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系統識別號 U0002-2808201310370500
中文論文名稱 單元組織於建築空間構築之研究
英文論文名稱 A Study of Self-organizing Structures 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 廖韋祁
研究生英文姓名 Wei-Chi Liao
學號 600360761
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-03
論文頁數 98頁
口試委員 指導教授-陸金雄
委員-施宣光
委員-陳珍誠
中文關鍵字 自我組織  單元  數位製造  參數化設計 
英文關鍵字 Self-Organization  Unit  Digital Fabrication  Parametric Design 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 藉由設計操作的經驗中,以單元組織方式足以產生具有變化的設計,並將其發展成為建築空間的可能。首先分析基本幾何形,探討不同單元的組織方式,並將其發展為三維的空間組織。初步研究階段包括單一單元的組織及由空間構成單元兩個部分,之後加入參數化控制單元的變化並實際製造,已單元組織做為構成空間的方式。

結合電腦輔助設計軟體與數位設計製造工具,嘗試以單元組織的方式發展空間,探討各種構成空間的單元組合方式。以點和線段的關係探討單元的各種變化,並以基本單元做出卡榫完成製造。透過基本單元卡榫位置的改變,探討衍生出單元的組合方式,並以電腦工具輔助完成各種單一單元的組構。藉由單一單元組構空間的操作後,探討面域的構成方式,將單元置入符合面域的構成並以單元完成空間。

數位製造與設計是本研究的主軸,包括基本單元的組構及由空間構成的單元,以參數化完成單元的控制。本研究約略分為三個階段:第一階段以基本幾何形為主。探討二維上的各種變化,完成基本單元的控制,藉由二維上的組織方式發展三維向度的組合。以單一單元透過規則的方式組構,並以基本單元發展不同的衍生單元,加入電腦工具輔助模擬各種單元的組構。第二階段為以單元構成面域的方式產生單元,透過參數化控制單元的變化,以能夠實際製造的條件下計算出各單元的卡榫位置,並以此種方式製作討論空間形態。分析構成曲面的條件,將曲面分為六種基本形態,分別以單元實際組構六種基本形態。第三階段將單元發展為結構體,利用此種單元結構體加入遮蔽性設計。在每種形態中都藉由調整參數控制單元的變化,以符合各種實際製造的條件,藉由這種方式能夠快速實際組構空間。透過本研究的整理,操作單元的組構方式並且實際製作,將單元的組織方式發展為建築空間,並了解真實製作的過程,思考對於建築空間各種不同的設計方式。
英文摘要 Based on the experience in design operation, a variable design can be generated by means of the unit organization, which will be developed into a possibility of architectural spaces. First, this paper analyzes the basic geometric shape, discusses the ways how different units are assembled and develops them into three-dimensional space organization. The preliminary research includes the organization of single units and the units composed of spaces, and then it controls the change of the units and complements the actual manufacturing by parameterizing. The unit organization is used as the basis for constructing spaces.
With the combination of the CAD software and digital design and manufacturing tool, this paper tries to develop spaces in a way wherein the units are organized and discusses all ways to combine the units that constitute the spaces. And then, it discusses the variations of the units based on the relationship between points and lines and completes the manufacturing by making the locks out of the basic units. It also discusses the ways of combining the derivative units according to the changes of the lock positions of the basic units. Moreover, it completes constituting all single units with the aid of a computer tool. After constructing the spaces by using the single units, it discusses the ways of constituting the region, and then it places the units in the constitution in accordance with the region and finishes the space with units.
