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Distributed Social Collaborative Design-build System Application on Real Project屡 幾 囲 皿漠倆 Student Cheng-Sheng Shih
拶昊綴槌 峺機潔 Advisor Yu-Yung Liu
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A Thesis
Submitted to Department of Civil Engineering College of Engineering
National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Doctor
in Architecture
July 2009
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
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Design-Build Collaborative Process Research ￥
Distributed Social Collaborative Design-build System Application on Real ProjectStudent: Cheng-Sheng Shih Advisor: Dr. Yu-Tung Liu
Department of Civil Engineering National Chiao Tung University
ABSTRACT
This study examined the intensity of a collaborative communication process in a computer supported and distributed social collaborative design-build project. It focused on how different design-build professional’s concept knowledge can be saved, retrieved, and reused from their local computer system. It also centered on how these concepts can be shared in a virtual distributed social communication environment to enhancement the effect of the multi-professions collaboration. Extensive prior research has revealed that the communication process is the most important collaboration study problem. The design-build stakeholders jointly form a shared understanding through a process of defining the problem, exploring the space of solutions and searching for information. Much research has concluded that a shared understanding is a critical element in successful, collaborative design.
This paper describes a distributed computation (agent-based) approach for identifying shared understanding in design-build communication process by analyzing communication data. By mining the relationship between collaborative participants of a shared understanding, specifically a common interest of document reference and a similar voice, a shared design-build concept knowledge and relationship of the design can emerge. Communication support tools built around shared understanding would be more effective in directing and alerting the design-build team to relevant information.
The result of this paper was that not only the design data itself emphasized the value of communication but also the hidden relationships among data which
data model to support user to save, retrieve, and analyze among the communication process in a design-build project. We also implemented an exhaustive recommender data mining model as the clustering engine to exposing the hidden relationships among communication data. This communication data relationship also can be regarded as a user’s familiarity index with the design concept, which can be shared with others in the design-build collaborative team.
Two real world design-build projects were used to test, validate, modify, and confirm the function of distributed social collaborative design-build system, implemented by this paper. In conclusion, the distributed collaborative system turned out to be highly collaborative in respect of design concept and was utilized intensely in organizing the design-build process.
