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導讀米契爾著建築的設計思考
導讀者:洪翠鎂陳玥錚
指導教授:楊裕富博士
00概述

電腦輔助設計在建築上所關心的重點與可能的貢獻,可分為三方面,首先是將各種發展完備的電腦軟體,應用在設計過程中的各個階段,以便在二度或三度空間的環境中不同尺度(室內、建築、都市等)的考量上,提供周詳且逼真的模擬。第二方面是將電腦語言引用到不同設計原理的探討上,例如以電腦程式模擬希臘神廟造型、文藝復興風格、或中國建築型式等設計原理,可藉由電腦模擬的過程,進一步研究隱藏在這些原理背後的必要性與歷史傳承關係。這需要電腦語言與設計原理兩方面更深入的探討才能達成。第三方面是希望透過設計思考過程中的深入瞭解,用電腦從事類似的設計思考行為,在建築設計中讓電腦自我思考,而非只有工具化的性質。例如「看到」平面草圖上的一個入口,便「想起」建築名著中類似的設計手法,再將其「轉換」後以配合目前的型式與需求。這樣的探討包含設計者的心智中是如何看、如何儲存並運用記憶中的設計知識、如何進行形式與機能的轉換等等。要深入瞭解設計者與電腦輔助設計系統中的深層結構,還需要再去瞭解認知科學、腦神經科學(設計者如何看與如何思考)及電腦科學中的人工智慧(電腦輔助設計系統如何看與如何思考)等相關的專業知識。


01建築物描述


建築起源於虛無的空間。建築乃是一種區分連續空間的藝術,可以用來區分實體與虛體、室內與室外、光明與黑暗、或是溫暖與寒冷等等。建築的方法取決於我們在空間中從事物體區分與感受物體區分的的能力。對於物體我們能經由知覺的視覺區輕易畫出它的輪廓稱為「首要素描」,把物體的邊緣從視覺區萃取出來〈如圖一〉,不同的觀者可能用不同的方式去解析相同的物體,電腦程式也已經發展出一套萃取首要素描的方法。當事物被察覺感受到,在視覺經驗上是真實的則稱之為物體,此物體具有識別性(即當它們再出現時我們能認得出),我們是用言詞或其他標記來辯認物體的,不僅是人類,電腦視覺系統也能做到。




概念體是由某一論述總體與其機能基本集合和關係基本集合所組成,若要發展建築作品中某個實體的論述,必須建構一個適當的概念體,已奠定描述建築物的基礎,然後才能開始展開論述,須要有一套將建築組合分割為構件的方法,和一套命名構件的方法,(例如在古典建築的傳統中,有一套標準的分割與命名系統〈如圖二〉,所以須要有一套充足且可分割清楚、可用來描述關係與功能符號的字彙,以表示構件的特性與相互關係。組織確論須要一個由構件名稱、關係符號和功能符號的系統,在資料結構中指定一些值給變數,可組織首位邏輯的句子集合,或者用一連串的中文句子展開論述。我們用中文句子來描述時,概念體在我們使用的字彙與句子中是是隱含不明的。在首位邏輯中,藉著表明我們刻意使用的常數、變數、機能與關係符號,概念體因而成為明白清楚的。




02建築的形式


一個建築物的形式即是它本身的內在物質結構。古希臘人注重形式,他們為各種組合中的規律與紀律,發展出明確的關連性,最後還引發形式主義評論中頗具影響力的傳統,一種基本上考慮作品本身形式的特性,而非考慮作品外在關係的評論。

形式主義的評論把注意力吸引到韻律、比率、對稱和其它建築形式上的情況,它使用了一套描述性的敘述字彙---韻律能是規律或不規律的,比率能是合協的,對稱能是雙面的等等。它同時構成了能表達對美學值判斷的一些敘述,如優雅的、和協的和美麗的〈如圖三〉。



從古至今,許多評論家體認了敘述美麗的可正確被應用到任何有韻律、比例和對稱等古典形式品質的組合。在ST.Augustine的美學理論,形式的秩序被視為美學的根源。英國哲學家Francis Hutcheson 提出美定義「一致性在多樣性當中」,當整體的一致性相等時,美就像多樣性一般;當整體的多樣性相等時,美就像一致性一般。


03設計世界


亞理斯多德認為形式首先存在於藝術家的心智,而後藝術家在再給它實質。後來的人詮釋為「房子先存在於建築師的心智中;這可稱作此房子的意念,因為藝術家嘗試要把真的房子,同化為與他心智想像中一模一樣的形式」。

