新數位建築建造媒材之規範

國 立 交 通 大 學

土木工程學系

博 士 論 文

新數位建築建造媒材之規範

A Paradigm for Architectural Construction in Terms of Digital Media

研 究 生：梁凱翔

指導教授：劉育東

新 數 位 建 築 建 造 媒 材 之 規 範

A Paradigm for Architectural Construction in Terms of Digital Media

研 究 生 ： 梁 凱 翔

Student: Kai-hsiang Liang

指 導 教 授 ： 劉 育 東

Advisor: Yu-Tung Liu

國 立 交 通 大 學

土 木 工 程 學 系

博 士 論 文

A Dissertation

Submitted to Institute of Civil Engineering

College of Engineering

National Chiao Tung University

in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of

Doctor of Philosophy

in

Civil Engineering

June 2014

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

中文摘要

建築媒材與建造流程息息相關，因為建造流程的需要，才有建築媒材的出 現。最早記錄建築媒材的書是維楚菲厄斯的《建築十書》。此後，阿爾伯蒂的《建 築十書》、瑟利歐的《建築》、以及帕拉底歐的《建築四書》記錄了當時的建築規 範。前述提到的這些建築經典規範，將當時新出現的的建築媒材加以記錄與定義。 而後，各國也一一制定符合建造流程的標準規範。 本研究分析了當代最主要的建造流程，將非數位建築的建造流程歸納為五個 階段：｢建築計畫」、｢概念設計」、｢設計發展」、｢細部設計與施工圖」、｢現場施工」。 然而，這個流程早在數位媒材出現前就已經確立。因而本研究歸納當代數位建築 建造流程的研究，並加以分析及彙整成六個階段：｢早期設計」、｢設計定案」、｢ 施工圖階段」、｢單元生產」、｢預組裝」以及｢組裝」。本研究比較兩者後發現，數 位建築建造流程有新的階段出現。 本研究將建築媒材的焦點放在建築圖說。研究問題是在數位建造流程的各階 段中，先找出其對應圖說，而後找出無法歸類在既有規範內的建築圖說。主要目 標是將尚未被定義清楚的圖說提出規範。又因為數位建築圖說需要數倍於非數位 建築圖說的圖量才得以呈現設計。所以本研究的次要目標是將規範程式化，此程 式將會自動產生符合前述規範標準的數位建築圖說。 本研究有四種研究方法，分別應用在四個步驟。第一步是分析數位建築案 例，歸納數位建築建造的各階段所對應之建築圖說，並分析之。然後找出新圖說， 並歸納其要點以得到初步建築圖說規範。第二步是為了驗證初步規範是否可行， 訪談前述數位建築案例之設計專家進以修正規範。為了次要目標，第三步是撰寫 一個自動化產生符合規範的程式。最後，以設計數位建築為主的建築設計師為受 測者進行認知實驗，驗證程式是否有需要調整之處。 結論是本研究發現在數位建築建造流程中有新的建築圖說產生：數位平面 圖、數位結構剖面圖、數位單元生產圖、以及數位單元組裝圖，本研究將這四套 圖制定規範。今日台灣的數位建築已經越來越普遍，本研究的貢獻是讓未來數位 建築流程有定義清楚的新數位建築建造媒材之規範可供參考。研究的限制是案例 數量有限，未來研究將收集及分析更多數位建築案例資料進行再驗證。

ABSTRACT

The advent of architectural media is closely related to construction processes, which leads to the inseparable relationship between each other. The earliest known record of architectural media is provided in De Architectura Libri Decem by Vitruvius. From then on, De Re Aedificatoria by Alberti, L’ Architettura by Serlio, and Quatrro Libri by Palladio offer classical architectural paradigms as well as the definitions of the newly-developed architectural media. Afterwards, each country has instituted the standards for construction processes.

This study first analyzes the most significant non-digital construction process having been made long before the presence of digital media, and divides the process into five stages including architectural program, conceptual design, design development, detailed design, and construction. After reviewing previous research on contemporary digital construction process, this study suggests six stages of digital construction process as follows: early design, final design, unit construction plan, unit manufacture, pre-fabrication, and on-site assembly. As a result, there are new stages in digital construction process.

This study focuses on drawings of architectural media. By identifying the drawings of corresponding stages in digital construction process, one can then discover the drawings that can't be included in any existing standards. The main objective of the study is to categorize the aforementioned drawings. On the other hand, since the number of drawings needed for clear exhibition of digital construction process is far more than that for non-digital construction process, the secondary objective is to develop a program which is expected to produce drawings that are compatible with contemporary paradigms of digital construction process.

Four steps are carried out in this study, each of which is done with a particular research approach respectively. The first is to analyze the cases of digital architecture with an eye to finding out new drawings as well as defining preliminary paradigms for each. Following that comes along the verification of feasibility of the preliminary paradigm by interviewing chief designers of the

aforementioned digital architectural cases, in turn making proper adjustment to the preliminary paradigms. Third, to achieve the aforementioned secondary purpose, the study devotes to writing a program which is capable of automatically producing a program which matches the paradigm. Lastly, in order to justify whether there's need for any adjustment in the program, the study practices a cognitive experiment on designers who mainly design digital architecture.

This study finds four new sets of architectural drawings, including digital floor plans, digital structural sections, digital shop drawings, and digital assembly drawings, since the emergence of digital construction process. Paradigms are then well-defined in this study. As digital architecture is becoming the mainstream in Taiwan, this study aims to make paradigms for architectural construction in term of digital media. But the limited number of cases may have led to some flaws of the study. With the growing number of digital architecture cases, further examination should be conducted in future studies.

誌謝

回想起大學時代，當時的我，應該怎樣也不相信未來會選擇博士這條路吧。 這個選擇，完全是因為在就讀研究所期間，所上讓我看到建築的無限可能：不自 囿於傳統的技術、不受限於單一的領域、透過跨領域的合作、加上鍥而不捨的精 神，因而有了這本論文的出現。 攻讀博士的這段時間裡，要感謝許多人對我的幫忙，無論是理論上、實務上、 精神上、或是實質上。我常覺得，如果沒有這些革命情感、舊雨新知，漫漫博士 路，單單一個人是走不久、走不完的。要感謝的人太多，包括老師、助理、學長 姐、同學、學弟妹… 請原諒人數眾多無法一一列舉，但你們的幫助，永遠銘記在 心。 除了直接給予幫助，心靈上的支持更是我得以努力不懈的動力。先要感謝父 母，因為有了您們的大力支持，才能無後顧之憂地讀書。也要感謝妹妹，因為有 妳幫忙持家，我才能夠任性地做想要做的事情，萬分感恩！也感謝一路支持我的 Ma，多年來的照顧，感激盡在不言中。 感謝 Li，在我是個窮學生、也過了而立之年的時候，依然不離不棄、情意相 挺。這本論文的結束，也代表新生活的即將開始。往後的日子，雖然很多挑戰、 很多不確定，但只要在彼此身邊，相信一切都能迎刃而解，未來的每一天，還請 多多指教。 最後，感謝自己能堅持到今天。自認最大的優點，就是能夠保持樂觀地面對 每一個挑戰，期勉我能繼續保持下去，開心地面對人生未來的每一刻。感謝自己， 感謝吾愛，感謝家人，感謝交大建築所。

目錄

1 緒論

001

1.1 研究背景

001

1.2 研究問題

003

1.3 研究方法與步驟

006

2 文獻回顧

008

2.1 建築媒材

008

2.2 建築流程與對應圖說

019

2.3 小結

032

3 案例分析

034

3.1 建築流程與對應圖說假設

035

3.2 流程分析與圖說驗證

039

3.3 建築圖說分析

047

3.4 初步規範制定

051

4 專家訪談

053

4.1 數位平面圖

055

4.2 數位結構剖面圖

060

4.3 數位數位單元生產圖

064

4.4 數位單元組裝圖

069

4.5 訪談資料整理

073

4.6 初步規範修正

078

5 規範程式化

080

5.1 程式撰寫目的

080

5.2 程式撰寫流程分析

081

5.3 軟體選擇

081

5.4 程式目標

082

5.5 設計師繪圖習慣

082

5.6 程式撰寫步驟

086

6 認知實驗

094

6.1 實驗計畫說明

094

6.2 實驗結果與討論

102

6.3 小結

111

7 結論與建議

113

7.1 研究結論

113

7.2 研究限制

115

7.3 研究貢獻

115

7.4 未來研究

116

參考文獻

117

個人簡歷

124

1 緒論

1.1 研究背景

什麼是媒材？本研究中的中文｢媒材」兩字是源自於英文 medium。Medium 在拉丁文的原意是｢中間地帶、中等質量或中等程度｣(a middle ground, quality, or degree)，一直到十七世紀，medium 出現了新的字意：｢溝通的通道｣(channel of communication)，此後 medium 在中文開始被翻譯為媒材(Little, 1973)。而後， 雖然對於媒材的定義仍眾說紛紜且存在許多歧見，但整體的交集與共識為媒材是 傳遞訊息的介質(intermediate agency)、方法(means)、工具(instrument)、或是 管道(channel)(Little, 1973)，一直到六零年代，McLuhan(1964)更進一步宣稱媒 材就是訊息本身(the medium is the message) (Hjø rland, 2005)，本研究將以 McLuhan 的理論為基礎。