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慌畏橙@ @ 慌 3.1 妊酋淇覗瓜霞忌撞ピ瓜霞寡雌NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 23 慌 3.2 泳池率瓜霞卉緬叶演隠礫鼓幀緲雲セNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 36 慌 4.1 ザλツ甫錠(C) 聚肪苧糒妊酋瞭嚢ｖi 右慌NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 56 慌 4.2 架潯奄右慌愡逆NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 60 慌 4.3 溌朦傲鎗乂耗ピ甫奄耻槹NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 67 慌 4.4 穗潯鼓傲針架通浦曙折堕慌NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 80 慌 5.1 宰ョツ甫愡蛤NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 87 慌 5.2 須逆もツ甫傲針址穽彈椋窯暝慌NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 89 慌 5.3 嬰営坡傲針嘱溜靴傲針慌紆河NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 90 慌 5.4 須逆もピ怺寵疾吮穗潯拶彳 憩彖ロ穽壹彈椋NNNNNNNNNNNNNNNNNN 93 慌 5.5 池須も猿蛭瓜霞卉緬演樵ピ桿譲疾穗曙酋垳NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 94 慌 5.6 池須も猿蛭瓜霞卉緬演樵ピ嘘擔勲(厠稼穗鋼)酋垳NNNNNNNNNNNNNNN 94 慌 5.7 池須もパ蛭瓜霞卉緬演樵ピ桿譲疾穗曙酋垳NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 96 慌 5.8 池須もパ蛭瓜霞卉緬演樵ピ嘘擔勲(厠稼穗鋼)酋垳NNNNNNNNNNNNNNN 96 慌 5.9 池須も偵蛭瓜霞卉緬演樵ピ桿譲疾穗曙酋垳NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 98 慌 5.10 池須も偵蛭瓜霞卉緬演樵ピ嘘擔勲(厠稼穗鋼)酋垳NNNNNNNNNNNNNNN 98 慌 5.11 須逆らツ甫傲針址穽彈椋窯暝慌NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 106 慌 5.12 須逆らピ怺寵疾吮穗潯拶彳 憩彖ロ穽壹彈椋NNNNNNNNNNNNNNNNNN 108 慌 5.13 池須ら猿蛭瓜霞卉緬演樵ピ桿譲疾穗曙酋垳NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 109 慌 5.14 池須ら猿蛭瓜霞卉緬演樵ピ嘘擔勲(厠稼穗鋼)酋垳NNNNNNNNNNNNNNN 109 慌 5.15 池須らパ蛭瓜霞卉緬演樵ピ桿譲疾穗曙酋垳NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 111 慌 5.16 池須らパ蛭瓜霞卉緬演樵ピ嘘擔勲(厠稼穗鋼)酋垳NNNNNNNNNNNNNNN 111 慌 5.17 池須ら偵蛭瓜霞卉緬演樵ピ桿譲疾穗曙酋垳NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 112 慌 5.18 池須ら偵蛭瓜霞卉緬演樵ピ嘘擔勲(厠稼穗鋼)酋垳NNNNNNNNNNNNNNN 113
卍畏橙@ 卍 2-1 倥唸徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 10 卍 2-2 須逆墜刀徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN@ 10 卍 2-3 痍媛徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 10 卍 2-4 巖遷倥唸鍵溜靴崩唸卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 11 卍 2-5 戍瓜奄墜刀忌撞酸唸卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 13 卍 2-6 乳轟湛瓏墜刀甫渇卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 13 卍 2-7 須逆湛瓏墜刀甫渇卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 13 卍 2.8 DAI 攻堰丘屡幾遍嬢撞酋卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 17 卍 2.9 ロ氷奄瓜霞ピ午礫嘱酸唸卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 17 卍 3.1 池須緊丼私啄徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 24 卍 3.2 И苧酸唸壹穗潯傲針嘱忌撞NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 25 卍 3.3 宰ョ丈究妊酋 3D 妊酋卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 26 卍 3.4 宰ョ梧免壹丈究ピ暝瓜徃泱駐唐卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 26 卍 3.5 И/苧酸唸瞭嚢徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 27 卍 3.6 И苧酸唸瓜霞儼垳徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 29 卍 3.7 僣単引率瓜霞溜靴徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 30 卍 3.8 吾乂塋穿湛瓏ピ瓜霞儼垳徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 32 卍 3.9 (a) 穐卍 野撞瓜霞妊酋酸唸, (b) о卍 ロ氷奄畔ャ妊酋酸唸NNNN 34 卍 3.10 ロ氷奄妊酋ピИ苧許扛穗鋼卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 34 卍 3.11 湛綾Т刀り甫奄妊酋酸唸卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 35 卍 3.12 瓜霞奄Т刀り甫奄壹唖汐ベ啄ャ春甫渇酸唸卍NNNNNNNNNNNNNNNNNN 35 卍 3.13 ロ氷奄Т刀樵甫奄瓜霞儼垳徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 38 卍 3.14 ロ氷奄吾乂瓜霞妊酋儼垳徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 39 卍 4.1 溌朦儼垳溌ュピ傲針徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 41 卍 4.2 女り陰凍傲鎗塋傲鎗穿ピ傲針徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 43 卍 4.3 女り陰凍傲鎗塋傲針徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 47 卍 4.4 Т刀樵甫奄陰凍傲鎗塋傲針徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 49 卍 4.5 苧糒序樔塋准損吮ロ損薗慳卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 50 卍 4.6 ロ氷奄吾乂Т刀樵甫奄瞭嚢傲針徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 53 卍 4.7 苧糒序樔妊酋瞭嚢損吮ロ損薗慳卍NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 55 卍 4.8 ロ氷奄吾乂Т刀樵甫奄瞭嚢傲針吽霞徃紺NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 63 卍 4.9 Gears API 傲針謁陰耕咽刺偕摩募NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 65 卍 4.10 客夷醐儼垳溌ュМ瘴慳徃奄嬰営坡傲針乂耗ピ刺偕崩穴NNNNNNNNNN 70 卍 4.11 客夷醐儼垳溌ュМウ慳徃奄嬰陰凍傲鎗塋ピ刺偕崩穴NNNNNNNNNNNN 70 卍 4.12 客夷醐樔晰ィ目熟輯塋僮傲鎗NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN 71 卍 4.13 殪疫客夷醐樔晰ピ熟輯塋僮傲鎗計嬰営坡傲針乂耗NNNNNNNNNNNNNN 71
