研究所作品集 by Cheng-Han Lee

即時城市 - 人與環境的動態調節器 Real Time City - The Dynamic Regulator of People and Environment 關鍵字 / 環境數據感測、智慧城市、互動設計學生 / 李承翰設計指導老師 / 鄭泰昇教授研究指導老師 / 林子平教授

Keywords/ Environmental Data Sensing、Smart City、Interactive design Student/ Lee,Cheng-Han Design Adviser/ Jeng, Tay-Sheng Professor Research Adviser/ Lin,Tzu-Ping Professor

本設計論文以台南市作為設計切入，思考台南城市在都市發展的過程後，要如何因應上述的環境和活動因子劇烈變化所帶來的影響，參考〈TAINAN

2024 新世紀台南文創大道行動論壇〉以及〈2017 台灣設計展 Taiwan Design EXPO〉的規劃方向，以成大舊圖書館 K 館作為主場館作為台南文創大道的起

點為起點，串聯「三城」( 大學城、府城、熱蘭遮城 )，讓設計融入臺南古城

生活，透過動態及靜態展覽活動規劃 , 讓遊客體驗臺南的巷弄意境與生活美學的概念，為實現城市即博物館、城市即展場的願景。

其中以的大學城和府城區選則特定幾個都市空間作為主要設計嘗試的基

地，研究其都市函構及物理環境的疊圖分析，置入可對這些因子產生變化的動態裝置，嘗試融入都市的基礎建設之中，這些裝置形成人和都市之間的新介

面，設計人們和這些介面的互動方式，思考更永續、更人性化、更具創造性的未來都市生活模式。

This paper takes on the design issue of Tainan City, discussing how to

cope with the dramatic impacts of the changes in both the environment and the activity factor of the city, after undergoing its urban development. Using the planning directions of <Tainan 2024. Tainan Cultural Creative

Boulevard Action Forum>,and <2017 Taiwan Design Expo> as references,

considering the NCKU Reading Hall as the starting point of the Tainan Cultural Creative Boulevard, connecting with the "Three Cities" (University City, Old

Castle Town, Zeelandia), allowing the design to be integrated into the local

lifestyle.Through the planning of dynamic and static exhibitions, visitors can experience the alleys of Tainan and the aesthetics of the city’s lifestyle, to achieve the vision of “The City is museums, the City is exhibitions”.

By observing the mapping of urban contexts and physical environments of

the selected urban spaces in University City and Old Castle Town as the main

design bases, I install the dynamic devices that can react to the environment factors, and can be integrated into the city infrastructures.These devices form

a new interface between the people and the city, creating a new form of interaction, allowing us to rethink of a more sustainable, more humane, more 2

creative future urban lifestyle.

Fig.01

人與環境的觀察和動態裝置的研究

一、都市微環境觀察自然環境對於都市活動的影響非常大，要創造良好的都市活動首先要創造舒適的戶外環境。而影響戶外環境最直接的就是日照和通風的因子，研究初步先以自身經驗觀察都市環境，決定以台南作為主要研究基地。再來觀察整體台南市的都市熱島現象分佈圖，尋找都市環境較差的區域進行設計，並且對於台南市的風場環境進行觀察，試著思考都市環境的風場環境提出改善策略。

二、都市活動策略進一步思考台南市可能發生的都市活動，蒐集過去進行的台南活動分析資料，繪製台南市古蹟和歷史建築分佈、開放空間分佈、行人散步路徑圖。並思考在未來即將在台南舉辦的 2017 台灣設計展 Taiwan Design EXPO 可能的活動場域進行規劃，參考倫敦設計節 The London Design Festival 規劃，在城市中置入藝術或科技裝置，策劃一系列的藝術活動，尋找在台南的幾個場域置入互動裝置，改變對都市開放空間的舊有觀念，試著創造出新的都市空間場域。三、空間場域原型主要設計基地區域選定於都市熱島現象較嚴重之區域與在都市風場必須感善的建築密集區域，置入裝置改善微環境。並且選擇於台南都市軸線的周邊區域，試著解決都市自然環境的問題，同時串連整個台南都市歷史與未來發展。

