案例分析

3.2.1 Maximilian’s Schell

June 25 2005-January 20, 2006 Materials & Applications, Los Angeles, California, USA

此設計基地位於美國加州洛杉磯的材料與應用中心的庭院中，這個新的 建築裝置一部分是為了展現新的 21 世紀張力結構，另一部份是為了向 迪士尼工作室出產的科幻電影「黑洞」中的一個角色 Maximilian Schell 致敬。裝置被設計以羽毛般重量詮釋來自「宇宙中致命力量」，以此包 裹流動的戶外空間，此「宇宙中致命力量」的意象由類似於彩色玻璃的 染色聚酯薄膜組構而成，盤繞在戶外庭院的上方一整個夏天。一個集結 504 個不同的零件組合而成一個參數式多變的物件，這個漩渦狀室外裝 置天棚的極端複雜與重複性是參考自黑洞中的角色 — 萊因哈特博 士，博士如暴君般希望利用漩渦的力量和支配未知的偉大真理(Materials

& Applications, 2005)。

在開始建構實體模型前，Ball-Nogues Studio 在發展過程中已花費超 過一年的時間研究許多設計原型，然而實際上的作品製作時間僅花費兩 個禮拜。原因在於這個裝置不僅是建築，也可說是雕塑品，且是經由一 致的製作策略產生的量身定做(made to order)產品。經由本研究整理案 例的設計與製造過程資料，在下方將就各階段設計發展與施工過程作個 別說明分析，以下五個步驟為案例設計與製作過程：

1. 建築計畫：為了整合結構與皮層，漩渦被設計為加有鋼絲的「極 小曲面」(minimal surface)，且在數學定義下的張力中伸展開。

作品的設計源自於 Frei Otto 於西元十九世紀的五零與六零年 代所做的肥皂薄膜表皮模型(soap films surface model) (Figure 13)，一個典型的利用電腦軟體進行有限度的元件(finite element) 運算過程。

在西元 1964 年時，Frei Otto 在斯圖加特大學(University of Stuttgart)發現輕結構研究所，因而，他開始和他的團隊在此著 手進行廣大的自然形體研究，此過程產生與激發最大限度的結

構。例如殼結構(shell structure)、輕結構、膜結構(membrane structure)、索網結構(cable net)、充氣結構等(Otto, 1995)。

承襲上方的研究，利用簡易硬紙板製作初步作為結構研究 的概念模型，藉著這個模型模擬出黑洞型態(Figure 14)，以及 人在黑洞底端的空間感(Figure 15)。此時已約略可看出自由形 體設計樣貌。接著，用更接近最終作品狀態的材質 — 白色透 明的塑膠片製作更進一步的小比例 CAM 模型，並將模型置入 小比例基地模型模擬使用狀態(Figure 16)。

此時的實體模型製作即已利用到數位工具與 CAM 工具的 輔助，並且表皮單元的分割與形成已是參數化設計下的產品。

在建築計畫階段的模型中可以看到使用 CAM 工具加以編號的 表皮單元(Figure 17)。以上兩個初步 CAM 模型所使用的材料 都是重量輕且具有硬度，因而，當表皮單元被組構成漩渦狀形 體時，表皮單元即可很輕易的形成該有的形體樣貌。

Figur 概念模型

Figure 15 Figure 16 概念模型 概念比例模型 Figure 13

肥皂薄膜表皮模型

e 14

2. 概念發展：接下來，經過設計者的手繪草稿與數位參數模型建 立，薄膜結構工程師藉由 3D 軟體進行數位化精製與再定義「極 小曲面」模型。在「概念發展」階段，他快速且精確的操作數 位模型，計算漩渦狀天蓬垂吊時緊繃狀態受到地心引力所造成 的扭力並賦予最後的漩渦狀天棚從頭到尾的每個表皮單元都 遍佈著張力(Figure 18)。如此的作法，讓漩渦狀自由形體呈現 一個純粹、平滑的樣貌，尤其是從自由形體外部觀看時。當人 在漩渦狀天棚內部觀看時，作品如同一個巨大的透明狀花朵，

