國立成功大學建築學系 碩士論文
棚体 To shed on the hut
研究生 郭裔偉 指導教授 王明蘅、姚昭智
中華民國一百零三年一月
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國立成功大學建築研究所 碩士論文 中華民國一百零三年一月 研究生： 指導教授：
郭裔偉 王明蘅、姚昭智
棚体 摘要 歐洲 18 世紀 Marc-Antoine Laugier (1713-1769)以「原始棚架」(The Primitive Hut)做為建築的起源。本研究再次演繹此命題。重點不在歷史解 釋，而是「棚架」的另一種創作可能，乃致於可能產生另一種歷史路徑。 基本上即是以棚架陰影之線條現象作為圍塑空間之發想。 論文內容有三： 一、重想棚架：將物質性的線條與非物質性(如陰影)的線條轉化為創作素材 二、塑形方法：在設定範圍內將線條逐次以數列改變轉角，線條交錯後形成 交錯折線，再翻摺後成形。 三、設計運用：以成功大學理學大樓為對象，從單元分析、區帶分析收斂尺 寸、量體模擬決定形式後再將其形運用本研究之塑形方法，挑選線條或 為結構或為皮層，產生新的空間形式。 關鍵詞 原型、單子系統、參數操作、程序設計
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Submitted to the Department of Architecture, College of Planning & Design In partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of Architecture National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan January, 2014 By
Thesis Supervisor
Yi-Wei Kuo Ming-Hung Wang , George- C Yao
To shed on the hut Abstract
During the 18 th century in Europe Marc-Antoine Laugier (1713-1769) took The Primitive Hut as a prototype to rethink “What is the Origin in the western architecture”. This study try to make another Deduction of Origin in architecture . When redevelop the possibility of the “Origin”, might create another path of architecture history. In other words this study uses the liner phenomenon of hut its own shadow as a very first thought of making space. The thesis is divided into three sections .Section 1 is to analysis lines in both physical material and non- physical material for example: shadow. Section 2 Outline the rule of the bouncing line . Section 3 devoted to the understanding of the characteristics and limits of the line construction by simulating three building cases
Keywords Prototype ; uno-system ; Parameter ; Procedural form
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誌謝 謝謝
指導教授王明蘅老師在諸多觀念上的啟發以及論文發展過程的引導。
謝謝
評審老師蔡元良老師、吳光庭老師以及陳耀如老師在評圖時的鼓勵與期許。
謝謝
學長姐 耀如、政達、欣怡、珮君和大帥，於論文發展中給予的寶貴意見及協助。
謝謝
賴打、宗道、健洲、克修、符舜、Bob、泰哥、世鑫、龔哥、練哥、懋元、老賈、俞樸、晃哥、玫娟、 石頭、Judit、花花、阿金、承瀚 所有同窗，那段一同探索未知的日子裡，謝謝你們。
謝謝
舜文、欣瑜、博智、小又、浚祥、曉瑜，在我分身乏術之時的幫忙，特別謝謝舜文，也祝你留學順利。
謝謝
石昭永建築師及事務所同事，謝謝這兩年來的照顧，接下來的日子還請多多指教。
謝謝
親愛的爸媽 家人們，謝謝你們的支持與關愛。
謝謝
紹妍、紹橖，你們是最棒的。
謝謝
陳怡潔小姐，有妳真好。
2014 年 2 月 台南
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考試合格證明 英文摘要 中文摘要 誌謝 目錄
壹、重想棚架 ............................ 2 貳、塑形方法 ............................ 8 一、參數系統 .......................... 9 二、平面操作 .........................11 三、立體成型 .........................32 四、建築詮釋 .........................36 参、設計運用 .......................... 40 一、使用區劃 .........................41 二、單元分析 .........................42 三、區帶分析 .........................45 四、組合分析 .........................48 五、型塑量體 .........................49 六、棚架應用 .........................53 七、置入基地 .........................56 中文參考書目 ................................61 英文參考書目 ................................62 附錄 ...........................................63