接著對都市空間場域進行形態上的分析，參考 2004 台南好望角計畫後的後續使用後評估的研究資料（以台南市好望角計畫為例 , 2010 , 林敬哲），對都市場域進行分類，分別區分為市區巷弄、交通節點、大型開放空間三種空間性質，並分別置入街屋遮簷、街道招牌、步道空間、停留站點、活動單元、大型空間，六種類別的裝置原型。六種裝置原型一找不同地點的特性對都市的光、氣流、濕度、聲音進行反應，同時呼應地表層的都市活動，提供遮陽、照明；導風、阻隔廢氣、；遮雨；隔音、反射聲音，或是提供街道傢俱或著都市資訊的反應，調整都市空間的環境品質，試著帶出以往帶出只在建築內部的活動，銜接到都市空間之中。四、互動介面單元對於互動裝置接受資訊 > 分析判斷 > 反應回饋，的流程進行研究和實作，初步先以光元素作為主要的研究方向，以 Arduino ™ Uno 微電腦晶片及光敏電阻進行實作光追蹤裝置，理解真實環境互動機制的流程，並搭配 3D Printer 幫助實作產出。

資訊的導入部分配合 Autodesk ™ Revit ™、Dynamo ™等軟體模擬真實環境的資訊輸入和產生反應，同時設計互動裝置的單元、機械結構、資料處理及反應。設計過程中需要進行軟體介面的資訊轉換，操作 Rhinoceros ™ 、 Grasshopper ™ 、Hummingbird ™等軟體和外掛對 Autodesk ™ Revit ™、 Dynamo ™ 進行資料轉換和設計操作。

Fig.01_ 人與環境的介面：人與環境間一直互相作用和影響，在城市中置入一層人和環境的互動介面，讓都市中的人們意識到環境的變化，反思人為活動對於環境的影響的明顯。

Fig.02_ 台南市的都市熱島現象分佈圖 : 觀察發現都市中較多人工設施的地方或較少遮蔽的地方有較嚴重的都市熱島現象。（資料參考以 Landsat-7 ETM 遙測影像推演的都市冷島強度 , 楊懷恩、顏啟峯 ,2012) Fig.03_ 台南市的風場環境圖：觀察發現在密集的量體配置區域，空氣流動的機率較低，並因為台南市的都市紋理呈現南北走向，故風向為南北風時有較佳的風場環境。（資料參考 LCEA 風廊道模擬結果：黃信橋 ,2014) Fig.04_ 台南都市軸線與區域串連：以台南市安平的「熱蘭遮城」、舊市區的「府城」和成功大學的「大學城」為三個核心區域，串連周遭的歷史建築與開放空間，規劃出一條台南過去到未來發展的軸線。（資料參考 TAINAN 2024 新世紀台南文創大道行動論壇） Fig.05_ 設計原型型態分類：在不同區域置入不同性質的原型，回應不同地點的需求。 Fig.06_ 裝置單元設計：實驗裝置單元，並以軟體模擬物理環境資訊的輸入和輸出流程，並以微電腦晶片控制裝置運作。

Fig.02

Fig.03

Fig.04

Street Awning

Signboard

Sidewalk

Stay Point

Movable Unit

Stage

Fig.05

Fig.06

都市微環境觀察

在煩亂密集的都市之中，建築物

範圍增加到整個台南市區，進一

停留的地方，也就是所謂的「正空

等因素，來探討日照過強、熱島效

間形成的中庭或廣場時常是人們聚集間」，如何塑造都市中的這些正空間成為現代都市中很重要的課題，為了探討如何形成讓人聚集停留的都市空間，所以選擇以微型的都市空間作為觀察的範圍，選定以台南市成功大

學大學城作為觀察的對象，主要觀察戶外的自然環境因子日照、溫度、

濕度，測量工具以相機和魚眼鏡頭的觀察測量天空可視率 SVF (sky view

factor)，再以溫濕度測量計測量環境

步觀察都市的日照、溫度、風場環境應、都市風廊和風的街谷現象等都市現象，運用這些資料加以疊圖比較，尋找急需解決環境問題的基地。並利用都市風場的分析圖，在都市熱島現象嚴重的區域，尋找利用自然導引的方式解決都市過熱和空氣污染物停滯於都市的問題。而經過文獻整理和回顧過後，解決台南都市問題可以有幾種做法可以進行。

的溫度、濕度。

遮蔭遮雨考量 :

影響人體冷熱感覺的變數有氣

2. 街道及街角需設置連續帶狀的遮陽

溫、濕度、週壁溫度或輻射、風速、人體代謝量、著衣量，而以戶外觀察情況來說，對於同一人，溫濕度、風速的差異不大故影響人體的情況較

小，而有無日照輻射對於人體來說變

1. 增加都市遮陽面積

環境，以確保活動過程皆能有舒適的環境

3. 大型廣場等大型空間需增加遮陽面積，讓整體廣場活動能分佈的更自由

得影響很大。增加戶外環境遮蔽設

通風環境考量 :

