以演算法探討參數化集合住宅設計

• Main Author: 湯天維; Tung, Tien-Wei
• Other Authors: 淡江大學建築學系碩士班, 陳珍誠
• Language: Chinese
• Published: 2012
• Subjects: 參數化設計;建築類型學;建築原型;結構主義;電腦演算;Parametric Design;Typology;prototype;Structuralism;Algorithm; Galapagos; Roosevelt Island; Bjarke
• Online Access: http://tkuir.lib.tku.edu.tw:8080/dspace/handle/987654321/87876; http://tkuir.lib.tku.edu.tw:8080/dspace/bitstream/987654321/87876/-1/index.html

碩士 隨著電腦科技的快速發展，我們對於建築設計的想像逐漸的由在圖面上設計轉移到電腦螢幕上，同時進步的軟體的內建功能正衝擊著我們對於建築的想像。然而我們依舊受到許多傳統建築思維的羈絆，並未充分的讓電腦輔助設計介入我們的設計過程，以幫助我們做設計運算的思考。本研究最開始的思考出自於是否有可能創造一個結合電腦輔助設計功能的帄台，提供使用者可以依照各人喜好置入空間機能與外觀造形的決策系統，這系統的雛型是一個沒有絕對是非對錯的空間框架原型。 研究發展初期，透過對於數位建築前期與後期建築師與作品的比對，試圖尋找出不同的建築師對於住宅設計原型觀點的差異性，同時以建築理論和演算法來討論建築方案的類型生成與變異。並以此文獻回顧為立論基礎，探討如何以模矩化的空間單元，透過的排列組合的方式，並結合限制條件篩選機制達到空間的多樣生產，以發展出一種設計基本元素不斷衍生的設計機制。 本研究以參數化軟體Grasshopper設計出一個住宅村聚落空間的框架系統原型，討論如何以模矩化的立方體構成三種不同尺度的空間：村落、街廓、與住宅。所設計的系統透過不同參數控制項的調整，不斷的衍生出不同的設計方案，同步的進行著解構與重組的動作。本研究期望使用者可以透過這個系統實現個人對於住宅建築的想像。 With the fast development of information technology, our imagination of architecture gradually shifts from drawing sheets to computer screen. At the same time, built-in functions of 3D software are also challenging our vision of architecture. However, instead of letting our designing process fully encompass computer technology that helps us with complicated design, we are trapped by the conventional thinking of architecture. This research hopes to create a platform combined with computer technology that provides an interface to let users decide how their buildings should look and what functions should be contained. The system is a spatial framework which doesn’t have a definite answer but lots of choices. In the beginning of the research, works of different architects in both the early and the later stage of the digital architecture era are compared to find the differences of their various opinions about the architecture prototype. In addition, the research also discusses computer algorithm and architecture typology. Using the results found in the comparison as the foundation, the research continues to explore how to use the same scale space modules to construct bigger spaces through various combinations and permutations, and then input restrictions to filter out the final results. The goal