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系統識別號 U0002-1707201715342400
中文論文名稱 可變動空間之數位設計與構築
英文論文名稱 Digital Design and Fabrication for Kinetic and Portable 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 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 黃議德
研究生英文姓名 Yi-Te Huang
學號 603360099
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-06-15
論文頁數 121頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
委員-張恭領
委員-柯純融
中文關鍵字 可變動  數位製造  木工  參數化設計  模擬  構築 
英文關鍵字 Transformable  Digital Fabrication  Carpentry  Parametric Design  Simulation  Tectonic 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 在數位設計與製造蓬勃發展的今日,人們可以快速且精準的模擬出空間設計與結構的狀態,並經由數位製造的工具將其準確的製作出來。然而,多數的空間場域都是固定的,當裝置被置入後空間就被劃定了,無法依據使用者的使用需求輕易的去改變空間的大小,於是就形成了固定的空間,這樣的空間在環境中占據了一定的份量。另一方面,因為在城市中的人口密度與交通建設的佔有率不斷的上升,過度飽和的人造空間壓縮了行人的可用空間,導致人們可以實際獲得的使用空間也隨之下降。在這樣的發展下能否從中改變空間的設計方式,並試圖使人們可以獲得更多的活動空間,是本研究所希望達成的目標。

本研究主要分成三個階段作探討:第一階段是以參考書目《Collapsible》一書中的機構運動為依據,進行設計的操作模擬,並實驗其動態裝置的可行性;第二階段則是透過競圖,實際的進行設計操作,將裝置置入空間之中,試圖尋找此動態構建的行為是否可被實際運用與使用;第三階段,則是將此發展回歸到最初對於研究發展的構想,並以前面兩個階段的實驗與操作經驗,嘗試設計出可以輕易的被使用、改變與搬運的動態裝置系統。

以往數位製造的成品大多是固定的空間裝置,搬運與組裝時常是一大考驗,而本研究即是希望可以在這之中找到一種組合模式,使其可以輕易的被搬運、組裝與拆卸,並且在組裝過後可以透過動態行為去改變其在空間中所佔有的空間量。考慮到此裝置的操作者將是一般的民眾,所以本研究也嘗試將裝置的組合模式設計成較為簡易的木構築方式,使其可以被容易的取得與操作,甚至可以被使用者作簡單的修改,以符合其使用需求。
英文摘要 Nowadays, due to the rapid development of digital design and fabrication, people can quickly simulate different states of space and structure design, and accurately produce it with the digital fabrication tools. However, most of the space is fixed, the device is placed then the space is delineated, so it is impossible to change the size of the space easily according to the user's demand. These kind of fixed spaces occupy a certain ratio in the environment. On the other hand, because the population density and traffic construction rises continuously in the city, excessive saturation of man-made space to compress the pedestrian space, resulting in the space that people can really get to use also decline. This study anticipates to find a different way of space design and to try letting people get more spaces.

This study contains the three stages. The first stage is based on the classifications of movement found in the book "Collapsible" to precede the design simulation and test the feasibility of the dynamic devices. The second stage is preceding the design through design competition and putting the device into the space to understand whether the behavior of the dynamic behavior can be achieved. The third stage returns to the original concept of research, applying the experiences of the previous two stages’ experiment to design a dynamic device system that can be easily used, changed and handled.

Most of the digital fabrication products in the past normally are fixed devices, assembly and handling are often not easy. This study tried to find a way of aggregation that can be easily assembled and disassembled. And after it assembled, it can be changed the size of its occupied space according to the dynamic behaviors. Considering that the operator of this device will be the general public, this study attempts to design the device in a simpler wood material. It can be easily acquired and operated, and can even be modified by the user to meet the needs of its use.
論文目次 目錄