能提供較舒適的戶外環境，人也會因

元素（招牌、街屋遮陽等凸出物）試

施，降低 SVF 值（較高遮蔽程度）此停留，活動也會因此增加。

減少都市的風流阻礙，以現有的環境著讓都市風場氣流分佈的更平衡

都市環境中因人口聚集，同一時

Fig.07_ 觀察點之時間、溫濕度、天

端的環境衝擊，再加上傳統建築的材

Fig.08_ 台南都市熱島現象分佈圖 -

間大量的熱和廢氣同時排出，造成極料和工法使得熱量蓄積，都市中人工建築物與不透水層鋪面加重惡化都市內的空氣流通與水循環系統，建築量體間排列的方式也讓空氣流通困難，種種因素加乘的後果使得自然環境失去原本調節的功能，相對地又增加空調設備的能源損耗，形成惡性循環。

空可視率、周圍環景照

舊台南市區為例（數據資料提供：

成功大學建築研究所林子平老師 BC Lab）

Fig.09_ 台南市的都市熱島現象分佈圖 - 台南市區為例（資料參考以

Landsat-7 ETM 遙測影像推演的都市冷島強度 , 楊懷恩、顏啟峯 ,2012)

Fig.07

Fig.08

Fig.09

都市活動策略

未來城市

策展策略

未來的城市不只要能承受各種環

藉由〈2017 台灣設計展〉即將

於過去的城市也要設法相連結，城市

讓人意識到自然環境的變化和與自身

境的變化、各種使用需求的轉變，對是一個跨越時空，乘載都市人民和生活記憶的介面，新舊之間不同層次的疊加才會形成一個都市，要用我們的

在台南舉辦的這次的都市活動，希望的關係，並創造新的都市生活場域，並試著置入不一樣的都市理念。

智慧，以更有創造性的角度切入看待

微調城市：

更永續，和環境是互相協調的；更智

往往不可預測，都市計畫將會比以前

我們生存的場所。我認為城市應該要慧、更人性化，符合人們的需求；更有創造性，創造更多互動的場所，城市就應該是那樣。空間性質分佈對於台南市的古蹟、廟宇、歷史

城市不會靜止在那，城市的改變更多反覆進行的地方，計畫內容可時常更新，以反映社會、經濟與環境的變化，提供有歷史意義的巨量資料能夠讓我們知道下一輪規劃如何進行。軟性設計：

歸根就底，讓城市動起來的是人

建物、開放空間、活動路徑等進行分

在都市中置入軟性的設計，例如臨時

空間場域的認同範圍。

增加人與人更多互動的介面，隨時改

析，繪製出台南舊市區可能的活動及台南軸線參考 TAINAN 2024 新世紀台南文創大道行動論壇的論述，實現城市即博物館、城市即展場的願景，以成大校園為起點，串聯「三城」( 大學

城、府城、熱蘭遮城 )，以成大舊圖書館 K 館作為主場館作為台南文創

公園、流動餐車、農名市集等等 ... 變，重新設計城市。

Fig.10_ 台南市公共空間分佈 : 歷史建物、開放空間、活動路徑

Fig.11_ 不同的空間場域，因為週邊

不同的歷史建築獲開放空間所形成的都市紋理不同，居民生活在其中會產生不同的空間認同場域。

大道的起點，串連台南整個區域的歷

Fig.12_ 以策展作為媒介，劃新的都

何策劃城市空間的生活網路。

間溝通的管道，並塑造不通空間場域

史文化脈絡，進一步以設計來思考如

市生活型態，以新技術實質作為區域的特性置入設計，利用科技和藝術串連起整個城市，以達到更人性化、更

永續、更有創造性的城市。

Fig.10

Fig.11

Fig.12 Fig.01

互動介面單元

建築的定位

Fig.13_Al Bahar Towers 主要立

過去思考建築的方式都視之為獨

Responsive Facade / Aedas , 2012 ,

立的個體，在城市之中個別獨立，包覆著內部的生活；阻擋外部的活動，人們居住在一個個名為住宅的生活容器中，與世隔絕。我認為都市與建築不再是現代主義定位為「生活的機

器」，建築是活動的載體，建築是由人和環境所產生的，建築應該隨著人和環境的變化而跟著改變和適應，轉變成動態的調節器，調節著人們彼此跟環境的關係，建築本身要像生物一樣，能接受資訊，自動地分析判斷周圍的變化，進一步即時反應回饋。