is to develop a prototype generator mechanism to facilitate the designing process. With the use of the parametric software Grasshopper, the research creates a spatial framework system which generates a village and discusses how to use cube modules to generate different scale spaces, including village, street block and housing. By changing different control inputs, the system can generate various design proposals, and the modules are running in a cycle of deconstruction and reconstruction. The aim of the research is to let people fulfill their imagination of housing through the system. 1.1. 研究動機 1 1.1.1. 閱讀Informal之後的啟發 1 1.1.2. 個人對於參數化設計的興趣 2 1.1.3. 對於當代設計案例的探討 2 1.1.4. 拓展參數化設計的限制 3 1.1.5. 應用參數化設計於空間設計 3 1.1.6. 創造設計中意外的驚喜 4 1.2. 研究目的 5 1.2.1. 了解不同演算法的精神 5 1.2.2. 操作非線性的設計運算 5 1.2.3. 隨機與任意在建築上的差異 6 1.2.4. 思考智慧幾何學 8 1.2.5. 討論類型學及其變異 8 1.2.6. 應用不同數位設計工具的特性 9 相關理論與案例 11 2.1. 建築師與建築 11 2.1.1. Oswald Mathias Ungers 12 2.1.2. Herman Hertzberger 14 2.1.3. Moshe Safdie 16 2.1.4. MVRDV 18 2.1.5. Big Architect 21 2.1.6. Resolution : 4 Architecture 23 2.2. Soma Cubes 25 2.2.1. 簡介 25 2.2.2. 延伸 26 2.3. 理論回顧 27 2.3.1. 代謝論 27 2.3.2. 細胞自動機 29 網格相關練習 33 3.1. 網格與演算法 33 3.1.1. Grasshopper內的網格 33 3.1.2. Delaunay Tower 34 3.1.3. Voronoi Housing 38 3.2. Grasshopper外掛 43 3.2.1. Rabbit CA 簡介 43 3.2.2. 1D CA Market 44 形態學下的設計 46 4.1. 簡介 46 4.1.1. 前言 46 4.1.2. Housing Silo 46 4.2. 塌塌米村落 48 4.2.1. 塌塌米與設計概念 48 4.2.2. 基本規範的制訂 48 4.2.3. 村落街廓的排列可能 50 4.2.4. 街廓內住宅的參數化設計 65 4.2.5. 單一戶型內的切分 71 4.2.6. 單一街廓內的配置 75 4.2.7. 設計小結 77 後續發展與結論 78 5.1. HCG內的附加功能 78 5.1.1. RUG隨機戶型單元生成器 78 5.1.2. SRC輻射熱計算器 81 5.1.3. ERVF輻射熱極值尋找器 86 5.1.4. SBG街廓生產器 87 5.2. 結論 90 5.2.1. 立方體構成的世界 90 5.2.2. 設計運算的嘗試與其他可能 91 5.2.3. 集合住宅型態發展變異 93 5.2.4. Grasshopper的限制與優勢 93 相關補充 96 6.1. 建築師與建築 96 6.1.1. Jean Nouvel 96 6.1.2. Toyo Ito 98 6.1.3. Kengo Kuma 100 6.2. 幾何演算法 102 6.2.1. Packing 102 6.2.2. Spiraling 102 6.2.3. Weaving 103 6.2.4. Tiling 104 6.2.5. Cracking 104 6.2.6. Flocking 105 6.2.7. Blending 105 參考資料 106 中文文獻 106 英文文獻 106 翻譯文獻 106 相關論文 107 相關網站 107 圖 1.1.1 INFORMAL異規 1 圖 1.1.2 參數化設計相關建築師 2 圖 1.1.3 參數化設計相關建築作品 3 圖 1.1.4 豐田啟介的WOODEN HOUSE 4 圖 1.2.1 ZAHA HADID於THEORIES AND MANIFESTOS OF CONTEMPORARY ARCHITECTURE內刊載的文章 7 圖 1.2.2 論文相關使用軟體 10 圖 2.1.1 OSWALD MATHIAS UNGERS 12 圖 2.1.2 ROOSEVELT