建築規劃設計與電腦輔助設計之發展

從 CAD 的發展歷程來看，1957 年被稱為「the Father of CAD/CAM」的 Patrick J. Hanratty，透過電腦軟體控制產品製程的方式，發展出第一套商用的數控程式 系統 PRONTO (Numerical- control programming system)，正式啟動了電腦輔助設 計(Computer Aided Design, CAD)的發展。1963 年 Ivan Sutherland 開發 Sketchpad，

允許設計者使用圖形方式和電腦互動：設計可以用一枝光筆在陰極射線管螢幕繪 Gips(1971)

Shape

Grammars and the Generative Specification of Painting and Sculpture

本文利用形狀特定規則的語法，

The Palladian Grammar

利用參數化形狀語法產生的帕拉 迪奧別墅(Palladio's villas)平面規 劃 ， 被 定 義 為 帕 拉 第 加 風 格 (Palladian style)，且該語法被應用 產 生 出 Villa Malcontenta 的 計 畫，已不同於 1971 年前述文章中 的利用在藝術品的試算方式，而

參數化形 狀語法

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是將形狀文法導入平面規劃或敷 地計畫內。

3 Flemming, U.

(1989)

Syntactic

Structures in Architecture:

Teaching Composition with Computer Assistance

本文概述了電腦輔助建築構圖的 algorithms and lindenmayer systems

本文是介紹一種用於模擬人造二 Oluwatoni Asojo(2000)

DESIGN

ALGORITHMS AFTER LE CORBUSIER

作者提出了 Le Corbusier 的設計 Parish, Pascal Müller (2001)

Procedural Modeling of Cities

本文提出一個使用程序性做法的 L-system 來建立都市模型，其輸 入各種影像地圖，如潮汐和人口 密度，所採取 CityEngine 系統，

能夠模擬出一個完整的都市，只 需 輸 入 比 較 少 統 計 和 地 理 的 數 據。

L-system CityEngi Haegler, Andreas Ulme, Luc Van

Gool(2006)

Procedural Modeling of Buildings

本文與一般模型談的實體不同， Serkan

Uysal(2008)

Educational Experiment on Generative Tool Development in Architecture

本文利用伊斯蘭星座圖案說明計

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9 Pedro Brandão Silva, Ant ó nio

Coelho(2011)

A Procedural Modeling

Grammar for Virtual Urban Environment Creation

本文介紹了 PG3D 語法，一種建

Stavrev(2011)

A Shape Grammar for Space

Architecture

本 文 是 空 間 建 築 形 狀 語 法 研 究 中，進一步描述性的想法，自一 組通用元素的新形狀組合，擴展 到二維和三維的空間。本文選擇 在 20 世 紀 70 年 代 初 Graph Grammars 的基礎上開發擴展，推 廣 Chomsky 字符串語法，其作法 是將字符串的級聯，擴展為沿著 公共子結構的「粘貼」圖形。

圖形語法

11 Bojan Tepavčević, Vesna AND DESIGN

本文研究對形狀語法作為生成設

MODELLING OF BUILDING FAÇ ADES WITH SHAPE GRAMMARS USING

HISTORIC BUILDING INFORMATIO N

MODELLING

本 文 在 高 精 度 、 高 效 率 的 要 求 下，利用 HBIM 歷史建築資訊建 模 的 半 自 動 化 方 式 ， 並 藉 由 Geometric Description Language(GDL) 編 碼 的 外 觀 參 數 Zweig(2014)

Procedural Architectural Facade Modeling

CGA 形狀語法用於程序性地生成

Xiaoqiang Zhu(2014)

Procedural Modeling of Buildings Based on Facade Image

Segmentation

本文提出了一種將 CGA 形狀語法

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從前述的文獻發現，電腦輔助設計之發展，已從理論走向實務，從單一走向 多樣化。George Stiny 與 James Gips(1971)文章中，可以看到形狀語法引入運算規 範的方式，並應用到藝術品的生成技術，直至 1977 年米契爾的「電腦輔助建築 設計」則是第一本以建築設計為對象，推廣電腦應用為目的的書，他利用電腦及 網路系統進行「開放設計環境」（Open Design Environment, ODE）的概念，讓具 有設計知識的專家與設計，或者一般民眾一同參與提案。之後，G Stiny 與 W J Mitchell(1978)再利用參數化形狀語法產生的帕拉迪奧別墅(Palladio's villas)平面 規劃，正式應用到基地規劃的建築設計，提高了建築設計的深度和廣度。基本上，

本次所談論的形狀語法(Shape Grammars)，在 1980 年代已將建築設計的形式與機 能概念化，瞭解設計者的推論過程，並且也藉由正規語言的方式，來進行建築設 計的分析與創作。

至 1990 年代，從 Flemming, U.(1989)文章中，已觀察到軟體開發的需求更為 迫切，包括如何支援 CAD 系統等方向，甚至已列入重要的教學計畫，包括在 1992 年史密特開始規劃 21 世紀的校園遠景，也是如此，不管是 ETH(瑞士聯邦理工學 院蘇黎士分校)動畫或虛擬都市的建置，CAAD 已引導建築從傳統的模式朝向創 意、知識導向，特別是在 Lindenmayer 系統的應用上，CAAD 受到重要的啟發，