The digital manufacturing and design is the main axis of this research, including the constitution of the basic units and the units composed of spaces. It controls the units through parameterization. This research consists of three phases. In the first phase, based on the geometric shape, it discusses all changes in two dimensions and completes the control of the basic units, and then it develops the combination of three dimensions by using the way of organization on two dimensions. Besides, it constitutes the single units in a regular way and develops the basic units into different derivative units, and then simulates the constitution of all units with the aid of a computer tool. In the second phase, it generates the units by using the units to form the region and controls the change of the units through parameterization, and then it calculates the lock positions of all units under the condition that the actual manufacturing can be realized, in a way wherein the space form is created and discussed. When analyzing the constitution of the curved surface, the research divides the curved surface into six basic patterns that are actually constituted of the units. In the third phase, it develops the units into the structure and adds the shielding design in such unit structure. It controls the change of the units by adjusting the parameters in every pattern to meet all conditions of actual manufacturing, in a way wherein the space can be actually constituted quickly. According to the summarization of the research, it operates the constitution of the units and complements the actual manufacturing, meanwhile, it develops the ways of organizing the units into architectural spaces and understands the actual manufacturing process as well as considers various ways to design the architectural spaces.
論文目次 目錄
第一章緒論 2
1-1研究動機 2
1-1.1生物仿效 3
1-1.2自然環境的特點 4
1-1.3單元組織特性 5
1-1.4發展可生長的空間單元適應環境因素 6
1-1.5發展自我組織與自我相似性的建築 7
1-2研究目的 8
1-2.1空間單元與組織之理論研究:生物、化學、結構、建築 8
1-2.2空間單元與組織材料實驗 9
1-2.3應用二維與三維空間單元於建築皮層、結構、與空間組織設計 9
1-2.4參數化空間單元與組織設計 10
1-2.5以數位製造完成所設計參數化空間單元 10
第二章相關理論與文獻回顧 12
2-1案例介紹 12
2-1.1MATASY 12
2-1.2 青葉亭阿部仁史 13
2-1.3伊東豐雄Serpentine Gallery 14
2-1.4MAD Sinosteel International Plaza 15
2-1.5飯田橋地鐵站渡邊誠 16
2-1.6水立方 17
2-2相關書籍與建築師 18
2-2.1Informal (異規) 18
2-2.2衍生的秩序 18
-2.2.3.伊東豐雄 19
2-2.4 Andrew Kudless 20
2-2.5 BIG 20
2-2.6 Heather Roberge 21
2-3 使用軟體 22
2-3.1Rhinoceros 22
2.3.2Grasshopper 22
2.3.3LunchBox 22
2.3.4WeaverBird 22
2-4關鍵字 23
2-4.1空間單元 23
2-4.2蜂巢式結構 23
2-4.3空間結構 23
2-4.4自我組織 23
2-4.5參數化設計 23
2-4.6數位製造 24
2-5 小結 24
第三章單元分析及基本組構 26
3-1說明 26
3-1使用基本工具 26
3-2單元平面網格操作 28
3-2.1方形 28
3-2.2圓形 31
3-2.3三角形 32
3-2.4六邊形 34
3-2.5三邊形+六邊形 35
3-3單元平面切割 36
3-3.1切割分類 36
3-3.2單元操作變化 39
3-4以單一單元組合空間 40
3-4.1方形 40
3-4.2三角形 43
3-4.3扇形 46
3-4.4折形 48
3-4.5折形運用 50
3-4.6單元結合組合空間 51
3-4.7小結 52
3-5控制單元組合空間 53
3-5.1單元組合規則 54
3-5.2控制單元變形 56
3-5.3單元組合規則 59
第四章單元組合空間 61
4-1空間分類 61
4-1.1空間單元切割 62
4-2實際製造與操作 64
4-2.1單元生成之過程 65
4-2.3單元構成之基本面域 68
4-2.4基本面域更換單元體 80
4-3結構遮蔽性設計 81
4-3.1基本結構建立遮蔽性 81
4-3.2各種結構件立遮蔽性 82
第五章結論 85
5-1結論與心得 85
5-1.1單元組構研究探討 85
5-1.2本論文優缺點 86
5-1.3研究目的回應 86
5-1.4參數化之論文研究 87
5-1.5數位製造意義 87
5-2後續研究發展及建議 87


