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系統識別號 U0002-1208201316101200
中文論文名稱 參數化折疊表面之建築設計應用
英文論文名稱 Parametric Folding Surface Design in Architecture
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 建築學系碩士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 王祈雅
研究生英文姓名 Chi-Ya Wang
學號 600360027
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-02
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
共同指導教授-賴怡成
委員-施宣光
委員-宋立文
中文關鍵字 折疊  超表面  參數化設計  紋理  單元 
英文關鍵字 Folding  Hyper-Surface  Parametric Design  Pattern  Unit 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要   本研究希望藉由觀察紙藝的折疊動作而衍生出一套設計系統,並結合數位設計工具探討新的空間形式,思考折疊紋理與空間形體之間的關係。經由數位設計與製作的過程,將折疊運用於空間皮層與結構。

  設計主要分為三個部分,紋理的研究探討、紋理應用於幾何形體上的變化、與數位製造三個部分。第一個部分探討如何利用參數化軟體Grasshopper繪製折疊紋理,以最基本的「百摺」紋理為基礎,藉由錯位、鏡射、重複等動作衍生出不同折疊紋理。第二部分嘗試將折疊紋理運用到幾何形體上,並觀察形體變化後紋理的樣式。一開始以簡單的幾何形體做為基礎,經由不同的方式生產出其他變形的形體,觀察當形體產生變化時,紋理的改變。第三部分則著重在實體的製作,並透過機器輔助生產製造,提高實體製作的效率。此部分以兩種不同方式製作實體,一是一體成形的方式,利用3D Printer快速成型,並清楚呈現出電腦模擬狀態;另一是單元組構的方式,將3D物件透過軟體Pepakura Designer轉化成為2D的單元展開圖,再透過震動刀快速切割及人工組裝成形,就像一種新的預鑄結構模式。

  藉由本次研究關於折疊紋理的探討以及空間應用的討論,我們可以知道折疊運用在建築空間上不僅有裝飾性的紋理,更創造出有機的空間。另外,在這當中也發現了折疊的概念也可以轉變成結構,讓軟性材質有了支撐的骨架,思考折疊運用在結構中的可能性。希望經由本研究的嘗試,可以提供後續研究者能夠以不同角度思考建築空間與結構的多樣性,發展出更多有趣的建築。
英文摘要 This study discusses how folding texture can apply on architecture. Through observation on folding paper, it not only derives a process of design method but also explores the new spatial forms. Moreover, by employing of digital design and fabrication, the method is going to be implemented on the building skin and structure.

The design is mainly divided into three parts, including texture studies, the application of texture and geometry, and the digital fabrication. The first part is based on the most basic texture "Accordion Pleats" to develop into different folding textures through the movement of misaligning, mirroring, and repeating. Then explore how to use parametric design software Grasshopper to manipulate the folding texture. The second part attempts to apply the folding texture on the simple geometry and observes the texture pattern of the deformation by different ways. The third part focuses on the fabrication that is assisted by digital machine, which may improve the efficiency. Two ways are suggested for physical model fabrication. One is integrally molded by 3D Printer, which clearly shows the state of computer simulation. The other is units assembled by first using the software Pepakura Designer to transform 3D model into 2D expansion plan, and then dividing into pieces through computer cutting machine with oscillating knife and manual assembling these pieces to present the model. This can be defined as a new precast structural system.