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第一章
第一章
第一章
第一章、
、
、 緒論
、
緒論
緒論
緒論
建築、營造、工程(Architecture/Construction/Engineer, ACE)之設計理論研 究，大多支持「設計可被視為一種作業」(design as a task) 或「設計可被視為一 種程序」(design as a process)，其中將設計視為「解決問題的程序」(design as problem solving process) 最廣受討論與研究(Alexander, 1964; Archer, 1970; Bijl, 1987; Chandrasekaran, 1990; Maher, 1990)。當設計可以被視為一連串問題的發掘與解決的交互過程時，設計需求本身 即可被定義成「設計問題空間」(design problem space)與符合設計需求之「設計 目標空間」(design goal space)，如此便可進一步利用資訊科技尋求問題之解決 (Simon, 1969)。Simon 更清楚指出以「設計之尋找法則」(search in design)作為資 訊科技解決設計問題；換句話說設計是從問題空間到目標空間之尋找過程 (design as search process from problem space to goal space)，連結了設計與運算的 研究。 近年來，大型的建築營造專案，常見的問題是，地區性的營造團隊已經無 法單獨勝任，面臨設計營造專案的挑戰時，越來越多的大型計畫以當地的建設公 司為基礎，結合跨國專業設計團隊的專長，以相互協同作業方式來共同完成計 畫。這樣分散式的協同作業模式，有其專業分工的優勢；然而，也可能同時產生 複雜的管理問題。因此如何利用資訊科技，以數位運算輔助來建構增進溝通與強 化知識共享的合作模型，實為目前分散式協同作業系統最受矚目的課題之一。如 Konda et al. (2004) 曾針對不同專業提出分散式知識庫的系統架構，企圖消除分 散式合作團隊中，成員彼此間的專業落差。 分散式合作設計溝通的系統相關研究在資訊科技領域已發展相當一段時 間，首先在 1980 年代專家系統的研究中，以人工智慧 (artificial intelligence, AI) 領域為主導的同時，即出現了代理人程式的初期研究，雖然隨後人工智慧的研究 曾遭逢低潮期，然而，分散式人工智慧(distributed artificial intelligence, DAI) 終 究還是在 90 年代廣受學者專家所喜好(Wooldridge, 2002)。目前分散式人工智慧 方法廣泛應用於機器人合作解決相關問題的研究，繼 2000 年的國際機器人足球 大賽(Robot cup)之後讓分散式人工智慧方法的研究漸趨成熟，且當年國際機器人 足球大賽亦發起另一個研究主題：機器人救災計畫(Robot cup rescue)，主要應用 在研究地震颱風等天然災害之災後搜救任務中所需的龐大運算能力。
基礎知識的軟體 (knowledge-based software)、代理人程式(software agent)、機器 人(robot)以及智慧型偵測器(smart sensor)等，經由多個主體單元獲得指派擁有共 同問題目標 (global goal) 後，各個單元依據自己的區域目標(local goal) 獨自推 理演譯，再透過相互溝通的協同作業，進而協助使用者解決問題。 因此，本研究將探討電腦輔助溝通系統應用於分散式社群合作設計營造專 案之合作溝通過程。主要研究合作設計營造專案中各種不同專業之概念知識如何 能藉由溝通過程將其擷取、儲存、以及再利用。同時，在分散式溝通運算環境中 分享給合作團員，達到「分享共識」的加乘合作目的。其中，系統的應用、檢核、 修正與確認等作業係分別採用兩個實際的設計營造案例。 1-1 研究問題研究問題研究問題研究問題 合作式設計 (collaborative design) 的相關研究，一直是建築設計理論相關研 究領域的重要議題 (Kalay, 1998; Gross et al., 1998; Schuckmann et al., 1999)。其 中，以電腦輔助合作式設計的子議題則集中在三個主要面向：以電腦為設計呈現 工具、電腦作為設計資料庫、以及將電腦視為設計溝通的平台。近年來，大部分 的研究均指出合作式設計的主要問題圍繞在設計溝通這個議題上，同時，越來越 多的相關研究，已經逐漸釐清要能發揮協同作業的功效，則必須藉由設計知識的 分享，經過積極正面地分享設計知識才能達到「分享共識」 (share understanding) 之成功合作模式(Valkenburg, 1998)。因此，如何拆解設計過程中各個不同領域的 專家知識，以及如何快速傳遞資訊與設計概念，則成為大家矚目的研究標的。許 多 建 築 資 料 建 模 (product and building modeling) 與 設 計 知 識 再 現 (design knowledge represent) 的研究陸續被提出(Kalay, 1999)，這些研究也都成功地解決 部分設計溝通的問題。 隨著經濟發展與科技進步人類生活逐漸獲得明顯的改善，在住的品質方 面，人類將不斷挑戰對新空間的想像。因此，不但建築規模日益擴大，對建築複 雜度、品質、時間的要求也愈來愈嚴苛。如今，逐漸顯著的問題是，單一組織的 小團隊人力、物力在同一時期僅能以線性方式處理設計營造等問題，已經無法滿 足複雜又嚴峻的建築設計營造需求。大型建築營造專案以當地的建設公司為基 礎，結合跨國專業設計團隊的特殊專長，以相互協同作業方式來共同完成艱鉅的 任務，則越來越普遍。這樣的分散式協同作業模式，確實有其專業分工的優勢。 然而，也同時產生複雜的管理問題。如文化差異大所造成的顯著隔閡，從未合作 過的生疏工作夥伴以及實體位置上相對較遠的遠距服務等，在在都顯示未來主要 的建築營造組織方式，必將同時伴隨著複雜的溝通管理問題，這些均有待解決。 因此如何利用資訊科技之數位運算輔助功能來增進溝通與強化合作，促使
大型營造專案得以順利完成，實為目前分散式協同作業最需解決的課題。因此有 越來越多的研究報告，紛紛趨向近來蓬勃發展的網路技術尋求解答，針對在地域 上分散的合作團隊，所面臨的溝通問題，則提出透過網站型式為基礎的資訊分享 技術，企圖解決其中各成員間的資訊落差等問題 (Clayton et al., 1999; Shih and Chang, 2002; Clayton et al., 2002; Shih, 2003; Skibniewski and Abduh, 2000)。
然而，同時也有研究指出，網站型式為基礎的合作設計系統，除有資料多 樣性，存取方便等優勢外。以伺服器為中心的集中資訊處理架構，也有部分傳統 資料庫的問題，如集中式資料庫，首先必須面對資料正規化等問題，並非所有資 訊都適合正規化，如多媒材資訊、人機互動的資訊等。其次，資訊格式與資料本 身的維護作業往往由單一組織担當，新增、搜尋與再利用資料的成本將與日俱 增，直到無法負荷。最後，對資料庫技術不熟悉的現場工程人員，往往要耗費時 日與系統為伍，嚴重降低工作效能。由於不同專業領域，對其他設計知識不熟悉， 而導致資訊難以搜尋等相關問題亦尚待解決。 此外，合作式設計之研究，多以假擬資料或學校課堂授課學生的設計討論 作為實驗資料來源，配合一般實驗為之。少有採用實際設計營造專案作為研究系 統評估與檢核。 因此，本研究針對上述問題，提出採用「分散式社群代理員程式」系統外 在數位通訊以及社群對話能力、擷取溝通訊息、轉化成自己的概念知識，用以適 應環境做出回應，即以「原始資料」紀錄資訊；以「概念知識」創造共識；以「概 念記憶」監督管理，企圖解決設計營造協同作業的溝通問題。 1-2 研究目標研究目標研究目標研究目標 本研究針對建築營造專案長久的特性─多專業跨領域合作，共同執行一個 計畫。不但專業分工繁雜綿密，各專業的專業知識也越來越專精，個別專業團隊 之間鮮少有使用相同的知識。因此，在合作過程中，常見的現象是，團隊之間溝 通有限，大部分的情形都是單獨團隊的作業，告一段落後再交給下一個團隊。這 種接力賽式的共事模式，並不真正發生合作的人力加乘作用(Kalay, 1999)。 近年來，隨著經濟的快速發展，促使都會區域發展更為集中，連帶的效應 造成都會型的建築物不斷挑戰更高、更特殊的建築物。如此不斷地技術追求，意 味著越來越多的專業要繼續加入，專業領域的種類也不斷擴增。專案管理由於專 業複雜度的增加而呈指數型增加。因此，建築設計的合作過程中，如何做好合作 溝通，又能兼顧管理成本的支出，將成為嚴峻的挑戰。