什麼是建築媒材？建築媒材是一種傳達建築訊息的媒材(technical media)。 建築師在設計思考時，可以透過設計媒材將內心的思考流程做具體的呈 現 (representation)。簡而言之，建築媒材可以輔助建築設計者將設計概念轉化為實 際作品(Schon and Wiggins, 1992; Bilda and Gero, 2006)。由於本研究理論架構 建立在媒材就是訊息本身的基礎上，因此可定出建築媒材有三種主要的類型：口 說、模型、以及圖說。由於建築口語表達難以留下記錄，在此先省略不提。針對 後兩者進行研究之後，發現建築媒材的選擇會限制設計者的思維同時也帶來啟 發，進而影響設計者的思考模式(Zevi, 1981; Lim, 2003)。 建 築 媒 材 的 歷 史 始 於 建 築 設 計 需 要 留 下 記 錄 而 發 明 建 築 圖 說 (Millon, 1994)；然後開始進入到以建築模型做為紀錄工具(Smith, 2004)；之後開始以圖說 輔助設計，然後因為二度空間的建築圖說無法完整呈現三度空間的建築設計，再 以模型彌補建築圖說之不足(Millon, 1994; Smith, 2004)。二十世紀，建築師為了 要突破建築設計的限制，開始嘗試除了模型及圖說以外的自製建築媒材(Collins, 1960; Futagawa and Borras, 1997)。

自製媒材僅能啟發對設計的想像，增加設計的可能性，但缺乏施工需要的高 精準度，因而促成了數位建築媒材的產生。相較於非數位建築媒材，數位建築媒 材多了在數位空間中呈現建築設計的可能性，並且成為建築領域廣泛使用的媒材 (Boden, 1998)。一開始電腦輔助設計僅僅輔助二度空間圖說的呈現，節省實體設 計媒材為了重複繪製圖說所必須花費大量時間以及人力，後來，數位媒材產生的

建築圖說將精準度大為提高(Lim, 2011)，更對設計產生積極性的影響，引發設計 師更多創造力(Manolya et al., 1998; Verstijinen et al., 1998; Chen, 2001)。

本研究選擇以建築圖說為研究之重點。建築圖說所要傳達的內容包括以下幾 種：(1)發展設計師思考中的設計；(2)和他人交流思想和概念；(3)記錄設計流程； (4)做為建造之依據；(5)表達定案的設計；(6)記錄既存的建築。

建 築 圖 說 依 照 繪 製 方 法 可 以 分 為 三 種 ： 正 射 投 影 法 (orthographic projection) 、 斜 射 投 影 法 (oblique projection) 、 以 及 透 視 投 影 法 (perspective projection)，皆是希望能以二度空間呈現與模擬出三度空間的意象(Ching and Juroszek, 2011)。正射投影法例如正投影圖(orthographic drawing)；斜射投影法 例 如 軸 測 圖 (axonometric drawing) ； 透 視 投 影 法 例 如 透 視 圖 (perspective drawing)(Fraser and Henmi, 1994; Ching and Juroszek, 2011)。

若依照應用的方式，從設計到建造的建築圖說可以分為六種類型：參考圖 (referential drawing)(Graves, 1977)、示意圖(diagram) ( Fraser and Henmi, 1994) 、 想 像 圖 (visionary drawing)(Magonigle, 1922) 、 呈 現 圖 (presentation drawing)(Oechslin, 1987)、設計圖(design drawing) (Fraser and Henmi, 1994)、 以及施工圖(construction drawing) (Smith, 2013)。

建築設計到建造的流程的兩個重點，同時也分據兩個端點：設計與施工。最 早的建築流程並不重視設計，可以從建築的字源得知。中文的｢建築」一詞對應到 英文是”architecture”，”architecture”是源自於拉丁文”architectura”。” Architectura” 這個字又來自於希臘文中的” ἀρχιτέκτων” (arkhitekton), 本意是”主要的”和”施工 者”(ἀρχι- "chief" and τέκτων "builder, carpenter, mason")。由此可知，建築領域 最開始被視為建造行為，且和施工者密不可分。原本人類就有遮風避雨的需求， 因而世界上最早出現的建築類型是以功能取向的庇護所(shelter)，而這樣的庇護 所是人人都能夠建造。而後，因為祭祀的需要，建築開始從常識進而成為專業， 也不只重是建造，更開始重視設計。第一個將建築師確立為專業者則可以追溯至 美索不達米亞人(Mesopotamians)，美索不達米亞人用巴圖(batu)這個詞代表建築 師，更在漢摩拉比法典(Hammurbi)中明確規定出建築師責任(Knutson et al., 2009)。 一直到文藝復興以前，建築師是設計者也是施工者，當時的建築流程並沒有 任何分工方式。但在文藝復興之後，建築的趨勢已經不再相同，無論是設計或是 建造都難度大增，需要更專業的人進行團隊合作，同樣的，建築流程需要也更專 業的分工(Knutson et al., 2009)。

因為建造流程需要分工，所以必須要清楚界定建造流程的流程，才能確定流 程中每個人負責的部分。在二十世紀以前的建築流程並沒有一套公定的標準，大 多數建築建造的流程都是以師徒制的方式一代傳遞一代將經驗流傳。這樣的結果 導致難以將困難的設計和建造流程經驗普及化，也使得建築專業人才無法針對建 築設計或建造流程進行檢討，一直到九零年代，才有學者試圖將建築流程歸納進 而定義為模型(Walker, 1989; Hughes, 1991)，以促使建築設計與建造流程得以討 論與進步。

1.2 研究問題與目標

雖然建築已經有上千年的歷史，但由於過去書籍不易保存，因此留傳下來的 的建築書中，最早將建築知識｢規範化」的記錄僅可追朔至《建築十書》(De

Architectura Libri Decem)。《建築十書》是由馬庫斯‧波利歐‧維楚菲厄斯(Marcus

Pollio Vitruvius)在西元前 32 年至公元前 14 年間撰寫而成，書中清楚記錄建築規 範，例如柱式(order)(Vitruvius, 1960)。此後，一直到文藝復興初期，萊昂‧巴蒂 斯塔‧阿爾伯蒂(Leon Battista Alberti)為了將自《建築十書》以來的新增的建築規

範留下紀錄，因此在 1452 年出版阿爾伯蒂版本的《建築十書》(De Re Aedificatoria)

(Alberti, 1986)。

後來，文藝復興中期又出現了另一本建築規範著作《建築》(L’ Architettura)， 作者塞巴斯提安諾‧瑟利歐(Sebastiano Serlio)除了整理出前述兩本著作的內容， 同時也規範新出現的建築現象(Serlio, 1611)。同樣整理及規範新建築現象的還有 文藝復興末期的奧克塔沃．安卓．帕拉底歐(Octavo Andrea Palladio)的《建築四 書》(Quatrro Libri)(Palladio, 1997)。

前述提到的這些建築著作，都是為了要將當時還沒有被記錄到的、新出現 的、未被整理的建築現象加以規範，使後人一方面知道有這些新的現象產生，另 一方面有規範可以遵守。而後，從帕拉底歐的《建築四書》至今，建築專業者(包 括設計者以及施工者)清楚地定義了每個建築領域的規範，例如建築圖說的功能、 類 型 、 與 定 義 (Fraser and Henmi, 1994; Graves, 1977; Magonigle, 1922; Oechslin, 1987)。

隨著設計和建造的難度增加、團隊合作的機會越來越多，因此清楚界定建造 流程的流程變得十分重要(Knutson et al., 2009)。九零年代，開始有研究試圖將建 築流程清楚定義(Walker, 1989; Hughes, 1991)，以促使建築設計與建造流程的進 步。本研究分析了當代最主要的建築流程，包括美國建築師協會(AIA, The American Institute of Architects)所提出的設計流程：從概念設計、設計發展、施 工圖說、招投標及合同協商、一直到建造管理。第二個建築流程是｢通用設計與建

造流程協議」(Generic Design and Construction Process Protocol)，這個模型參 考了很多過去研究的數據及案例分析，其中最主要的來源是英國皇家建築師學會 (Kagioglou et al., 2000; Sanvido, 1990)，最後依照分析的結果，本研究將非數位

