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系統識別號 U0002-1308201409421200
中文論文名稱 幾何單元組合的參數化設計與製造
英文論文名稱 Compositions of Geometry Unit with Parametric Design and Digitial Fabrication
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 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 賴允誼
研究生英文姓名 Yun-Yi Lai
學號 699360821
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-06-16
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
共同指導教授-陸金雄
委員-游瑛樟
委員-施宣光
中文關鍵字 單元  模組  由下而上  數位製造  快速架構 
英文關鍵字 Units  Modules  Bottom-Up  Digital Fabrication  Rapid Prototyping. 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 建築造型的設計多半是由幾何當作分割造型的基礎,這裡借用幾何單元作為構築的原型,以由下而上的方式做出不同單元的排列組合,接著以不同獨立單元為主要的組合對象,並選擇一種構築方式來進行各種操作。除了製作模型來測試單元組合之於真實環境的可行性,也以數位工具模擬在不同造型下的排列方式,並且將單元的組合分類出幾種類型。

一開始先介紹的是單元的原型,在這裡以四邊形、三邊形、六邊形與多邊形為例,用幾何在平面上繪製不同的排列組合,模擬單元組合時的圖案。單元類型則以線性、面狀與物件當作分類,而構築後單元與單元之間的關係則是先以案例的方式做組合造型的分類。

接著是以互承結構的方式來製作模型與數位模擬,以單元類型分三類,來了解單元組合時的情形,並找出單元與單元構築的關係,除了優缺點之外也包含須注意的地方,像是節點之於單元的比例也很重要。線性、面狀與物件都是以互承結構的方式各做出兩種的組合,在電腦繪製的部份是以參數化的方式進行模擬,可以改變比例大小與數量。

最後回到設計的前端,將小單元的組合看成是各種不同的網格的設計,當能控制網格的類型與比例大小,就能做出需要的造型並且搭配不同的單元類型就能建造出不同的組合造型,整個設計的時間與過程就會大幅縮短並且能製作更多的組合。結合不同的構築方式製作因地制宜的建築,能配合當地的技術做出適合當地的臨時建物,也能配合使用者的喜好製作出客製化的造型,讓因地制宜且造型跟工法做配合變得是可行的且因人而異。
英文摘要 Most architectural design is based on geometrically segmented shapes. Geometric shapes are used to construct element prototypes, where different combinations and arrangements of elements are generated from a bottom-up approach. Different individual elements are then chosen as subjects, and are put together in different ways. In addition to making models to test the feasibility of combinations in reality, digital tools are used to simulate different arrangements. Moreover, the element combinations are categorized into several types.

This study attempts to use element prototypes, such as a triangle, quadrilateral, hexagon, and polygon and different combinations of elements are arranged on a plane to simulate the patterns. Element types are categorized according to linearity, planarity, and objects and the relationship between elements is categorized on a case-by-case basis.

Digital simulation and model construction are carried out for reciprocal structure. Elements are divided into three types to understand their combinations and to identify the configurative relationship between them. In addition to discussing the defects and merits, details that require attention are identified such as the importance of the node-to-element ratio. Two combinations are created for each linearity, planarity, and object, respectively, based on reciprocal structure. Parametric design is conducted in computer modeling, and the size, ratio, and quantity can be adjusted.

Combinations of small elements are viewed as different grid designs. If the type and scale of the grid can be controlled, the required model can be constructed. Models of different combinations can be built using different element types, thus the duration of design is significantly shortened, and more combinations can be generated. Temporary buildings appropriate for the area can be designed and constructed combining different fabrication techniques with the construction method that suits the local environment. With the ability to customize the model to users’ preferences, buildings suitable to the local environment can be achieved through parametric design and the digital fabrication process.
論文目次 論文目錄