第一章 緒論01
1-1 研究動機02
1-1.1 建築的學習與其價值的思考02
1-1.2 數位學習與城鄉生活體驗03
1-1.3 數位製造與傳統工藝的對比04
1-1.4 淺談數位設計( 參數化設計、仿生設計) 05
1-1.5 人造環境與空間感知06
1-1.6 可動空間與人類行為07
1-2 研究目的08
1-2.1 城市空間中的介質場域08
1-2.2 參數化建構物與環境09
1-2.3 探討木工與數位構築結合之可能性11
1-2.4 新形態空間體驗12
1-2.5 空間獨立性與可動性之探討14
1-2.6 環境氛圍與人之行為探討15
1-3 相關研究領域16
1-4 研究方法17
1-5 研究成果18

第二章 文獻回顧21
2-1 相關案例22
2-1.1 ICD/ITKE Research Pavilion 2015-16: Interactive Panorama 22
2-1.2 The Bowooss Bionic Inspired Research Pavilion 24
2-1.3 Rolling Bridge 25
2-1.4 Numen | For Use:Tape Melbourne 26
2-1.5 Final Wooden House 28
2-2 相關建築師29
2-2.1 藤本壯介29
2-2.2 隈研吾30
2-2.3 Santiago Calatrava 31
2-2.4 Peter Zumthor 33
2-3 相關參考書目35
2-3.1 SX Green:Big Ideas,Small Building 35
2-3.2 Material Strategies In Digital Fabrication 36
2-3.3 Finding Form : Towards an Architecture of the Minimal 37
2-3.4 Santiago Calatrava 38
2-3.5 小建築39
2-3.6 建築氛圍40
2-3.7 Collapsoble 41
2-4 數位設計與製造方法42
2-4.1 參數化設計42
2-4.2 數位製造的方法43
2-4.3 數位構築44
2-5 機械結構理論45
2-6 小結46

第三章 前導設計49
3-1 前言50
3-2 以數位工具進行運動機能模擬設計51
3-2.1 Folding 51
3-2.2 Rolling 52
3-2.3 Sliding 53
3-2.4 Nesting 54
3-2.5 Inflation 54
3-2.6 Fanning 55
3-2.7 Highing 55
3-3 以數位工具生產機能模擬操作設計56
3-3.1 Door 56
3-3.2 Wall 60
3-3.3 Pavilion 61
3-4 真實比例機能操作設計與實驗65
3-4.1 電腦模擬操作65
3-4.2 桿件運動機制設計與實驗66
3-4.3 各部件製造與組裝68
3-4.4 結構檢討與提問73

第四章 空間機構裝置實際操作設計75
4-1 前言76
4-2 設計說明77
4-2.1 設計概念77
4-2.2 建築空間殼層設計78
4-3 系統空間機能與構築方式80
4-3.1 系統空間可塑性與創造性80
4-3.2 構築細部81
4-4 設計操作82
4-4.1 空間設計操作82
4-4.2 設計操作模擬83
4-5 外牆與皮層結構實驗86
4-5.1 外牆的動態穩定性86
4-5.2 皮層結構的可塑性之探討89

第五章 動態組合裝置實際操作設計93
5-1 前言94
5-2 設計說明95
5-3 設計操作實驗96
5-3.1 Aggregation 1 96
5-3.2 Aggregation 2 99
5-4 系統空間機能與構築方式101
5-4.1 系統空間可塑性與創造性101
5-4.2 構築細部102
5-5 設計操作103

第六章 結論107
6-1 設計操作與回顧108
6-1.1 空間構造的獨立發展109
6-1.2 系統空間的可塑性與創造性111
6-2 動態裝置與木構空間112
6-3 後續研究與建議113
6-3.1 材質特性與構築方式的了解113
6-3.2 電腦輔助機能運算114
6-3.3 可動與互動的未來發展115

