thành phố trong thiên nhiên”, tích hợp cây xanh và mặt nước vào mọi không gian đô thị. Hà Lan chuyển từ tư duy chống nước sang sống cùng nước. Trung Quốc phát triển hàng trăm thành phố bọt biển nhằm tăng khả năng hấp thụ và điều tiết nước mưa. Đan Mạch theo đuổi mục tiêu trung hòa carbon, còn Nhật Bản tập trung vào các mô hình đô thị có khả năng chống chịu thiên tai. Điểm chung của các mô hình này là đều lấy hệ sinh thái làm nền tảng cho phát triển.

Đối với Đà Nẵng mới sau khi mở rộng không gian phát triển, tư duy hệ sinh thái có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Thành phố không chỉ sở hữu vùng biển rộng lớn, hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn, sông Cu Đê, các hồ chứa và rừng đầu nguồn mà còn có sự đa dạng về địa hình từ miền núi, trung du, đồng bằng đến ven biển. Đây là những điều kiện thuận lợi để xây dựng một mô hình đô thị sinh thái quy mô lớn. Quy hoạch Không gian Nước, hạ tầng xanh, hạ tầng xanh – lam, quy hoạch cao độ nền thích ứng, hành lang sinh thái, thành phố bọt biển, kinh tế tuần hoàn và nền tảng dữ liệu số tích hợp cần trở thành những trụ cột quan trọng trong chiến lược phát triển tương lai.

Có thể nói rằng tương lai của ngành xây dựng không nằm ở việc tạo ra những công trình ngày càng phức tạp hơn, mà nằm ở việc học lại những nguyên lý đơn giản nhưng hiệu quả mà thiên nhiên đã hoàn thiện qua hàng triệu năm tiến hóa. Thay vì chống lại tự nhiên, chúng ta cần học cách hợp tác với tự nhiên. Thay vì tối ưu từng bộ phận riêng lẻ, chúng ta cần tối ưu toàn bộ hệ thống. Thay vì xây dựng những đô thị tiêu thụ tài nguyên, chúng ta cần kiến tạo những đô thị có khả năng tái tạo và phục hồi. Đó không chỉ là một xu hướng phát triển mới, mà có thể chính là con đường tất yếu để các thành phố tồn tại, thích ứng và thịnh vượng trong thế kỷ XXI.