台灣女建築家學會

白千勺|「實」擬「虛」境—以材料真實性為主體的典範轉移

作者 : 白千勺 / 倫敦建築聯盟AA Design Research Lab 畢

日期 : 2018-08-01

說明: 
此篇文章為第524期《建築師》雜誌(2018年8月號)之「建築相對論」專欄第一部分,試以運算思維與材料物質性的觀點論述當代建築設計的面向;第二部分〈必要的冒險—突破邊界的設計研究〉則承接「實擬虛境」的概念,透過訪談Jenny Sabin,Anna Liu與李綠枝三位女性建築師,對照Jenny Sabin Studio, Tokin Liu 與大藏聯合建築師事務所三組長年累積的實驗性作品,探討以人、材料,及環境為本的設計研究,及這類設計方法在實務上成為常態的可能性。      
全文請見最下方pdf檔 (p.103-p.107)     

 
近二十年來,電腦科學與人工智慧呈指數性成長,透過多樣化的載體及應用,已全面滲透至我們的生活中,甚至改變了從日常社交到政治經濟等人類行為的脈動。建築這個向來發展遲緩的領域,還來不及跟上第四次工業革命的腳步前進,卻出現一種「向後退」的趨勢;當Rem Koolhaas 甫宣布2014年威尼斯雙年展的策展計畫,立即引來Patrik Schumacher的嚴厲抨擊,甚至在兩年後說出了:「關掉這個雙年展吧!」的評論[1]。Schumacher直指近幾屆的策展團隊,戴著人文關懷這種政治正確的假面具,保守地談論過去,而屏除了雙年展的重要任務:關注新世代建築與文明進程之間的辯證,以及傳遞一種揭示未來的宣言。

儘管Schumacher的極端言論,被視為少數前衛建築師們的曲高和寡,於此同時,全世界有一部分主流建築師正追隨著Zaha Hadid及Frank Gehry等事務所在上個世紀末研發出來的工作模式:以非線性幾何造型作為建築空間形式。建築史論家Mario Carpo 將這波90年代以降的設計潮流稱為『第一次數位轉型』(The 1st Digital Turn)。這是以曲線為主角的時代,其發展源自於建築師們對哲學家德勒茲 The Fold: Leibniz and the Baroque 一書的誤讀,正巧遇上Spline 曲線建模工具的崛起與盛行,讓這美麗的錯誤開啟了20年的風潮[2]

「數位工匠」—設計與生產的斷裂

第一次數位轉型,帶來五花八門的建築形式,搭配全球化資本消費市場,順勢將「建築商品化」帶向另一個極端。工程營造業者無疑是這波潮流的最大受益者。當電腦輔助設計與製造工具到位,從前被認為不可能建成的「紙上建築」紛紛成為營造技術創新突破的標竿。若我們將過去營造工法影響建築設計樣式稱為「形隨製造」(Form follows fabrication),對比之下當今最先進的建築外殼曲面營造,則是營造工法服膺於樣式—「製造隨形」 (Fabrication follows form)。技術的精進讓「製造隨形」遂成為一種常態的建築生產模式,從設計到製造的過程得以被步驟化及專業分工,卻也造成設計思考與營造實務兩個端點之間嚴重的斷裂。「數位工匠」即是一個極端的例子。

「數位工匠」泛指將自由曲線建築從概念到落實的推手,他們透過電腦輔助設計CAD軟體的應用,將任意的連續曲面幾何造型合理化、可製造化。以數位工具重建高第的圖紙,大幅縮短聖家堂工期的Mark Burry及其團隊,用數學與機械手臂完成了高第的美夢,可說是數位工匠的先驅。另一著名案例是Frank Gehry的Gehry Technology,事務所不僅自備數位工匠,甚至內建科技專業團隊量身打造Digital Project軟體。服務於建築大師的數位工匠畢竟是少數,然而數位工匠之所以仍有廣大市場需求,乃拜曲線建模軟體的普遍化及其簡易的圖形功能介面所賜。圖形介面讓建築師得以在短時間內,生產無數個造型草案並彩現影像,這種在虛擬環境中以視覺為主導的設計模擬,很難同時考慮製造的細節,更遑論建造任意曲面的複雜度了。「數位工匠」這門專業的形成,讓建築師們順理成章地將實質化(materialise)的疑難雜症分包出去,因而更專心的在虛擬場域裡創作。從此設計與實質化的過程分家,是為設計與生產的斷裂。