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壹、重想棚架 這兩張圖傳達共同的訊息: 線條構成棚架由自然長成，畫面下方的廟宇 及草屋的量體由人為構成，兩張畫面中自然 的線條元素漸漸變成人為的實體元素，原始 印地安部落如此，印度廟宇亦如此，棚架與 房屋之間的關係，可重新詮釋為建築的另一 種起源，希望能產生新的建築類型。
圖 1 印度廟宇
圖 2 印地安原始草屋
(圖片來源：Hanuman Temple, India. photograph by Lorne Warburton http://photography.nationalgeographic.com/photog raphy/photo-of-the-day/hanuman-temple-india/)
(圖片來源：Mat-covered tipi of the Umatilla tribe, about 1900. Lee Moorhouse, Smithsonian Institution National Anthropological Archives)
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圖 3 是歐洲 18 世紀建築理論家 MarcAntoine Laugier 在他的著作<<建築論述>> (Essaisurl'Architecture)所提出「原始茅屋」 (Primitive Hut) 為建築最原始的形象，以理 性主義者重新對古典主義建築解釋，首次打 破當時希臘羅馬建築為權威的古典樣式，以 一種機能性的、理性的原形，再創新樣式。 但本文並非要再次解釋古典之建築樣式，而 是要效法 Laugier 理性的、抽象的面對當代 權威建築樣式，開發新建築之各種可能性。 圖 3 原始茅屋 (圖片來源：Primitive hut ,Marc-Antoine (Abbe) Laugier's Essay on Architecture)
從圖 4 中可以發現前述自然形成的棚架，被 開發成人造的棚架，而容納更多機能。
圖 4 印地安原始部落 (圖片來源 Yokuts arbor-shaded village of typical brush material.(Stephen Powers, Tribes of California))
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圖 5 圖 6 是樹林的照片可見自然中樹幹、樹 枝所交織而成的棚架，這些物質性的線條之 間圍塑出可被觸摸而界定出的實體空間。 這當光線至特定角度時，樹幹、樹枝投影於 地面形成陰影，相較於實體空間，無法被觸 摸的陰影線條可圍塑出非物質性的空間。 物質性的空間與非物質性的空間兩者開始對 話，進而產生了新的空間。
圖 5 林影一 (圖片來源：http://images.forwallpaper.com/files/images/6/6799/67994aa6/105486/natureautumn-forest-trees-sun-rays-light-shadows-foliage.jpg)
圖 6 林影二 (圖片來源：http://dejay181.deviantart.com/art/tree-shadows-64992493)
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圖 7 圖 8 為 2010 藝術團隊(Doug + Mike Starn on the Roof Big Bambú)在紐約大都會 博物館屋頂的作品，以大量竹子為材料進行 的創作，尺度夠大可以讓人進入其中或爬上 去，而其複雜的竹構架與其投影地面的陰影 所產生的空間對話，與自然樹林所形成的空 間對話相對複雜，以此開始本論文的研究。
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圖 7 竹影
圖 8 竹構藝術裝置
(圖片來源： http://www.dmstarn.com/big_bambu_met.html)
(圖片來源：Doug + Mike Starn on the Roof Big Bambu: "You Can't, You Don't, and You Won't Stop"The Metropolitan Museum of Art, April 27, 2010l)
圖 9 將地面上的陰影重新描繪而得到網 狀線條如圖 10，再將此網向左向右鏡射後， 向下折疊形成一棚架如圖 11，在光線照射 下，原非物質的陰影被轉化為物質性的棚 架，再投影出非物質的陰影，物質性空間與 非物質性空間的界線開始模糊，新的空間開 始出現。
圖 9 竹影描繪
圖 11 空間對話
圖 10 網狀線條
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貳、塑形方法 前述透過自然的；人造的、物質性的；非物質性的線
本章內容有四：
條發現了新的空間，本章將控制不同的參數進行系統
一、 參數系統
性的程序操作，以產生各種棚架空間。此實驗可瞭解 參數與棚架系統的操控關係，以及各種棚架的限制與 潛力。
二、 平面操作 三、 立體成型 四、 建築詮釋
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一、 參數系統 前述所發現之新的空間屬各別單一案件，本文以「程序設計」 的方法產生新的空間，「程序設計」是一種藉由次序性的操作 規則，讓結果自然成形的設計方法。 本方法之次序有四：
