評 回饋式建築之結構形態控制
SHAPE CONTROL IN RESPONSIVE ARCHITECTURAL STRUCTURES
– CURRENT REASONS & CHALLENGES
Tristan d』Estrée Sterk
The School Of Interactive Arts & Technology, Simon Fraser University, Canada
1 論文摘要
控制建築結構的型態是建築與工程對於自然環境的延伸，即便是與環境相互協調。而這種建築知識必須建立在兩個易於瞭解的基礎之上：
l 對於現有的構造與施工知識必須能充分的應用於各種造型與結構的建立之上。
l 利用新思維，使參數化設計與控制設備能夠有更有效與創新的應用。
當 我們利用了各種不同領域的知識就便能夠使建築與工程提升到新的層次。結構型態的控制是改變建築外表的主要因素，但是對於建築師而言現有的結構技術與知識卻 無法有所突破。因此本研究嘗試建構一易於改變其建築結構之概念，並且評估其未來之可行性，使其能夠透過工程技術而加以實踐。
2 論文之主要論點
2.1 與環境互動的建築
建築的外型與結構會隨著使用者需求以及其環境地理與物理之因素而有所變化。而藉由建築之改變適應環境之改變，以求最小之建築負荷與材料需求。
2.2 可定義之結構系統
工程學的發達提供了許多結構與材料上的可能性，在建築結構中，藉由導入智慧型控制系統控制使結構能夠具有彈性之改變，進而影響建築外貌並對應其環境之改變。
3 本論文寫作策略
首先論述回饋式結構之興衰，而針對建築的永續發展與環境互動強調回饋式結構之優點，再以實際可供控制之模型說明其概念，最後提出未來之願景。
4 研究架構與步驟
4.1 建築形成
建築造型的掌握對於現今的建築操作中佔有很大的份量，所代表的是前衛的潮流，而現今的設計師發現，對於這種前衛的操作模式並無法實際與切合的應用在他們的建築結構之中。
理論所代表的是當代受到大多數人所認同之樣式與方法。在50年 代，系統理論影響了建築師對於世界的理解，其中最重要的便是建築師對於空間、結構及時間有了新的概念，他們認為，具有回饋效應的空間能夠使人與空間產生新 的交流。從簡單的模型中尋找到空間的新價值與意義，因此逐漸應用到建築之中，而這些動態機制也讓人之間開始產生了動態的關係。但在70年代中期，建築師為了表現其風格特色，回饋式系統便沒落於現代主義的潮流之中。80年代，回饋系統從建築設計中轉移到了工程領域。
在 工程領域當中開始出現了許多能具有「變化」與「適應環境」的結構系統。如，抑制器、壓電結構、可動之張力結構，而這些系統應用在航空、海洋或是其他應用， 而因形狀能得以控制，因此可變結構系統的概念開始應用在建築設計之中。建築的方法論是對於空間的內部或外部進行設計，而工程則是思考如何在系統之中運用其 特殊元素，引此工程領域所支持的設計方法，開始成為新建築類型的重要因素。
4.2 環境物理的因應之道
Charles Eastman在1972年 認為建築與人的關係是：「現代設計概念是依照人類活動所設計，不加以限制並且使環境支持他們」。而人類所導致的環境問題，讓建築師開始轉移這想法。建築設 計開始尋求如何使資源消耗達到最小，並且提供更長的生命週期。而回饋式建築系統給予了一個使用者活動與環境變動的一個解答。
對 於一棟公寓大廈，其通風、採光與溫度，都決定於其造型之上。傳統建築結構設計考量其環境影響的最大容許度，如地震、風壓、日曬。而回饋式建築利用系統管理 其可變之結構進而改變外觀，使其能夠隨環境因素改變而加以調整與適應。在風壓較強的時刻，藉由飛行動力學原理，改變建築立面角度與外形，減少風壓係數，使 風壓對於建築的影響減至最低，使建築物更加輕盈亦可減少建材的使用:在晴朗的冬天早晨藉由改變天花板的位置讓陽光能夠直射於室內，供給溫度；天花板高度的降低能夠縮小空氣的體積，減少維持溫度的能量損耗。因此回饋式建築所給予的是適時的反應環境的機制，避免過多建築材料浪費(用於體抗外力)，與其他能源之消耗，使建築與環境都能更夠擁有更長的生命週期。