設計的世界由點的世界、線條世界、平面世界、立體世界、到形的發展,

設計世界選擇基形和定理,便建立了可讓設計者發展的形式可能性的領域,而設計者要留意的是,這領域要能適合於手邊的任務。發展的過程是由實行許多設計世界的形式詳述所支持,其中包括了運用圖形媒體與儀器的世界,運用實體模型媒體與工具的世界、或是電腦輔助設計系統的資料庫與附屬程序的世界。




04評論語言


在設計世界中,解析評論語言中的表明方式,觀看者的觀點〈如圖四〉,我們有自己選擇的一套句子與字彙,「形」的名稱及「功能與關係符號」的名稱,和首位邏輯的語法規則,將特定的字彙組織為句子。我們有一設計世界,其中包含了可能狀態的某個集合。假設句子的符號以某個一致的方式,指涉形、功能、與設計世界的關係。因此,這些句子可視為與設計世界狀態有關的宣告。對任何既有的句子和狀態,我們均可以問「這句子是真或伪?」假如我們知道,設計世界要如何才能使句子為真,即,使其為真或假的條件,我們便可知道句子的意義。



設計問題方面,設計一開始便有改變真實世界的意圖,這個架構的發展考慮到,如何以設計世界來敘述真實世界的可能狀態,在敘述關係之下,設計世界中的形代表了真實世界中的物體,設計世界中形的特性,代表了真實世界中物體的特性,一個三角關係的參考模式因而展開,評論語言中的句子,直接指涉真實世界中的物體。當你想要某個東西,卻不能立即知道如何得到它時,設計問題便形成了,要找到解決方案,需要心智上的努力。

構造世界是非真實的世界,當發生特定的設計問題時,此構造世界環繞著必須敘述與必需推理的一切事務,而且建構一個令人滿意的敘述系統時,將簡少許多困擾,設計世界中構造世界的敘述,就是功能或局部功能D的值,此功能會從構造世界中的實體物體,對應到設計世界的功能;以及從構造世界的關係,對應到設計世界中的關係。D將是多對一的對應:構造世界中的許多狀態將將在設計世界中有相同的敘述,反過來說,從設計世界的狀態到構造世界的狀態,則是一對多的對應〈D的反轉〉。

設計世界、評論語言、及構造世界這三個領域的相互關係,可藉由假想各領域中的(視窗)來表示〈如圖五〉。



在評論語言中,藉著闡明必須滿足的敘述,可形成設計問題。所以,設計者最基本的任務,是在設計世界中找到一個狀態,而此狀態對應了構造世界中滿足這些敘述的另一個狀態。評論者的任務是指出留在設計案中仍未滿足的敘述,設計者能採用一些建議來達到尚未滿足的敘述,以便回應評論。


05關於設計的推論


一位評論者對構造世界所瞭解的總和,便是這評論者的知識庫。以中文句子、概念圖、電腦程式等等。為了使評論者提出有價值的設計評語,評論者對構造世界的概念體與設計者的概念體必需類似,評論者必須擁有一些事實與規則,與設計者敘述的物體和關係是有關聯的。這種種允許評論者觀察設計世界,然後從觀察中去推理。不同種類的定義容許不同種類的觀察,並因而容許不同的推論:一張平面圖並不會和剖面圖有一樣的評語。與設計案有關的為真確論的集合,加上某些評論知識庫中的事實與規則,構成了這個設計的「傳承範圍」。評論者如何專注相關的涵意,而忽略大量無關的涵意?這就是人工智慧中著名的「框架問題」的情況。

建築師的教育包含處理設計世界時流暢程度的發展,及知識庫的發展,以便推導出傳承內容的適當景象。推理規則結合了稱之為「條件」和稱之為「結論」的句子模式,每當我們有符合條件的句子時,便可以導出符合結論的句子。

評論推理的基本任務是證實既有的設計案是否有一致的意義,如果矛盾的世時可自提案的觀察中導出,這個提案便是無意義的。








06 類型與字彙


在建築了論述中,當談到構造元素時,我們使用柱子、樑、牆、樓板、門、窗等一般名詞;而談到空間時,我們使用臥房、廚房等一般名詞;談論到整棟建築時則是使用住宅、廟宇等一般名詞。由此可知,類別與一般名詞對我們獲得知識是相當有用的,它以關於個體的事實及關於整個類別的一般化條件來組織知識。也就是說,當我們以一般名詞如柱子或廚房,把設計世界的某個形體註上標記時,便是說明我們是以某個形體來表達或象徵某個類別。

象徵符號是我們在特定時空中找到的獨特存在物。某些象徵符號擁有相同的事物,如共同的形體,則這些象徵符號可屬於相同的類型。一棟建築物可作為建築元素中許多可辨認出來的類別的例證〈柱子、樑、牆等等〉。此建築物的圖樣作為抽象形體〈圓形、正方形、三角形〉中不同類型的例證,且既有的敘述習慣形成了介於設計世界中的形體象徵符號與構造世界中,實體例證間的對應。