第一章 緒論 1
1-1. 研究動機 2
1-1.1. 個人對於樂高與小單元組裝的興趣 2
1-1.2. 想像以小單元發展構造系統的可能性 2
1-1.3. 探討由下而上的結構系統發展 3
1-1.4. 發展結構輕巧或可拆卸的臨時建築 3
1-1.5. 結合數位設計與製造 3
1-1.6. 以電腦模擬不同結構系統的組構方式 4
1-2. 研究目的 5
1-2.1. 設計結構單元類型及其容許的變動範圍之於網域 5
1-2.2. 研究結構組件的組合方式 5
1-2.3. 了解單元組構可參數化設計的發展 5
1-2.4. 了解不同材料發展成單元的可行性與細部的設計 5
1-2.5. 製造客製化的組件 6
1-2.6. 將電腦模擬的設計結果實踐於真實世界的重力條件下 6
1-3. 相關領域 6
1-3.1. 工業設計:材料的使用(軟硬)、單元的設計、組合的設計 6
1-3.2. 參數化設計:關於參數設定、形態設計、構造合理性 6
1-3.3. 數位設計與製造:真實建造與構築之討論 6
1-4. 研究流程 7
第二章 相關書籍與案例 8
2-1. 案例 9
2-1.1. Toyo Ito:Serpentine Gallery 9
2-1.2. AA Bedford Square Pavilion 9
2-1.3. ETH-Zurich Packed Pavilion 10
2-1.4. Pavilion Design from Beer Crates=Boxel Pavilion 11
2-1.5. Recycle Cardboard Tube Pavilion 12
2-1.6. UCLA , Heather Roberge 13
2-2. 書籍 14
2-2.1. Super Surface- Generating Forms for Architecture, Products and Fashion 14
2-2.2. Modular Structures in Design and Architecture 14
2-2.3. Move-Architecture in Motion-Dynamic Components and Elements 15
2-2.4. Unfolded-Paper in Design , Art , Architecture and Industry 15
2-2.5. Eccentric Structures in Architecture 15
2-2.6. Digital Manufacturing-in Design and Architecture 16
2-3. 設計師 16
2-3.1. Erwin Hauer 16
2-3.2. Moshe Safdie 17
2-3.3. Shigeru Ban 18
2-4. 相關碩士論文 19
2-4.1. 黃雅如 19
2-4.2. 彭智謙 19
2-4.3. 蔡靜緹 19
2-5. 應用軟體 19
2-5.1. Grasshopper 19
2-5.2. Grasshopper 底下相關插件 20
2-6. 關鍵字 21
2-7. 小結 22
第三章 單元原型 23
3-1. 單元類型組合與規則 24
3-1.1. 以基本幾何為單元 24
3-1.2. 操作方法1 24
3-1.3. 操作方法2 28
3-1.4. 操作方法3 32
3-1.5. 操作方法4 36
3-2. Pavilion單元組合類型 40
3-2.1. 單元與網格系統 40
3-2.2. Stacking 40
3-2.3. Packing 41
3-2.4. Established Modular 42
3-2.5. Folding 43
3-2.6. Deform 44
3-3. 線性材料 45
3-3.1. 線性材料介紹 45
3-3.2. 線性基本單元 46
3-3.3. 組合2X2 47
3-3.4. 組合3X3 48
3-3.5. 架構 2X2 & 3X3 49
3-3.6. 單元之於曲面 50
第四章 設計製作 51
4-1. 線性實際操作 52
4-1.1. 從虛擬到實體單元與造型 52
4-1.2. 線性單元與組合方式之於平面 52
4-1.3. 線性單元組合的拆解 52
4-1.4. 線性單元組合挑選(由左至右) 53
4-2. 電腦操作 54
4-2.1. 電腦輔助之於線性單元 54
4-2.2. 線性單元第一種 54
4-2.3. 單元類型 55
4-2.4. 線性單元第二種 58
4-3.  面狀單元 59
4-3.1.  面狀單元第一組 59
4-3.2.  面狀單元第二組 60
4-3.3. 節點 62
4-3.4. 戴松青老師的工作營 63
4-4. 小結 63
第五章 後續研究 64
5-1. 網格圖案整理 65
5-1.1.  線性單元 65
5-1.2. 面狀 66
5-1.3.  小結 67
5-2.  單元延伸到物件 68
5-2.1.  物件一 68
5-2.2.  物件二 69
5-3.  Grid & Mesh & GH Plug-In 70
5-3.1.  Mesh 70
5-3.2. 71
5-3.3. 72
5-3.4.  Circle Packing 73
第六章 結論與建議 74
6-1. 回顧 75
6-1.1. 單元組合方法與實做到相關案例分類 75
6-1.2. 電腦操作 75
6-2. 建議 75
6-2.1. GH使用 75
6-2.2. 單元 76
6-2.3. 實做 76
6-2.4. 實際應用76
6-2.5. 結論 76
參考文獻與附錄 77
外文書目 77
參考論文 77
網路資料 78

圖表目錄

圖 1- 1:參數化磚造 2
圖 1- 2:仙林建造工作營 4

圖 2- 1:BEDFORD SQUARE PAVILION 9
圖 2- 2:[C]SPACE DRL10 PAVILION 10
圖 2- 3.:PACKED 11
圖 2- 4:BOXEL PAVILION 12
圖 2- 5:CARBOARD TUBE PAVILION 12
圖 2- 6:BIOFORM 13
圖 2- 7:書籍 14
圖 2- 8: LIGHT-DIFFUSING WALL 17
圖 2- 9: HABITAT'67 18
圖 2- 10: PAPER_LOGHOUSE 18
圖 2- 11:相關軟體 20
圖 2- 12:相關軟體 20