建築設計領域中，有關合作式設計的相關研究，大都已經發覺類似的溝通 難題，所提出的解決對策也大致相同，大都指出在合作過程中，專業知識的相互 傳遞與協商，讓團員間先在行動上逐漸產生默契，在慢慢地擴展到專業知識的共 享，分享共識 (share understanding)(Valkenburg, 1998; Kleinsmann, 2008)，如此就 有機會，相互協同作業，互補互助，完成人力、智慧、團隊能力等加倍的效果。 因此，如何能讓合作團員相互理解，消弭歧見，就成為大部分相關研究主要的研 究目標。 綜合上述，本研究之研究目標為，依據合作式設計系統模型推理，擬定適 用於實際案例之「分散式合作設計營造系統」，作為促進合作團員相互理解，消 弭歧見的輔助溝通工具。企圖在資料傳遞方面，由系統所提供的功能，提升資訊 往返的頻率。同時提供各種媒材的資訊，增加認知速度，誘導團隊成員，主動溝 通，提升創造共識的機率。 此外，這樣的分散式合作系統，更能透過分散式概念知識的傳遞協助熟悉 其他專業知識以及利用系統預測歧異認知的視覺警示機制，事先建立好溝通管道 有效制止誤會的蔓延。如此即可在設計知識層級上發揮促進溝通之功能，也能藉 由學習機制降低傳統資料庫處理資訊的負擔。 1-3 研究方法與步驟研究方法與步驟研究方法與步驟研究方法與步驟
近半世紀以來 的設計 運算與電腦輔 助建築 設計(CAD aided architecture design, CAAD) 之相關研究，其中歷經三個主要階段，由電腦輔助設計繪圖到專 家/智慧系統輔助設計再到合作式設計等。電腦輔助建築設計的發展由初期單純 探討如何利用電腦產生測繪與繪圖的研究，主要著重於電腦圖學理論與技術發 展；其次，結合心理學、認知心理學等社會學科理論，探討個別設計師的思考行 為，試圖建立設計專家的思考模式，進而研究如何利用電腦模擬專家的設計知 識；最後，近年來因應複雜設計需求而產生的多元專業設計團隊協同作業，這時 期則著重於如何利用數位運算的輔助來增進溝通與強化合作等研究。這些相關的 研究已經有相當豐富的成果，同時也逐步開始解決許多實務上的問題。縱觀這些 研究，電腦輔助建築設計領域明顯受到電腦輔助設計技術的發展、設計知識的專 家系統的研發以及網路溝通技術由簡而繁的演變之影響，發展出符合當今高複雜 性之設計營造的協同作業之需求。 本研究主要著重於分散式合作設計系統應用於設計營造協同作業之溝通議 題，尤其針對專案合作團隊之成員，來自各個不同專業與不同地域時，其合作模 式不只是面對面的會議討論，將參雜不同時同地區、同時不同地區以及不同時不 同地區等非同步溝通模式。為了解決分散且非同步溝通問題。本研究將廣泛回顧
電腦輔助建築設計相關文獻，以及設計數位資訊模型之相關研究，探討建築設計 與運算理論之相關文獻，並綜觀有關網路科技支援建築設計、營造等之協同作業 之相關研究與影響，分散式電腦輔助協同設計營造作業的方向。除對建築設計與 運算在理論架構上做較全面性的整理與探究外，並提出本文主要研究主題─如何 利用分散式資訊技術建立合作式設計營造系統，其次提出本文之研究方法與步 驟，並說明如何擬定系統雛型、運用實際設計營造合作案例一的資料進行系統雛 型評估、擬定系統評估準則並說明如何經由評估發現的謬誤修正系統雛型，接 著，再利用實際設計營造合作案例二的資料進行系統檢核，經最後修正後成為正 式系統。 本論文的主要章節安排如下：第二章主要基於主/從架構溝通系統、網頁基 礎溝通運算環境、代理員程式技術輔助之溝通系統等三大方面進行文獻回顧。第 三章則進入系統模型的推導，同樣採用主/從架構溝通系統、網頁基礎溝通運算 環境、代理員程式技術輔助之溝通系統等作為主要三大分類依據，探討各類型模 式的優缺點；並推導「分散式社群合作設計運算單元架構」，作為建立本研究溝 通系統的雛型架構。 第 四 章 則 基 於 系 統 雛 型 架 構 ， 深 入 分 析 各 種 不 同 的 分 散 式 資 料 模 型 (distributed data model)，進而了解分散式溝通環境在資料層級上所要面臨的考 驗，同時提出明確的解決對策，作為分散式設計營造協同作業系統的主要資料模 型。 第五章則採用由第四章利用 aJax 軟體編程技術實作的系統，應用於兩個建 築營造的實際案例，加以分析討論。首先以案例一的資料說明系統之資料輸入/ 輸出的程序，同時檢驗各專業成員如何利用分散式設計營造協同作業系統，分析 異質資料傳遞效能，是否能夠面對建築設計營造協同作業過程中的挑戰，有效提 升設計「異質資料」之處理效能以及分析「概念知識」的能否促進分享共識等兩 大主要問題。經由分析結果顯示，雖然資料挖掘技術確實能呈現資料的相關性。 然而由於案例一的資料產生時並未加入傳遞溝通資訊，資料來源係由人工整理方 式逐筆輸入資料庫再利用系統分析判斷，使得資訊的關聯運算結果與資料本身的 屬性稍有不符的情況。因此，針對資料本身，以加注大量的屬性訊息，模擬系統 資料溝通過程中所產生的結果，修正資料傳遞模型。並分析修正模型之系統應用 情形。 最後，第六章綜合本研究系統應用分析之結果，敘明系統應用性之優、劣， 同時，指出系統之主要貢獻以及後續研究方向─協同作業過程之「概念知識」， 如何更清楚突顯與驗證其所隱含的價值。
第二章
第二章
第二章
第二章、
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、 先前研究
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先前研究
先前研究
先前研究
回顧人類發展史，共經歷兩次重大的變革：工業革命與資訊革命，這兩次 的大變革都起因於機器─蒸汽機與電腦。以對人類生活的影響力而言，資訊革命 時期所發明的電腦絕不亞於工業革命時期出現的蒸汽機。蒸汽機對人類所產生的 影響主要有兩方面：首先是交通革命，不但連通各國東西南北以及各個城市，快 速轉運生產所需要的人員與原物料，擴大經濟規模；其次是生產革命，將當時最 重要的紡織工業，從原有的耗時費工的手工藝，變成省時省力的機械工業生產， 大量高品質的快速生產，急速降低產品價格。 不同於蒸汽機時代，當今資訊技術的研究與發展，對人類生活的影響則是 更全面性，首先，藉由電腦的輔助，有效縮短了人與人間的實際距離。目前，我 們不僅僅靠發明更快速的交通工具來縮短實體距離的移動時間，更憑藉人類資訊 科技的研究，尤其是利用網際網路等資訊技術產生數位溝通平台，更有效地縮短 人與人的溝通距離。同時，生產力的再提升，而這次並非只是再提升機器製造的 能力與速度，而是憑藉電腦的高運算能力與遠距溝通平台，以及人工智慧等資訊 技術，解構、推理與轉換專家知識，建立起數位專家知識網絡，在世界各地快速 的傳遞適切的生產知識，讓低成本的生產地區能藉由高設計能力的生產知識來補 足其生產品質，從此我們所處的世界已經是平的了，我們正式進入國際統合競爭 的時代。 以建築設計領域的發展而言，我們也能清楚察覺到資訊科技對建築設計營 造產業的實質影響。不但在早期將我們設計呈現的媒材全部翻新。更進一步地能 讓我們有機會逐步探討設計本質與運算的關係(Akin, 1993)。茲針對本研究相關 文獻回顧如下： 2.1 電腦輔助建築設計電腦輔助建築設計電腦輔助建築設計電腦輔助建築設計 電腦輔助設計(CAD)的研究與發展已經超過半個世紀，在各個領域中均造成 非常大的影響，回顧電腦輔助設計的發展，不但能讓我們清楚了解過去幾個重要 里程碑，更能描繪出未來的發展方向。最早的電腦輔助圖形設計系統出現於 1950 年代中葉，由美國空軍發展的空戰防衛系統，稱之為「半自動地理環境」(semi automatic ground environment, SAGE)。以電腦科技應用於建築工業而言，則較晚於其他產業，而最初的 CAD 工具 也是因應機械產業與航空產業的需求而發展與應用，直到 60 年代後期電腦科技
才出現幾個重要的建築應用與可能的需求。然而早期的 CAD 工具並非針對建築 設計專業的需求而設計，並且發展 CAD 工具的設計師並沒有建築設計知識。這 些一般性功能導向的 CAD 工具僅能視為簡單繪圖工具。
早期 CAAD 整合系統出現於 70 年代後期，由少數政府機關發起針對建築設 計規範與營建資訊的需求，結合專業電腦工程師設計出整合建築營造專業系統。 典型的案例有 OXSYS 系統(Hoskins, 1977)，專為建造 Oxford 醫院設計的營造整 合系統以及發展於愛丁堡的 SSHA 建築設計系統(Bijl et al., 1979)。這些大型的整 合設計系統，為滿足特定建築設計與獨特的營建工法的需求量身訂製，開啟了建 築工業在 CAAD 的專業應用。由於特定的目標與需求，加上當時的電腦設備仍 屬少數人的工具，因此這些系統只能停留在少數政府機關或研究單位的應用層 面，未能普及。