花瓣因為地心引力輕輕垂墜、向下捲曲。

Figure 17 Figure 18

(Nylon)

材料，以這些具有韌性的軟性材料組成漩渦狀形體。

先將數位模型中的表皮單元在數位平台中一一攤平以便 後續動作的處理(Figure 19)，再來將這些材料在 CNC 平台上切 割，為求表皮單元之結構完整性，無法直接在聚酯纖維薄膜上 以 CNC 編號，而改以人工方式將表皮單元分類(Figure 20)，並 在軟性薄膜上以油性筆編號歸類(Figure 21)，接著開始第一次 的 1/4 比例 CAM 模型架設試驗(Figure 22)。

編號表皮單元

3. 設計發展：Ball-Nogues Studio 1/4 比例 CAM

作品所需要的美學效果，

及加強作用的捆狀尼龍

數位模型

在最終作品施工前先操作較小的 模型試驗數位模型實體化之可行度。為了達到 設計者藉著運用聚酯纖維薄膜(Mylar) 與聚醯胺纖維(Kevlar Fiber)等

Figure 19 Fig

5. 數位建構：設計者率先將足以撐起 1:1 實體模型的鋼條在基地 庭院的四端架設起(Figure 23)，接著將數位模型處理好的檔案 送至 CNC 進行切割表皮單元的工作(Figure 24)，由於每一個單 元皆互不相同，因而切割工作非常繁雜且瑣碎，雖然有 CAM 工具的精確功能輔助，但仍須以人工方式在接合處做記號。

等到表皮單元切割完畢，便將 CNC 切割出的強化聚酯薄 膜鱗片按造表皮單位編號組裝成列(Figure 25)，人工方式使用 聚碳酸酯鉚釘(polycarbonate rivets)固定表皮單元間(Figure 26)，組裝完成後的漩渦狀天蓬依舊是癱軟在地(Figure 27)，必 須加裝其他輔助支撐才能成形。因而，利用先前架設的鋼管及 鋼索將天棚吊起便施工完成(Figure 28)。整個過程使用了 504 片完全不同的鱗片，陽光透過鱗片的折射與反射在地上形成不 規則圖形，站在漩渦中心的下方可仰望無際天空(Materials &

Applications, 2005)。

漩渦狀自由形體的表皮同步發生反射與透射，透過多層金 屬薄膜的加工處理，琥珀色薄膜具有抵抗紫外線光的功能。這 樣的結果可以說是帳棚形式薄膜結構或是某種程度上的 Frei Otto索網結構。進一步來說，Maximilian’s Schell 可以說是結 構與皮層的結合(Corporation, 2007)。由 504 個各不相同的花瓣 狀參數零件組成特珠的張力結構網，每一個花瓣單元連接另外 三個交接點相鄰的單元並以聚碳酸酯鉚釘固定去塑造出整個 漩渦狀形體，透過重力的包覆，花瓣狀表皮單元不斷改變大小 與比例成為各自獨立的元件。

藉由改變洛杉磯材料與應用中心庭院的空間、色彩度與聲 音，使得這個內部具有實驗性臨場感的裝置創造一個誘使人進 行社會互動與冥想的戶外空間。當陽光從頭頂射入，天蓬投射 著色後的幾何不規則碎形光線在地板上，伴隨著雄蜂聲響的環 繞音在觀賞者腳步後方轟轟作響(Ball and Nogues, 2010)。

Figure 23 安裝支撐鋼柱

Figure 24 裁切表皮單元

Figure 25 Figure 26 表皮單元編號

Figure 27 安裝表皮至框架

連結表皮單元

已經開始利用小比例

。

，

1:1

段則開始檢討先前的設計步驟

最後進入了數位建構階段。完整的設計與施作流程整理如下(Figure 29)。

Figure 29

Maximilian’s Shell 設計與施作流程

Figure 28 1:1 比例原型

階段時，Ball-Nogues S 設計試驗，

型中進行造型探討與結構模擬驗算

則開始將數位模型實體化，使用的是接近 在細部設計與施工圖階

從上述軟性表皮自由形體設計與建構過程中可以得知 tudio

並進行了初步的結構研究設計

，在建築計畫 CAM模型進行初步的 概念發展階段時則在數位模 直到定案數位模型。設計發展階段 比例的 CAM 模型，接著

，進行材料試驗，

3.2.2 Liquid Sky

MoMA/P.S.1 Young Architecture Program 2007

June 25-October 31, 2007 P.S.1 Contemporary Art Center, Long Island City, New York, USA