建築設計到建造的流程歸納為｢建築計畫」、｢概念設計」、｢設計發展」、｢細部設計 與施工圖」、｢現場施工」，一共五個階段(圖 1-1)。 圖 1-1 非數位建築流程流程 但是這兩個流程都沒有因應數位媒材的出現而有所調整，原先尚未引入數位 媒材的建築設計到建造的流程必須要有所調整，數位建築設計到建造流程與數位 媒材的關係是重要的課題。因而本研究參考過去研究中數位建築設計到建造流程 (Lee, 2005; Lim, 2011)，並加以分析及彙整成數位建築設計到建造流程的六個階 段：｢早期設計」、｢設計定案」、｢施工圖階段」、｢單元生產」、｢預組裝」、以及｢ 組裝」(圖 1-2)。 圖 1-2 數位建築設計到建造流程 媒材有四種向度可以思考，包括增強、汰舊、恢復以及逆轉(McLuhan and McLuhan, 1988)，數位媒材四者兼具，並且成為有效的設計媒材(Boden, 1998)。 不僅如此，相較於非數位媒材，數位媒材有更為精準的優點(Lim, 2011)，且對於 設計思考能引發更多創造力(Manolya et al., 1998; Verstijinen et al., 1998 ; Chen, 2001)。從非數位的媒材轉為數位設計媒材，媒材大大的影響建築設計的發展 (Lindsey, 2001; Friedman, 2002; Luca and Nardin, 2002; Spuybroek, 2004)，同 時也深深地影響了建築設計到建造的流程。 從過去研究中得知，建築媒材的討論多是著重在建築設計媒材，有大量的論 文討論建築設計媒材與設計思考、創造力、或是設計結果之間的關係，相較之下， 少有文章討論建築施工媒材。本研究希望將焦點不只是放在建築設計媒材，同時 也包括施工媒材的部分。前一小節有提到本研究將以設計圖與施工圖為研究的重 點，除了因為建築設計到建造的媒材多以建築圖說之外，建築圖說有攜帶方便及 容易傳遞、複製的好處，無論是傳統藍曬圖或是現代的可數位化的建築圖說，都 是主要的設計到建造媒材。本研究將以建築設計圖與施工圖的研究分析為主，建

築口語表達及建築模型將於未來研究中再另行討論。進一步分析非數位建築設計 到建造流程中所用到的圖說與數位建築設計到建造流程中所用到的圖說，本研究 比較兩者的設計到建造流程，發現｢單元生產」及｢預組裝」兩個步驟是因應數位 媒材的使用產生的新步驟(參考圖 1-3 及表 1-1)。 圖 1-3 非數位建築設計到建造流程與數位建築設計到建造流程比較圖 新的建築設計到建造步驟意味著可能會出現新的媒材以因應不同的分工，但 目前官方的建築流程卻又停留在傳統的非數位建築設計到建造流程。如果新出現 的媒材沒有被清楚定義內容以及其標準格式，也就代表沒有統一的表現方法，如 此一來，做為建築師與施工者的建築圖說效度也會減低。本研究認為新的建築圖 說已經出現，只是還沒有準確的規範且標準化。今日數位建築的設計到建造的流 程中，由於建造的案例與經驗仍不普及，往往必須由設計者與施工者雙方彼此之 間不斷地嘗試才能協調出可行的建築圖說，尚未被精確的規範的圖說，因為沒有 一定的標準，又缺少過去經驗做為前例，多數的施工者無法理解設計者的圖說所 要表達的內容。在設計者與施工者溝通的流程中，因而必須耗費大量時間與大量 人力。 詳述本研究的研究問題：今日台灣的數位建築已經越來越普遍，且從文獻回 顧中得知，數位建築從設計到建造的流程中，已有不同於非數位建築的新階段出 現。但是，尚未有過去研究詳細探討，在新出現的的各階段中，其對應圖說分別 為何? 是否有無法歸類在既有規範內、或是尚未被完善規範的新建築圖說? 沒有 被完善規範的圖說將會造成設計者及施工者溝通上的困難與錯誤。因此，本研究 主要目標是在台灣的建築設計者繪製給施工者的圖說之中，將尚未被定義清楚的 圖說提出標準規範，使得未來數位建築流程有一套定義清楚的新數位建築建造媒 材之規範。 又因為從過去實務經驗中得知，關於數位建築的建築圖說，建築設計師必須 多繪製數倍於非數位建築圖說的圖量，才得以完整的讓施工者了解每一個設計與 施工的細部。如此一來，數位建築流程所花的時間也將遠多於非數位建築。所以

本研究的次要目標是透過目前數位建築設計者常用的設計軟體，撰寫一個自動化 產生符合前一段所規範之新圖說的程式。未來只需要提供建築設計的數位模型以 及相關數值，此程式將會為建築設計師自動化產生符合前述規範標準的數位建築 圖說。

1.3 研究方法與步驟

建築圖學是一門應用科學，應用科學的研究方法基本上可以分為兩大類：｢ 調查｣以及｢實驗｣。前者是在研究問題本身所牽涉的範圍複雜，難以用數字或量化 的方式，而必須用質性研究方法驗證時所採用；後者是當研究問題本身純粹，可 以用量化研究方法驗證時所採用。 從過去文獻中得知，應用科學領域中的｢調查｣包括六種方法：現場調查法、 訪談法、次級資料分析法、歷史比較法、觀察法、以及案例分析法。其重點是找 出某一個現象的表徵，突顯此現象的特點。而本研究領域以建築圖學為核心，為 了要能分析出數位建築在設計到建造流程中所生產的圖說，是否和過去既有規範 的圖說有所不同，因此第一步將採用案例分析法。 案例分析是一種實徵探索(empirical inquiry)，適用於在真實的條件之下(相較 於實驗環境)，研究案例中出現的現象。特別是這些現象又是複雜的內容，且隱藏 於大量的背景之中最為適用(Yin, 1981a, 1981b, 1984)，例如建築圖說的比較與分 析。案例分析有四個特性：(1)特殊性、(2)描述性、(3)啟發性、(4)歸納性。特殊 性是表示案例分析往往著重於一種特定的情況、事件、人物或現象，很適合研究 現況；描述性是表示分析的結果，可以深入描述案例本身所出現的現象；啟發性 是表示案例分析適用於找出新的現象，並為此現象提出新的解釋及新的意義；歸 納性是表示案例分析依賴歸納的推理流程，原理和普遍性原則由資料的檢視中形 成，案例分析的目標在於發現新的現象(Wimmer and Dominick,2011)。

因此本研究的研究步驟第一步，先分析數位建築案例，歸納數位建築設計到 建造的各階段所對應之建築圖說，並找出無法歸類於既有規範中的建築圖說。再 分析前述無法歸類於既有規範中的建築圖說，找出其共通點以得到初步建築圖說 規範。 研究步驟第二步，為了瞭解新建築圖說規範是否可行，將透過訪談法進行驗 證，訪談前述數位建築案例之設計者。訪談法的重點在於受訪者的個人經驗，在 訪談的流程中，透過訪談的問題逐漸將受訪者的經驗轉為知識場域，透過設計專 家的經驗，進而了解或將其結論推及其他有類似經驗的人 (Kvale, 2007)。因此本

研究將以訪談的結果作為根據，進而修正案例分析步驟所得到的初步建築圖說規 範。 在前一小節提到，數位建築的建築圖說往往必須多繪製數倍於非數位建築圖 說的圖量，才得以完整的呈現每一個設計與施工的細部。研究步驟第三步將透過 目前數位建築設計者常用的設計軟體，撰寫一個自動化產生符合前一段所規範之 新圖說的程式，將規範程式化。最後研究步驟第四步，再透過應用科學的另一大 類研究方法：｢實驗｣進行驗證，以設計數位建築為主的建築設計師為受測者進行 認知實驗，驗證以第三步的程式是否有需要調整之處，並修正之。 表 1-1 研究步驟、研究方法、與內容簡述 研究步驟 研究方法 內容簡述 第一步 案例分析 分析數位建築案例，歸納數位建築設計到建造的各 階段所對應之建築圖說，並找出無法歸類於既有規 範中的建築圖說。再分析無法歸類於既有規範中的 建築圖說，找出其共同點以得到初步新建築圖說規 範。 第二步 專家訪談 為了瞭解新建築圖說規範是否可行，訪談第一步中 所分析之數位建築案例之設計者，並根據訪談結果 修正上一步所得到的規範。 第三步 規範程式化 撰寫一套程式來自動衍生符合第二步所得到的新 規範建築圖說，以減少人力負擔。 第四步 認知實驗 以設計數位建築為主的建築設計師為受測者進行 實驗，驗證以第三步的程式是否能應用於實務並取 代人力繪製圖面。

