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系統識別號 U0002-1807201904053000
中文論文名稱 折疊行為探討曲面之參數化與數位製造
英文論文名稱 Folding Surface to Parametric and Digital Fabrications
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 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 邱繼葵
研究生英文姓名 Chi-Kuei Chiu
學號 605360220
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-22
論文頁數 137頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
共同指導教授-游瑛樟
委員-倪順成
委員-張恭領
中文關鍵字 紋理  構築  皮層  折疊  鑲嵌 
英文關鍵字 Pattern  Construction  Surface  Folding  Tessellating 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 在設計媒材的不斷更新與數位化的發展下,由二維繪圖延伸至三維形體的探討,使得建築設計與製造流程出現斷層,使用最新的設計媒材,而往往卻難以建造,導致電腦模型永遠停留在虛擬的螢幕裡。這種方式的數位設計陷入一種沒考慮到真實材料、重力、尺度的虛擬狀況,這也顯示數位製造的重要性,因而促使本研究思考數位建築變為真實建築的可能性。

本研究主要針對數位製造中的折疊手法進行探索,並透過電腦輔助設計銜接電腦輔助製造,最後完成大尺度的展示亭。在研究發展過程中,大致可以分為兩個思考方向:一為Top-down(由上而下)的思考模式,從一個決定好的三維形體開始;二為Bottom-up(由下而上)的思考模式,從一個二維的平面開始,兩者差別在於前者可以預測最終的折疊形體,後者則單純透過作用力與幾何圖案在折疊後得出最終形體,是較無法預測的。

建築專業研究折疊的目的不是為了得到手工折紙的模型,而是了解如何以折疊的邏輯去建構過程,創造出豐富的建築空間或表皮,最終目的在於實際的建造。因此折疊過程的研究更傾向於如何結合實際的設計與空間討論,並非單純只是討論外形,而實際上折疊的過程就充滿建築的意味。因此在設計發展初期,參考傳統折紙工藝並結合參數化軟體Grasshopper 及其附加插件進行「折疊」研究。以這樣操作方式在上述的兩種思維模式下進行設計,基於前述的設計研究,最後希望藉折疊動作而衍生出一套設計系統,並試圖實踐一個由數位設計與參數化設計到數位製造的完整流程,使大眾都可以享受折疊的樂趣甚至自己製造。
英文摘要 In the condition of media evolution towards digitalizing development, the extension from two-dimensional drawing towards three-dimensional form ex-ploration, causing architectural design and manufacturing process disconnect-ed, the use of latest design media often difficult to be fabricated, resulting the idea remains in the virtual computer screen. This approach to digital design is mired in a virtual situation that does not take into account the real materials, gravity, scales, which also shows the importance of digital manufacturing. Thus, this study is to explore the possibility of digital architecture to turn into a real building.

This study mainly focuses on the method of folding in digital manufacturing, and through computer-aided design to bridge computer-aided manufacturing, and finally completed with a large-scale pavilion. In the course of research and development, two approaches were attempted:The top-down methodology, starting with a determined three-dimensional body, and the bottom-up meth-odology, starting with a two-dimensional plane. The difference between these two methods is that the former can predict the final folding form, while the lat-ter is more unpredictable, generated simply by the action of a folding force that produces the geometric pattern.