作業模擬(performance simulation)與系統分析(system analysis)的應用，開啟 於建築科技的發展與營建技術的研究與發展。1980 年代因為出現較低成本的電 腦工作站(workstation)，並搭載高運算效能的 UNIX 作業系統，許多數值分析的 相關研究大量使用電腦作為運算的工具。同時，營建工業的工程師也成功地利用 這些數學運算式預測建築物的物理特徵，進而模擬建築整體效能。如建築與環境 熱能的流動與保持，此在寒帶地區的建築設計相當重要。另一個重要的分析模擬 的應用則為建築物的自然光與照明的研究，同樣先建立照明的數學模式再利用電 腦進行模擬(Clarke, 1985)。然而，建築中非科學的設計部分，由於無法利用數學 模式描述，也就無法利用相同的分析模式，模擬設計過程。 專家系統(expert system)也在 80 年代隨著電腦成本逐漸降低與資訊科技的 演進而浮現。專家系統結合許多設計評論知識與設計生成法則，成為整合的建築 設計模型。這個新型態的設計應用，主要來自於學校的研究成果，如卡內基大學 運用專家系統程式技術、使用者介面知識與資料庫程式技術整合(Rehak, 1985)並 整合建築設計環境(Schmitt, 1990)之應用。專家系統的發展主要受到人工智慧研 究領域的影響，主要目標希望發展出具有設計專家的智慧系統，能模擬人類解決 設計問題。此以知識為基礎的設計系統，主要將設計視為一個「設計空間」(design space)，而設計問題的求解就是在設計空間中尋找(search)可能的解答。由於人工 智慧的研究成果中，針對人的設計知識與行為仍屬初步階段，設計專家的知識又 不易取得，且所謂專家知識的認定也相當分歧，同時專家知識無法涵蓋所有設計 問題只能侷限於知識本身的設計領域，無法像設計師一樣針對截然不同的設計問 題，其評判標準與設計行為能有明顯的差異(Luger and Stubblefield, 1999)。
案例基礎推理系統(case-based reasoning system, CBS)在 90 年代初期以專家 系統為基礎，進一步發展出以專家知識判斷為基礎的案例索引系統(Kolodner,
1993)。藉由設計案例與專家的分類法則，系統適時提供設計者遭遇設計問題時 相關的設計案例，透過案例資訊的提供，希望能協助設計者引發相關設計的解決 方案。案例基礎推理系統主要仰賴案例資料庫的內容與其分類(索引)準則，其中 資料庫的內容收集不易，致使提供的建議案例無法切合設計問題，同時設計案例 很難描述設計過程，使得設計者無法推理設計過程中設計問題的解決方案 (Akin ,2002)。其次，大部分案例的分類(索引)準則尚未獲得設計師的認同，依然 難有效模擬設計師對設計問題的認知與關聯(Luger and Stubblefield, 1999)。
3D 圖形模型(graphic modeling)與彩現(rendering)系統，無疑是 90 年代後期 建築營造 CAAD 工具發展最重要的里程碑。許多商業的繪圖軟體如 AutoCAD, MicroStation, MiniCAD, ArchiCAD, 3Dmax 以及 formZ 等都具有實體尺寸與相片 式擬真彩現模擬的繪圖能力。藉由這些 3DCAD 工具中繪製立體電腦模型的功 能，設計師能完全展現不同細膩程度的設計概念，呈現傳統 2D 圖形與實體草模 無法呈現的擬真情境(Tan et al., 2001)。同時，3D 圖形模型與彩現系統也逐漸應 用在營建建造流程的模擬作業，取代傳統平面 2D 的剖面圖，以實際尺寸與空間 定位，檢測各種可能的空間衝突，讓不同工種的設備在實際安裝前即可準確模 擬。此外，工程排程的 3D 模擬，可取代長久以來難以理解的 CPM 文字與概念 性圖表(Clayton et al., 2002)。 多媒體(multimedia)的建築呈現，為建築師展現建築設計的另一個有利的工 具。90 年代後期，使用 3D 立體模型並配合多媒體呈現建築設計已廣被建築師所 接受，不但有利於與建築營造專業團隊成員間的溝通，並共有利於與非專業的業 主溝通(Coyne, 1995)。在大尺度的都市規劃模擬中，3D 立體模型與多媒體資訊 豐富了都市尺度的設計知識與呈現，讓複雜的空間關係擬真呈現(Dave and Schmitt, 1995)。
虛擬實境(virtual reality)與虛擬環境(virtual environment)之應用，虛擬環境是 以電腦虛擬的技術創造而成的環境。透過頭戴設備或全域顯示設備如 CAVE 等， 能讓使用者彷彿身歷其境的感受，而輔以其他回饋式裝置更能與虛擬環境的內容 互動，加強使用者對設計目標的認知。透過虛擬環境的模擬，建築營造的專業知 識能以更實際更擬真的形式呈現與他人溝通 (Whyte, 2000; Maher, 1999)。然而， 目前的 3DCAD 工具並無法直接支援虛擬實境的內容與互動機制的製作，使得在 建築營造的應用實力仍大多處於學校的研究階段，產業的應用實例則仍屬初期發 展階段。 基於以上的回顧，可以了解到早期的建築領域中電腦輔助設計(CAAD)系統 的發展，由文字與語意的輔助設計而後持續發展出數值分析、作業模擬與系統分 析、專家系統、案例基礎推理系統、3D 圖形模型與彩現系統、多媒體(multimedia)
的建築呈現以及虛擬實境與虛擬環境的模擬與呈現等，大多著重於個人設計過程 的輔助與設計成果的呈現，少有針對群體合作模式發展出相對應的輔助溝通與設 計工具(Peng, 2001)。 2.2 設計數位資訊模型設計數位資訊模型設計數位資訊模型設計數位資訊模型 半個多世紀以來有關建築設計的研究非常多，各有許多不同面向的設計模 型甚至設計理論被提出。這些設計模型與理論大多支持「設計可被視為一種作業」 (design as a task)或「設計可被視為一種程序」(design as a process)，其中將設計 視為「解決問題的程序」(design as problem solving process) 最廣受討論與研究 (Alexander, 1964; Archer, 1970; Bijl, 1987; Chandrasekaran, 1990; Maher, 1990)。
當設計可以被視為一連串問題的發掘與解決的交互過程時，設計需求本身 就有機會被定義出「設計問題空間」(problem space)與符合設計需求之「設計目 標空間」(goal space)，如此便可進一步利用資訊技術加以尋求解決(Simon, 1969)。Simon 更清楚指出以「設計尋找法則」(search in design)作為資訊技術解 決設計問題；換句話說設計是從問題空間到設計目標空間之尋找過程 (design as search process from problem space to goal space)。
除了認知將設計行為視為尋找目標的問題解決過程外，Macher (1990) 之研 究希望能探討設計的求解過程，人類是如何運用設計師知識與策略來尋求設計問 題與解答；該研究利用人工智慧的相關技術以及配合 Simon (1969) 提出之設計 尋找法則等方法，提供了解「設計是求解問題的過程」一個的新方向─以當時資 訊 科 技 發 展 較 完 整 的 專 家 系 統 技 術 之 「 規 則 為 基 礎 之 推 理 法 」 (case-based reasoning methodogy)，作為基礎發展技術，讓設計師不單只是認知行為上了解設 計過程與求解策略，而是實際提供作為設計求解的實質法則模型，即為解構 (decomposition)、案例推理 (case-based reasoning) 以及轉換 (transformation) 等 三大模型，相對應的圖示詳見圖 2.1, 圖 2.2 以及圖 2.3。至此開拓了資訊技術在 建築設計理論研究領域中，三個重要理論模型。分別說明如下：
圖 2.1 解構模型 (decomposition model, from Maher, 1999) 設計 i 設計序 1 i i 1 設計 頥 i i 選 形變
圖 2.2 案例推理模型 (case-based reasoning model, from Maher, 1999)
型 1 H 1 型 2 H 2 型 H 型 1 RH 1 型 2 RH 2 型 RH 取 取 取