從 Ochoa, G. (1998)文章中，看到 L-system 結合周遭環境所創造出的參數式魅力。

2000 年代的創新是這個年代的重點，也是全球化改變、重工業轉型的年代(大 家可以看到高雄多功能經貿園區都市計畫也是在此時期公告)，從 Abimbola Oluwatoni Asojo (2000)的文章中，看到運用「白色別墅」特有的組合參數技術，

並將一些元素遞歸地發生來呈現這種特徵，這種獨特的白色風格，深深地影響著 歐洲的建築形式，甚至美國。90 年代 ETH 的動畫中心，終於養成了 CityEngine 系統模擬出一個完整的都市結果，並運用到美國電影的「金剛」電影，從 Yoav I H Parish 與 Pascal Müller (2001)的文章中，應該更需要警覺到學校教育與商業或 實務整合的趨勢，未來透過建築參數資料蒐集、處理、分析與視覺化，以期能夠 支援智慧化設計，提高都市規劃與建築設計的效率與可靠性，包括結構穩定性、

音響品質、自然光源、熱環境、通風、與室內空氣品質等條件，都可視為創建系

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未來可研究及教育推動的方向。

社會的進步，人們要求提升生活的素質、居住的舒適和環境的保護，「建築 環境」便成為一個不可缺少的課題。從 Pascal Mu¨ller, Peter Wonka, Simon Haegler, Andreas Ulme, Luc Van Gool(2006)的文章中，看到已嘗試使用 CGA 來做考古遺址 虛擬重建的建模方式，Birgül Ç olakoğlu, Tuğrul Yazar, Serkan Uysal(2008)則再次利 用形狀語法，產生出伊斯蘭星座圖案的計算邏輯和設計規則，說明設計計算模 式，將生活文化、宗教融入建築參數設計之中。

2010 年可謂電腦智慧再進化，及形狀語法再發展的年代，數位工具的特質 以及以工具論為基礎的設計思考危機，讓建築設計運算與模擬覺醒到創建與現實 環境相對應的必要性。從 Pedro Brandão Silva 與 António Coelho(2011)的文章中，

也看到了 PG3D 語法提供 GIS 數據程序建模過程的控制，透過現實世界數據的整 合，及提供管理設施來處理其大數量、尺寸、格式和細節，並利用 VR 設計語法 可以彙整成一個程序建模工具，以生成非常龐大的虛擬現實都市環境。此外，空 間建築形狀語法仍在持續研究中，沿用 Graph Grammars 的基礎上開發擴展，推 廣 Chomsky 字符串語法，讓系統化的模擬更加強大，此由 Val Stavrev(2011)文章 中，看到這種發展趨勢。

在過去數十年中，數字技術對當代建築實踐、設計和理論產生了巨大的影 響，CAD/CAM 技術為許多設計生產出複雜的幾何形狀，也同樣開闢了新的機 會。從 Bojan Tepavčević, Vesna Stojaković(2012)文章中，看到了人造智能生成的 幾何形狀，讓形狀語法在計算和視覺空間，可以表徵歷史演變的風格；同樣的，

C. Dore 與 M. Murphy(2013)使用激光掃描或攝影測量數據生成數字遺產模型的新 方法-歷史建築資訊建模(HBIM)，也是利用技術引導建築參數計算的作法，對比 1977 年米契爾的著作「電腦輔助建築設計」所推廣電腦應用，看到了電腦技術 的缺點，但也說明了與文化合作的機會，古蹟修復的半自動化方式即可說明參數 式建模與文化資產的配合。

CGA 形狀語法是由 Pascal Müller 與 Peter Wonka 創建出的一種語境敏感語 法，用於程序性生成建築物，透過將形狀語法的子集，直接實現到商業標準建模

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程序，Jonathan Zweig(2014)舉例說明如何以數位工具配合數位思考模式，作為商 業與創作的設計模式，本篇看到 CGA 形狀語法的實用性及延續性(前述 2006 年 的文章亦是採用此方式)。Kai Liu, Junli Chen, Suo Wang, Xiaoqiang Zhu(2014)同樣 是一種將 CGA 形狀語法與外觀圖像分割相結合建築物的程序性建模方法，作者 利用 CGA 形狀語法與外觀圖像分割相結合的建築的程序性建模方法，用於大型 都市 3D 重建的建築模型的規則，與 Parish 及 Müller 於 2001 發表都市的程序性 建模相比較，已更為細緻化。

故從前述文獻的分析，或許能作一個結論；CAD 不只是改變了建築設計的 外在世界，也改變了內在的世界，改變了處理事情的方法，包括建築設計的外觀 與概念，電腦正扮演著這樣的角色。誠如邱茂林(2003)所說的：「雖然工具是會演 化的，是可以更好的，不過任何工具都有天生的特性，善於做某些事，以及不善 於做某些事。使用工具就是能善於掌握工具的特性，使用本身就是門技術，但是，

如果世界上所有的東西都被視為是達到另一個目的的工具時，便是工具主義的危 機」，CAAD 亦是如此，這也是本研究在使用這門技術及學習時，應該需要注意 到的方向與重點；尤其是如何利用應用 CIM 的資訊整合，協助改變現有的建築設 計環境，或者如何從研究成為教育及實務等有所幫助之貢獻。