附錄 117



圖目錄

第一章
圖1-1 中銀膠囊大樓 02
圖1-2 黑川紀章於1961 年東京計畫中所提出的Heli x City 計畫 02
圖1-3 研究者於碩一設計時的Rhino 3D 建模 03
圖1-4 數位製造Model 04
圖1-5 手工傢俱 - 床頭櫃 04
圖1-6 Walt Disney concert hall - Frank Gehry 05
圖1-7 猶太博物館一角 - Daniel Libeskind 06
圖1-8 Playing equipment 07
圖1-9 2016 URS Partner 活動徵件海報 08
圖1-10 光輝城市描繪 - 柯比意 09
圖1-11 現代建築之死 09
圖1-12 Vanna Venturi House - Robert Venturi 10
圖1-13 SKY SOHO - Zaha Hadid 10
圖1-14 ICD/ITKE Research Pavilion 2010 11
圖1-15 羅馬 – 君士坦丁凱旋門& 競技場 12
圖1-16 OASIS Nr. 7 1972 - Hans rucker co 13
圖1-17 Walking City(1964) 14
圖1-18 Instant City(1969) 14
圖1-19 Jüdisches Museum Berlin 15

第二章
圖2-1 ICD/ITKE Research Pavilion 2015-16 22
圖2-2 棘皮動物內骨骼構造 22
圖2-3 以機械手臂進行縫紉固定 23
圖2-4 單層版的加壓組裝 23
圖2-5 Povilion 製組流程與研究分析 23
圖2-6 基座細部攝影 23
圖2-7 The Bowooss Bionic Inspired Research Pavilion 24
圖2-8 Rolling Bridge 25
圖2-9 Rolling Bridge 完全收起時的樣貌 25
圖2-10 Rolling Bridge 完全開啟時的樣貌 25
圖2-11 Tape Melbourne 26
圖2-12 Tape Melbourne 26
圖2-13 Tape Melbourne - Tuft 材質 27
圖2-14 Tape Melbourne 27
圖2-15 Final Wooden House 28
圖2-16 Final Wooden House 各項剖面圖 28
圖2-17 House NA 29
圖2-18 House N 29
圖2-19 竹屋 30
圖2-20 春日井市齒科博物館研究中心 30
圖2-21 Santiago Calatrava 的人體速寫 31
圖2-22 Santiago Calatrava 建築設計的轉換 31
圖2-23 Milwaukee Art Museum 32
圖2-24 Kuwait Pavilion 32
圖2-25 Key projects 天景 33
圖2-26 Key projects 內部 33
圖2-27 Pabellon Hannover 外觀 34
圖2-28 Pabellon Hannover 內部 34
圖2-29 BAU 疊代運算示圖 42
圖2-30 BAU I 運算邏輯演示 42
圖2-31 萬神殿穹頂剖圖 44
圖2-32 The Swiss Re Tower - Norman Foster 44
圖2-33 Theo Jansen 與海上巨獸 45