According this discussion of the study regarding folding texture and space application, one can know that folding uses in architecture not only perform decorative textures but create organic spatial forms. Furthermore, the concept of folding can be transformed as the structure which makes the supporting frames for soft materials. Through this study, author attempts to provide the suggestions for the future researchers to consider the space and structure in different conditions, and expects to bring out more interesting architecture solutions.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-1.1 以數位設計操作Pavilion設計過程的心得 1
1-1.2 由日常生活的事物所發展出的研究興趣 2
1-1.3 藉由數位設計工具探討空間的多樣性 2
1-1.4 討論不同質地的形態與表皮 3
1-1.5 將所設計軟性皮層脫離電腦螢幕實際製作 3
1-2 研究目的 4
1-2.1 結合時尚設計跨領域探討建築空間 4
1-2.2 應用紙藝於建築空間中 4
1-2.3 以數位設計工具探索新的空間形式 4
1-2.4 參數化設計的嘗試與運用 5
1-2.5 探討軟性皮層的空間結構性 5
1-3 相關領域 6
1-4 研究流程 7
1-5 研究成果 8
第二章 相關案例與設計師 9
2-1 案例 9
2-1.1 Clouds 9
2-1.2 La Fabrique Sonore 10
2-1.3 Voussoir Cloud 11
2-1.4 Museum of Image&Sound 12
2-1.5 Denia Mountain 13
2-2 書籍 14
2-2.1 Animate Form 14
2-2.2 Modular Structures in Design and Architecture 15
2-2.3 Soft Shells:Porous and Deployable Architectural Screens 15
2-2.4 Folding Techniques for Designers:From Sheet to Form 16
2-3 設計師 17
2-3.1 Ron Resch 17
2-3.2 三宅一生(Issey Miyake) 18
2-3.3 Sandra Backlund 19
2-3.4 Atelier Manferdini 20
2-3.5 Heather Roberge 21
2-3.6 Evan Douglis 22
2-4 關鍵字 23
2-4.1 超表面(Hyper-Surface) 23
2-4.2 單元(Unit) 23
2-4.3 切割(Cut)、折疊(Fold) 24
2-4.4 堆疊(Stack)、編織(Knit) 24
2-5 相關應用軟體 25
2-5.1 Grasshopper 25
2-5.2 Pepakura Designer 25
2-6 小結 26
第三章 初步設計操作 27
3-1 Diagram 4×4 27
3-1.1 折疊(Fold) 27
3-1.2 切割(Cut) 33
3-1.3 堆疊(Stack) 35
3-1.4 編織(Knit) 37
3-2 折疊案例練習 39
3-2.1 Horizontal Folding 39
3-2.2 Vertical Folding 39
3-2.3 Origami Folding 1 40
3-2.4 Origami Folding 2 41
3-2.5 Proliferative Folding 41
3-2.6 Tessellated Folding 42
3-2.7 案例練習小結 43
3-3 三邊形組合折疊 44
3-3.1 Diagram 3×4 44
3-3.2 三邊形組合規則 46
3-3.3 Grasshopper 47
3-4 四邊形組合折疊 50
3-4.1 Diagram 3×4 50
3-4.2 四邊形組合規則 52
3-4.3 Grasshopper 53
第四章 幾何形體運用折疊 56
4-1 DIAGRAM幾何形體 56
4-1.1 三邊形組合形體 56