ISLAND HOUSING設計型態學 13 圖 2.1.3 RITTERSTRASSE HOUSING 13 圖 2.1.4 ROOSEVELT ISLAND HOUSING全區透視 13 圖 2.1.5 HERMAN HERTZBERGER 14 圖 2.1.6 柯比意馬賽公寓的概念模 15 圖 2.1.7 CENTRAAL BEHEER INSURANCE COMPANY單元型態平面 15 圖 2.1.8 MOSHE SAFDIE 16 圖 2.1.9 HABITAT 67設計圖面 16 圖 2.1.10 HABITAT 67單元組合可能性 17 圖 2.1.11 HABITAT 67施工現場 17 圖 2.1.12 SKY VILLAGE 18 圖 2.1.13 SKY VILLAGE結構示意圖 19 圖 2.1.14 SKY VILLAGE設計概念圖示 19 圖 2.1.15以GRASSHOPPER生成SKY VILLAGE外形 20 圖 2.1.16 BJARKE INGELS 21 圖 2.1.17 VM HOUSES外觀 22 圖 2.1.18 VM HOUSES內含戶型單元平面 22 圖 2.1.19 JOSEPH TANNEY與ROBERT LUNTZ 23 圖 2.1.20 VERMONT CABIN 23 圖 2.1.21 VERMONT CABIN空間機能配置 24 圖 2.2.1 SOMA CUBES組合方式 25 圖 2.2.2 SOMA CUBES單元組件 25 圖 2.2.3 DIABOLICAL CUBE單元組件 26 圖 2.2.4 MIKUSINSKI''S CUBE單元組件 26 圖 2.2.5 THE TRICKY CUBE單元組件 26 圖 2.3.1中銀艙體大樓 28 圖 2.3.2細胞自動機內細胞的基本狀態 29 圖 2.3.3 1D細胞自動機內影響單一細胞狀態的細胞 30 圖 3.1.1 GRASSHOPPER網格相關電池種類 33 圖 3.1.2 GRASSHOPPER電池外觀 33 圖 3.1.3 DELAUNAY三角形演算法形式 34 圖 3.1.4 DELAUNAY TOWER 34 圖 3.1.5 DELAUNAY三角形演算法原理1 34 圖 3.1.6 DELAUNAY三角形演算法原理2 34 圖 3.1.7 DELAUNAY TOWER生成步驟1 35 圖 3.1.8 DELAUNAY TOWER的GRASSHOPPER寫法 35 圖 3.1.9 DELAUNAY TOWER生成步驟2 35 圖 3.1.10 DELAUNAY TOWER生成步驟3 36 圖 3.1.11 DELAUNAY TOWER生成步驟4 36 圖 3.1.12 DELAUNAY TOWER生成步驟5 37 圖 3.1.13 DELAUNAY TOWER型態學 37 圖 3.1.14 VORONOI演算法形式1 38 圖 3.1.15 VORONOI演算法形式2 38 圖 3.1.16 VORONOI HOUSING 38 圖 3.1.17 VORONOI HOUSING生成步驟1 39 圖 3.1.18 VORONOI HOUSING的GRASSHOPPER寫法 39 圖 3.1.19 VORONOI HOUSING生成步驟2 39 圖 3.1.20 VORONOI HOUSING生成步驟3 39 圖 3.1.21 VORONOI HOUSING生成步驟4 40 圖 3.1.22 VORONOI HOUSING生成步驟5 41 圖 3.1.23 VORONOI HOUSING生成步驟6 42 圖 3.2.1 RABBIT所有內含功能電池 43 圖 3.2.2 1D CA MARKET生成步驟1 44 圖 3.2.3 1D CA MARKET生成步驟2 44 圖 3.2.4 1D CA MARKET生成步驟3 45 圖 3.2.5 1D CA MARKET生成步驟4 45 圖 3.2.6 1D CA MARKET生成步驟5 45 圖 3.2.7 1D CA MARKET 45 圖 4.1.1 HOUSING SILO平面配置 47 圖 4.2.1日本塌塌米排列方法 50 圖 4.2.2設計內街廓排列方法 50 圖 4.2.3街廓輻射發散排列概念圖 51 圖 4.2.4街廓輻射發散排列 51 圖 4.2.5街廓輻射發散排列步驟1 51 圖 4.2.6街廓輻射發散排列步驟2 51 圖 4.2.7街廓輻射發散排列步驟3 52 圖 4.2.8街廓輻射發散排列步驟4 52 圖 4.2.9街廓垂直水平排列 53 圖 4.2.10街廓垂直水平排列步驟1 53 圖 4.2.11街廓垂直水平排列步驟2 53 圖 4.2.12街廓間隔圖騰排列概念圖 54 圖 4.2.13街廓間隔圖騰排列步驟1 54 圖 4.2.14街廓間隔圖騰排列 54 圖 4.2.15街廓間隔圖騰排列步驟2 54 圖 4.2.16街廓間隔圖騰排列步驟3 55 圖 4.2.17街廓間隔圖騰排列步驟4 55 圖 4.2.18街廓間隔圖騰排列步驟5 55 圖 4.2.19街廓間隔圖騰排列步驟6 55 圖 4.2.20街廓間隔圖騰排列步驟7 56 圖 4.2.21街廓間隔圖騰排列步驟8 56 圖 4.2.22 街廓間隔圖騰排列步驟9 56 圖 4.2.23街廓間隔圖騰排列步驟10 56 