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系統識別號 U0002-0510201504330700
DOI 10.6846/TKU.2015.00160
論文名稱(中文) 結合數位製造的木構築單元聚合實驗
論文名稱(英文) Unit Aggregation Experiment of Wood Tectonic Combining Digital Fabrication
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 建築學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Architecture
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 裘芸
研究生(英文) Yun Chiu
學號 600360530
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2015-06-26
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授 - 陳珍誠(097016@mail.tku.edu.tw)
委員 - 游瑛璋
委員 - 施宣光
關鍵字(中) 數位製造
木構造
構造
聚合
構築
氛圍
關鍵字(英) Digital Fabrication
Wood Structure
Construction
Aggregation
Tectonic
Aura
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
不同於鋼鐵、混凝土的堅固與不朽,木材是生生不息的材料。正因為木材會腐朽需要替換,木建築是一種不斷在建造的狀態,如同材料本身的溫潤觸感,木建築是生命的空間。當代的木建築除了傳統木屋、框架模組木屋,再來就是大木結構的應用,其中大部份仍然是以板材的方式使用。在木材的取材製程中以夾板的製作最為經濟,因此嘗試以夾板為材料從貧窮藝術的角度出發重新詮釋夾板。

    台灣的氣候及地理限制使得台灣土地52%為保育森林是完全無法使用的森林,台灣的土地使用在經濟開發的前提之下沒有留給經濟森林任何機會。木材並不是20世紀主流的堅固建材,因此經濟森林在台灣沒有產業價值。除了以堅固不朽當作對於建築永恆的追求,讓建築可以不斷的替換與維護更新也可以是一種長久的狀態。和其他建材相比木材是相對柔弱的材料,不同於大木建築將許多木板疊加在一起增加強度,企圖將木料做鋼性構造的表現,本研究將木板再更碎化後的元件組裝成立體單元以當作空間的構成單位,並且想像可以被拆解與替換。

    個人初次使用雷射切割機時,不經意地將木板切碎成的小單元組件以構成小的立體單元,進而再組裝聚合成立體單元組構空間。當代藉由數位機具的輔助可以快速切割出這些木構造元件,使得這樣複雜的單元設計可以被實現。藉由雷射切割機的精準與快速切割,可以很容易的實驗不同小單元構造,本研究在不同的實驗中挑戰雷射切割機與木板的限制。在設計構造單元的時候,將單元尺寸控制在30公分內,是一個人可以獨立組裝的單位尺寸。碎化的單元可以突破構成的限制增加結構力,在組裝單元時因為脫開了平面的二維向度,三維的單元的組成可以更加穩固,特別是對木材這種具有紋理方向的材料。在傳統的木構使用上大多是以垂直水平的搭接,受限於木材尺寸強度和跨距的限制;加上統一生產的原木加工,使得木構造在建築空間上的變化相對較少空間形態也多相近。但是經由雷射切割機的二次加工,使得原本單調的夾板再次分割而被組裝成有具有獨特風格的木構造單元。並且可以由下而上組合方式聚合而生長出整體空間。

    數位木構造元件組合成立體單元之後仍然具有單元的構造特徵,藉由細緻木構造單元本質的精巧、有機與光影誘發基地中的氛圍,最後以所設計的四種單元構築成位於河畔不同功能的四個小空間,藉此討論材料、構築、場所與空間詩性的關係。希望本研究結合傳統木構造與當代數位製造技術的努力,以新科技詮釋舊材料,進而發展出對於木構造建築的新想像與展望。
英文摘要
Different from hardness and endurance of steel and concrete, wood is alternate material.  Since wood shall be replaced from time to time due to its property of decays, wood structure is in the status of continuous re-build.  With the mild touch of wood material, wood structure generates live space.  Current wood structure includes traditional wood cabin, frame module wood cabin and application of timber structure, wherein most are used with wood board.  Plywood is the most economic material for wood board fabrication, therefore, this research tries to re-interpret the meaning of plywood from the angle of property art. 

The restriction in climate and geography in Taiwan makes 52% of its forest serve as cultivating forest.  Under the premise of economic development, Taiwan’s land use leaves no chance for economic forest.  However, wood is not main building material in the 20th century, thus economic forest has no industrial value in Taiwan.  Apart from the permanent pursuit of its hardness and endurance of buildings, it could be different thinking to make building continuously change, maintain and update.  Comparing with other building materials, wood is relatively soft.  Different from the large wood building which stacks many wood boards to increase strength, this study aims to make rigid structure assembles small pieces components into three-dimensional spatial unit and images its decomposability and replace ability. 