一個類型的形成即是一個抽象化的行為;我們認出某個形體類別中所有成員共同部分,而忽略不同的性質;那些共同的部份是本質特性,不同的性質則是偶然特性。如:所有古典門廊都是左右對稱,但在不同的例證中顏色會有所不同。

藉著闡明額外的本質特性,類型可被細分為許多的「子類型」。一般來說,我們可在子類型中組織其他子類型的層級關係,這樣的層級關係發展出一套論述總體,並為此總體中的元素提供廣泛的分類概念,而這些分類概念則被指稱為類型學。

在建築作品組合的特定集成中,可被人認出的建築元素的類型,構成了這集成的字彙。例如:以建築的字彙來描述建築類型的性質,古典建築字彙包含了Doric柱子、圓拱、三角型的山牆;哥德的字彙則包含了尖拱、飛扶壁等等。

在概念體與建築物的描述中,使用建築字彙是不可避免的,我們將建築字彙的例證用來作為建築師闡明和安排的物體,以元素不同類型的名稱來表達建築 的探討與評論。實務上,字彙不應是限定的、明確的、或是定義良好的,但在原則上,由字彙所構成的類型,能夠以類型概念圖、辨認規則、或知識組織來算出、命名、和闡明。

設計世界充滿了由圖形字彙而得的象徵符號,而構造世界則充滿了由建築字彙而得的象徵符號。敘述的習慣建構了兩個世界的對應,從評論語言的觀點,類型定義形成了一般名詞的意義,並提供有用的方式來組織我們的知識。其三者間的關係〈如圖六〉。





07 設計運作


設計的運作單元是設計世界中用來處理形體的一套工具。更正式的說,運作單元是一項功能,用來評估設計世界中新的狀態〈如圖七〉。狀態1與狀態2是變項,藉著表明狀態1的範圍與值,可建構出適當應用運作單元的環境及計算出狀態2,定義出運作單元的影響。若能指明設計世界的起始狀態,在加上上述的運作單元,則可建構出「狀態/行為樹狀結構」。此結構的分枝,即是將運作單元的集合反覆應用的起始狀態之上,而得的所有分枝。




設計運作單元的意義,就是它的傳承範圍─使其結果為真的事實集合,以及使其結果為僞的事實集合。設計運作單元能夠以應用它們的敘述,在語意上描述他們的性質。

在設計世界中,以例證來表達形體,是最基本的設計行為。表達例證的運作單元的效應,是將圖形象徵符號加入設計世界。當設計者在已建立的敘述習慣中工作時,經常以例證表達抽象的形體類型,這些類型將成為構造世界中建築字彙的元素。具有特殊目的的電腦輔助設計系統,透過使用指令,為作品提供一套預先定義的建築字彙,有些指令是用來以例證表達結構元素、開口、家具與管線裝置的不同類型。

•轉換


只要我們擁有事物的某個類型的例證,便可以從事一些運作,以某個方式改變它。也就是說我們能轉換這例證。設計世界中形的轉換,代表了構造世界中對應實體的轉換。在平面或三度空間中,轉換包含了:平移、旋轉、反射、變更比例及線性轉換等〈如圖八〉。藉著一套形體類型的字彙與某個作為設計運作單元的轉換等級,可闡明設計可行方案的總體。幾何轉換的層級關係,同時也提供我們一套有用的字彙,可在建築組合中描述形與形之間的空間關係〈如圖九〉。





•結合


以技術觀點而言,轉換是一項一元運作:執行某一項轉換,可將一件事物變為另一件事物。而二元的運作則是將兩件事物結合成第三 件事物〈如圖十〉。完整的位元圖格子中所有的子形的集合,與形的合併、交會、與相減等運作單元,組成了布林代數,是為一二元運作〈如圖十一〉。




•代數


一個設計世界,基本上是由它的形體字彙與運作單元來描述性質。為了設計的發展,這些建構了形體的可能方案的集合包含此設計世界的字彙,且在所有運作單元的應用下是封閉的。


08 建築形式的語言


建築形式語言的文法規則,像口述的語言一樣,可由許多不同的格式來表明。如:陳述一般化的規範性規則、取代性規則等。若取代性規則被遞迴應用,則可在設計發展過程中得到無數的可能方案。

若想以一套文法來限定設計世界中的可能狀態,必須以形、標記、與關係的類型來組織規則,如古典柱式的細分規則〈如圖十二〉,可說明古典柱子的組織關係,亦可以樹狀概念圖來說明〈如圖十三〉。