此案例為紐約現代美術館(MoMA)和當代藝術中心(P.S.1)2007 年所舉辦 的年輕建築師競圖中的獲勝者，Ball-Nogues Studio 於紐約當代藝術中心 的中庭製作為期四個月的臨時性裝置，名為「Liquid Sky」。此次的展 覽會將基地附近的街景帶入，並會有因應美術館新館的成立而舉行的音 樂會。因而，競賽主辦者們要求設計師為音樂會設計舞台，裝置空間需 能容納 6000 人，設計中需考量三個因素 — 座位、遮陽結構與水，且 有資金限度與限時三個月的設計與施工時間(Nobuyuki, October 2008)。

由此可見，此次的設計作品不僅是改變環境氛圍之建築裝置，而是 更進一步加入了使用者需求。並且，相較於上一個案例 — Maximilian’s Schell，這個案例挑戰的是更大的尺度操作，基地範圍更是上一個案例 的五倍大小(Figure 30)，這使得作品更接近建築。經由本研究整理案例 的設計與製造過程資料，將就各階段設計發展與施工過程做個別說明與 分析。以下五個步驟為案例設計與製作過程：

1. 建築計畫：設計者以手繪草稿方式構思作品的大概形體樣貌，

將表皮組構方式分為三種樣貌(Figure 31)，以三種不同的表皮 單元原型的形狀與顏色作為區分。以這個方式，此巨大網絡樣 貌的圖樣將呈現作者想表現的「萬花筒般的彩色圖案」。當陽 光濾透過可透光材質的表皮單元組成如花般開放的建築裝 置，映照在地上時會呈現多彩的圖騰，突出基地外牆的建築裝 置頂飾將重新配置當代藝術中心的天際線。

六座裝置塔由未經處理的木柱撐起軟性材質建構成的帳 棚式表皮，並提供基地上的離散空間所需的巨大休憩用吊床的 結構基礎，以明亮色彩網製作而成的休憩吊床提供休息空間給 活動中的人們。與基地相鄰的戶外藝廊，Ball-Nogues Studio 設計了一個垂墜的水滴狀表皮單元構成的網狀物，其四周由沖 水塔作為支柱撐起整個表皮(MoMA P.S.1, 2007)。

igure

Figure 32 Figure 33

Figure 34

igure 36 完整表皮網絡

igure 38 表皮單元研究 基本表皮樣貌 分割表皮

應用表皮生成指令碼

Figure 35 F 支撐架

Figure 37 F 數位模型

Figure 39 陰影分佈研究

Figure 40 數位表皮研究

3. 設計發展：經過數位模型模擬網絡的曲度與分佈之後則進入小 比例 CAM 模型試驗階段。將數位模型的表皮單元攤平分類後 (Figure 41)，以不易變形具有硬度與透明度的輕薄壓克力片作為 材料，利用 CAM 工具產生表皮單元，再一一將其組構成帳棚 式結構表皮形體，並進而將自由形體表皮形體放進基地模型中 模擬使用方式。藉著實體模型的空間定位可以清楚看出裝置的 大體樣貌構成與使用狀況(Figure 42)。

3. 設計發展：經過數位模型模擬網絡的曲度與分佈之後則進入小 比例 CAM 模型試驗階段。將數位模型的表皮單元攤平分類後 (Figure 41)，以不易變形具有硬度與透明度的輕薄壓克力片作為 材料，利用 CAM 工具產生表皮單元，再一一將其組構成帳棚 式結構表皮形體，並進而將自由形體表皮形體放進基地模型中 模擬使用方式。藉著實體模型的空間定位可以清楚看出裝置的 大體樣貌構成與使用狀況(Figure 42)。