1.形狀/決定範圍 2.轉角方式/決定線條行進方式 3.數列/決定逐次轉角角度 4.開始與終止/決定起點及停止規則。
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1.形狀：本論文選擇相對幾何的五種形狀進行操作。 (①正方形、②黃金矩形、③四邊形、④圓形、⑤曲形) 2.轉角方式：本文以被旋轉的線為準以下一轉角為於 前一轉角之同側或異側為紀，有四種轉角方式如右圖： i 皆同側 ii 皆反側 iii 首次反側其餘同側 iv 首次同側其餘反側 3.數列：本文共選擇九種數列進行操作： 30、30+15、30+15n、15F、30+15F、30+7、30+7n、7F、30+7F
(n 代表第 n 次，F 代表費式數列 0,1,1,2,3,5,8,13…) 4.開始與終止：本文以形狀上任一點為起點，直到超 出形狀範圍即終止，再以終止點重新開始，直到回到原 點或線條開始重複即停止。圖 12 以顏色區隔每一循環直 到綠色開始重複黃色即停止，若圖形開始重複則以圓圈 為記，若圖形可繼續複雜則以黑色箭號為記，下方不同 顏色的數字代表每次轉折的線條數量。 45°
45° 60° 75°
60° 30°
75°
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45° 60° 30°
30°
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二、平面操作 1/20 形狀：正方形 轉角方式：i 皆同側 數列：共 9 種 終止：重複 5 個，複雜 4 個 結論：中等有效
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二、平面操作 2/20 形狀：長方形 轉角方式：i 皆同側 數列：共 9 種 終止：重複 3 個，複雜 6 個 結論：有效
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二、平面操作 3/20 形狀：四邊形 轉角方式：i 皆同側 數列：共 9 種 終止：重複 2 個，複雜 7 個 結論：有效
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二、平面操作 4/20 形狀：圓形 轉角方式：i 皆同側 數列：共 9 種 終止：重複 9 個，複雜 0 個 結論：無效
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二、平面操作 5/20 形狀：曲形 轉角方式：i 皆同側 數列：共 9 種 終止：重複 5 個，複雜 4 個 結論：中等有效
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二、平面操作 6/20 形狀：正方形 轉角方式：ii 皆反側 數列：共 9 種 終止：重複 2 個，複雜 7 個 結論：有效
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二、平面操作 7/20 形狀：長方形 轉角方式：ii 皆反側 數列：共 9 種 終止：重複 2 個，複雜 7 個 結論：有效
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二、平面操作 8/20 形狀：四邊形 轉角方式：ii 皆反側 數列：共 9 種 終止：重複 2 個，複雜 7 個 結論：有效
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二、平面操作 9/20 形狀：圓形 轉角方式：ii 皆反側 數列：共 9 種 終止：重複 8 個，複雜 1 個 結論：無效
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二、平面操作 10/20 形狀：曲形 轉角方式：ii 皆反側 數列：共 9 種 終止：重複 0 個，複雜 9 個 結論：有效
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二、平面操作 11/20 形狀：正方形 轉角方式：iii 首次反側其餘同側 數列：共 9 種 終止：重複 3 個，複雜 6 個 結論：有效
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二、平面操作 12/20 形狀：長方形 轉角方式：iii 首次反側其餘同側 數列：共 9 種 終止：重複 3 個，複雜 6 個 結論：有效
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二、平面操作 13/20 形狀：四邊形 轉角方式：iii 首次反側其餘同側 數列：共 9 種 終止：重複 1 個，複雜 8 個 結論：有效
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二、平面操作 14/20 形狀：圓形 轉角方式：iii 首次反側其餘同側 數列：共 9 種 終止：重複 6 個，複雜 3 個 結論：無效
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二、平面操作 15/20 形狀：曲形 轉角方式：iii 首次反側其餘同側 數列：共 9 種 終止：重複 0 個，複雜 9 個 結論：有效
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二、平面操作 16/20 形狀：正方形 轉角方式：iv 首次同側其餘反側 數列：共 9 種 終止：重複 9 個，複雜 0 個 結論：無效
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二、平面操作 17/20 形狀：長方形 轉角方式：iv 首次同側其餘反側 數列：共 9 種 終止：重複 8 個，複雜 1 個 結論：無效