4.3 模型實驗
4.3.1 結構
在實驗模型當中的回饋式結構系統特徵是：1.具有足夠並可控制的硬度、2.材料輕量化、3.模型可以進行不對稱之變形，因此以可動的張力結構為主要的設計概念。對於維持與改變回饋式結構系統的並不是力量，而是可調整的力量分佈的結構。產生改變行為的動作器則安置在容易察覺、理想地點與高效率之位置，這些取決於張力系統的的變化方式。
輕量化的結構能使建築有能力變形，在工程師的協助之下，開口部逐漸變輕，結構更加穩固，利用少量的材料與動作器便可產生變形，而室內得到了更大的跨距，使內部更加開放與透明。
為 了利用最少量的能量使結構更有效率的形變，因此利用張力結構將所有的拉伸力量聚集起來而設計出高效率的纜索系統。為了因應不同的外在變化因此使用不對稱的 結構做出可能的反應範圍，而利用制動器能連結這些不對稱幾何結構，並可其結構部分獨立變化，而最重要的是它能夠大大的減少不必要的傳播路徑。
4.3.2 原形
回 饋式結構應用於大廈型建築是十分重要的，除了對於內部應力外，必須抵抗來自環四面八方的外力，因此為了反應不同的外力情形，建築結構必須有足夠反應範圍， 而其範圍便是結構中能夠驅動的限制。下面運用一個簡單的例子來解釋這個實驗用的模型：我們的腿部在附載重量時便會較為緊繃而提供需要的剛性，而在行走時便 使部分肌肉放鬆或緊縮提供各種行走時需要的姿勢。
在模型當中包括了：傾斜的變動、伸展、鬆弛。這些機制在結構中不同的部位中出現提供了結構形變的自由度。因此控制這些機制便可使大廈容易產生不同的形狀並且反應不同的外力負荷。
4.4 未來應用與評估
在下列模型當中藉由管形的鋼性結構連結各制動器並並提供最基本的結構負載，藉由驅動制動器的伸縮而使結構隨著中心而大量的轉動。
5 本論文與設計專業之關係
5.1 論文優點與侷限
5.1.1 優點
本論文希望人類與環境的和諧提升至建築與環境互動，打破傳統的建築思維，嘗試以工程學知識與角度探討建築結構的未來性，使其建築能夠自由應對不同的環境變化，進而達到節省能源與建材使用，而達到永續利用。
5.1.2 侷限
回 饋式建築是種結構的形變，必定與各種工程學的應用是密不可分，而建築師理想中的結構並不一定存在，且無法保證其結構強度，因此這代表著工程仍然必須有突破 現況的目標，而建築師也必須對工程學有必定程度的瞭解，並且尋求最適當的控制方法，使結構能夠反映其所需，且合乎美感原則與使用者需求與感受。
5.2 與本身研究方向之啟發
研 究生之研究，首先必探討設計所為何事，如何正確點出問題點並尋求解決之道。對於數位建築，常常是淪落為建築造型之誇飾，虛華無實的外表，掩飾了建築的內涵 與本質。而在本論文中，可以重新審視「設計」之含意並且正確探討現今建築之問題點，更應廣泛瞭解新概念與技術，進而尋求新領域的開拓。
6 結論
靠~寫的太好了，我都不知道怎麼辦~ 對 於建築學而且，結構是最根本且重要的因素之一，而目前台灣的設計業界「建築設計」與「結構工程」是分開討論，可謂心物二元論乎？設築師們往往使用最保險且 瞭解的結構，並且咬文嚼字用虛幻無實的文字詮釋其「道理」。而當建築師有鎖新概念時，往往結構專業者也常常以「專業」之知識來應對，可謂了裹足不前，了無 新意。因此，成為優質的設計者必須吸收各領域的知識於一身，並融會貫通，才能創造出更多的可能性。
參考書目
1. 楊裕富／1995／設計論文寫作／雲林
2. 邱茂林／2005／透視智慧環境／建築情報季刊／台北
3. 邱茂林／2003／設計運算向度２／田園城市／台北
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