研究各種裝置的機械運作方式，並探討如何和人產生互動，主要分為移動式、轉動式、伸展式、特殊材料

面及運作機制：Al Bahar Towers Abu Dhabi

Fig.14_ 移動式立面：Kiefer Technic

Showroom/ Steiermark , 2007, Austriar

Fig.15_ 依照不同的資料參數控制每

一諞的轉角：Hello Milllro / 葉佳奇 , 2012 , Taiwan

Fig.16_ 扭轉折版構造的運動機制：

LIGHTING RESPONSIVE ORIGAMI

FACADE / ROBERT.GARITA , 2013 , IAAC Spain

Fig.17_ 光追蹤裝置：撰寫程式輸入

微電腦晶片 Arduino ™ Uno 之中，並運用光敏電阻感測及伺服馬達驅動

變形式等等，一方面因應日照、溫

Fig.18_ 軟體模擬動態裝置：利用數

活動產生呼應，呈現有用的資訊或是

並搭配不同插件在形態模擬上的輔助

度、風速等等的自然因素，一方面對產生結構轉變而支應活動。

開始試著操作互動裝置接受資訊 > 分析判斷 > 反應回饋，的流程進行研究和實作，因都市之中影響環境最直接的因素是光和熱，本研究著重於光因子的追蹤探測及反應回饋，研

化的方式置入可變因進入構建之中，設計，可節省設計微調過程時間和的花費，後續藉由環境模擬的分析，

也能讓構建組構方式加具有邏輯性，本研究嘗試 BIM 概念搭配數位設計工具以建立比以往更自由的建築設計流程 .

究試著實際操作光追蹤裝置的反應判

設計操作流程：元件邏輯建立 > 元件

3D 列印技術實驗生產，並運用軟體

擬 > 模型結果輸出

斷程式撰寫及硬體的運動邏輯和運用進行設計及模擬，實際和建築技術結合。 10

實體模型 > 立模型建置 > 數控制模

Fig.13

Fig.14

Fig.15

Fig.16

Fig.17

Fig.18

Fig.19

Fig.20

Fig.21

Fig.22

Fig.19_ 基地選擇：運用都市熱島分佈和都市風廊機率圖，交叉比對出台南市都市環境品質較不良的區域，而進一步以台南都市紋理所產生的都市軸線，取決出作為都市品質和活動場域改善的空間實驗點。 Fig.20_ 區域性質：原台南測候所、台南火車站、舊 K 館廣場，三個不同的區域分別代表不同的空間性質，而所需面對的問題也有所不同。

Fig.21_ 環境場域關係：都市環境中分類出“光”、“氣”、“水”、“聲” 四類外在環境因子，分別對應三種都市空間性質，同時呼應地表層的都市活動，提供遮陽、照明、導風、阻隔廢氣、遮雨、隔音、反射聲音，或是提供街道傢俱或著都市資訊的反應，調整都市空間的環境品質，分別置入街屋遮簷、街道招牌、步道空間、停留站點、活動單元、大型空間，六種類別的裝置原型。

Fig.22_ 組構與介面單元：介面單元分成三層：微環境適應層、結構機電層、地面活動呼應層。微環境適應層對應著外在自然因素，提供遮陽、遮雨、導風、阻隔廢氣、隔音的功能；而對內地面活動呼應層提供都市照明、反射聲音、都市資訊、街道傢俱等 ... 功能；而中間結構層必須方便組裝拆卸，以便單元間的自由性，也需要有非使用時的收納功能。 13

Fig.24

Fig.23_1:1 單元實作：利用 3D Printer 印製組構零件，並運用 Arduino ™ Uno、光敏電阻、伺服馬達等，試著實際製作組構單元。 Fig.24_ 測試過程：不斷進行光敏電阻感測靈敏度、伺服馬達扭轉力量、輸入程式的驅動指數等 ... 的測試。 Fig.25_ 模擬模型：製作零件及測試選轉機制需模擬出真實情況，以便進行實際操作。 14

Fig.26_ 單元概念：以樹木能對自然產生反應的概念，取用自然界“葉子”作為單元的概念。 Fig.27_ 裝置生命週期：區分出裝置各部位的使用年限，預測未來更新時的情況。 Fig.28_ 循環經濟：現代的製造過程不再像以往的線性的製造至拋棄，而是依照不同的損耗程度進行適當的處理分類，重回製造者重新利用，或是自行製造維修，也像概念中的葉子一樣，枯萎掉落後重回樹木的營養。