一個設計世界為我們提供可敘述建築元素的圖形象徵符號,而一套文法中的規則,表明了處理這些象徵符號的方法。設計過程便是根據這些規則,從事對特定敘述的運算;亦即,運作在起始象徵符號上的連續步驟,以便滿足設計世界中確論的敘述。

支配設計世界的語法規則,建構了一種建築類型,且在評論語言中表明的敘述,則建構了特定時空脈絡中的需求,設計者的運算目標,是用一種適合這時空脈絡的方式,以例證表這類型的概念。設計世界的基本結構取決於三項因素:形的起始字彙、可應用的運作單元、設計代數。尋求設計問題解決方案的過程,是應用規則以便衍生候選方案的一種「嘗試與錯誤」的過程,然後再去運算一些敘述,以便決定候選解決方案是否可行。

一套建築文法的規則,應能為構造世界中某一類型的建築物,提供組織良好的設計表達。在這文法中表明的語言,應可包含此類型中所有可能建築物的一項敘述,且這語言中的設計推論,都應以這個類型中一棟可能的建築物為目標。





09 機能


亞里斯多德在《De Anima》一書中指出,我們不僅可藉型式與材料來描述一個實質的物體,亦可藉它的機能來描述。基本上,形式的描述告訴我們一個物體是甚麼,而機能的描述則告訴我們一個物體可達成甚麼,通常我們使用動詞來描述物體的機能。

一項機能性的描述,必非僅指明某一物體所能從事的任意動作,一項機能性的描述,是在某特定脈絡中,那個物體所從事的有價值的動作。當物體所再的脈絡尚未限定時,他的機能相對的看來仍是定義不良的。若把一個物體是為建築語言中的元素的話,這語言的語法規則監會闡明這物體所能呈現的脈絡。然後便可考慮這物體在不同脈絡中的角色,因而獲得相對看來是定義良好的機能性描述。

在既有的脈絡中,將一個物體所能從事的不同動作,分為有用的效應與無關或惡性邊際效應。具備有用效應的動作視為目標的方向,並將它分類為機能。當一個物體的機能提供了另一物體所需的任何事物時,這兩個實質的物體便是機能性的聯結在一起。

一般來說,機能連結是由空間關係所建立的:將管線裝置插進插座,才駛的插座提供電流。只有當物體的空間關係滿足一些條件時,所需的實質動作才會發生。當某個物體是建築語言中的元素時,藉著把物體放置在合適的位置上,語法規則便為我們闡明如何形成機能連結的方式。

我們可以將依個實質系統定義為,許多機能上相互連結的實質物體的組合。建築物的機能是由計畫書所確定的,在建築計畫書中描述了一個活動系統,並列舉出由建築物中各空間所要提供遮蔽的組成活動。並指出了空間要有多大才能配合其活動,並闡明所需遮蔽物的明確品質,及由活動性關係分析中必要的空間關係。建築的目的是要為特定活動提供適當的空間、達成結構系統與其他實質子系統的適當行為、並以某個可記憶的方式來表達、暗示並做為範例。



10 以機能為動機的設計


一個設計者必須能夠從建築元素及組合的形式特性中,推導出機能關係。也就是,在建築形式語言中的既有組合,及擁有描述機能的敘述辭的評論語言中,推導出元素、子系統、與整個系統的機能描述。

機能推論的衍生過程需要應用一些規則,而這些規則建立起建築元素的形式與位置,以及關於它們機能的結論間的關係。我們可以使用相同的規則來推論出建築元素必須如何形成、定尺寸、與組合,以便滿足機能式的需求。

形式隨機能而生,便是指物體的某向形式特徵或品質對機能合適性而言是必要的:倘若這項特徵或品質不存在的話,則這物體便不能從事我們想像中的機能。

建築語言建構出一套建築師可利用的形式集成〈字彙〉,而這語言的語法規則則闡明使用這些形式的可能脈絡關係。建築字彙元素是以:本質上的形式特徵、可能的脈絡關係、在脈絡中的機能等決定其屬性。建築師必須了解字彙元素在他們脈絡關係中有用的角色,選擇有特殊形式或機能元素而條理分明的建築字彙,強調了機能表現的作品組合。

建築文法的規則,建立起作品組合手法及形式和機能目的之間的關係。一項既有的機能問題,通常能在幾個不同的建築語言中解決,而一套既有語言的規則,可容許不同的方式來滿足一組特定的機能需求,因此為建築師提供變換不同 形式機能品質而發展替選方案的自由。

建築師個人對元素中形體及材料的相關知識,及如何運用這些元素的知識,建構出一套別具特徵的建築語言─一種個人的風格。當學會使用新的建築元素,或發現元素新的用法時,個人風格會逐漸演變,為建築作品提供知性與感性的力量。

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