圖 2.3 轉換模型(transformation model, from Maher, 1999) (1) 解構模型解構模型解構模型解構模型(decomposition model) 以解構模型探討設計問題應屬應用最為普遍的選擇，有許多成功的案例顯 示將複雜設計問題與規範，以層級方式加以解構成平行層級與垂直層級的小問題 (Netinant et al., 2001)，藉以簡化設計問題的目標空間，有效地讓合作團隊成員專 注自己負責的層級問題，加速解決方案的搜尋。層級的規劃原則乃依據各層的「功 能」與「介面」是否異同而定，概念結構圖詳如圖 2.4，上層的介面系由下層來 實作，在各自階層中能獨立發展，同時又層層連結相互關聯，最後能達成總體目 標。層級式解構法能有效地切割各層級的複雜關聯，讓設計發展者真正能專注於 自己的知識範圍，依靠層級間的介面相互串連溝通，在資訊科技發展過程中，早 已 廣 為 運 用 ， 如 運 用 於 網 路 堆 疊 通 訊 協 定 等 相 關 複 雜 通 訊 之 研 究 (Dijkstra,
1968)。因此，建築設計相關研究也逐漸熟悉解構的分析方法(Akin, 1993; Ho, 2001)，利用設計問題的解構策略(design problem decomposition strategies)來探討 專家與生手在不同策略運用下，尋找設計結果(design solution search strategies)的 策略之異同。
圖 2.4 層級解構法概念結構圖 (layering decomposition approach) update from (Netinant et al., 2001) 然而，層級化解構複雜問題同樣引發層級間常見的缺點；如介面複雜，此 等溝通介面的維護有可能成為系統新的難題，因為介面誤差導致溝通延遲甚至誤 解的情況。尤其在建築設計營造合作專案中，不同專業間無法理解各自貢獻的設 計知識，介面設計誤差是其主要原因之一(Valkenburg, 1998)。 因此，Kalay (2001) 研究中指出，建築設計營造專案中不同專業如建築師與 結構工程師之間常存在的專業相互牽制的溝通難題，即屬層級介面溝通問題。建 築師的設計層級目標常與結構技師的物理結構問題相互抵觸，往往不容易分享共 識 (share understanding)，Kalay 更進一步指出，這些誤解的產生不單是不同專業 的看法(the nature of reference)所造成，更有複雜系統經由層級化後，層級間各自 的系統參照(multi-frame-reference)不同，完全取決於決策者採用自身區域利益或 站在整體觀立場，而會有迥然不同的決策方向。因此，是否能有解決這些專業領 域、區域層級以及整體系統溝通問題的介面。讓合作團隊成員間除能突顯各自不 同的專業外，同時也能讓專案整體目標清楚呈現，以增強共識，是重要的研究議 題。
(2) 案例推理模型案例推理模型案例推理模型案例推理模型 (case-based reasoning model)
生設計的方法模型。這種推理方法著重於成功且能移植於適用的案例收集工作， 較不直接採用一般性的設計知識。此模型先前的相關研究也很多(Kolodner, 1993; Akin, 2002; Flemming, 1994)。 Flemmin (1994) SEED 計畫，以案例推理為基礎，利用系統程式產生出設計 後會回存到系統資料庫內，作為將來可以參閱的設計案例。而做設計的時候，回 答系統詢問如基地條件、樓高、面寬、臨馬路之路寬等類別問題，則系統會依照 內容計算與資料庫中的案例比對後之相似度指標，符合使用者期望的相似案例將 會以平面圖與文字內容顯示，供作設計參考。
Dzeng and Lee (2004)為解決營造公司與現場工程人員的訓練問題：提出讓 新進人員 (較孰知電腦操作，而相對較無實際工程經驗者) 以及舊有的工程夥伴 (非常熟知工地事務與豐富工程經驗，但較無電腦操作的相關知識者) ，都能以 工程慣用的方式，即利用先前工程知識 (經驗) 來針對新的工程問題作推理，進 而獲得工程新知識或新的工程經驗。研究指出傳統工程規劃與時程管控作業，每 家營造公司都有自己文化下的標準作業流程，包括作業程序手冊、國家相關法規 與施行細則以及大量的電子檔案如 Word、Excel 及 MsProject 等專案管理檔案。 研究顯示，這些資料除生產資料者清楚以外，其他人實在很難理解更無從參考。 因此，常見的現象是所有的人經常對同一份資料重複生產。甚或發生無資料可參 考的窘境。因此，Dzeng 提出以綜合規則推理與案例為基礎的複合式推理系統 (schedule coach)，系統架構圖、規則基礎推理程序圖以及案例基礎推理程序圖詳 如圖 2.5、圖 2.6 及圖 2.7。
Dzeng 的研究指出 Schedule coach 系統之主要優點在於，其複合式推理系統 乃藉由規則與案例資料的推理，可以有效地找出現場規劃與時程管控人員的潛在 錯誤。該系統的規則與案例資料來源係參考政府法規、工程規劃顧問公司專家的 訪談資料以及實地記錄三個工地的操作資料。其研究所提出的兩個推理程序 (rule-based and case-based reasoning)，經由營造專案之實際資料模擬測試結果， 確實能夠正確檢核出潛在操作錯誤，同時系統具有容易更新規則與案例的使用者 介面等優點。 此外，Schedule coach 之所以能檢核潛在錯誤，主要的依據基礎在於管理人 員日常的專案報表，並不增加原有工作內容，同時推理系統的使用介面能激勵使 用者免去翻閱大量手冊的沉重負擔，能較有效鼓勵現場管理人員隨時補充新的工 程知識。另外，系統依據專家知識與政府法令規則與實際案例推理的建議，能符 合目前工程特性，同時藉由系統的建議，明顯減輕管理人員檢核作業的工作負擔。
圖 2.5 複合式推理系統架構圖 (from Dzeng and Lee,2004)
圖 2.6 規 則 基 礎 推 理 程 序 圖 (from Dzeng and Lee, 2004)
圖 2.7 案 例 基 礎 推 理 程 序 圖 (from Dzeng and Lee ,2004)
整合上述研究結果，設計案例推理模型解決設計問題，首先必須要有一個 適切的先前案例資料庫或規則資料庫用以檢核與推理。這類問題與一般性資料庫 的維護問題一樣，已經困擾資訊工程研究領域很久了，不論資料庫的資料面向 (aspect of data) 為何，屬於循序資料或是較符合自然資訊特性的物件導向資料， 此二種者資料庫的維護始終需要大量人力與物力。
其次，設計案例推理模型應用的難題，源自於設計專家知識與西洋棋的專 業知識或醫學問診知識不同，設計知識並非定義良好的規則(design is ill-defined knowledge)，不容易產生制式規則滿足整體案例一體適用。同時，同前所述之「解 構難題」，各自對專業知識的認知不同(the nature of reference)，解讀更難有共識， 因此不易對設計專業知識有一致的擷取與分類標準。因此，要建立完善的設計專 業知識庫作為規則基礎推理引擎，頗具挑戰性。 (3) 轉換模型轉換模型轉換模型轉換模型 (transformation model) 設計轉換模型即依據初期設計需求轉換為設計成果的方法模型。在轉換過 程中，如何產生轉換成為首要問題。以資訊科技來輔助設計轉換，主要有三種方 法，即形的文法、規則基礎推理以及專家系統等。
Stiny (1980) 提出「形與形的文法」(shape grammar) 作為設計轉換所依循的 創作模型。以形的文法作為轉換模型的設計，係將設計當成一般文字創作，採用 語言慣用的文法概念，將抽象概念化為文字般的文法規則，再用這些規則自動產 生設計創作。 就設計實作而言，以文法規則(grammar rule)作為設計的轉換機制，與利用 規則基礎推理法 (rule-based resoning) 來產生設計，其二者的設計運算方式十分 相似(Maher, 1990)。同時規則基礎推理法也是設計轉換模型常用的運算法則之 一。理由很單純，當某類的設計知識能夠有效被解構成一條一條明確的規則後， 即 可 完 成 一 個 既 精 簡 又 十 分 有 效 的 規 則 基 礎 設 計 系 統 (rule-based design system)。使用者甚至不需要有任何相關知識，經由簡單的介面引導即可獲得系 統的建議，進而完成設計結果。最常見的例子，即為購屋的決策擬定輔助系統， 由於各家房屋銷售公司均能列舉尋找理想房舍的思考規則，如單位面積的售價、 區段、屋齡、居住成員等等，這類的系統己足以商業化了。 如果將上述的設計知識規則經由專家的知識轉化而來，將規則變為專業知 識，再配合系統的智慧搜尋機制─啟發法或近似法(heuristic and approximate methods)，即成為 1980 年代，資訊科技領域最活躍也最重要的研究議題：專家 系統 (expert system)。
2.3 網路科技支援建築設計營造之協同作業網路科技支援建築設計營造之協同作業網路科技支援建築設計營造之協同作業網路科技支援建築設計營造之協同作業