The purpose of the study of folding in architecture is not to obtain a model of hand-origami, but to construct the process with the logic of folding, to create a rich architectural space or surface, and the ultimate purpose is to actual con-struction. Therefore, the study of the folding process is more inclined to com-bine the actual design rather than just discussing the shape, but in fact, the process of folding is full of architectural meanings. Therefore, in the early stages of design development, a reference to the traditional origami process and com-bined with parametric modelling Grasshopper and its plug-ins to carry out "folding" research. In the operational of above two design methodologies, it is expecting to generate outcome based on the aforementioned design research and finally to derive a design prototype system by folding action, practice from parametric design to digital manufacturing in a complete process, finally to al-low public’s involvement in their own exploration and manufacturing.
論文目次 第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-1.1工業4.0與建築自造者時代 1
1-1.2數位製造對設計者的影響與應用 1
1-1.3參數化設計模型的個人建築應用 3
1-2 研究目的 6
1-2.1數位構築中的可建構性之討論 6
1-2.2應用「折疊」產生三維曲面 7
1-2.3 折疊的形態分類 8
1-2.4材料探討與結構行為 13
1-3 相關領域 13
1-4 研究成果 14
1-5 研究流程 15
第二章 文獻回顧 16
2-1 案例 16
2-1.1 Voussoir Cloud / Iwamotoscott Architecture2008 16
2-1.2 Clouds / Ronan & Erwan Bouroullec 2009 18
2-1.3 德國斯圖加特大學ITKE &ICD / Research Pavilion 2011 19
2-1.4 Arum / Zaha Hadid 2012 20
2-1.5 Stressed Skins / CITA 2015 22
2-1.6 德國斯圖加特大學ICD&DDRC / Timber Shell 2017 23
2-2 建築師 / 設計師 25
2-2.1 Erwin Hauer 25
2-2.2 Heather Roberge 25
2-2.3 Ron Resch 26
2-3 書籍 28
2-3.1 設計折學(Folding Techniques for Designers-From Sheet to Form) 28
2-3.2 Pattern Design圖解圖樣設計 30
2-3.3 胚藤:無所不在的模式 32
2-4 相關論文 33
2-4.1 王祈雅 / 參數化折疊表面之建築設計應用 / 102 33
2-4.2 賴允誼 / 幾何單元組合的參數化設計與製造 / 103 33
2-4.3 柯宜良 / 以數位構築的自然重現 / 103 33
第三章 以折疊形態建構三維空間 35
3-1 折疊在建築設計中的形態發生過程 35
3-2 「折疊手法直接成形」前導設計 36
3-2.1 傳統折紙參數化練習 36
3-2.2 結構測試說明 43
3-2.2 前導設計_雙向折疊應用 45
3-2.3 前導設計_多向折疊應用 47
3-3 「折疊手法直接成形」Pavilion設計 49
第四章 以圖案生成三維空間 57
4-1 折疊的矩形單元 57
4-1.1 Unit 1 59
4-1.2 Unit 2 60
4-1.3 Unit 3 61
4-2 可單一向度陣列的矩形單元 62
4-2.1 複製陣列 62
4-2.2 鏡射陣列 67
4-2.3 比例陣列 70
4-2.4 錯位陣列 72
4-3 陣列的規則與限制 74
4-4 可兩向度陣列的矩形單元 75
4-4.1 Unit 1陣列 75
4-4.2 Unit 2陣列 78
4-4.3 Unit 3陣列 82
4-5 小結 86
第五章 設計系統 87
5-1 參數化過程與工具說明 87
5-1.1 使用工具 87
5-1.2 參數化過程 90
5-2 A+B圖案 Pavilion 96
5-3 Pavilion後續加工設計 103
5-4 客製化生產折疊Pavilion 106
5-4-1 任務與目標 106
5-4-2 設計系統之流程介紹 107
第六章 結論與後續研究 124
6-1 結論 124
6-2 個人研究心得 124
6-3 後續研究發展 126
參考文獻 127
附錄 129

參考文獻 【相關書籍】
《Li:Dynamic Form in Nature》;《Harmonograph:A Visual Guide to the Mathematics of Music》
David Wade & Anthony Ashton,2004,Wooden Books
《胚藤:無所不在的模式》
蔡承志(譯者),2004,天下遠見出版公司。

《Digital Fabrications》
Lisa Iwamoto,2009,Princeton Architectural Press。

《Folding Techniques for Designers:From Sheet to Form》
Paul Jackson,2011,Laurence King Publishing
《設計折學》
李弘善(譯者),2012,積木文化出版社。

《Makers:The New Industrial Revolution》
Chris Anderson,2013,Crown Business
《自造者時代》
連育德(譯者),2013,天下文化出版社。

《蚱蜢狂熱I:參數化圖形》
湯天維與彭智謙,2015,淡江大學出版中心。

《装飾パターンの法則》
藤田伸,2015,岩崎美術社出版
《Pattern Design圖解圖樣設計》
朱炳樹(譯者) ,2017,易博士文化出版社。

【相關論文】
《參數化折疊表面之建築設計應用》
王祈雅,2013,淡江大學建築碩士論文。

《幾何單元組合的參數化設計與製造》
賴允誼,2014,淡江大學建築碩士論文。

《以數位構築的自然重現》
柯宜良,2014,淡江大學建築碩士論文。

【參考網站】
Parametric Design
https://rhino.github.io/
https://www.grasshopper3d.com/

Case Study
https://vimeo.com/
https://icd.uni-stuttgart.de/?page_id=17788
https://parametric-architecture.com/projects/
https://www.facebook.com/digitalaieou/
https://www.archdaily.com/search/projects
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