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數位化建築設計領域研究初探

The digitizing architectural design domain at the beginning of research searches

空設碩一　林志龍

一、導論

　　電腦輔助建築設計之發展可歸納幾個外在因素影響；包含個人電腦的發明，電腦圖學的發展、人工智慧與認知心理學的研究開啟、網際網路的發明與多媒體技術的提升等。當「建築遇上電腦」時，其二者間的關係，就像兩個不同的領域放在一起，相互學習。在熟悉電腦功能之後，設計者開始思考如何有效地利用電腦輔助建築設計及思索設計的特性與電腦的邏輯有何關係？輔助設計的視覺模擬與數值分析己很普遍，以電腦與數位技術進行建築設計著重於建築設計或空間該如何與資訊互動，以及應用數位技術生成建築空間，這一步，也使電腦輔助設計也逐漸從一種技術條件轉變成為一種建築的專業。

(以上圖片取自http://www.yuntech.edu.tw/~yangyf/hh/ba803.jpg-楊裕富教授數位建築網站)

二、建築運算之發展

　　電腦輔助建築設計的研究與發展可追溯至1960年代末期，在歷史性的發展里程中或許可以當作介紹今後電腦支援合作式設計的發展背景。從這些以往的系統發展中，便不難發現一部份成為學術研究的成果，另一部份則為商業系統開發者與行銷者所採用。以下就電腦輔助建築設計之先後發展做簡單敍述：

　　1.先趨的整合系統

於1970年代末期，政府單位採用電腦程式師來設計與執行以大型電腦為主的CAAD整合系統。包括幾乎所有建築設計的方面，以電腦生產出建築圖面、施工規範與其他工程上所需資訊，這些整合式系統只針對規律的建築構造方式使用，而電腦系統提供的是集中式的運算功能，因此只有政府組織或研究單位能提供與使用。

2.效能模擬與分析系統

　　　對建築研究者與工程師而言，建築物是一個實質的系統，其中行為或效能可根據數學模式來評估與預測。一是建築環境效能－能源效率。將熱環境行為因子併入運算模式中，能預先在建築物建造前了解其環境效能。另一個領域是照明設計的模擬。複雜的數學模式被建立以衡量與預測自然與人工的照明效果。對早期系統發展的大型電腦有更多的支援性與經濟性。

3.笨拙的繪圖系統

　　　「笨拙的繪圖系統」這個名詞在描述1970年代末期與1980年代的電腦輔助繪圖系統的發展。使用者根據基本的圖形所建立的系統能夠產生或修改繪圖，但是該系統並無繪圖的知識或模式。換言之，繪圖的意義或其語意關係是超乎該繪圖環境的。

　　4.知識根基的系統

　　　80年代時，資訊科技產業能製造較為非集中與低價的電腦系統，以知識為基礎而建構的CAAD系統開始存在。結合許多診斷與衍生性的專家系統，成為整合的模型環境。知識根基的系統與笨拙的繪圖系統中圖形的不同，所有知識根基的系統圖形例子是具有由該系統所描述與操作上的意義。

　　5.三維模型建構與彩繪系統

　　　根據使用者人數來判斷一個資訊科技的成功，三維模型建構與彩繪系統顯然是最成功的，CAD軟開發商，已生產針對建築、機械工程與土木工程等低階使用者的工業化模型與彩繪軟體。如Auto CAD、ArchiCAD、FormZ、3D Studio等。

　　6.多媒體與建築設計表現

　　　把建築設計的成果提供給觀眾，例如建築系的評圖者或真實的業者，是設計過程中一重要的部份。應用電腦作建築設計表現與溝通被普遍接受與期待（Coyne 1995），通常是引用多媒體表現法，應用包括靜畫或動畫、聲音、文字、錄音或錄影片段等。

　　7.虛擬實境與虛擬環境

　　　虛擬環境（Virtual Envioment 簡稱VE）與虛擬實境(Virtual Reality 簡稱VR)相當類似，但是VR技術只提供傳統的單一顯示器技術之外的觀賞與互動模式，因為缺乏VR技術與傳統CAD或CAAD工具二方面的連接，而使多數專業者仍倚賴著傳統的建構模型與彩繪工具來編輯構想中的設計模型。

8.電腦輔助合作式設計

1984年由ACM舉辦的研討會中，「電腦輔助協同作業」（Computer Supported Cooperative Work 簡稱CSCW）名詞由格里夫（Lrene Grief）與（Paul Gashman）所提出，意指檢驗人們如何一起工作，以及資訊科技如何支援協同作業。

(早期的電腦設備圖片取自 (三維模型建構與彩繪系統圖片取自 (VR虛擬實境系統圖片取自www.hccvs.hc.edu.tw/pipi/BCC(HardWare)/Pics/UNIVAC.jpg teacher.fsjh.ilc.edu.tw:82/art/%AEv%B1%A1%B5e%B7N.htm www.nchc.org.tw/htdocs/core_technolog

y/application_research_develop/visualization/)