自 1971 年由 Ray Tomlinson 發明 Email 應用(Zakon, 2002)以來，網際網路 的技術即不斷地迅速發展。目前，網際網路的技術發展與變革，在各主要產業均 造成極大的震撼與影響。相同的情況，建築工業尤其受到網路資訊存取技術的影 響，明顯改變了建築設計資訊的傳遞模式與建築工程的營運與管理。早期網際網
路在營建工業的相關應用，大多為建築師將設計作品或供應商將材料型錄等資 料，由原來公司內部資料庫的資料，有限度地開放網路存取，提供線上查閱等簡 單的資料陳列(Padjen, 1997; Coyne et al., 2001)。
隨著網路資訊科技的進步與發展，營建工業在網際網路的應用已經由簡單 的資料陳列，轉變為資訊管理與增進溝通的平台。愈來愈多建築專案相關的設計 與營建資料，直接建置在企業內部的網路 (extranet) 上，業主與所有專案的參與 者均能依照個人的需求，透過網際網路直接存取專案資料 (Mays, 1998)。有別於 傳統企業內封閉的資料庫，網路化的專案資料庫主要的差異在於網路專案資料庫 是該專案設計、營造過程的總和，其中除了最後的設計與建造成果資料外，更重 要的是過程中各種衝突與妥協、問題與解決方案等相關資訊的紀錄。專案完成 後，這些營造過程的資料庫，不但能成為建物與設備管理之重要基礎資訊，更可 以提供未來營運發展之重要參考依據 (Clayton et al., 1999)。 此外，建築輔助設計 (CAAD) 工具也逐漸網路化 (Regli, 1997)。原本散處 各地的建築文件能透過網路資訊科技相互連結，利用 VRML 或 Java3D 等網路 3D 模型描述語言，能將專案的圖形資料以三度空間的資料格式分發於網路上， 提供專案成員直接在網路上與設計內容與建造程序互動，以利即時溝通。不同於 製作成本高的虛擬環境技術，程式語言 Java 提供網路合作式設計環境的互動機 制，藉由 Java 豐富的網路技術開發套件 (API) 能有效降低網路合作式設計環境 的開發成本。 由於網路擁有大量開放的資訊，這些資訊當中包括文字、圖像以及多媒體 等，持續不斷地迅速增加，使得網路上的相關資訊已逐漸成為建築設計知識的重 要來源之一(Ehrhardt and Gross, 2000)。建築營造專業設計師與工程師不但經常利 用網路資訊作為設計、分析等知識獲取的主要來源。學校教導設計的老師也同時 注意到網路在輔助設計教育方面的潛能(Montagu and Bermudez, 1998)。網路在建 築輔助設計領域的應用大致可分為兩類，首先是以網路作溝通雙方之資料交換平 台，其次為網路是提供自我學習機制的虛擬設計工作室(Mitchell, 1995)。藉由網 路的媒介，不但設計師之間可以交換設計知識與經驗，設計師與其他建築專業甚 至業主也都可以交換需求與設計概念彼此相互溝通(Kvan, 2001)。 網路在設計教學的應用上，主要是提供學生或設計師一個強有力的搜尋與 參考工具，網路上豐富的設計文件與多媒體的互動能力能有效鼓勵學生學習活 動，使得學習者不再被動地接受資訊或設計知識，而是能以更積極探索的方式自 我學習。因此，以網路為基礎的建築設計資料庫，不再是傳統資料庫或建築設計 作品集只提供單向的資料查詢，而是設計知識的記憶集合，不但補足個人記憶的 限制，進一步提供自我學習機制，協助產生設計概念，成為設計師與虛擬設計記
憶互動的虛擬設計工作室(Leglise, 2001)。 2.4 分分分分散式電腦輔助協同設計營造作業散式電腦輔助協同設計營造作業散式電腦輔助協同設計營造作業散式電腦輔助協同設計營造作業 建築營造專案之設計過程往往需要各種不同專業領域的組織或專家居間協 同合作，這種現象雖然是業界常態，然而因應全球化競爭愈來愈激烈以及專業分 工越來越細的趨勢，舊有專案常見的合作關係屬於單一水平合作關係─業主與建 築師，以及單一垂直合作關係─建築師與工程師(結構技師等)，已無法充分滿足 業主需求。因此，建築師在這種合作型態中扮演設計營造統籌角色，其中係以建 築師為首的內部團隊來滿足外部業主的需求。此種組織與單一組織(或公司)服務 市場需求的型態較為相似，稱為「集中型合作組織」。 企業組織的改變，舊有的合作方式必然要隨之調整，「分散型合作組織」將 會逐漸取代原有「集中型合作組織」。不同於以往，分散型合作組織將更趨向自 然社會的鬆散組織型態，由於專業、地域、生活習慣與文化等因素差異，都將成 為分散型合作組織中潛在溝通障礙的放大因子(Kvan, 2000; Kalay, 2001)。 然而，世界經濟體正快速扁平化，強烈的全球化競爭下，國內建築營造市 場明顯出現國外來的競爭者。相同地，國內的企業廠商也將全球視為發展場域， 不再侷限於國內市場。這樣的影響促使組織形態與成員方式都起了決定性變化。 由原來的文化相似度高且合作穩定的夥伴以及實體位置上相對較近的服務距 離，轉變成為因應專案位置的不同，組織內部的成員將有部分由當地的專家與工 程人員來取代，因此，文化差異大且從未合作過的工作夥伴以及實體位置上相對 較遠的服務距離，都將成為未來主要的建築營造組織方式。毫無疑問，建築工作 屬社會文化產業，建築師都想蓋出能凸顯當地人文與社會氛圍的代表性作品。然 而如果專案地點與統籌建築師距離太遠，文化與習慣迥異，當地法規與建築技術 落差等，都會是明顯阻礙組織合作與專案成功的關鍵問題，執行這樣的建築專案 必然會遇到不少該建築師未曾經歷的難題 (Fussell et al., 2000)。 當前重要的電腦科技發展，除了上節所述的網路發展與應用之外，另一個 同等重要且愈來愈受重視的發展，應屬分散式人工智慧(distributed artificial Intelligence, DAI) 的發展成果，而不同以往專家系統的是，分散式人工智慧的研 究係依據社會組織型態的典範並採用「解構模型」，將複雜問題適度拆解分散給 網路系統中各個不同專業知識庫的單元來合作解決問題。 有關分散式合作設計的研究大多集中於資訊科技領域─分散式人工智慧 (DAI)。分散式人工智慧源自於資訊科技領域─人工智慧(artificial intelligence)， 主要係採用社會組織型態的典範來探討針對複雜問題如何依據分散(不同個體
entities)的智慧協同作業，進而合作發展「分散式解決方案」(distributed solution)。 近年來分散式人工智慧的相關研究正快速增加當中，根據 Parker (2008) 初步調 查結果顯示，2003 年以來每年最少有 700 的相關研究，並逐年增加至近 1000 篇 的研究報告，與 2002 年之前每年均未超過 300 篇的研究比較，有相當明顯的差 異，顯見「分散式人工智慧」之發展與成果已受到普遍重視的趨勢，並非仍楚於 初期嚐試研究階段，近年來分散式人工智慧之研究發展統計圖則詳見圖 2.8。
圖 2.8 DAI 近年來研究發展統計圖 (from Paraker, 2008）
圖 2.9 分散式合作之知識庫架構圖 (from Kondratova and Goldfarb, 2004) 此外，經濟的快數發展，建築物的規模愈來愈大，單一建築專案的投入成 本也急速攀升。為因應大型且複雜的建築專案，經常發現的問題是當地的建築團 隊也已經無法單獨勝任，越來越多的建設案以當地的建設公司為基礎結合跨國專
業設計團隊的特殊專長，以相互協同作業方式來共同完成。這樣分散式的協同作 業模式有其專業分工的優勢，然而，也同時產生複雜的管理問題。因此如何利用 電腦科技－數位運算的輔助來增進溝通與強化合作等研究，實為目前分散式協同 作業最需解決的課題。因此 Kondratova and Goldfarb (2004) 則針對不同專業(業 者、老師、學生等) 提出分散式知識庫的系統架構，企圖解決分散合作團隊中專 業落差的問題，其架構圖詳見圖 2.9。 分散式人工智慧的基本構想來自於希望電腦科技能更真實地模擬人類社會 的生活型態，讓分散式人工智慧擁有人類群體組織的記憶與學習模式，藉由分散 運算元之間的相互合作，達到輔助人類解決繁雜問題之目的。其中，尤其是電腦 科技所引發資訊過載 (information overload) 的問題，希望能由電腦新科技來解 決(Bradshaw, 1997)。 近 5 年來，以分散式人工智慧基礎的應用系統逐漸躍居資訊科技之主要研 究領域之一。不但已成為獨立發展領域－人工智慧之主要研究發展議題，更成為 目前最重要的軟體技術。分散式人工智慧之所以能如此受到廣泛的注意，網際網 路的分散式運算環境、大量的分散資訊急待處理以及成熟的分散式運算物件技 術，如 CORBA 等是主要原因 (Luck and d'Inverno, 2001)。