2 文獻回顧

2.1 建築媒材

建築媒材多元，口說、模型、以及圖說都是建築媒材。建築媒材會影響設計 結果的呈現，更進一步的說，媒材的特性會影響設計本身。不同媒材的特性不同， 如果能發揮其優勢，可以達到其他媒材無法做到的效果；但媒材特性的限制也限 制了設計本身，例如建築圖說限制內容的呈現為二度空間，而實體模型可以增加 第三向度的思考。換句話說，媒材本身影響了設計者的思考與呈現方式(Rowe, 1987)。設計媒材的選擇將對設計者的思維帶來限制同時也帶來啟發，進而影響設 計思考，不同媒材將會影響設計者的設計能力(Zevi, 1981; Liu and Lim, 2009; Lim, 2003)。

雖然對於媒材的定義仍眾說紛紜且存在許多歧見，但整體的交集與共識為媒 材是傳遞訊息的介質(intermediate agency)、方法(means)、工具(instrument)、 或是管道(channel)(Little, 1973)，後來，McLuhan(1964)更進一步宣稱媒材就是 訊息本身(the medium is the message) (Hjø rland, 2005)，本研究將以 McLuhan 的理論為基礎，因此可定出建築媒材有三種主要的類型：口說、模型、以及圖說。 由於建築口語表達難以留下記錄，本研究先留至未來研究。

根據過去研究發現，媒材有四種向度的功能，包括增強(enhancement)、汰 舊(obsolescence)、恢復(retrieval)以及逆轉(reversal)(圖 2-1)。所謂｢增強」是強 調媒材具有強化的功能(McLuhan and McLuhan, 1988)。例如數位媒材強化了複 製的能力，以往非數位媒材要進行複製需要大量時間，今日數位媒材複製省時許 多；所謂｢汰舊」是指新的媒材出現將使舊的媒材重要性降低，甚至過時。例如數 位模型出現之後，實體模型的製作需求就降低了；所謂｢恢復」是指新的媒材出現 將使過去消失的重新恢復，例如數位建築可以將建築與地景的關係，因為造型更 加有機，因而兩者之間的結合可以更緊密；所謂｢逆轉」是表示當新的媒材被發展 到極致之後，媒材本身會帶來的逆轉變化，例如當數位媒材成為建築界普遍的工 具，非數位媒材反而成為特殊的工具而引人注目(McLuhan and McLuhan, 1988)。

圖 2-1 媒材的四個向度

2.1.1 非數位媒材

早在西元前 4600 年，就已經有建築造型的模型，當時的建築模型僅做為祭 品或禮物之用。現存最早的建築媒材的歷史紀錄來自古埃及時期。古埃及時期的 建築師使用圖說作為建築媒材，圖說用來呈現最終建築設計的結果。在這個時期 中，媒材之於建築師除了作為一種紀錄工具，由於古埃及時期建築圖說的呈現方 式已經非常接近於現今的平面圖(圖 2-2)，因此當圖說繪製完成之後，施工者也可 以利用繪有設計結果的圖說進行建造，進而達到輔助建造的作用(Millon, 1994; Liu and Lim, 2009)。 圖 2-2 古埃及建築圖(1550–1295 B.C.)(引用自 Roehrig, 2002) 到了古希臘時期，建築師開始製作實體建築模型。本時期的建築模型並非作 為呈現整體建築造型之用，因為雖然有比例，但整體外形並不完整，也無法輔助 建築設計到建造的流程。此階段的建築模型，是專門針對信仰宗教使用，用來作 為儀式中祭祀的道具(Liu and Lim, 2009; Smith, 2004)。直到古羅馬時期開始出現 從多個視角來表達建築設計的建築圖說(圖 2-3)，包括平面圖、立面圖以及剖面 圖，此後建築師開始重視使用建築圖說(Vitruvius, 1960)。

圖 2-3 古羅馬建築立面圖(引用自 Roehrig, 2002) 接下來的歌德時期，建築中裝飾的元素開始出現，煩瑣且精細的細部造成建 造上的困難，因此，建築圖說在本時期被廣泛的使用，用以輔助建築建造的流程。 從過去研究中得知，在歌德時期以前，建築媒材皆以圖說的繪製為主，實體模型 等其他類型的使用極少(Lim, 2011)。 文藝復興時期，建築設計與建造工法已經相當成熟，不僅是建築日趨繁複， 單純的圖說已經不足以說明清楚當代的細部設計，再加上結構也日漸複雜，建築 師需要更精準的媒材。當時的建築師鑒於二度空間的建築媒材已經不敷使用，開 始使用三度空間的實體模型來輔助建築設計與建造，以彌補二度空間平面圖說之 不足。當時的建築師為了研究結構，甚至拿掉所有多餘的裝飾，以純粹的呈現結 構系統來製作模型(Millon, 1994; Liu and Lim, 2009)。建築師發現實體模型除了作 為建築設計的呈現以及建築結構模擬之外，也可以作為其他考量研究之用，例如 建築比例、空間尺度甚至是光影變化(Millon, 1994; Liu and Lim, 2009, Smith, 2004)。

圖 2-4 文藝復興時期的畫作，內容描述瑪格麗特岡薩加(Margherita Gonzaga)接受聖厄休 拉教堂(St Ursula)的模型(引用自 Wikigallery, 2011)

實體模型作為設計媒材在文藝復興時期廣泛的使用，模型的製作因為建築師 及使用者的需要開始有多種不同的用途。除了先前提到的建築設計呈現、結構系 統研究、光影變化等用途之外，文藝復興的實體模型也作為輔助設計思考的媒材， 當時的建築師會利用實體模型的製作進行建築設計的討論與研究，因此同一個建 築案會有多種不同階段的模型，甚至不只是單純等比例縮小的模型，還有可以從 中間分開來體驗室內空間的剖模(圖 2-5)(Liu and Lim, 2009; Lim, 2011)。

圖 2-5 文藝復興建築空間設計研究用剖模(引用自 Parchin, 2011)

另外，建築設計中除了空間設計外，還有許多方面需要被考慮，例如量體之 間的關係、顏色或是材質。實體模型作為媒材相較於二度空間平面媒材更能夠表 達多方面的思考，甚至單就建築空間感的呈現而言，也較二度空間的圖說準確 (Hohauser, 1970)。同時，實體模型相較於建築圖說容易理解空間關係(Porter and Neale, 2000; Breen et al., 2003; Smith, 2004)。因此，實體模型也作為建築師與 業主的討論之用。

建築圖說對於設計者而言，因為受限於二度空間的圖紙，內容總是只能呈現 局部的建築設計。建築圖說依照呈現方式可以分為三種：正射投影法(orthographic projection) 、 斜 射 投 影 法 (oblique projection) 、 以 及 透 視 投 影 法 (perspective projection)，皆是希望能以二度空間呈現與模擬出三度空間的意象。其中透視投 影法就是鑒於建築圖說僅能呈現於二度空間的不足而發明。透視投影法的發展一 開始為中央消點透視法，藉此方法二度空間的圖說也能夠以科學的方法紀錄三度 空間(Frommel, 1994)。

建築媒材的歷史至此，皆為呈現設計師腦中的意念之用，部分建築媒材可以 輔助建築設計，甚至成為建築師的重要媒材(Goldschmidt, 1991; Schon and Wiggins, 1992; Goel, 1995)。但前述所提的建築媒材仍無法使建築設計超脫垂直 水平或簡單幾何所組構而成，主要原因是因為媒材的本身限制：當時的建築師多

使用紙筆以及尺規作圖，而尺規繪製出的線條為直線以及弧線，無法任意繪製出 自由曲線。

2.1.2 前數位媒材

二十世紀初，當時的建築師為了要達到建築設計的突破，開始嘗試自製新的 建築媒材，例如西班牙建築師高第(Antoni Gaudi)的沙包。建築師高第利用懸掛在 天花板的倒吊模型上綁著沙包及細繩，此由沙包及細繩所組成的倒吊模型因為受 到地心引力的牽引形成不同的下垂弧線，高第用其做為 1:10000 的設計研究模 型，再利用當時的照片技術將整體拍攝下來，顛倒照片後再加上後製處理可以用 來處理特殊建築物的結構計算(圖 2-6)(Collins, 1960; Futagawa and Borras, 1997)。 圖 2-6 高第發明的設計媒材及建築模型(引用自 Architektonix, 2011) 即使能夠如同高第，建築師使用自創的建築媒材而繪製出完整的建築圖說， 與建築師配合的建造人員仍然沒有相關技術可以按圖建造，這問題往往使建築師 必須被迫更改設計以去配合建築建造人員的施作能力。例如二十世紀中期，約翰 烏戎(John Utzon)原始設計的雪梨歌劇院原先的設計便因為當時建造技術問題而 被 迫 更 動 ， 即 使 是 調 整 之 後 仍 需 要 大 量 實 體 模 型 及 精 確 建 築 圖 說 輔 助 ( 圖 2-7)(Fromonot, 1998; Murray, 2004)。