第三章
圖3-1 在建築中所談論的Folding 的形式 51
圖3-2 在本次研究中所探討的動態Folding 形式 51
圖3-3 Folding Type A 正立面 51
圖3-4 Folding Type A 透視 51
圖3-5 Folding Type B 正立面 51
圖3-6 Folding Type B 透視 51
圖3-7 筆袋 52
圖3-8 捲尺 52
圖3-9 汽車輪胎 52
圖3-10 Rolling Type 52
圖3-11 Rolling Type Concept 52
圖3-12 望遠鏡 53
圖3-13( 左)Sliding Type A-1 正立面與側立面 53
圖3-14( 右)Sliding Type A-2 正立面與側立面 53
圖3-15 Sliding Type B 正立面 53
圖3-16( 左)Sliding Type C-1 正立面與平面 53
圖3-17( 右)Sliding Type C-2 正立面與平面 53
圖3-19 Nesting Type 運動模擬 54
圖3-20 Nesting Type 正立面 54
圖3-21( 上)Inflation Type A 平面運動設計概念 54
圖3-22( 下)Inflation Type B 平面運動設計概念 54
圖3-23 Fanning 動態模擬 55
圖3-24 升降爬梯 55
圖3-25 Highing Type 正立面 55
圖3-26 Highing Type 側立面動態模擬 55
圖3-27 Door 1 正立面 56
圖3-28 Door 1 側立面 56
圖3-29 Door 1 模擬透視 56
圖3-30 Door 1 動態模擬透視 56
圖3-31 Door 1 門板細部構件( 闔) 57
圖3-32 Door 1 門板細部構件( 開) 57
圖3-33 Door 1 實際模擬視圖 57
圖3-34 Door 2 Diagram 58
圖3-35 Door 2 正立面圖( 闔) 58
圖3-36 Door 2 A-A' 剖面圖( 闔) 58
圖3-37 Door 2 正立面圖( 開) 58
圖3-38 Door 2 A-A' 剖面圖( 開) 58
圖3-39 Door 2 Opening Process 59
圖3-40 Door 2 細部爆炸圖 59
圖3-41 Door 2 實際模擬透視 59
圖3-42 機械連動裝置 60
圖3-43 實際模擬透視 60
圖3-44 Pavilion 1 Diagram 61
圖3-45 Pavilion 1 正立面圖 61
圖3-46 Pavilion 1 實際模擬透視 61
圖3-47 Pavilion 2 設計概念 62
圖3-48 Pavilion 2 Diagram 62
圖3-49 Inflation Type A & Type B 63
圖3-50 Pavilion 3 桿件設計 63
圖3-51 Pavilion 3 模型模擬操作 63
圖3-52 Pavilion 4 實際模擬透視 64
圖3-53 Pavilion 4 細部爆炸圖 64
圖3-54 Pavilion 4 細部爆炸圖 64
圖3-55 電腦模擬運算 65
圖3-56 實際模擬透視 65
圖3-57 Pavilion 2 軌道式運動模擬模型操作 66
圖3-58 Pavilion 2 獨立式運動模擬模型操作 66
圖3-59 Pavilion 2 桿件長度設計 66
圖3-60 Pavilion 2 細部設計 66
圖3-61 Pavilion 2 小尺度模型模擬操作 67
圖3-62 部分組合零件由3D 列印機製作 67
圖3-63 部分組合零件由3D 列印機製作 67
圖3-64 木材備料過程 68
圖3-65 金屬連結桿件製作過程 68
圖3-66 金屬連結桿件製作過程 68
圖3-67 金屬連結桿件製作過程 - 修飾螺枒圓角 68
圖3-68 下壓式夾具製作之輔助工具 69
圖3-69 固定桿件過程 69
圖3-70 鑽孔過程 69
圖3-71 以修邊機做倒圓角的細加工結果 69
圖3-72 平面移動與Z 軸移動桿件的組裝 70
圖3-73 運動測試過程 70
圖3-74 原桿件寬度與新桿件寬度比較 71
圖3-75 桿件改變過程 71
圖3-76 新組合設計 71
圖3-77 組裝所需之材料 72
圖3-78 平行桿件與Z 軸桿件的組裝 72
圖3-79 運動測試過程 72