圖 4.2.24街廓錯綜交織排列步驟1 57 圖 4.2.25街廓錯綜交織排列 57 圖 4.2.26街廓錯綜交織排列步驟2 57 圖 4.2.27街廓錯綜交織排列步驟3 57 圖 4.2.28街廓錯綜交織排列步驟4 58 圖 4.2.29街廓錯綜交織排列步驟5 58 圖 4.2.30街廓隨機擺放排列步驟1 59 圖 4.2.31街廓隨機擺放排列 59 圖 4.2.32街廓隨機擺放排列步驟2 59 圖 4.2.33街廓隨機擺放排列步驟3 59 圖 4.2.34街廓隨機擺放排列步驟4 60 圖 4.2.35街廓隨機擺放排列步驟5 60 圖 4.2.36街廓隨機擺放排列步驟6 60 圖 4.2.37街廓隨機擺放排列步驟7 60 圖 4.2.38街廓隨機擺放排列步驟8 61 圖 4.2.39街廓隨機擺放排列步驟9 61 圖 4.2.40街廓隨機擺放排列步驟10 61 圖 4.2.41街廓隨機擺放排列步驟11 61 圖 4.2.42街廓隨機擺放排列步驟12 62 圖 4.2.43街廓螺旋擴張排列步驟1 63 圖 4.2.44街廓螺旋擴張排列 63 圖 4.2.45街廓螺旋擴張排列步驟2 63 圖 4.2.46街廓螺旋擴張排列步驟3 63 圖 4.2.47街廓螺旋擴張排列步驟4 64 圖 4.2.48街廓螺旋擴張排列步驟5 64 圖 4.2.49街廓螺旋擴張示意圖 64 圖 4.2.50街廓螺旋擴張排列步驟6 64 圖 4.2.51街廓螺旋擴張排列步驟7 64 圖 4.2.52街廓劃分策略 65 圖 4.2.53住宅量體組成可能1 65 圖 4.2.54住宅量體組成可能2 65 圖 4.2.55住宅量體組成可能3 66 圖 4.2.56住宅量體組成可能4 66 圖 4.2.57住宅量體組成可能5 67 圖 4.2.58住宅量體堆疊方式 68 圖 4.2.59 住宅ID 1 68 圖 4.2.60部分住宅形式 69 圖 4.2.61住宅ID 2 69 圖 4.2.62住宅排列方式1 70 圖 4.2.63住宅排列方式2 70 圖 4.2.64住宅排列方式3 70 圖 4.2.65戶型內部切分方式1 71 圖 4.2.66戶型內部切分方式2 71 圖 4.2.67戶型內部切分方式3 71 圖 4.2.68住宅內有1戶住家配置 72 圖 4.2.69住宅內有2戶住家配置 73 圖 4.2.70住宅內有3戶住家配置 74 圖 4.2.71 接過內配置住宅方式 75 圖 4.2.72 住宅形態學目錄 76 圖 5.1.1隨機生成的戶型單元ID 78 圖 5.1.2隨機生成的戶型單元步驟1 79 圖 5.1.3 RUG隨機戶型單元生成器 79 圖 5.1.4隨機生成的戶型單元步驟2 79 圖 5.1.5隨機生成的戶型單元步驟3-1 80 圖 5.1.6隨機生成的戶型單元步驟3-2 80 圖 5.1.7隨機生成的戶型單元步驟3-3 80 圖 5.1.8隨機生成的戶型單元 80 圖 5.1.9 GRASSHOPPER外掛GECO 81 圖 5.1.10 SRC輻射熱計算器 82 圖 5.1.11 GRASSHOPPER外掛HOOPSNAKE 82 圖 5.1.12輻射熱計算步驟1 83 圖 5.1.13輻射熱計算步驟2 83 圖 5.1.14輻射熱計算步驟3 83 圖 5.1.15輻射熱計算步驟4 84 圖 5.1.16輻射熱計算步驟5 84 圖 5.1.17輻射熱計算結果 85 圖 5.1.18 ERVF輻射熱極值尋找器 86 圖 5.1.19 GRASSHOPPER外掛GALAPAGOS介面 86 圖 5.1.20 SBG街廓生產器 87 圖 5.1.21街廓生產器步驟1 87 圖 5.1.22街廓生產器步驟2 87 圖 5.1.23街廓生產器步驟3 88 圖 5.1.24街廓生產器步驟4 88 圖 5.1.25街廓生產器步驟5 89 圖 5.1.26街廓生產器步驟6 89 圖 5.1.27街廓生產器步驟7 89 圖 5.2.1 ISTOGRAMMI D’ARCHITETTURA 90 圖 5.2.2 ISTOGRAMMI D’ARCHITETTURA DIAGRAM 90 圖 5.2.3 H-COMPLEX GENERATOR運算流程圖 92 圖 6.1.1 LOUVRE ABU DHABI 96 圖 6.1.2伊斯蘭花窗 96 圖 6.1.3 PROCESSING模擬LOUVRE ABU DHABI 97 圖 6.1.4 SERPENTINE GALLERY 2002外觀 98 圖 6.1.5 SERPENTINE GALLERY 2002內部 98 圖 6.1.6 PROCESSING模擬SERPENTINE GALLERY 2002立面切分 99 圖 6.1.7北京鳥巢體育館 99 圖 6.1.8 MUSEUM OF KANAYAMA CASTLE 100 圖 6.1.9 CHOKKURA PLAZA 100 圖 6.1.10 PROCESSING模擬MUSEUM OF KANAYAMA CASTLE 101 圖 6.2.1螺旋演算法種類 102 圖 6.2.2 CIRCLE PACKING 102 圖 6.2.3鑲嵌與分化演算法示意圖 104 圖 6.2.4聚結演算法示意圖 105 圖 6.2.5混合演算法示意圖 105 學號: 699360045, 學年度: 100