如同近半個多世紀發展的人工智慧研究，分散式人工智慧研究中之「智慧 運算單元」(intelligent entity)發展至今已經非常多元，主要的有，擁有基礎知識 的軟體 (knowledge-based sofeware)、代理人程式 (software agent)、機器人 (robot) 以及智慧型偵測器 (smart sensor)等等，經由多個單元獲得指派，擁有共同問題 目標 (global goal) 後，各個單元依據自己的區域目標 (local goal) 獨自推理演 譯，再透過相互溝通的協同作業，進而協助使用者解決問題。分散式人工智慧所 具備的主要特性為：「自動化」、「學習性」與「溝通、合作能力」。 首先，自動化能力，係指分散式人工智慧技術可以根據管理者的行為選擇 較佳的運作模式，而不需要使用者介入；其次學習性則是「智慧運算單元」擁有 部分能力能從其他「智慧運算單元」學習自己所欠缺的知識與經驗 (記憶)，或 者由使用者指定的新法則，來改變自己原有的行為；最後，合作能力係指「智慧 運算單元」擁有尋找其他「運算單元」的能力，彼此溝通、相互影響，並能要求 或接受共同解決問題的能力。 利用分散式人工智慧技術來呈現與管理知識，是近年來人工智慧研究領域 最主要研究議題。經由許多不同實作方法的探討與研究，分散式人工智慧技術之 代理人程式為基礎 (software agent-based) 的群組溝通支援系統，確實得以滿足 各類合作型態的需求(Peng, 2001)。隨著網路與行動通訊技術的快速發展，代理
人程式技術也隨著不斷精進。使得代理人程式成為一個理想的協同作業過程中重 要的成員(Brazier et al., 2001)。 分散式人工智慧與設計領域相關的研究中，相較於資訊科學領域則較為保 守，有關「智慧運算單元」的研究則多專注於「代理人程式」之建構機制(agent’s ontology)，大多探討該單元如何擁有設計資訊、如何呈現設計知識以及如何自動 解決部分設計問題的能力 (Brazier et al., 2001)。而代理人程式之間則著重於如何 解決合作過程中溝通協調等社會性議題 (Findler and Elder, 1995)。以鋼結構協同 設計為例(Aunmba et al., 2002)，結構設計規範(context)即為定義代理人程式建構 機制與代理人程式之間協商策略的依據，如此不但將大量的建築桿件結構拆解成 單一構件之代理人程式，更能透過代理人程式之間協商快速獲得求解。因此，代 理人程式運算架構非常適合用以建構分散環境的協同設計作業系統(Aunmba et al., 2002; Han and Zukerman, 1997; Nolan et al., 2001; Rosenman and Wang, 2001)。 代理人程式更能輔助資訊收集，於建築設計過程中常需要參考大量資訊， 以協助設計決策的擬定，如設計前期於建築材料的選定；建造工法的選擇與設備 資源的可及性等等。面對日益繁雜的資訊，設計者如何有效取得資訊，加速設計 決策擬定，實為建築營造協同作業之一大挑戰。因此，針對建物材料型錄，Richard Coyne 提出企業內網路產品型錄助理系統(PLAid system)原型，目的藉由網際網 路的搜尋所得的建材資訊，作為設計決策參考資料庫。此外，此計畫仍嘗試連結 CAD 圖形資料內的物件，以網路超連結(hyper-link)的方式，連結到網路產品資 料庫，成為具有網路意識(network-aware)的 CAD 工具(Coyne et al., 2001)。以網 路資訊技術角度而言，已經有許多研究指出，以網路超連結(Hyper-link)作為網路 多媒體資料庫之基本單元，建立資訊非線性的關聯，不但消弭資料格式紛雜無法 納入單一資料庫的困難，更有助於網路資料之整合與應用(Clayton et al., 2002; Coyne et al., 2001)。 利用代理人程式技術輔助管理設計案例資料庫，非常類似案例基礎推理系 統的發展，藉由學習設計專家對設計案例的分類法則，代理人程式能在日後設計 師遭遇相關設計問題時，適時提供設計者相關的設計案例，透過案例資訊的提 供，協助設計者引發相關設計的解決方案。以代理人程式為基礎之案例基礎推理 系統，主要仰賴設計團隊自己的設計案例，累積資料庫的內容，克服案例資料庫 內容收集不易的困難。此外，擬定設計團隊之分類(索引)準則，交由代理人程式 作為案例的基礎知識，同時藉由代理人程式的學習能力，隨時加入新的分類準 則，以改變代理人程式先前的行為，如此即可克服案例難描述的困難。以 google 為首的網路搜尋技術即為此類的研究成果。 代理人程式輔助設計團隊之溝通協調，在電子商務(e-commerce)應用領域中
代理人程式扮演自動買賣協商角色，已經有許多成功應用實例 (Nwana et al., 1998)。相對地，在建築營造協同作業相關領域，其應用仍屬少數。Shih and Chang (2002) 提出以角色代理人為基礎之分散式設計環境架構，該架構主要利用分散 式代理人程式運算（agent-based computing）技術，實作系統代理人程式，同時 以目標基礎腳本作為代理人程式基礎設計知識，用以建構協同作業之角色代理人 設計環境，系統架構如圖 2.9。系統主要分為「控制層」、「角色扮演參與設計層」、 「溝通服務層」以及「設計資料層」等四層：控制層主要擬定合作設計之目標基 礎腳本，作為各個角色之行為準則，提供合作設計之基本共識，建立有效的合作 機制；角色扮演參與設計層則分別為設計者(Human agent)實際參與設計以及設計 角色代理人一起互動，協助設計，同時使用設計知識代理人紀錄設計過程；透過 溝通服務將設計知識交給設計知識代理人，作為設計案例資料並儲存於設計資料 層。
綜合以上研究結果，與 Arentze and Timermans (2003) 嘗試利用代理人程式 技術，輔助都市規劃之研究之結論相近。這些研究共同指出，如何充分利用資訊 技術的分散運算智慧能解決複雜的建築營造問題，在當今設計營造產業的專業營 運特性下，實為重要的研究方向。
第三章
第三章
第三章
第三章、
、
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、 分散式社群合作設計營造系統分析與模型建構
分散式社群合作設計營造系統分析與模型建構
分散式社群合作設計營造系統分析與模型建構
分散式社群合作設計營造系統分析與模型建構
近代設計運算(design computation, DC)與電腦輔助建築設計(CAD aided architecture design, CAAD) 之相關研究，大致可往前追朔至 1950 年代初期。至 今歷經三個主要階段，首先，只為了滿足單純繪圖需求所產生「電腦輔助設計」 的繪圖應用；其次，當電腦運算器的運算能力不斷快速成長，人們企圖將人類部 分的思考方式移植到電腦應用領域，進而發展出「專家系統」輔助設計，企圖由 個人建立的設計法則交由電腦依據預設情境協助設計師解決部分設計問題；最 後，由於電腦等運算設備的成本不斷下降同時網際網路基礎建設高度普及到每一 個個人，讓遠距合作式設計運算成為可能。 電腦輔助建築設計的發展，由初期單純探討如何利用電腦產生測繪與繪圖 的研究，主要著重於電腦圖學理論與技術發展；其次，結合心理學、認知心理學 等社會學科理論，探討個別設計師的思考行為，試圖建立設計專家的思考模式， 進而研究如何利用電腦模擬專家的設計知識；最後，近年來因應複雜設計需求而 產生的多元專業設計團隊協同作業，這時期則著重於如何利用數位運算的輔助來 增進溝通與強化合作等研究。這些相關的研究已經有相當豐富的成果，同時也逐 步開始解決許多實務上的問題。 縱觀這些研究，電腦輔助建築設計領域明顯受到電腦輔助設計技術的發 展、設計知識的專家系統的研發以及網路溝通技術由簡而繁的演變之影響，發展 出符合當今高複雜性之設計營造的協同作業需求。 為擬定分散式合作設計營造系統，本研究分別採用以主從架構為基礎的合 作式設計、以網站資訊技術為基礎的設計營造系統以及分散式合作設計系統等三 個系統模型作為研究基礎，逐一分析各個模型的優缺點，最後推導出本研究的系 統雛形。 3.1 以主從架構為基礎的合作式設計系統模型以主從架構為基礎的合作式設計系統模型以主從架構為基礎的合作式設計系統模型以主從架構為基礎的合作式設計系統模型 由於早期關聯式資料與主從架構型態之封閉式網路系統等資訊工程的發 展，連同影響了合作式設計系統的演變，其初期的發展即以主從架構為基礎。 3.1.1 合作設計系統中合作設計系統中合作設計系統中合作設計系統中，，，，不同階段之合作行為不同階段之合作行為不同階段之合作行為不同階段之合作行為 大多的研究均支持「設計可被視為一種作業」(design as a task) 或「設計可 被視為一種程序」(design as a process)。其中將設計視為「解決問題的程序」(design