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二、平面操作 18/20 形狀：四邊形 轉角方式：iv 首次同側其餘反側 數列：共 9 種 終止：重複 9 個，複雜 0 個 結論：無效
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二、平面操作 19/20 形狀：圓形 轉角方式：iv 首次同側其餘反側 數列：共 9 種 終止：重複 9 個，複雜 0 個 結論：無效
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二、平面操作 20/20 形狀：曲形 轉角方式：iv 首次同側其餘反側 數列：共 9 種 終止：重複 9 個，複雜 0 個 結論：無效
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平面操作結論 結果看來，參數中「轉角方式」較形狀及數列影響結果之有效程度較巨， 如下圖 右下角為「iv 首次同側其餘反側」之群組，結果大多為無效。
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三、立體成型
1/4
將佈滿線條之形狀平面，以展開圖 方式將線條延伸至邊界，再將展開 之面折回成體，因此所有的線條都 會延續至地面，右圖將示範三種政 方形立體成型過程，由左至右。
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三、立體成型
2/4
下圖示範長方形立體成型過程， 由左至右。
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三、立體成型 3/4 右圖示範兩種四邊形立體 成型過程，由左至右。
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三、立體成型 4/4 右圖示範圓形及曲形立體成型 過程，由上至下。
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四、建築詮釋 1/4 線條依規則所形成之體仍然是抽象之線條模型，各線條可獨立詮 釋為需承重之桿件或不需承重之分割線，其需承重之構造桿件若 不合理，如構造桿件過長或範圍內構造桿件太少，可應用相同規 則再次填入線條為第二層級，如右下圖為正方形之示範操作由左 至右，下方第三張圖中有三紅色曲折線條，即為第二層級線條。 再重複前一步驟，獨立詮釋各線條為結構桿件，或為分割線。
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四、建築詮釋 2/4 右圖為三角形之示範操作，由左至右。 下圖為四邊形之示範操作，由左至右。
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四、建築詮釋 3/4 右圖為長方形之示範操作，由左至右。 線條詮釋為結構桿件亦有各種不同斷面 的選擇，右圖示範正方形斷面及長方形 斷面兩種。
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四、建築詮釋 4/4 - 皮層詮釋 線條之間的皮層可詮釋為不透光的牆面分割線或 透光之窗戶窗框。以下透過幾個案例來說明：
方式 1：穿透沒有皮層，如北京國家體育場 方式 2：部分穿透部分有牆面，如 2010 上海世博 瑞典館。 方式 2：部分玻璃部分牆面，如蛇形藝廊 2002 方式 3：與結構無關，如巴塞隆納 00 大樓、法國 高等科技大學
圖 12 北京國家體育場
圖 13 2010 上海世博瑞典館
圖 14 蛇形藝廊 2002
Beijing_Stadium/ Herzog & de Meuron 圖片來源：(AP Photo/Robert F. Bukaty)http://www.boston.com/bigpictu re/2008/06/olympic_preparations.html
Sweden Pavilion for Shanghai World Expo 2010/ SWECO 圖片來源： http://en.wikipedia.org/wiki/Sweden_pav ilion_at_Expo_2010
圖 15 巴塞隆納 00 大樓 圖 16. 法國高等科技大學
serpentine gallery pavilion 2002 /Toyo Ito 圖片來源： http://www.serpentineg alleries.org/exhibitio ns-events/serpentinegallery-pavilion-2002toyo-ito-and-cecilbalmond-arup
Torre Diagonal Zero Zero ENSTA Palaiseau, France/ JB Lacoudre Barcelona, Spain – EMBA Architectures 圖片來源： 圖片來源： http://unconsciousexpressiohttp://www.archdaily.com/361956/enstans.wordpress.com/ jb-lacoudre-architectures/
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参、設計運用 國立成功大學理學教學大樓新建工程於 2013 年 9
共有 7 個部分：
月公開招標，預計新建之量體分為理學大樓與化
一、 使用區劃
學館兩部份。以理學教學大樓之空間需求做一次
二、 單元分析
完整操作，以顯示本方法如何運用：操作方法包 括：使用區劃、單元分析、區帶分析、組合分 析、型塑量體、棚架運用、置入基地。
三、 區帶分析 四、 組合分析 五、 型塑量體 六、 棚架應用 七、 置入基地