When I used the laser cutter for the first time, I accidently cut the wood board into small unit components and constituted a small three-dimensional unit, and then assembled into a larger three-dimensional module to compose a space.  With help of digital machines and tools, these wood structure components can be cut quickly at present, by which these complicated design unit designs can be realized.  Through precise and quick cutting of laser cutter, it can easily testify the constructability of different small components.  The research challenges the limitations of laser cutter and wood board in different experiments.  In designing the fundamental structural unit, it controls unit size within 30cm, which can be assembled by a person independently.  The composition of unit fragments can reinforce the strength of the structure.  During the assemblage of unit, composition of larger three-dimensional unit can be more stable because its structure, especially for wood material which has different textile directions.  In traditional wood structure, it is mostly jointed by vertical and horizontal lap, which is limited to size and span of wood material.  Routine processing in traditional wood production makes wood structure less flexible in architectural design and generates common spatial form.  Through the machining of laser cutter, the monolithic plywood is cut into small pieces and assembled wood structure having unique style.  It can be aggregated into an integral space-frame from a bottom-up composition. 

After digital small wood structure unit is composed into a larger three-dimensional structure, it keeps the original features of unit.  With its essence, organism and light of meticulous wood structure, it forms aura on the site, finally to construct four small spaces on beach through four different design units, so as to discuss relationship among material, tectonic, place and poetic of space.  It is expected that the research combines traditional wood structure and current digital fabrication technology to re-interpret wood material through new technology, further to develop new ideas and perspectives of wood architecture.
第三語言摘要
論文目次
章節目錄
章節目錄	I
圖目錄	IV
第ㄧ章 緒論	1
1.1研究動機	2
個人接觸建築的初步觀點	2
構築與空間詩性想像的經驗	2
海德格爾『建、居、思』與諾博舒茲『建築現象學』	3
現代性入侵的反思	4
縉紳化下的空間轉變	4
發展可融合環境之當代數位構築之討論	5
1.2 研究目的	7
思考真實生活中的建築環境	7
瞭解構築文化、現象學、貧窮藝術、空間詩學的基礎	7
貧窮的藝術	8
在地的數位構築	8
1.3相關領域	9
歐洲理性主義	9
地域主義建築	10
數位構築	11
小型建築	13
1.4研究成果	14
1.5研究流程圖	15
第二章 文獻回顧	16
2.1建築理論	17
2.2 建築師	18
2.3 案例研究	22
第三章 霧的概念	28
3.1霧與四部電影	29
霧	29
與霧相關的四部電影	30
大都會	31
夜與霧	31
紅色沙漠	32
霧中風景	33
3.2霧的概念模設計操作	34
大都會概念模	34
夜與霧概念模	36
紅色沙漠概念模	39
霧中風景概念模	41
3.3小結	42
由東西方的文化差異來看木建築	42
東西文明演變	42
木材的現世價值	43
第四章 木構造單元實驗	45
4.1永續森林與木材	46
木循環與永續森林	47
北美的木材產業	48
台灣的木材產業困難	48
4.2木建築	53
木建築性能	55
2X4工法	56
4.3基本雷射切割木工	57
板對板相接的可能	57
4.4 木構單元設計操作	60
三角塊體堆砌	62
斜面X型接件	64
其他單元嘗試	64
4.5 木屋牆面構造設計	66
4.6小結	69
第五章 空間詩性與木構造單元設計	70
5.1 基地詩性	71
5.2.2 教堂空間	79
5.2.3 自行車休憩空間	84
5.2.4 釣魚休憩空間	89
釣魚休憩空間構造單元參數化	90
釣魚休憩空間構造單元組裝	91
第六章結論	94
6.1組合單元細碎化	94
6.2單元產生的空間氛圍	96
6.3場域特徵與空間詩性	97
參考文獻	98
圖目錄
圖1.1 青森美術館	2
圖1.2 青森美術館內部	3
圖1.4海德格爾	4
圖1.5場所精神	4
圖1.6台北河岸	5
圖1.7台北城市風景	5
圖1.8研究流程圖	15