圖 2-7 雪梨歌劇院設計研究用模型(引用自RIBA, 2011) 還沒有數位建築媒材之前，設計師在設計的流程之中，為了呈現設計與溝通 的需要，必須要不斷地重複繪製相同的圖說，耗費相當多的人力與時間做重複的 任務。等到電腦發明之後，開始利用電腦取代人力，將圖紙轉換成數位檔案，如 此一來，圖說就更方便於傳遞與複製，這是電腦輔助設計的出發點。二十世紀中 期，電腦因為計算上的需要而發明。同時電腦發展迅速，為了增進人機互動而發 展出圖形化介面，因此提高了視覺回饋的能力。至此，圖形化介面對於設計領域 而言已經可以進行操作，並且成為有效的建築媒材之一(Boden, 1998)。 六零年代之初，薩瑟蘭(Sutherland)發明以手繪圖說在圖紙上的壓力作為輸 入方式的設計媒材：壓力板(Sketch Pad) (圖 2-8)(Sutherland, 1963)，此種壓力 板讓設計者同樣以手繪的方式將輸出成數位檔，突破以往電腦只能用鍵盤輸入或 是利用寫程式控制的方式，以設計師容易理解的圖像介面，配合輸入工具光筆的 操作，在壓力板上模擬繪圖，電腦讀取光筆的座標，判別連續的座標連成一條軌 跡，並能夠即時在電腦螢幕上反應電腦讀到設計師所繪製的圖像。此為第一個電 腦輔助設計的案例，此時的建築圖說在數位空間中仍以二度空間呈現。 圖 2-8 Sketchpad 數位繪圖系統(引用自 Sutherland, 1963)

六零年代中期，開始出現簡單的三度空間數位建模方式。設計師思考設計仍 然以紙筆為主，此時的數位三度空間模型只是作為設計呈現之用，三度空間建模 系統為線框造型系統(wire-frame modeling)，此時期的電腦已經從開始進入到應 用輔助設計階段。

到了七零年代，開始有建築師以數學及數位軟體產生建築草圖，這些草圖是 由數位工具衍生出來的概略幾何圖形(autonomously generated diagrammatic geometries)，然後建築師僅從中選取心中理想的造型用以輔助設計，並沒有進一 步的透過數位工具使其設計及建造的流程更精確。當時的三度空間建模系統為曲 面造型系統(surface modeling)，曲面造型系統是用多個視角來描述同一件數位三 度空間模型。也就是說用三視圖等多個視角以及輔助線的幫助來表達三度空間的 立體感。 換句話說，所謂前數位的建築媒材有兩種：第一種是用非數位的媒材模擬數 位媒材，例如高第使用沙包的方式。高第的設計造型來自於數學公式及物理模型， 例如西班牙巴塞隆納的聖家堂(la Sagrada Familia)，若以傳統非數位媒材進行設 計，必定曠日廢時，因而高第透過自製的新媒材加上攝影技術方能進行設計，但 媒材的限制使得聖家堂一直無法完工，直到透過數位工具重新動工才讓完工日指 日可待。 圖 2-9 以數位工具輔助建築建造的聖家堂模型(引用自 Rotheroe, 2011) 第二種前數位建築媒材是是用簡單的數位工具產生草圖或草模，這種前數位 建築媒材產生的草圖及草模僅提供建築師發想，多是作為造型的發想之用，這一 類的建築師有前述提到的彼得艾森曼以及戈雷格林恩(Greg Lynn)，前者的案例例 如辛辛那提大學的阿朗諾夫設計及藝術中心(Aronoff Center for Design and Art)(圖 2-10)，後者的案例例如胚胎住宅(Embryological Housing) (Brent, 2004)

圖 2-10 透過數位工具產生多種設計可能性(引用自 Davidson, 2006) 建築媒材的使用，一方面為了輔助建築師表達心中所想要表達的概念，同 時，也幫助建築師自我概念的整理與釐清，可以說是建築師自我內在與外在環境 的溝通；另一方面，建築師也利用設計媒材與外界溝通，包括其他建築師、建築 建造人員以及業主。因此，建築媒材其中一項很重要的能力就是希望能夠輔助設 計到建造的流程，並呈現設計師最後定案的設計給專業及非專業者，包括空間尺 度、光影變化、顏色以及材料質感(Bai and Liu, 1998)。以約翰烏戎的例子，當建 築媒材僅能輔助設計而無法輔助建造，建築師便開始尋求其他的設計媒材。

2.1.3 近期數位媒材

當電腦輔助設計剛開始引進設計領域時，數位建築媒材主要是輔助二度空間 圖說的呈現，此時設計界已經出現了使用電腦輔助設計(computer-aided design, CAD)及電腦輔助製造(computer Aided Manufacturing/ computer-aided making, CAM)的設計師，根據數位媒材快速複製的效率遠超過實體媒材的能力，進而達到 節省實體設計媒材為了重複繪製圖說所必須花費大量時間以及人力。同時，電腦 輔助設計與先前實體模型的另一項優勢是能夠精準的繪製圖說，使設計師繪製心 中的設計能更為精準(Lim, 2011)。 不但如此，建築媒材是為了幫助建築師呈現內心的設計，與能夠幫助與外界 溝通最後完成的結果。數位建築媒材在這兩方面更勝於實體建築媒材，甚至對於 建築師起了積極性的影響(圖 2-11)(Mitchell and McCullough, 1994)。數位媒材相 較於實體媒材更能影響建築師在概念發想的階段，能夠引發更多設計的創造力 (Manolya et al., 1998; Verstijinen et al., 1998; Chen, 2001)

圖 2-11 建築傳統媒材與數位媒材的交互作用(引用自 Mitchell and McCullough, 1994)

法蘭克蓋瑞(Frank Gehry)是第一位將電腦視為建築媒材的建築師，當時法蘭 克蓋瑞為了位於巴塞隆納的大型魚型雕塑而尋求麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的幫助，開啟了電腦輔助建築設計與電腦輔助建築製造時 代的來臨(圖 2-12)(Liu and Lim, 2009)。根據電腦強大的計算能力，數位媒材得以 完整地呈現建築師腦中的設計，並配合相關的數位建模軟體，以往人腦無法計算 的結構系統與形式得以實踐。 圖 2-12 巴賽隆那魚，法蘭克·蓋瑞設計(西元 1989-1992 年) 七零年代末期到八零年代中期，工業設計領域已經廣泛的使用電腦輔設設計 進行創作，當時的三度空間建模系統為實體造型系統(solid modeling)，主要是用 在航太以及航空公司的需要，尚未進入到建築領域。

八零年代晚期至九零年代，三度空間建模系統為參數化實體造型系統 (parametric solid modeling)。此系統有別於以往的系統之處在於，以往的建模方 式均為建築設計師輸入一個指令電腦完成一個動作，電腦只負責完成當下的指 令，每一步動作都是獨立步驟，若其中一個環節想要修改，無論步驟有無因果關 係都必須重新計算；而參數化實體造型系統則是設計師輸入的每一個步驟電腦都 儲存於記憶體中，也就是說電腦記錄全部的建模流程和其中輸入的所有變數，若 設計師輸入的動作有因果關係，則可以隨時回到設計流程中的任何一個環節，更 改完畢之後，其原先後續的指令電腦會重新計算，因而省去重複動作的時間 (McMahon and Browne, 1993; Lim, 2011)。

九 零 年 代 以 後 至 今 日 數 位 工 具 最 具 有 影 響 力 的 是 變 數 化 實 體 建 模 (variational solid modeling)，所謂變數化實體建模就是將參數化實體建模中的固 定參數以變數取代之，此種建模系統較先前參數化實體造型系統開放度更大，無 須每一步驟皆輸入準確的參數(圖 2-13)。因此，在建模流程之中，數位模型尺寸 是可以隨時調整與輸入的，甚至，模型間的空間關係可以用聯立方程式的方式求 解。因而可以即時的調整各種建模的可能性，也因為如此，所以也有人認為變數 化實體建模也屬於參數化實體建模(parametric solid modeling)的一種。

圖 2-13 變數化實體建模 到了二十世紀晚期，電腦輔助建築設計除了二度空間平面式的輔助繪製建築 圖說外，相較實體媒材也有更佳的模擬建築空間之能力。數位媒材所模擬的空間 呈現方式為數位三度空間模型，比起實體媒材也更容易快速建立以及編輯修改 (Abbo, 1996)。而電腦輔助建築設計發展至今，數位三度空間模型已經越來越接 近於真實完成後的建築，無論是空間形式、光影的變化，顏色材料或是質感，甚 至可以進行動態模擬以及根據物理引擎的輔助所模擬的如重力、彈性等物理狀態 特性(Lim, 2011)