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一、使用區劃 依國立成功大學理學教學大樓新建工程工程 構想書的空間需求表對各空間進行空間分 組。 *
空間需求表 中，理學院與物理系規劃於同一 群組中。但本次操作為示範方法之可能性而 將物理系與理學院分為兩個群組。成為物理 系、化學系、理學院三個群組中，各群組中 再依使用區劃為三大分類：辦公室、教室/研 究室、實驗室，詳見右表。
*空間需求表詳附錄
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二、單元分析 1/3 單元分析是方法論中最重要的基礎工作，各種空 間所需要的大小皆不同，因此必須進行每一種空 間之尺寸研究。右圖為物理系單元分析之結果， 標註單位為公分。
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二、單元分析 2/3 尺寸研究並非在做室內設計，而是在測試尺寸的涵容 力，因此必須擺放家具及開放空間之合理性。下圖為 化學系單元分析之結果，標註單位為公分。
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二、單元分析 3/3 單元分析所得到的尺寸並非固定不可更改，而是依照 不同的環境，可進行適度的調整，但仍須在尺寸研究 後所得到的合理範圍內調整。下圖為理學院單元分析 之結果，標註單位為公分。
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三、區帶分析 1/3 在單元空間尺寸研究可容許範圍內，將區帶(寬 度)調整至小(7m)、中(9m)、大(16m)三種尺寸。 下圖為物理系區帶分析，標註單位為公分。
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三、區帶分析 2/3 在單元空間尺寸研究可容許範圍內，將區帶(寬 度)調整至小(7m)、中(9m)、大(16m)三種尺寸。 下圖為化學系區帶分析，標註單位為公分。
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三、區帶分析 3/3 在單元空間尺寸研究可容許範圍內，將區帶(寬 度)調整至小(7m)、中(9m)、大(16m)三種尺寸。 下圖為理學院區帶分析，標註單位為公分。
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四、組合分析 組合分析之目的在了解功能組合與尺寸配 合之關係，即各種尺寸之涵容性。將區帶 分析所得到結論：7m、9m、16m 進行組 合，得到總寬 19m(7+3+9)及 21m(9+5+7 or 16+5 or 9+12) 兩種寬度，必須注意此為 研究尺寸並非設計尺寸。
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五、型塑量體 1/4 以研究過的簡單幾何形將功能組合完成的各層 空間，進行再次的變形，重新安排合理的機能 安排，右圖為操作過程。
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五、型塑量體 2/4 物理系各層平面圖
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五、型塑量體 3/4 化學系各層平面圖
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五、型塑量體 4/4 理學院各層平面圖
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六、棚架應用-物理系 物理系棚架應用流程由左到右
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六、棚架應用-化學系 化學系棚架應用流程由左到右
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六、棚架應用-理學院 理學院棚架應用流程由左到右
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七、置入基地 下圖是基地位置圖，位於成功大學力行校區前 鋒路側，東側為古蹟，未來鐵路地下化後，西 側可能開發為高層集合住宅，此設計將串連中 山公園與力行校區的綠帶。
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七、置入基地-夜景模擬
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設計運用結論 方法應用在大跨距屋頂時必須有經驗的挑選轉角方式及
的線條，重複此動作直到合理，最後將線條轉化為需承
數列，線條佈滿形狀之後，再依設計者的結構知識挑選
重的結構桿件或不需承重的牆面分割或窗框，不同設計
其中過長的不合乎結構行為的部分，重新置入第二層級
者挑選線條的結果也大不相同。
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結尾 自然之中，樹冠之間的縫隙也如地上的樹影一樣，形 成非物質的線條，物質性的線條與非物質性的線條對 話產生的空間。
圖 18 白樺林冬季 Birch forest in winter in Fichtelgebirge, Bavaria. 圖片來源：http://www.fresher.ru/2011/02/02/luchshie-fotografii-national-geographic-za-yanvar-2011/
圖 17 物理系中庭模擬
圖 19 雨林樹頂 圖片來源：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/FRIM_canopy.JPG