第四章
圖4-1 構宅青年- 青年社會住宅 全國空間設計競賽海報 76
圖4-2 設計Diadram 77
圖4-3 外部殼層 Type A 模擬示圖 - 闔 78
圖4-4 外部殼層 Type A 模擬示圖 - 開 79
圖4-5 Type B 組合模塊示意圖 79
圖4-6 Type B 組合模擬圖 79
圖4-7 Type B 組合使用模擬圖 79
圖4-8 實際模擬示意圖 80
圖4-9 移動滑軌 80
圖4-10 系統置入空間之概念示意圖 80
圖4-11 結構細部爆炸圖 81
圖4-12 一層平面圖 82
圖4-13 二層平面圖 82
圖4-14 參數化建模 83
圖4-15 參數化變動影響模型計算的過程 83
圖4-16 上下基礎轉盤1/10 模型 - 開 84
圖4-17 上下基礎轉盤1/10 模型- 闔 84
圖4-18 機構組合1/10 模型 - 開 85
圖4-19 機構組合1/10 模型 - 闔 85
圖4-20 機構組合1/10 模型細部 - 開 85
圖4-21 機構組合1/10 模型細部 - 闔 85
圖4-22 Type A 牆面製作材料 86
圖4-23 Type A 組裝後牆面( 正) 86
圖4-24 Type A 組裝後牆面( 反) 86
圖4-25 Type A 組裝後牆面- 桿件修改( 開) 87
圖4-26 Type A 組裝後牆面- 桿件修改( 闔) 87
圖4-27 Type B 組裝後牆面 - 開( 正) 87
圖4-28 Type B 組裝後牆面 - 開( 反) 87
圖4-29 Type B 組裝後牆面 - 闔( 正) 87
圖4-30 Type B 組裝後牆面 - 闔( 反) 87
圖4-31 牆面與機構組裝後1/10 模型 - 開 88
圖4-32 牆面與機構組裝後1/10 模型 - 闔 88
圖4-33 Type A 模型 89
圖4-34 Type A 模型變化過程 89
圖4-35 Type B 模型 89
圖4-36 Type C 模型 90
圖4-37 Type C 模型變化過程 90
圖4-38 Type D 模型 90
圖4-39 Type D 模型變化過程 90

第五章
圖5-1 Assembling pavilion 94
圖5-2 Creasing paper 94
圖5-3 榫接的結構細部圖 95
圖5-4 Aggregation 示意圖 95
圖5-5 Aggregation 1-1 基本單元層a & b 96
圖5-6 基本單元a & b 以及組裝後的Type A 3D 模擬圖 96
圖5-7 正視圖 96
圖5-8 側視圖 96
圖5-9 模型 96
圖5-10 Aggregation 1-2 基本單元平面分割 97
圖5-11 Aggregation 1-2 量體單元 97
圖5-12 量體單元分割 97
圖5-13 模型 97
圖5-14 四向立面圖 97
圖5-15 Aggregation 1-3 Type 1 98
圖5-16 單元量體變化 98
圖5-17 四向立面圖 98
圖5-18 模型 98
圖5-19 Aggregation 2 組合單元體 99
圖5-20 組合示意圖 99
圖5-21 參數化模擬 99
圖5-22 3D 組合模擬 100
圖5-23 組合模型照片 100
圖5-24 模型細部照片 100
圖5-25 物件動態行為模擬示意圖 101
圖5-26 桿件圖 101
圖5-27 單一單元組合3D 模擬示意圖 101
圖5-28 單一單元組合3D 模擬示意圖 102
圖5-29 單元細部圖 A 102
圖5-30 單元細部圖 B 102
圖5-31 模型桿件 102
圖5-32 基本單元3D 線圖 103
圖5-33 基本單元參數化繪製邏輯 103
圖5-34 組合模擬3D 線圖 1 103
圖5-35 組合模擬3D 線圖 2 103
圖5-36 組合模擬3D 線圖 3 104
圖5-37 3D 效果模擬圖 104

第六章
圖6-1 WikiHouse Diagram 109
參考文獻 【書籍雜誌】

《SX Green:Big Ideas,Small Building》,
Phyllis Richardson , Thames & Hudson 出版,
July 1,2010。

《Material Strategies In Digital Fabrication》,
Christopher Beorkrem , Routledge 出版,
August 9, 2012。

《Finding Form》,
Frei Otto , Edition Axel Menges 出版,
June 26, 1996。

《Santiago Calatrava》,
Alexander Tzonis , Rizzoli 出版,
October 16, 2007。

《DIgital Fabrications: Architectural and Material Techniques》,
Lisa Iwamoto , Princeton Architectural Press 出版,
July 1, 2009。