圖目錄
【圖 1-1-1】個人作品 2
【圖 1-1-2 】單元關係 5
【圖2-1-1】Honeycomb Morphologies 12
【圖2-1-2】Honeycomb Morphologiese 設計過程 12
【圖2-1-3】青葉亭 13
【圖2-1-4 】Serpentine Gallery 14
【圖2-1-5】Sinosteel International Plaza 15
【圖2-1-6】蜂巢式結構運用 15
【圖 2-1-7】飯田橋地鐵站 16
【圖 2-1-8】水立方 17
在這本書中最明顯看到的是他對於建築有著不同的方向思 18
【圖2-2-1】異規 18
【圖2-2-2】衍生的秩序 18
【圖2-2-3】仙台媒體中心 19
【圖2-2-4】P-Wall 20
【圖2-2-5】Heather Roberge 21
【圖2-2-6】Heather Roberge案例 21
【圖3-1-1】Pointl 26
【圖3-1-2】Line 27
【圖3-1-3】Polygon 27
【圖3-1-4】Solid 27
【圖3-2-1】方形漸變 28
【圖3-2-2】點控制線 28
【圖3-2-3】控制線段 29
【圖3-2-4】控制點、線段 30
【圖3-2-5】WeaverBird產生圖 30
【圖3-2-6】圓形漸變 31
【圖3-2-7】圓形漸變過程 31
【圖3-2-8】三角形漸變 32
【圖3-2-9】三角形漸變過程 32
【圖3-2-10】三角形單元 33
【圖3-2-11】三角形單元實做 33
【圖3-2-12】六邊形漸變 34
【圖3-2-13】六邊形漸變過程 34
【圖3-2-14】三角形+六邊形單元 35
【圖3-2-15】三角形+六邊形單元控制 35
【圖3-3-1】三角形 36
【圖3-3-2】四邊形 36
【圖3-3-3】六邊形 36
【圖3-3-4】三邊形切割 37
【圖3-3-5】四邊形切割 37
【圖3-3-6】六邊形切割 37
【圖3-3-7】六邊形切割 37
【圖3-3-8】單元切割 38
【圖3-3-9】三角形單元控制 39
【圖3-3-10】六邊形單元控制 39
【圖3-3-11】三邊形+六邊形單元控制 39
【圖3-4-1】方形單元 40
【圖3-4-2】方形單元組合圖 40
【圖3-4-3】方形單元組合圖 41
【圖3-4-4】方形單元組合圖 41
【圖3-4-5】方形單元2.5維組合圖 42
【圖3-4-6】三角形單元 43
【圖3-4-7】三角形單元組合圖 43
【圖3-4-8】三角形單元組合圖 44
【圖3-4-9】三角形單元2.5維組合圖 44
【圖3-4-10】三角形單元2.5維組合圖 45
【圖3-4-11】扇形單元組合圖 46
【圖3-4-12】扇形單元2.5維組合圖 47
【圖3-4-13】扇形單元2.5維組合圖 48
【圖3-4-14】扇形單元2.5維組合圖 49
【圖3-4-15】折形單元組合過程圖 50
【圖3-4-16】三角單元+四邊形單元組合 51
【圖3-4-17】組合過程圖 51
【圖3-5-1】單元步驟 54
【圖3-5-2】方形單元組合規則 55
【圖3-5-3】三角形單元組合規則1 55
【圖3-5-4】三角形單元組合規則2 55
【圖3-5-5】三角形單元組合規則 56
【圖3-5-6】調整單元組合規則 57
【圖3-5-7】調整單元組合規則 58
【圖3-5-8】單元組合規則 59
【圖3-5-9】使用2卡榫 59
【圖3-5-10】使用3卡榫 59
【圖4-1-1】曲線設定 61
【圖4-1-2】2曲線+2直線 62
【圖4-1-3】曲線對稱+2直線 62
【圖4-1-4】雙邊曲線+雙邊曲線 63
【圖4-1-5】雙邊曲線 +曲線對稱 63
【圖4-1-6】雙邊曲線對稱+雙邊曲線對稱 63
【圖4-1-7】雙邊曲線互相對稱 63
【圖4-2-1】找出卡榫位置 64
【圖4-2-2】找出點的位置 65
【圖4-2-3】找出向量 65
【圖4-2-4】調整單元距離及大小 66
【圖4-2-5】更換單元 66
【圖4-2-6】單元展開 67
【圖4-2-7】調整單元展開平面 67
【圖4-2-8】展開各單元平面 67
【圖4-2-9】2曲線+2直線 68
【圖4-2-10】單元組合模擬圖 68
【圖4-2-11】單元展開平面 68
【圖4-2-12】CNC實際組構之過程 69
【圖4-2-13】曲線對稱+2直線 70
【圖4-2-14】單元組合模擬圖 70
【圖4-2-15】單元展開平面 70
【圖4-2-16】CNC實際組構之過程 71
【圖4-2-17】雙邊曲線+雙邊曲線 72
【圖4-2-18】單元組合模擬圖 72
【圖4-2-19】單元展開平面 72
【圖4-2-20】CNC實際組構之過程 73
【圖4-2-21】雙邊曲線 +曲線對稱 74
【圖4-2-22】單元組合模擬圖 74
【圖4-2-23】單元展開平面 74
【圖4-2-24】CNC實際組構之過程 75
【圖4-2-25】雙邊曲線對稱+雙邊曲線對稱 76
【圖4-2-26】單元組合模擬圖 76
【圖4-2-27】單元展開平面 76
【圖4-2-28】CNC實際組構之過程 77
【圖4-2-29】雙邊曲線互相對稱 78
【圖4-2-30】單元組合模擬圖 78
【圖4-2-31】單元展開平面 78
【圖4-2-32】CNC實際組構之過程 79
【圖4-2-33】更換單元體 80
【圖4-2-34】單元組合模擬圖 80
【圖4-3-1】三角形模擬圖 81
【圖4-3-2】四角形模擬圖 81
【圖4-3-3】圓形模擬圖 82
【圖4-3-4】六角形模擬圖 82
【圖4-3-5】三角形於各種結構模擬圖 82
【圖4-3-6】四角形於各種結構模擬圖 83
【圖4-3-7】圓形於各種結構模擬圖 83
【圖4-3-8】六角形於各種結構模擬圖 83

附錄
參考文獻 88
單元組織於建築空間構築 89
點+線1 90
點+線2 91
點+線3 92
單一單元組合 93
基本單元組合 94
單元序列 95
單元構成空間 96
單元組構空間 97
單元組構空間-遮蔽性 98
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.
Vyzoviti Sophia
2006 ,《Super Surface》, Singapore:Page One.

中譯書籍
Cecil Balmond
《Informal 異規》;2008 李寒松 譯,中國建築工業出版社。

中文書籍
劉育東、林楚卿
2009,《新構築:邁向數位建築的新理論》,台北:田園出版社。
謝宗哲
2010,《建築家 建築家伊東豊雄》,台北:天下遠見。

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。



參考網站
Dezeen:http://www.dezeen.com/
MATSYS:http://matsysdesign.com/
Generative modeling for Rhino:http://www.grasshopper3d.com/
MARC FORNES & THEVERYMANY™ :http://theverymany.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2013-08-28公開。
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