電腦輔助設計經歷過多種不同階段，從原先僅僅為取代紙張節省設計師重複 動作的功能，而後數位媒材從數位二度空間進展到數位三度空間，此時電腦輔助 設計已經加入實體模型的功能。到了參數化實體造型，電腦的計算能力被用來提 高設計師的能力，設計師在設計的流程之中，可以隨時來回調整設計，此時的數 位媒材能力是全新的使用方式；而變數化實體造型系統的發明，更賦予設計師莫 大的設計彈性，無論是形狀或尺度都不必受限制，隨時可以調整，甚至只需要給 予規則，電腦會計算合理的結果。不同以往的所有媒材，電腦輔助設計完全開放 了設計師的設計思維，進而創造出不同以往的空間形式。 今日數位時代的建築設計流程與建造方式，遠比過去還要複雜，而有關數位 時期的自由形體從設計到建造流程，過去研究已有深入的研究(Lim, 2011)。有關 參數化設計的作品與研究大量出現(Al-Haddad, 2008; Baerlecken et al., 2010; Lemberski, 2010; Hnizda, 2009; Hudson, 2008)，卻仍甚少有研究建築圖說在參 數化設計到建造流程中所扮演的角色。今日，如何透過數位媒體取代人力，例如 協助繪製、自動生產圖說，甚至進一步透過新的媒材影響原先設計者的思考，已 經成為當代建築媒材研究的重點之一(Al-Haddad, Rahimzadeh, and Fredrickson, 2013; Nguyen and Haeusler, 2013; Figueiredo and Vizioli, 2013; Zavoleas, 2014)。

2.1.4 小結

設計媒材是指在設計者的抽象概念與實際設計結果間的輔助角色，一方面為 了輔助設計師自我概念的整理與釐清；另一方面，建築師也利用設計媒材表達心 中所想要表達的概念(Schon and Wiggins, 1992; Liu and Lim, 2009)。設計媒材 的選擇將對設計者的思維帶來限制同時也帶來啟發，進而影響設計者的思考模式 (Zevi, 1981; Lim, 2003)，從最早的設計媒材之於建築師只是單純作為一種紀錄工 具(Millon, 1994)；然後開始製作建築模型，但此時並非有助於建築設計(Smith, 2004)；之後實體模型作為設計媒材，以彌補二度空間平面媒材之不足 (Millon, 1994; Liu and Lim, 2009, Smith, 2004)；之後，新的建築媒材透視圖出現，開始 有助於輔助設計思考(Frommel, 1994)。二十世紀，建築師為了要達到建築設計的 突破，開始嘗試自製新的設計媒材(Collins, 1960; Futagawa and Borras, 1997)， 但新的媒材仍舊沒有突破設計師思考的窠臼。 表 2-1 電腦輔助設計年代表 時期 時代 設計媒材 設計媒材影響 非 數位 時期 古埃及時期 記錄圖說 紀錄 古希臘時期 實體模型 宗教祭祀 古羅馬時期 專業圖說 建築圖系統建立

文藝復興時期 實體建築模型及透視圖 設計思考 前 數位 時期 二十世紀初 自製設計媒材 既有空間設計突破 二十世紀中 數位設計媒材 設計圖說(節省時間、人力) 六零年代 線框造型系統 數位化手繪圖 七零年代 曲面造型系統 數位化三度空間 數位 時期 八零年代 實體造型系統 數位空間擬真 九零年代 參數化實體造型系統 彈性數位三度空間建模 二十一世紀 變數化實體造型系統 依變數創造多個建築設計 數位媒材出現，並且成為有效的設計媒材之一(Boden, 1998)。一開始電腦輔 助設計僅僅輔助二度空間圖說的呈現，節省實體設計媒材為了重複繪製圖說所必 須花費大量時間以及人力，同時，建築圖說也更為精準(Lim, 2011)，然後，數位 媒材對於建築師起了積極性的影響，引發更多創造力(Manolya et al., 1998; Verstijinen et al., 1998 ; Chen, 2001)。到了二十世紀晚期，電腦輔助建築設計有 更佳的模擬建築空間之能力，比起實體媒材也更容易快速建立以及編輯修改 (Abbo, 1996)。電腦輔助設計後期，電腦的計算能力被用來提高設計師的能力， 可以隨時來回調整設計；現今，只需要給予設計規則，電腦會計算合理的結果， 達到了電腦自行做設計的程度，設計師只需要挑選計算後符合的結果。 建築媒材已經有上千年的歷史，而且在數位建築媒材出現前，建築師一直使 用實體建築媒材進行建築設計，數位媒材出現之後，對於建築師在抽象概念與實 際設計結果間激發了新的空間可能性以及新的創造力。建築數位媒材至今不過數 十年，使用數位媒材的建築師所設計的建築物陸續出現以及完工，可以說數位建 築的時代已經來臨(Liu and Lim, 2009)。從過去研究中可以發現，建築設計媒材 的演進從非數位時期的純粹做為紀錄之用，到影響設計思考，到前數位時期建築 設計媒材可以開創新的空間設計可能性、數位化建築圖說以節省人力、數位化三 度空間、以及數位空間擬真，再進階到數位時期的彈性數位三度空間建模以及依 變數創造多個建築設計。

2.2 建築流程與對應圖說

2.2.1 非數位建築流程

因為建築設計到建造的流程需要集合眾人之力一起分工合作，所以必須要清 楚界定建造流程的流程，好確定流程中每個人負責的部分。在二十世紀以前的建 築流程並沒有一套公定的標準，大多數建築建造的流程都是以師徒制的方式一代 傳遞一代將經驗流傳。這樣的結果導致難以將困難的設計和建造流程經驗普及

化，也使得建築專業人才無法針對建築設計或建造流程進行檢討，一直到九零年 代，才有學者試圖將建築流程歸納進而定義為模型(Walker, 1989; Hughes, 1991)，以促使建築設計與建造流程得以討論與進步。

本研究分析了兩個最主要的建築流程。第一個建築流程是依照 2011 年美國 建築師協會(The American Institute of Architects, AIA)所提出的設計流程。可以分 成 五 個 主 要 階 段 ： 概 念 設 計 (schematic design, SD) 、 設 計 發 展 (design development, DD)、施工圖說(construction drawings/ construction documents, CD)、招投標及合同協商(bidding and contract negotiation, BID)、以及建造管理 (construction administration, CA)，同樣地分析流程中與設計到建造有關的部分， 可以去掉招投標及合同協商的流程，因而得到設計到建造的主要三個階段：概念 設計、設計發展、以及施工圖說。

圖 2-14 美國建築師協會之設計流程中與設計到建造有關的三個步驟

第二個模型參考了很多過去研究的數據及案例分析，其中最主要的來源是來 自英國皇家建築師學會 (Kagioglou et al., 2000; Sanvido, 1990)，名稱是｢通用設 計與建造流程協議」(Generic Design and Construction Process Protocol)(圖 2-15)。

圖 2-15a 通用設計與建造流程協議全圖縮圖；2-15b 和 2-15c 為通用設計與建造流程協議 細部圖 (引用自 Kagioglou et al., 2000)

b

通用設計與建造流程協議將設計與建造流程分成四大階段和十個子階段，四 大 階 段 依 照 先 後 順 序 為 是 建 築 計 畫 前 準 備 (pre-project) 、 建 造 計 畫 前 準 備 (pre-construction) 、 建 造 計 畫 (construction) 、 以 及 建 造 完 成 後 計 畫 (post-construction)，隸屬於建築計畫前準備的有四個子階段，依照先後順序為展 示需要(demonstrating the need)、需要成形(conception of need)、條列可行性 (outline feasibility)、和可行性研究和條列財務管理(substantive feasibility study and outline financial authority)；隸屬於建造計畫前準備的有三個子階段，依照先 後順序為條列概念設計(outline conceptual design)、完整設計(full conceptual design)、以及設計採購協調和完整財務管理(coordinated design procurement and full financial authority)；隸屬於建造計畫的有兩個子階段，依照先後順序為 建造資訊(production information)和建造(construction)；最後一個階段建造完成 後計畫只有一個子階段：操作和維護(operation and maintenance)(圖 2-14)。

在通用設計與建造流程協議的流程當中，有許多不同領域的步驟參與其中， 分析流程中與設計到建造有關的部分，只有第二階段的建造計畫前準備和第三階 段的建造計畫，本研究將重點放在此兩個階段為主要研究的部分。其中包含了五 個子階段，同樣地分析流程中與設計到建造有關的部分，則剩下四個子階段，依 照 順 序 分 別 是 條 列 概 念 設 計 (outline conceptual design) 、 完 整 設 計 (full conceptual design)、建造資訊(production information)、和建造(construction)。