4-1.2 四邊形組合形體 57
4-2 基本幾何形體的折疊應用 58
4-2.1 三邊形組合形體 58
4-2.2 四邊形組合形體 63
4-3 變化幾何形體運用折疊 68
4-3.1 變化三邊形組合形體 68
4-3.2 變化四邊形組合形體 79
第五章 數位製造 88
5-1 一體成形 88
5-1.1 基本三角形體+多向折疊 88
5-1.2 底緣拉高三角形體+多向折疊 89
5-1.3 底緣延伸三角形體+多向折疊 90
5-1.4 底緣延伸拉高三角形體+多向折疊 90
5-2 單元組構 92
5-2.1 基本三角形體+多向折疊 93
5-2.2 底緣拉高三角形體+多向折疊 94
5-2.3 底緣延伸三角形體+多向折疊 95
5-2.4 底緣延伸拉高三角形體+多向折疊 96
第六章 結論與後續研究 97
6-1 結論 97
6-1.1 對於題目的回應、意義 97
6-1.2 關於紋理→形體→製造,三部分的研究成果 97
6-1.3 對於研究動機、目的的回應 98
6-1.4 關於軟體與插件之使用心得 98
6-1.5 由數位設計到數位製造的簡易性 99
6-1.6 此研究的優、缺點 99
6-2 後續研究發展 100
6-2.1 本研究如何與真正設計做結合 100
6-2.2 本研究未完成之處 100
6-2.3 對於四種手法的建議 100
6-2.4 優化的可能性 100
第七章 參考文獻與附錄 101

圖目錄
【圖1-1】研究者大四作品 1
【圖1-2】燈、服裝、椅子 2
【圖1-3】Kohei Nawa作品 3
【圖1-4】折、摺皺、編織 6
【圖1-5】研究流程圖 7
【圖2-1】Ronan&Erwan Bouroullec作品 -「Clouds」 9
【圖2-2】Ali Monemi&Robin Meier作品 -「La Fabrique Sonore」 10
【圖2-3】Ali Monemi&Robin Meier作品 -「La Fabrique Sonore」diagram 10
【圖2-4】Lisa Iwamoto作品 -「Voussoir Cloud」 11
【圖2-5】Diller&Scofidio+Renfro作品 -「Museum of Image & Sound」概念 12
【圖2-6】Diller&Scofidio+Renfro作品 -「Museum of Image & Sound」 12
【圖2-7】Vicente Guallart作品 -「Denia Mountain」diagram 13
【圖2-8】Vicente Guallart作品 -「Denia Mountain」 13
【圖2-9】Greg Lynn作品 -「Embryological Housing」 14
【圖2-10】Modular Structures內頁 15
【圖2-11】Soft Shells內頁 15
【圖2-12】Folding Techniques for Designers內頁-連續單元、鏡射單元 16
【圖2-13】Folding Techniques for Designers內頁-壓、扭轉、材質變換 16
【圖2-14】Ron Resch作品 17
【圖2-15】Issey Miyake作品 18
【圖2-16】Sandra Backlund作品 19
【圖2-17】Atelier Manferdini作品 20
【圖2-18】Heather Roberge作品 21
【圖2-19】Evan Douglis作品 -「Auto Braids」 22
【圖2-20】Evan Douglis作品 -「REptile」 22
【圖2-21】Hyper-Surface模擬圖 23
【圖2-22】研究者大四作品過程-單元(Unit)發展 23
【圖2-23】切割(Cut)、折疊(Fold) 24
【圖2-24】堆疊(Stack)、編織(Knit) 24
【圖2-25】Grasshopper介面 25
【圖2-26】Pepakura Designer展開生成 25
【圖3-1】折疊的分段分析 27
【圖3-2】折疊的軸線分析 28
【圖3-3】折疊的錯位分析 29
【圖3-4】折疊的重複分析 30
【圖3-5】折疊的鏡射分析 31
【圖3-6】折疊的等比鏡射分析 32
【圖3-7】單一線段的切割分析 33
【圖3-8】連續線段的切割分析 34
【圖3-9】上下左右交錯堆疊的分析 35
【圖3-10】環狀交錯堆疊的分析 36
【圖3-11】交錯狀的編織分析 37
【圖3-12】對稱交錯編織分析 38
【圖3-13】Horizontal Folding Grasshopper 39
【圖3-14】參數調整:雛形→平滑度→折數→折線曲度→折的深度 39
【圖3-15】Vertical Folding Grasshopper 40
【圖3-16】參數調整:雛形→折的距離→折的深度→折的位移度→折的柔化程度 40
