數位時代的開口

自 1960 年初期開始，建築師們已將電腦輔助建築設計(computer-aided architectural design) 技術廣泛應用在建築設計領域中(Mitchell, 1977)。時至今日，設計者普遍的使用電腦輔助設計技

術進行設計行為，嘗試利用日益增進的技術創造出更多可能，數位設計工具在設計流程中佔有 相當大的比例(Lim, 2007)，打破了設計師個人設計表達方式和背景制約，也打破了設計本身的 傳統制約。技術和文化的發展促進建築的複雜幾何與自由形體的使用(Vollers, 2001)，3D CAD 工具的易於使用與有效性，帶來設計上的自由形體產生。使初步的概念階段更為豐富(Burry &

Murray, 1997)。

義 大利 建築師 Luigi Moretti 在”Architettura Parametrica”一書中提出參數成形的概念 (Oosterhuis & Feireiss, 2006)，指的是設計者在設計過程中整合參數方程式與建築設計的理念。

參數式設計常著重於合理化形體，以及判定建造自由形體可能性的工具。截至目前為止，參數 式電腦輔助設計系統(parametric modeling CAD systems)已成為建築領域中，作為研究與實行設 計行為的主要工具(Barrios, 2005)。第一代 CAD 生成工具，具有再現與管理基本幾何元素（點、

線、面和歐幾里德空間）以及不規則性與複雜性的能力。參數式設計限制有基礎的設計途徑和 現在生成的機構合併於計算工具中。設計者可以定義幾何元件或是直接操作元件與元件之間的 關係，參數的幾何控制增加形體的複雜性(Shadkhou & Bignon, 2009)。

建築師廣泛使用電腦輔助設計技術(CAD)協助進行設計工作，因應電腦輔助設計技術的發 術，像是程式碼(script)Maya script 或 Rhino script 和參數化建模工具（GC 和 DP）變成了普遍使 用的工具。

藉由參數式設計工具，可以即時地控制參數因子，進行設計行為，設計師可以設計出手繪 工具所無法建立的形體，為了實現這些複雜形體，建築結構系統必然得隨之革新，在反覆實驗 與測試下，建築構造技術與建築材料亦不斷地推陳出新，近年來，支援參數式設計與製造工具 的成熟，整合運用自然生物形態規則以及運用數學邏輯規則的參數式設計工具，來達成建築設

計的構築生產，新的建築結構體系於焉而生。

參數式設計工具配合演算法，設計者使用新興的設計工具，自動演算生成建築形體，開口 的造形控制在節點編輯(node-edit)模式系統之下。當我們解決某一個特定的工作或問題時，演算 法是可以幫助我們處理這個問題時需要的指令或步驟，藉由設計這個演算法的指令，我們不只 可以解決這個特定的問題，還可以解決所有此類型的問題(Tedeschi, 2011)。顯示電腦演算的程 序，只要輸入數據即可得到相應的結果（圖 11）。設計者可以定義幾何元件和直接操作元件之 間的關係，藉由參數的幾何控制增加形體的複雜性，以應用數學幾何邏輯的參數式設計作為設 計工具，數學演算法可以自動生成建築結構型態表現。

圖 11 電腦演算程序示意圖，輸入初始數據可得到演算出的結果(Tedeschi, 2011)。

Reiser 與 Umemoto(2006)在＂Atlas of Novel Tectonics＂一書中，陳述了現代建築與參數化 時代的建築結構體系的轉變，分割現代建築結構，可以從結構中分離出梁、柱、板、牆各自獨 立的單元，而參數化時代的建築結構，其整體即為相同單元的總合，梁、柱、板、牆沒有明確 的分野（圖 12），對照開口形式，過去的開口元素定義明確，開口與牆可以拆解成具有明確表 徵的個體，而參數化形體的建築結構，開口的表現形式亦依附於此種建築結構本身。

圖 12 現代建築結構與參數式的建築結構示意圖(Reiser & Umemoto, 2006)。

使用不同的演算法，產生多變的設計與形體，回歸非正規的結果，具有美學的複雜性（圖 13）。在概念模型的架構中，藉由衍生式設計過程，生成非正規的形狀，藉由演算規則來輔助 設計的衍生系統，擴大概念設計的範圍(Shaghayegh & Jean-Claude, 2009)，設計者可以使用各種

基於設計的技術，像是蜂巢結構(honoycomb)、Voronoi Diagram、L-systems 或細胞自動機(cellular automata)。

圖 13 經由演算法生成的圖形結構：Honoycomb, Voronoi Diagram, Fractal, Cellular Automata

Grasshopper 是一個可以嵌入 Rhinoceros 軟體中，可控制參數屬性的介面，具有明確歷史紀 錄的外掛程式，可立即地轉變參考模型(Tedeschi, 2011)。Grasshopper 連結 Rhinoceros 中的模型，

其數值可類比為函數，一旦在 Grasshopper 介面中，改變一個新的定義，便會立即地轉譯到 Rhinoceros 中的參考模型。任何的物件、參數因子或複合物件，它們的結果會轉譯到存在於 Rhinoceros 中的參考模型或建立出自身的型態(Hnizda, 2009)。

新的空間與結構可以藉由組織系統中成形，而不需在建造工程前事先規劃，藉由使用數學 上精確的方法，遞迴演算法已被編譯到電腦應用程式中做為設計者的新工具(Bosia, 2011)。藉由 演算法，設計者可以快速地產生建築形體並建立建築框架，協助大規模生產組合構件，建立牆 面並產生開口。