圖 2-16 通用設計與建造流程協議的流程中與設計到建造有關的步驟與其子步驟

前一小節提到在通用設計與建造流程協議的流程當中，與設計到建造有關的 部分有四個階段，依照順序分別是條列概念設計(outline conceptual design)、完 整設計(full conceptual design)、建造資訊(production information) 、和建造 (construction)；又提到依照 2011 年美國建築師協會所提出的設計流程，設計到 建造有關的部分，可以得到設計到建造的主要三個階段：概念設計(schematic design)、設計發展(design development)、以及施工圖說(construction drawings/ construction documents)。

本研究整合這兩個流程，將｢條列概念設計」整合為｢建築計畫」(architectural program)，將｢概念設計」整合為｢概念設計」(conceptual design)，將｢設計發展」 和｢完整設計」整合為｢設計發展」(design development)，將｢建造資訊」和｢施

工圖說」整合為｢細部設計與施工圖」(detailed design)，將｢建造」整合為｢現場 施工」(construction)。 圖 2-17 整合設計與建造流程協議與美國建築師協會設計流程，歸納為五步驟 因此本研究將非數位建築設計到建造的流程歸納為｢建築計畫」、｢概念設 計」、｢設計發展」、｢細部設計與施工圖」、｢現場施工」，一共五個步驟。詳細說明 如下：

建築計畫 (Architectural Program)

建築計畫是建築設計的第一階段。主要這一階段的目標是確定建築所要包含 的機能與需求，主要提出者為業者，再將這些機能與需求交由建築師進行整合， 並確定其可行性。

概念設計 (Schematic Design)

概念設計是建築設計的第二階段。主要這一階段的目標是發展一個明確界 定，並提出可行的概念，其形式在客戶端可以理解和接受。次要目標包括：明確 的機能、探索不同的設計方案。在這一階段，建築師與客戶密切合作，以確定適 當 的 方 案 ， 或 者 設 置 建 築 物 的 必 要 性 。 方 案 (program) 包 括 建 築 案 的 機 能 (function)、預期達到的目標(goal)，對設計的期望、預算和基地限制（如建築法 規，使用分區和交通動線等問題）。 在概念設計階段，建築設計師需找出設計案目前遇到的問題、以及討論未來 可能遇到的困難。等到清楚當下及未來的困難有哪些之後，建築設計的工作重點 便可轉移到如何解決這些困難與問題，同時提出多種版本的設計方案。在概念設 計的階段並不會談到細節，相反地，建築設計應著眼於整體規劃，確保沒有無法 解決的問題存在於下一階段。在概念設計中，建築設計通常會提供許多概念草圖， 以討論方案的可行性和建築法規的限制。

設計發展 (Design Development)

設計發展是建築設計流程的第三階段。在這個階段，設計方案已經大致確 立，並且發展成一套完整的圖說。本階段所繪製的建築圖說說應涵蓋所有方面的 設計，包括確定的平面圖、外觀立面圖、剖面圖、以及配置圖。針對設計案中的 關鍵區域，會需要天花板圖、屋頂圖、和細部圖說。 在前一個概念設計階段，建築設計可以由設計師獨立完成；而在設計發展階 段，建築設計需要由多個專業領域的技師或是工程師互相確定設計是否可行，並 且來回進行設計方面的調整。關於本階段所需要繪製的建築圖說，基本上與上一 個階段有諸多重疊的部分，但是建築圖的內容會增加很多說明的部分，例如材料 以及顏色選擇、甚至是水電工程系統(例如灑水系統)，並著手準備下一個階段施 工圖說的部分。同時，本階段技師及工程師的規劃也會在建築圖中呈現，例如結 構設計會出現在天花板圖中，所有的樑應該能支撐地板或承受天花板。在設計發 展階段，因為設計方案已經相當完整，為了呈現設計可以利用呈現圖(presentation drawings)，例如渲染圖。用呈現圖非常準確地呈現的最終設計方案。

細部設計與施工圖 (Construction Drawings or Construction Documents)

第四階段的建築設計流程是細部設計與施工圖。這一階段的重點顧名思義就 是細部圖、建造文件與施工圖。在這一階段，施工圖必須考慮到所有的細節，包 括建築法規、以及種種基地當地的限制。這些文件不只用於建造，同時也用來申 請設計案相關的證照，例如使用執照。本階段可以說整合前一階段的圖說，並著 手進行建造的準備，因此包括所有建造的細節都應該被考慮在內，包括建造的材 料、尺寸、以及方法。

現場施工 (Construction)

最後階段的建築設計流程是現場施工。這一階段的重點就是要實際建造與完 成建築實體。在這一階段，現場施工必須將前一階段細部設計與施工圖的圖說加 以整合，並按圖建造。 圖 2-18 本研究歸納之非數位建築流程五步驟

2.2.2 數位建築流程

數位時代的來臨，使得無論是前述提到的通用設計與建造流程協議(Generic Design and Construction Process Protocol)或是美國建築師協會(The American Institute of Architects, AIA)所提出的設計流程都必須要有所調整，最直接的衝擊 就是設計到建造的流程。 在前一章提到，法蘭克蓋瑞(Frank Gehry)是第一位將電腦應用在建築設計與 建造的建築師，電腦輔助建築設計與電腦輔助建築製造可以說始於其所設計位於 巴塞隆納的大型魚型雕塑。近年來，有許多研究討論設計與數位媒材間的關係， 現在我們可以清楚的了解到數位媒材對設計流程與結果所造成的影響，建築設計 的媒材改變，從傳統非數位的媒材轉為數位設計媒材，在設計上造成的影響甚鉅 Lindsey, 2001; Friedman, 2002; Luca and Nardin, 2002; Spuybroek, 2004)。

從先前研究發現，數位建築設計到建造流程相較於非數位建築設計到建造流 程步驟並不相同。若分析小尺度數位建築設計到建造流程，包括了以下步驟：早 期設計、設計定案、施工圖階段、單元生產、以及組裝(Lee, 2005)，將原先非數 位建築設計到建造流程中建造的最後兩個步驟｢細部設計與施工圖」及｢現場施工」 當中多增加了｢單元生產」。 圖 2-19 小尺度數位建築設計到建造流程(引用自 Lee, 2005) 若分析中尺度數位建築設計到建造流程，包括了以下步驟：早期設計、設計 定案、施工圖階段、單元生產、預組裝以及組裝(Lee, 2005)，將原先非數位建築 設計到建造流程中建造的最後兩個步驟｢細部設計與施工圖」及｢現場施工」當中 多增加了｢單元生產」和｢預組裝」。 圖 2-20 中尺度數位建築設計到建造流程(引用自 Lee, 2005)

若分析大尺度數位建築設計到建造流程，包括了以下步驟：早期設計、設計 定案、施工圖階段、以及數位建構(Lim, 2011)，值得注意的是數位建構包括五個 子步驟：骨架與表皮單元、單元生產、實物模型、預組裝、以及現場組裝。 圖 2-21 大尺度數位建築設計到建造流程第四步驟數位建構與其子步驟(Lim, 2011) 本研究分析大尺度數位建構的五個子步驟，發現其內容與中尺度的｢單元生 產」、｢預組裝」以及｢現場施工」三個子步驟吻合，經過整理分析後，可以發現中 尺度以及大尺度的數位建築有同樣的設計到建造流程，差別僅在於內容的精細與 複雜程度。 圖 2-22 本研究分析大尺度數位建築設計到建造流程，將原先五個步驟重新歸納為三個步 驟：｢單元生產」、｢預組裝」以及｢現場施工」 同時，在非數位建築設計到建造流程中的最後一個階段｢現場施工」和數位 建築設計到建造流程中的最後一個階段｢組裝」相比，也可以分析出明顯的不同， 針對建築媒材的使用方面，｢現場施工」是按照前一個步驟｢細部設計與施工圖」 所生產出來的建築圖說進行建造；而｢組裝」除了依照前述的圖說之外，更依賴電 腦輔助設計所產生之圖面，此類圖面在小尺度數位建築設計到建造流程是在｢細部 設計與施工圖」步驟中產生，而在中尺度數位建築設計到建造流程則是先由｢細部 設計與施工圖」步驟中產生，再經過｢預組裝」步驟的修正，才能得到最後建造階 段可以使用的建築圖面(Lee, 2005; Lim, 2011)。 最後再次將數位建築設計到建造流程與非數位建築設計到建造流程互相比 較，可以得出以下結論：數位流程中的早期設計可對應到非數位流程中的建築計