圖2.1Peter Zumthor	18
圖2.2慈林新館案例	22
圖23白色教堂案例	22
圖2.4日本廣島光學玻璃房案例	23
圖2.5瓦爾斯溫泉浴場案例	25
圖2.6瓦爾斯溫泉浴場	25
圖2.7Kolumba博物館案例	26
圖2.8棲包屋原住民文化中心案例	27
圖3.1霧的字型變化	29
圖3.2 與霧相關的四部電影	30
圖3.5 紅色沙漠電影片段	32
圖3.6 霧中風景電影片段	33
圖3.7 大都會模型設計過程	34
圖3.8 大都會模型單元旋轉不同角度的狀態	35
圖3.9 大都會模型立體視角	35
圖3.10 大都會模型組裝及單元	35
圖3.11 夜與霧模型設計過程	36
圖3.12 夜與霧模型局部	37
圖3.13 切割單元與單元剩材	38
圖3.14紅色沙漠模型局部	39
圖3.15紅色沙漠單元切割與組裝過程	40
圖3.16紅色沙漠概念模	40
圖3.17霧中風景概念模設計過程	41
圖3.18霧中風景概念模	41
圖3.19西方原木屋(log house)與東方斗拱構造	43
圖3.12鹿港龍山寺斗拱構造	43
圖4.1 台灣森林比例現狀	46
圖4.2木循環及森林輪植	47
圖4.3 台灣及北美樹種圖表	52
圖4.4木材尺寸與樹種關係	53
圖4.5 原木取材(弦切)	54
圖4.6 原木尺寸與取材效率(弦切/圓周切割)	54
圖4.7圓周切割(Rotate Cutting)夾板製程	54
圖4.8 2X4工法木屋	56
圖4.9 I型接件	57
圖4.10 L型接件	58
圖4.11T型接件	58
圖4.12X型接件	59
圖4.13旋轉X型接件	59
圖4.14 CCO Puzzle單元	60
圖4.15 CCO單元組合	60
圖4.8 2X4工法木屋	61
圖4.16 CCO單元變形及組構變化	61
圖4.17 曲形元件組合過程	61
圖4.18 錯位搭接與曲形元件變化	61
圖4.19 錯視圖形及參數變形	62
圖4.20 三角塊體單元及組裝	63
圖4.21 三角塊體堆砌	63
圖4.22 斜面X型單元組合	64
圖4.23 L型單元的其他組合	64
圖4.24 四單位的斜面接合單元及五邊形的12面體組裝嘗試	64
圖4.25 其他單元實驗	65
圖4.26 X形單元連鎖	66
圖4.27 木板重疊	66
圖4.28 箱型單元模擬	67
圖4.29 插枵及方塊單元	67
圖4.30 插枵及方塊單元實作	68
圖4.31 其他單元實驗2	69
圖5.1基地位置	71
圖5.2沙崙基地現況	72
圖5.3基地氛圍想像	72
圖5.4基地配置	72
圖5.5 X形接件構造	73
圖5.6 燈塔空間模擬	73
圖5.7 X型接件構造的參數化	74
圖5.8 X形接件構造的參數化變形	74
圖5.9 X形接件構造的排列	74
圖5.10 X形接件構造的變形	75
圖5.11 X形接件構造的變形組合	75
圖5.12 燈塔單元切割圖	76
圖5.13 燈塔單元細部	76
圖5.14 燈塔單元1/5局部模型	76
圖5.15 燈塔單元組裝	77
圖5.16 燈塔單元1/5局部模型	78
圖5.17 三角堆疊單元	79
圖5.18 教堂空間模擬	79
圖5.20 教堂空間2	80
圖5.21 教堂單元參數化過程	81
圖5.22 教堂框架	81
圖5.23 教堂框架及單元組合	82
圖5.24 教堂框架切割圖	82
圖5.25 教堂空間模型照片	83
圖5.28自行車休憩空間模擬2	84
圖5.29 自行車休憩空間模擬3	85
圖5.30 自行車休憩空間構造的單元及構件	85
圖5.31 自行車休憩空間構造單元組裝過程	86
圖5.32 自行車休憩空間構造組裝過程	86
圖5.33 自行車休憩空間構造組裝分類	86
圖5.34 自行車休憩空間模型構造單元組裝1	87
圖5.35 自行車休憩空間模型構造單元組裝2	87
圖5.36 山-自行車休憩空間1/5局部模型	88
圖5.37 紅色沙漠概念模	89
圖5.38 釣魚休憩空間模擬1	89
圖5.39 釣魚休憩空間模擬2	90
圖5.40 釣魚休憩空間構造參數化單元	90
圖5.41 釣魚休憩空間構造參數化單元變形	90
圖5.42 釣魚休憩空間構造單元組裝過程	91
圖5.43 釣魚休憩空間構造單元切割圖	91
圖5.44 釣魚休憩空間構造主結構與單元關係	92
圖5.45 釣魚休憩空間構造整體	92
圖5.46 釣魚休憩空間構造1/5局部模型	93
圖6.1 刀序模組化後的切割圖	95
圖6.2 原始切割圖	95
參考文獻
簡體書目
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2007,『彼得・卒姆特 Peter Zumthor』大連理工大學出版社,大連市,中國。
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繁體書目
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2015『奔跑的負建築家』楊明綺 譯,商周出版社,台北市,台灣
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王增榮,王俊雄
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洪裕成,蕭瑞綺
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2009『關於建築學的100個故事』,宇河文化出版有限公司,新北市,台灣。

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林家弘,2010,『看不見的淡水』,碩士論文,淡江建築研究所。
賴允誼,2014,『幾何單元組合的參數化設計與製造』,碩士論文,淡江建築研究所。
蘇潤,2014,『瓦愣紙材料之數位製造與構築』碩士論文,淡江建築研究所。

網路資料
木材科學技術資料庫
Lucan, Jacques, edited, “A Matter of Art: Contemporary Architecture in Switzerland, Basel: Birkhauser, 2001
Akos Moravanszky ,“Concrete Constructs--The Limits of Rationalism in Swiss Architecture” ,2007
http://www.douban.com/note/86122727/
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http://bbs.tianya.cn/post-no16-239896-1.shtml
http://www.mmag.com.tw/ad/20130628-architectural_design-727
http://www.designboom.com/architecture 
http://lwl.com.tw/wp/?p=996#sthash.7pMoU9H1.dpuf
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