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總結 本論文經過有限實驗後證實此方法論運用上是可被運用，當然實際運用 的細節，如結構的複雜性、營造上的問題，尚未在本論文中解決，仍有 發展空間。而後續研究，第一、因本方法遵循嚴謹方法，因此程式化相 對容易，可開發作應用程式，使本方法更容易被使用，而創造新的空間 形式。第二、參數系統可以再檢討、再開發。
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中文參考書目 1.
王明蘅編譯(2008)，J.T.Boekholt、A.P.Thijssen、P.J.M.Dinjens、N.John Habraken 原作， 《衍異：開放住宅的系統設計》，建築與文化出版社。
2.
王明蘅(2008)。《類型論》課程講義。國立成功大學建築系，臺南市。
3.
王明蘅(2009)。《環境形式分析》課程講義。國立成功大學建築系，臺南市。
4.
劉國滄(1998)。《折疊 : 一種空間的成形理論》。國立成功大學碩士論文，臺南市。
洪健洲(2010)。《單維場域或是糾纏算術》。國立成功大學碩士論文，臺南市。
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英文參考書目 1.
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2.
Antoine Quatremère de Quincy(1803),De l'architecture égyptienne considéré dans son origine, ses principes et ses goût et comparée sous les memes rapports à l'architecture grecque,Paris, Barrois
3.
Dell Upton (1987)America's Architectural Roots: Ethnic Groups that Built America .Wiley
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Escher, M. C. (1971) , The Graphic Work of M. C. Escher, Ballantine.
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Le Corbusier (1926) , Vers une architecture,Paris
6.
Leonardo Pisano Bigollo (Fibonacci)(1202),Liber Abaci, Pisa
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Laugia, Marc-Antoine.(1753), Essai sur l'architecture. Paris
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Joseph Rykwert(1981), On Adam's House in Paradise: The Idea of the Primitive Hut in Architectural History,Cambridge,Massachusetts,and London England,The MIT Press
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Joseph Rykwert(1998), The Dancing Column: On Order in Architecture, MIT Press
10. John Ruskin (1892),The poetry of architecture: or, The architecture of the nations of Europe considered in its association with natural scenery and national character , G. Allen, 11. John Ruskin (1849),The Seven Lamps of Architecture,London,Smithelder,and co,65 Cornhill 12. Toyo Ito, Cecil Balmond(2002) , Serpentine Gallery Pavilion 2002: Toyo Ito with ARUP, Telesco Web 全文完 棚体
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附錄 一、 空間需求表 二、 線体模型 三、 過程模型 四、 佈展過程 五、 口試過程
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附錄一 理學教學大樓空間需求表
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附錄二-線体模型 依立體成型方法所製作出的線体模型
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附錄三-過程模型 前一個未完成的題目所留下的過程模型 為探討當柱數量增加時是否可能產生新 的類型
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附錄四-佈展過程
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附錄五-口試過程
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自述
郭裔偉 2014 國立成功大學建築學系王明蘅教授研究室畢業 2007 國立成功大學建築學系畢業 2002 國立武陵中學畢業 1984 生於台灣台北 棚体
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