【圖3-17】Origami Folding Grasshopper 40
【圖3-18】參數調整:雛形→折數→中間值調整→鏡射→曲面切換 40
【圖3-19】Origami Folding Grasshopper 41
【圖3-20】參數調整:雛形→基本曲面變形→基本尺寸大小→折數→中間值調整 41
【圖3-21】Proliferative Folding Grasshopper 42
【圖3-22】參數調整:雛形→水平折數→垂直折數→折的深度→深度的倍率 42
【圖3-23】Tessellated Folding Grasshopper 42
【圖3-24】參數調整:雛形→主線折的數量→圓上折的數量→折的旋轉量→折的旋轉量 43
【圖3-25】三邊形折疊發展分析 44
【圖3-26】根據結點位置發展的三邊形折疊分析 45
【圖3-27】三邊形折疊連接順序 46
【圖3-28】基本折疊模式 47
【圖3-29】單向折疊模式 47
【圖3-30】雙向折疊模式 48
【圖3-31】多向折疊模式 49
【圖3-32】數值調整後Pattern變化 49
【圖3-33】加軸線後的四邊形折疊分析 50
【圖3-34】凹、凸軸關係的四邊形折疊分析 51
【圖3-35】四邊形折疊連接順序 52
【圖3-36】基本折疊模式 53
【圖3-37】凹、凸軸重複折疊模式 54
【圖3-38】凹、凸軸鏡射折疊模式 54
【圖3-39】數值調整後Pattern變化 55
【圖4-1】三邊形組合形體發展 56
【圖4-2】四邊形組合形體發展 57
【圖4-3】基本三邊形組合形體Grasshopper之建立 58
【圖4-4】基本三邊形組合形體調整形態 58
【圖4-5】基本折疊運用至基本三邊形組合形體 59
【圖4-6】基本折疊在基本三邊形組合形體上的調整變化 59
【圖4-7】多向折疊運用至基本三邊形組合形體 60
【圖4-8】M-V-M封包 61
【圖4-9】V-M-V封包 61
【圖4-10】Surface A封包、Surface B封包 62
【圖4-11】多向折疊在基本三邊形組合形體上的調整變化 62
【圖4-12】基本四邊形組合形體Grasshopper之建立 63
【圖4-13】基本四邊形組合形體調整形態 63
【圖4-14】基本折疊運用至基本四邊形組合形體 64
【圖4-15】基本折疊在基本四邊形組合形體上的調整變化 64
【圖4-16】多向折疊運用至基本四邊形組合形體 65
【圖4-17】M-V-M封包 66
【圖4-18】V-M-V封包 66
【圖4-19】Surface A封包、Surface B封包 67
【圖4-20】多向折疊在基本四邊形組合形體上的調整變化 67
【圖4-21】底緣拉高之三邊形組合形體Grasshopper之建立 68
【圖4-22】底緣拉高之三邊形組合形體形態調整 68
【圖4-23】底緣延伸之三邊形組合形體Grasshopper之建立 69
【圖4-24】底緣延伸之三邊形組合形體形態調整 69
【圖4-25】底緣延伸拉高之三邊形組合形體Grasshopper之建立 70
【圖4-26】底緣延伸拉高之三邊形組合形體形態調整 70
【圖4-27】基本折疊模式 71
【圖4-28】基礎形體形態變化 71
【圖4-29】基本折疊運用至底緣拉高之三邊形組合形體 72
【圖4-30】基本折疊在底緣拉高之三邊形組合形體上的調整變化 72
【圖4-31】基本折疊運用至底緣延伸之三邊形組合形體 73
【圖4-32】基本折疊在底緣延伸之三邊形組合形體上的調整變化 73
【圖4-33】基本折疊運用至底緣延伸拉高之三邊形組合形體 74
【圖4-34】基本折疊在底緣延伸拉高之三邊形組合形體上的調整變化 74
【圖4-35】多向折疊模式 75
【圖4-36】基礎形體形態變化 75
【圖4-37】多向折疊運用至底緣拉高之三邊形組合形體 76
【圖4-38】多向折疊在底緣拉高之三邊形組合形體上的調整變化 76
【圖4-39】多向折疊運用至底緣延伸之三邊形組合形體 77
【圖4-40】多向折疊在底緣延伸之三邊形組合形體上的調整變化 77
【圖4-41】多向折疊運用至底緣延伸拉高之三邊形組合形體 78
【圖4-42】多向折疊在底緣延伸拉高之三邊形組合形體上的調整變化 78
【圖4-43】斷面長枝之四邊形組合形體Grasshopper之建立 79
【圖4-44】斷面長枝之四邊形組合形體形態調整 79
【圖4-45】尾端縮放之四邊形組合形體Grasshopper之建立 80
【圖4-46】尾端縮放之四邊形組合形體形態調整 80
【圖4-47】邊緣弧形之四邊形組合形體Grasshopper之建立 81
【圖4-48】邊緣弧形之四邊形組合形體形態調整 81
【圖4-49】基本折疊運用至斷面長枝之四邊形組合形體 82
【圖4-50】基本折疊在斷面長枝之四邊形組合形體上的調整變化 82