圖 3- 1:排列 24
圖 3- 2:旋轉 25
圖 3- 3:重疊 26
圖 3- 4:重疊+旋轉 27
圖 3- 5:排列+錯位 28
圖 3- 6:錯位+旋轉 29
圖 3- 7:排列+旋轉 30
圖 3- 8:排列+變形 31
圖 3- 9:錯位+簍空 32
圖 3- 10:旋轉+簍空 33
圖 3- 11:重疊+排列+簍空 34
圖 3- 12:重疊+旋轉+比例 35
圖 3- 13:漸變+重疊 36
圖 3- 14:排列+漸變 37
圖 3- 15:排列+其他造型 38
圖 3- 16:排列+漸變+其他造型3-2. PAVILION單元組合類型 39
圖 3- 17:STACKING 40
圖 3- 18:PACKING 41
圖 3- 19:ESTABLISHED MODULAR 42
圖 3- 20:FOLDING 43
圖 3- 21:DEFORM 44
圖 3- 22:線性單元與試做 45
圖 3- 23:互承結構組合基本線性單元 46
圖 3- 24:互承結構組合2X2 47
圖 3- 25:互承結構組合3X3 48
圖 3- 26:互承結構架構 2X2 & 3X3 49
圖 3- 27:互承結構單元排列成曲面 50
圖 3- 28:互承結構單元的曲面曲率 50

圖 4- 1:線性單元組合的拆解 52
圖 4- 2:線性單元組合挑選 53
圖 4- 3:線性單元第一種的原形GH 54
圖 4- 4:線性單元第一種三維模型 55
圖 4- 5:線性單元第一種GH 56
圖 4- 6:線性單元第一種三維模型修正 56
圖 4- 7:實做過程1 57
圖 4- 8:實做過程2 57
圖 4- 9:線性單元第二種 58
圖 4- 10:面狀單元第一組 59
圖 4- 11:面狀單元第一組GH 59
圖 4- 12:實做與切割圖 60
圖 4- 13:面狀單元第二組 60
圖 4- 14:面狀單元第二組之於曲面示意 61
圖 4- 15:面狀單元第二組GH 61
圖 4- 16:實做1 61
圖 4- 17:實做2 62
圖 4- 18: 實做過程 62

圖 5- 1:線性第一種使用的網格圖案 65
圖 5- 2:線性第二種使用的網格圖案 65
圖 5- 3:面狀第一種使用的網格圖案 66
圖 5- 4:面狀第二種使用的網格圖案 66
圖 5- 5:平面網格 67
圖 5- 6:同心圓網格 67
圖 5- 7:物件當作單元的第一種表現 68
圖 5- 8:造型與開口 68
圖 5- 9:物件當作單元的第二種表現 69
圖 5- 10:不同建模系統的模型 70
圖 5- 11:各種網格分割與應用 70
圖 5- 12:REMESH的過程與網格原型 71
圖 5- 13:模型與REMESH 72
圖 5- 14:用PLUG-IN SI 的呈現 72
圖 5- 15:用PLUG-IN WB 的呈現 72
圖 5- 16:CIRCLE PACKING 73
圖 5- 17:CIRCLE PACKING GH 73

參考文獻 外文書目

Agkathidis Asterios
2009 《Modular Structures in Design and Architecture》,Netherlands:Bis Publishers.
2010 《Digital Manufacturing-in Design and Architecture》,Singapore:Page One.

Lim Joesph
2010 《Eccentric Structures in Architecture》,Singapore:Page One.

Schmidt Petra , Stattmann Nicola
2009 《Unfolded》,Switzerland:Birkhäuser Basel.

Schumacher Michael , Schaeffer Oliver , Vogt Michael-Marcus
2010《Move》, Switzerland:Birkhäuser Basel.

Vyzoviti Sophia
2006 《Super Surface》, Singapore:Page One.


參考論文

黃雅如
2011〈參數化設計與數位製造之模矩面材〉, 碩士論文淡江大學建築研究所。

彭智謙
2011〈數位模擬之材料實驗與製造〉, 碩士論文淡江大學建築研究所。

蔡靜緹
2012〈服裝與空間—以參數化工具探討服裝立體剪裁設計〉, 碩士論文淡江大學建築研究所。


網路資料

準建築人手札網站
http://forgemind.net/xoops/modules/news/

Bioform
http://murmur-la.com/bioform/

Boxel Pavilion
http://www.grasshopper3d.com/profiles/blogs/boxelpavilion-1

[C]space DRL10 Pavilion
http://www.saladblog.com.hk/read.php?id=21576

Carboard Tube Pavilion
http://ch4competition.blogspot.tw/

Grasshopper官方網站
http://www.grasshopper3d.com/

Habitat'67
http://gibo8-greenarc-primary.hostgator.co.in/casestudies/habitat-67

light_diffusing wall
http://madalingheorghe.tumblr.com/

Packed
http://vimeo.com/user4774099

Paper_Loghouse
http://zarzapclav.over-blog.com/pages/ban-shigeru-2844382.html



Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Conway_polyhedron_notation
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2014-08-13公開。
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