三、數位化建築之發展對於傳統建築設計之影響與比較

　　對數位建築發展，引發多方討論與爭議，多數設計者的經驗均認為電腦無法像人一樣作設計，學界中更提出設計是否應反映設計工具之特性等爭議點，或說建築物應用電腦設計是否就應像用電腦做出來的？而工具本無對錯，其實應仍是源自設計者的觀念使然。

　　設計工作數位化，須從設計教學的基本原則著手，並非從教室硬體的運用著手，根據基本設計教學流程，傳統設計教學所賦予的功能與供給層面，試圖融合傳統的優點與數位的創新，可以列出以下幾點：

1. 設計者個人的構思－可程式化的個人工作空間

個人的工作空間，可讓設計者安靜的思索設計問題。而數位設計工作室以個人電腦工作站為主架構。轉變為可程式化的個人工作空間基本概念，在空間中加入了人工智慧程式，在空間中反應適當的使用機能，達到「形隨機能轉，機能隨程式轉」的目標。

2.群體的腦力激盪－設計分享介面

　　群體間需要設計分享、群體分享設計的介面、協調、討論的空間。可能發生在任何的空間或角落，增進相互學習效果。數位化的確取代了傳統繪圖桌而提供隨時分享討論的優點。「透明螢幕」的產生，創造了新的實質和虛擬的整合型態；一方面做為空間領域的區隔，另一方面兩邊的使用者可以透過透明螢幕的呈現，產生了人的操作行為與透明介面的互動，保留了傳統牆面貼圖與設計分享的優點，讓螢幕兩邊的工作者同步分享資訊。

3.評圖－非正式評圖區

　　分為正式評圖與非正式評圖，正式評圖指各組教師於期末評圖，需要對已完成的設計資訊，做完整清楚的呈現；非正式評圖則需要定期回顧審閱圖面，著重雙向的溝通。傳統評圖以透明的描圖紙，層層的修改圖面，圖紙本身就記錄著發展及修改過程，也是CAD軟體較缺乏的地方。而非正式評圖，應具隨時、隨地、同步與非同步的評圖功能。視訊會議系統，網路頻寬及空間臨場感不足的問題，常讓人因為對著機器說話，而感到不自在。目前唯一的方式，是利用空間配置，正面投影繪圖影像，垂直側向的一邊，投影對方影像，彷彿是在同一空間內的相互對話。兩者互相比較之下，描圖紙的可攜性，隨地放置、重疊於現有圖面的貼圖，其便利性，即使是輕便的數位產品，也仍然無法取代之。

4.簡報-正式簡報區

　　期末評圖或大型簡報，需要大型且正式的聚集空間，強調一個有效率的簡報環境。目前以筆記型電腦搭配投影機的簡報方式，取代了傳統的紙張簡報，但大部份簡報，仍以紙張方式呈現，紙張可攜性、瀏覽、易於翻閱，仍較符合人性的需求。未來互動式簡報區的願景，以整合的多媒體技術，在一個互動式工作空間，研發可以抓取空間的垂直感應平板，來擴充電腦輔助設計平台，擺脫電腦螢幕限制，擷取3D資訊影像，結合互動式科技與多媒體，以感測手套以手勢作遠端搖控，推拉及旋轉虛擬空間以獲取3D模型的任一視角。

5.展覽－展覽空間

　　展示空間的介面，為了達到互動式媒體的展示效果，就必須突破傳統展場和虛擬展場單獨呈現的侷限性，例如以生命週期方式，配合時間軸的操作介面，成為可觸及的實體物件。呈現並非只是單純的將電腦螢幕搬到展示場內而已，實體與虛擬的共構過程，使數位資訊成為可以直接觸摸的實體，塑造出一種「虛擬中有真實、真實中有虛擬」的展覽新型態。

個人工作空間設計群體...不可同日而語的....身材....唉...... (關鍵報告圖片取自 (芝加哥大學-三度空間投影系統圖片取自

www.igame.com.tw/event/m www.ship.org.tw/vr/index.asp

ovieticket/minority_report/im

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四、結論

　　理論與實踐是建築設計中重要的對應條件，國內教學研究及業界所面臨的問題是在調適，也在建立起新型態的設計方法與教學方法，在「想」和「做」的兩個層面上皆須顧及，但是，國內缺乏具有研究性與規模性的建築實驗及實驗建築。國際中各建築設計團隊無不在嘗試及創新，國內各建築系均開始透過設計作品及論文設計實驗以實踐代替文字論述，或許可將瞻性的、實驗性的概念付諸實現。電腦輔助設計需得有實際案例方能增加其說服力，目前許多以小尺度設計為案例的作品不斷出現的今天，個人相信在未來利用電腦輔助設計增加創作的靈活度及達成設計的普遍性，將不再遙不可及。

參考資料：

1. CAAD TALKS 1 數位建築發展邱茂林田園城市 2003.4

2. CAAD TALKS 2 設計運算向度邱茂林田園城市 2003.4

3. CAAD TALKS 3 數位設計教育邱茂林田園城市 2003.10

4. 數位建築多樣性 2003遠東國際數位建築設計獎劉育東田園城市 2004.9

5. 數位蓋瑞探索材料極限的數位化建構 Bruce Lindsey著宋偉祥譯旭營文化 2003.8

　

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