【圖4-51】基本折疊運用至尾端縮放之四邊形組合形體 83
【圖4-52】基本折疊在尾端縮放之四邊形組合形體上的調整變化 83
【圖4-53】基本折疊運用至邊緣弧形之四邊形組合形體 84
【圖4-54】基本折疊在邊緣弧形之四邊形組合形體上的調整變化 84
【圖4-55】多向折疊運用至斷面長枝之四邊形組合形體 85
【圖4-56】多向折疊在斷面長枝之四邊形組合形體上的調整變化 85
【圖4-57】多向折疊運用至尾端縮放之四邊形組合形體 86
【圖4-58】多向折疊在尾端縮放之四邊形組合形體上的調整變化 86
【圖4-59】多向折疊運用至邊緣弧形之四邊形組合形體 87
【圖4-60】多向折疊在邊緣弧形之四邊形組合形體上的調整變化 87
【圖5-1】3D Printer、ABS樹脂、四種模擬形體 88
【圖5-2】3D Printer噴製過程和成品 88
【圖5-3】還未拆除支撐材的「基本三角形體+多向折疊」 89
【圖5-4】「基本三角形體+多向折疊」噴製成品 89
【圖5-5】還未拆除支撐材的「底緣拉高三角形體+多向折疊」 89
【圖5-6】「底緣拉高三角形體+多向折疊」噴製成品 90
【圖5-7】還未拆除支撐材的「底緣延伸三角形體+多向折疊」 90
【圖5-8】「底緣延伸三角形體+多向折疊」噴製成品 90
【圖5-9】還未拆除支撐材的「底緣延伸拉高三角形體+多向折疊」 91
【圖5-10】「底緣延伸拉高三角形體+多向折疊」噴製成品 91
【圖5-11】震動刀、ABS塑膠板、四種模擬形體 92
【圖5-12】震動刀切割過程和組裝 92
【圖5-13】「基本三角形體+多向折疊」展開圖 93
【圖5-14】「基本三角形體+多向折疊」組裝成品 93
【圖5-15】「底緣拉高三角形體+多向折疊」展開圖 94
【圖5-16】「底緣拉高三角形體+多向折疊」組裝成品 94
【圖5-17】「底緣延伸三角形體+多向折疊」展開圖 95
【圖5-18】「底緣延伸三角形體+多向折疊」組構成品 95
【圖5-19】「底緣延伸拉高三角形體+多向折疊」展開圖 96
【圖5-20】「底緣延伸拉高三角形體+多向折疊」組構成品 96
參考文獻 外文書籍
1.《Animate Form》
Greg Lynn,1999,Princeton Architectural Press
2.《Modular Structures in Design and Architecture》
Asterios Agkathidis,2009,Page One Publishing Pte Ltd
3.《Soft Shells:Porous and Deployable Architectural Screens》
Sophia Vyzoviti,2011,Page One Publishing Pte Ltd
4.《Folding Techniques for Designers:From Sheet to Form》
Paul Jackson,2011,Laurence King Publishing
5.《Unfolded》
Petra Schmidt,2009,Birkhauser
6.《Autogenic Structures》
Evan Douglis,2008,Taylor & Francis Group Ltd

參考論文
1.《身體、空間與地景的第二皮層》
蔡佩樺,2008,淡江大學建築學系
2.《建築表面與空間織理之研究:以服裝立體剪裁之剪縫立構為例》
李佳玲,2010,台南藝術大學建築藝術研究所
3.《服裝與空間—以參數化工具探討服裝立體剪裁設計》
蔡靜緹,2012,淡江大學建築學系
4.《軟硬體—多態表層在空間中變動之研究》
鄧振甫,2012,淡江大學建築學系

參考網站
http://www.kohei-nawa.net
http://www.kvadratclouds.com
http://www.iwamotoscott.com
http://www.dsrny.com
http://www.guallart.com
http://mds.isseymiyake.com
http://murmur-la.com
http://www.sandrabacklund.com
http://www.ateliermanferdini.com
http://www.evandouglis.com
http://www.grasshopper3d.com
http://www.tamasoft.co.jp/pepakura-en
http://livecomponents-ny.com
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2013-08-15公開。
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