《Collapsible》,
Per Mollerup , Chronicle Books 出版,
November 1, 2001。

《Nanotecture: Tiny Built Things》,
Rebecca Roke , Romania 出版,
March 21, 2016。

《小建築》,
隈研吾 原著 , 鍾瑞芳 譯 ,五南出版,
July 25, 2014。

《建築氛圍》,
Peter Zumthor 原著 , 張宇 譯 , 中國建築工業出版,
November 15, 2010。



【參考論文】

柯宜良,2014,
以數位構築的自然重現,
淡江大學,建築學系碩士論文。

蘇潤,2014,
瓦楞紙材料之數位製造與構築,
淡江大學,建築學系碩士論文。

束道衛,2015,
金屬材料之數位構築與數位製造,
淡江大學,建築學系碩士論文。

裘芸,2015,
結合數位製造的木構築單元聚合實驗,
淡江大學,建築學系碩士論文。

黃凱祺,2016,
曲木數位製造,
淡江大學,建築學系碩士論文。



【圖片資料來源】

第一章
圖1-1 https://www.pinterest.com/dfriedlander/lifeedited/
圖1-2 https://historywithdrawing.wordpress.com/2014/01/page/8/
圖1-4 http://www.formakers.eu/
圖1-5 https://www.pinterest.com/pin/335940453437431483/
圖1-6 http://www.laphil.com/philpedia/about-walt-disney-concert-hall
圖1-7 https://www.pinterest.com/pin/486670303452789102/
圖1-8 https://www.pinterest.com/pin/293859944418000178/
圖1-9 http://www.urstaipei.net/article/19853
圖1-10 http://blog.sina.com.cn/s/blog_6d7f2c32010174pv.html
圖1-11 http://www.gooood.hk/_d274965021.htm
圖1-12 http://chuansong.me/n/1439987
圖1-13 https://www.pinterest.com/pin/410179478544079973/
圖1-14 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=4458
圖1-15 https://www.pinterest.com/pin/87186942758889698/
圖1-16 http://www.spatialagency.net/database/haus-rucker-co
圖1-17 http://scribol.com/art-and-design/architecture-art-and-design/
圖1-18 https://www.pinterest.com/pin/291608144603170360/
圖1-19 https://www.pinterest.com/pin/555420566518157929/

第二章
圖2-1 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220
圖2-2 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220
圖2-3 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220
圖2-4 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220
圖2-5 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220
圖2-6 http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220
圖2-7 http://inhabitat.com/
圖2-8 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-9 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-10 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-11 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-12 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-13 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-14 http://www.archdaily.com/218341/
圖2-15 http://www.archdaily.com/7638/final-wooden-house-sou-fujimoto
圖2-16 http://www.archdaily.com/7638/final-wooden-house-sou-fujimoto
圖2-17 http://www.archdaily.com/230533/house-na-sou-fujimoto-architects
圖2-18 http://www.archdaily.com/7484/house-n-sou-fujimoto
圖2-19 http://www.chinese-architects.com/en/projects/7443_Great_Bamboo_Wall
圖2-20 http://forgemind.net/media/archives/1608
圖2-21 https://www.pinterest.com/nader_nouri/calatrava-sketches/
圖2-22 https://www.pinterest.com/nader_nouri/calatrava-sketches/
圖2-23 http://likesuccess.com/author/santiago-calatrava
圖2-24 https://www.pinterest.com/pin/376191375104234363/
圖2-25 http://www.dezeen.com/2009/04/18/key-projects-by-peter-zumthor/
圖2-26 http://www.dezeen.com/2009/04/18/key-projects-by-peter-zumthor/
圖2-27 https://folio.brighton.ac.uk/user/mg237/
圖2-28 https://folio.brighton.ac.uk/user/mg237/
圖2-29 http://microcities.net/portfolio/
圖2-30 http://microcities.net/portfolio/
圖2-31 https://www.zhihu.com/question/25488153
圖2-32 http://www.spiralzoom.com/Culture/Architecture/Architecture.html
圖2-33 http://community.wolfram.com/groups/-/m/t/863933

第三章
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第四章
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