Fig.25

Fig.29_ 設計及模擬：運用 Autodesk ™ Revit ™ 進行單元的製作及單元參數設定，再運用 Rhinoceros ™ 、Grasshopper ™ 、 Hummingbird ™ 等軟體進行單元放置和原型設計，再運用 Autodesk ™ Revit ™、Dynamo ™擷取太陽光線度和單元轉動機制，尋找最佳的遮蔽式，藉由單元網格向和太陽度向間的資料關係，尋找出因應不同時節太陽度的對應關係。

Fig.23

面料板材：1~2年鎖扣件：2~3年

單元結構：3~5年

機械組構：5~10年

主桁架結構：10~15年

Fig.26

Fig.27

Fig.28

Fig.29

Stage

Prototype 街屋遮簷

步道

Street Awning

遮陽：遮簷隨著陽光角度轉動，調整最佳的遮陽角度

Sidewa

導風：可偵測都市上空的風場方向，導引新鮮空氣進入地面層

對流：部分關閉的單元可讓氣流形成壓力差，讓特定樓層是內外空氣交換

街道除了供連

停留

街道招

Stay Po

Signboard

Fig.30

Fig.30_ 原型：以對自然環境因子進行反應回饋，並創造新都市生活場域的原始型態。 Fig.31_ 反應及回饋：六種不同的原型，產生對環境或都市活動的不同反應。一般招：招分割多個模矩化單元，統一管理招尺寸，每個單元提供個別照明，可依環境微調亮度

動態招：可依照地面活動個別產生轉動，使招不再只有一個面向

都市導流：不同於以往招造成都市風場的阻礙，動態單元可順著風向進行導引增加空氣流動，更新空氣．過強的風流也不用擔心招損壞的情形發生

阻長產設氣

壓力換

的阻導引的風發生

都市資

City Information

活動單元

步道空間

Movable Unit

Sidewalk

街道照明＆遮陽：除了增加街道的遮陽面積與頻率，也可提供連續的夜間照明，增加安全性

都市資：集中管理街道的標示系統和廣告資，並可依據都市週期性活動或和個人載具連線進行導航指引

停留站點

音響反射＆照明：廣場活動的聲音可藉由單元的反射而集中於單元下，單元也提供照明燈光給予不同性質活動不同的燈光強度

大型空間

Stay Point

阻隔噪音＆廢氣：長時間停留於一場所容易受都市活動所產生的噪音、廢氣、廢熱等污染物質影響，設法置入適當的阻隔空間，並導引上層空氣至下層，提升都市場所的品質

活動適應性：平時作為廣場上的休憩空間，有活動時依據活動的性質，利用廣場上的軌道和移動單元創造不同的場域

Stage

停留休憩：都市中停留的空間，提供都市公共運輸工具的等候空間，同時提供都市的即時資．

大範圍遮陽空間：廣場上部分活動需要大型半戶外空間，以活動單元分別組構所需的面積大小．

聲音擴散＆照明：內層反射板讓聲音有方向性的擴散，讓廣場上不同地方的活動品質都能保持一定．

Fig.31

Fig.32

Fig.32_ 在台南的都市巷弄間設置系統化的街屋遮簷及街道招牌，提供都市街道大量的遮蔽空間，並且減少都市風場的阻隔，風流不足時也可導引上層風流進入都市街谷中，改善通風溫度及空氣品質。

Fig.33_ 原台南測候所：氣象觀測中心，具歷史及實質意義，周邊眾多古蹟群，宗教、藝術。目標是創造出適合社區巷弄的都市空間，甚至特定時間定期封街，讓都市空間還給行人。

Fig.33

Fig.34

Fig.34_ 以在人潮眾多的交通節點，設置連續性的步道空間，並在一定距離間設置停留站點，提供都市運輸的站點（如公共單車系統），形成實質的都市網絡系統。

Fig.35_ 台南火車站：交通節點，人潮變化大，作為都市邊界需要整合的地點。目標是提供都市公共空間的遮蔽率，增加在都市移動的過程中的舒適度，而此地點在未來地下化後，必須即刻思考規劃的場域，藉此串連起都市被分隔的區域。

Fig.35

Fig.36

Fig.36_ 在大型廣場空間置入可移動的單元，自由組成不同空間性質所需的排列方式，提供都市資訊或校園資訊，活動產生時提供聲音集中反射，夜間也可提供照明。

Fig.37_ 舊 K 館廣場：位於大學城核心位置；文創大道起點，擁有場所歷史意義；未來 TaiwanEXPO、Smart Campus 核心場所。在此空間可進行大型演講或演唱會、綠色市集、園遊會、社同成果發表，平時也可提供學生課後休憩或周遭居民活動的空間。

Fig.37

Fig.38

Fig.39