畫與概念設計；數位流程中的設計定案也就是非數位流程中的設計發展；數位流 程中的施工圖階段對應到非數位流程就是細部設計與施工圖；數位流程中的組裝 對應到非數位流程就是現場施工 圖 2-23 數位建築設計到建造流程 因此本研究將數位建築設計到建造的流程歸納為｢早期設計」、｢設計定案」、 ｢施工圖階段」、｢單元生產」、｢預組裝」、以及｢組裝｣，一共六個步驟。詳細說明 如下：

早期設計

早期設計是數位建築設計的第一階段，相當於非數位建築設計的第一階段｢ 建築計畫｣以及第二階段｢概念設計｣。這一階段主要的目標是確定建築所要包含的 機能與需求，主要提出者為業者，再將這些機能與需求交由建築師進行整合，並 確定其可行性。此外，在此階段的也要發展一個可明確界定並可行的概念形式， 並能夠說服客戶端。次要目標包括：明確的機能、探索不同的設計方案。在這一 階段，建築師與客戶密切合作，以確定適當的方案，或者設置建築物的必要性。 方案(program)包括建築案的機能(function)、預期達到的目標(goal)，對設計的期 望、預算和基地限制（如建築法規，使用分區和交通動線等問題）。 在早期設計階段，建築設計師需找出設計案目前遇到的問題、以及討論未來 可能遇到的困難。等到清楚當下及未來的困難有哪些之後，建築設計的工作重點 便可轉移到如何解決這些困難與問題，同時提出多種版本的設計方案。在概念設 計的階段並不會談到細節，相反地，建築設計應著眼於整體規劃，確保沒有無法 解決的問題存在於下一階段。在概念設計中，建築設計通常會提供許多概念草圖， 以討論方案的可行性和建築法規的限制。此外也必須要取得基地的相關資料，以 建立三度空間的數位基地模型，而後開始發展配置以及量體的可能性 (Lee, 2005)。

設計定案

設計定案是數位建築設計流程的第二階段，相當於非數位建築流程的第三階 段｢設計發展｣。在這個階段，設計方案已經大致確立，並且發展成一套完整的圖 說。本階段所繪製的建築圖說應涵蓋所有的設計圖，包括配置圖(Site plans)、平 面圖(Floor plans)、立面圖(Elevations)、剖面圖(Sections)、以及細部圖(Details)。

在前一個階段，建築設計可以由設計師獨立完成；而在設計發展階段，建築 設計需要由多個專業領域的技師或是工程師互相確定設計是否可行，並且來回進 行設計方面的調整。在此階段中，又可以分成｢設計發展｣、｢決定組裝結構方式｣、 以及｢細部設計｣三個子階段，有時候依照案例的不同，也會需要實體模型來輔助 設計方案。 關於本階段所需要繪製的建築圖說，基本上與上一個階段有諸多重疊的部 分，但是建築圖的內容會增加很多說明的部分，例如材料以及顏色選擇、甚至是 水電工程系統(例如灑水系統)，並著手準備下一個階段施工圖說的部分。同時， 本階段技師及工程師的規劃也會在建築圖中呈現，包括包括結構圖(Structural drawings)、以及結構細部圖（Structural details）。在設計定案階段，因為設計方 案已經相當完整，為了呈現設計可以利用呈現圖(presentation drawings)，例如渲 染圖。用呈現圖非常準確地呈現的最終設計方案。

施工圖階段

數位建築流程的第三階段是｢施工圖階段｣，相當於非數位建築流程的｢細部 設計與施工圖｣階段。這一階段的重點包括設計圖中的細部圖與施工圖。在這一階 段，施工圖必須考慮到所有的細節，包括建築法規、以及種種基地當地的限制。 這些文件不只用於建造，同時也用來申請設計案相關的證照，例如使用執照。本 階段可以說整合前一階段的圖說，並著手進行建造的準備，因此包括所有建造的 細節都應該被考慮在內，包括建造的材料、尺寸、以及方法。值得注意的是，數 位建築施工的流程中，必須依據其施工方式，拆解成幾個單元以方便施工，例如 混凝土結構的模板計算、鋼構的分割、玻璃的分割等等。這些分割方式也是此階 段的重點，以提供下一個階段的資料。

單元生產

單元生產也可分成三個子步驟，包括｢數位建築施工圖單元｣、｢單元加工｣、 以及｢校正｣。數位建築為了要精準施工，實務上分成預鑄及現場施工兩個部分。 而預鑄的部分為了要施工需要及材料本身的限制，會被拆成好幾個單元。為了要 生產這些單元，必須在此階段製作施工者可以理解以及儀器可以生產的圖面。 又根據圖說此類媒材的限制，所有的圖面皆必須以二度空間(平面)方式呈 現，因此本階段將上一階段的相關資料，一一轉為可供生產的圖面。同樣地，本 階段的相關圖面在我國的建築圖說規範中未曾被清楚定義。加工圖繪製出來後將 送由營造廠施作局部大樣，也就是單元加工。

預組裝

第五階段的數位建築流程是預組裝。預組裝分成四個子步驟，包括｢放樣｣、 ｢組裝｣、｢拆解｣、以及｢校正｣。這階段的重點顧名思義就是將前一個階段的單元 在工廠就先預組完成，除了提供設計者有機會進一步做設計修改之外，並同時可 以進行相關結構測試、以及訓練施工人員了解如何施工、組裝、以及拆解。本階 段以實做為主，配合施工圖階段的圖說做為組裝之索引，即可預組裝相關建築構 件。預組裝階段可能會發現設計或建造未曾考慮到的問題，必須於此階段進行修 正並解決之。

組裝

數位建築流程的最後階段是｢組裝｣，組裝分成四個子步驟，包括｢放樣｣、｢ 組裝｣、｢校正｣、以及｢現場施工｣。與前一階段｢預組裝｣十分接近，除了多了最後 一個子步驟以外，差別只是地點的不同，將原先預組裝所預鑄的構建運至基地現 場進行組裝。組裝相當於非數位建築流程的｢現場施工｣階段。這一階段的重點就 是要實際建造與完成建築實體。在這一階段，現場施工必須將前一階段修正後的 圖面為參考，並將拆卸後之建築構件運到基地現場進行組裝，此外還有將非預組 裝之構建於現場施作完成。

2.2.3 既有建築圖說規範

在建築圖學中，示意圖、想像圖、參考圖並沒有一定的規範，但是對於設計 圖和施工圖有所謂的標準與規範，這些規範及標準依照不同的國家而有所不同。 雖然有所謂的國際標準化組織(International Organization for Standardization)， 但不同國家仍然為當地的需要而制定自己的標準。 台灣遵守中華民國的法令，建築圖學規範也遵照中華民國國家標準（Chinese National Standards，縮寫 CNS），中華民國國家標準是 1935 年由經濟部工業標 準委員會（今日改為標準檢驗局）開始籌畫，隔年公布「標準法」，並隨之成立經 濟部中央標準局。我國國家標準主管機關為經濟部標準檢驗局，其下設有「國家 標準審查委員會」與「國家標準技術委員會」，負責各類別標準之審查與審定工作， 國家標準分為 26 類，現有國家標準 14000 多種。 建築圖說在中華民國國家標準中被稱為｢建築製圖｣，在中華民國國家標準中 總號為 11567，類號為 A1042。此規範的適用範圍包括建築設計、建築結構及建 築設備之製圖及相關事項。一共有 16 個重點，其中包括 15 項規範(第一個重點是 說明適用範圍)。16 個重點如下：

1.適用範圍 2.圖紙尺度及摺法 3.度量衡制 4.比例尺 5.文字及字體 6.標題欄 7.修改及修改欄 8.附註欄 9.圖號及圖樣佈置 10.指北針及箭頭流向 11.線條之種類及粗細 12.圖樣圖示準則 13.建築圖符號及圖例 14.建築圖表示法 15.建築結構圖表示法 16.建築設備圖表示法 本研究欲訂立之新建築圖面規範將仍然隸屬於中華民國國家標準，因此原先 中華民國國家標準內的項目就不再贅述，其中，第十四點｢建築圖表示法｣有將中 華民國建築設計圖面的內容分別表述，與本研究相關之中華民國國家標準建築設 計圖說明以及其內容詳細說明請見表 2-2。 表 2-2 與本研究相關之中華民國國家標準建築設計圖說明以及其內容 (本研究整理) 圖名 主要內容 備考 配置圖 (一) 基地方位 (二) 都市計畫地籍套繪圖(包括四周鄰地、地 號、界線、計畫道路等)。 (三) 建築物之形狀 (四) 建築物之位置 (五) 建築物之尺度 (六) 騎樓、防火間隔、空地 (七) 排水系統及排水方向(未附排水系統配 置圖者才需要註明) 平面圖 (一) 方位 (二) 各層樓平面 (一) 各層平面圖相同時可共 用一個平面