連續性—從「空間感」到「空間質感」

回歸空間本質的探討,在這技術精進的歷史時刻,我們要問的是,新型態的建築空間之於人的身體感官,創造出怎樣的新意涵、啟發了什麼可能性?在「第一次數位轉型」的開端,建築家引入「連續性」的哲學思辨,建構出一套重新理解空間關係的論述。建築不再只是單一物件,而是將它與其所在的涵構視為一動態連續的「場域」,不再以柱樑牆板等元素來定義空間,而是由一種邊界在三維座標系統中連續遊走的混成構造物所形塑出來。如FOA的橫濱港碼頭、伊東豊雄的台中歌劇院等,運用幾何形體生成事件與活動的容器,形體內外連續翻折,混淆了人對空間的視覺感知。

連續性的「空間感」令人感到新奇,為了創造它卻必須付出代價;「唯有自然是真正連續的,建築工人必須以部件組裝房屋。在這原罪之下,操作連續與非連續的意志,即是愉悅與痛苦、美德與瑕疵的來源。人是有限的,他的產品亦如此。」[3]Jessie Reiser及Nanako Umemoto的簡短文字道盡建築師面對「連續」與「非連續」之間的矛盾心態。 不同於其他建築師將哲學轉換成形式,Reiser + Umemoto 對德勒茲哲學中的「連續性」詮釋是關於物質與能量的,他們以為建築幾何同時在回應物質在真實世界接收到的力量,例如結構行為之於重力的關係。他們以結構設計師Robert Le Ricolais挫屈的柱子實驗為例,新的幾何是從一系列結構崩壞的形變中出現的。Le Ricolais的模型中,物質、材料、營建系統、結構的排列組合、建築空間與場所,共同構成了一個連續的範圍而非各自孤立的領域。此時材料物性之於結構形式的生成,扮演一個主動的角色,設計幾何形態的同時也在組織各種力量與物質的關係,這個模式是通用的,可以被應用在各種尺度上面。[4]

以物質能量的觀點來看,建築的「連續性」便不再受限於單一形式的「空間感」的想像,而能跨越至多重元素相互影響的「空間質感」的範疇。建築形式也開始有機會跳脫象徵性的意義,進一步去探索建築作為物質與環境、能量場域對應的媒介,其型態組織的、結構的及機能等等的設計與實質運作之間的關聯性。

離散性—由下而上的生長與疊加

除了90年代興起的數位思潮,早在還必須輸入程式碼啟動電腦的60年代,就讀AA建築聯盟的John Frazer,在沒有螢幕顯示、更沒有AutoCAD的輔助之下,列印了他的畢業作品:一套以他自製的電腦軟體生成、人手無法輕易繪製的複雜幾何圖面。此後John Frazer與妻子Julia Frazer長期投注於電腦輔助設計的研究開發,並藉由"An Evolutionary Architecture"的建築實驗[5],以自然界演化觀點引入衍生式創作的概念,向世人揭示人工智慧對建築的影響 。

Frazer的方法是一種建構式的系統,理論上「生長」過程每一步驟的發生,都是與環境因素對應之下所產生的結果;電腦在這負責依初始設定進行繁衍的工作,而建築師則依可行性做類似達爾文所述的「天擇」的工作。電腦與建築師的分工合作並非單向一次性的,而是漸進式的、群集擴充式的、由下而上的回饋機制。事實上「可被運算」與「可被建造」都反映了「離散性」的本質:排列組合、疊加的與可調整、回應的特性,也是「位元」與「單元」概念上的共通性。("Architecture"和"Component"都是計算機科學與建築學的術語。)

以建築的「離散性」本質思考,事實上成就更多局部的「連續性」,局部與整體(parts-and-whole)之間的對話關係亦形成另一個層級的「連續性」,且局部與局部、或局部與整體之間的關聯性更開放、更自由。

「到了1992,虛擬實境已成現實。…現在的問題是:如何將科技整合到人文、互動、環境和其他潛在的面向?」 根據Frazer 於2005年在AD雜誌發表的回顧文"Computing without Computer", 70年代的科技發展潮,已見缺乏問題意識的盲目追求,而他認為若不嚴謹地從環境脈絡中真正的問題對症下藥,我們恐怕非但沒解決問題,反而製造更多問題。以此檢視當今的議題:創作與生產的斷裂、過度商品化缺乏人文向度等… Frazer警告歷史重演的話竟一語成讖。

實擬虛境—以材料與真實性為主體的設計研究

當我們用「生長」的方式思考建築,局部/整體的連續性開始被綜合起來;一如Louis Kahn 的名言「我問一塊磚頭:『磚頭,你想要變成什麼?』磚頭回答:『我想要一個拱』」,材料的性質即隱含著某種構築形式的方向,那是來自結構合理性及效率等既成的物理性質。以傳統由上而下的思維,材料的物性往往帶給建築設計限制性;然而當我們反過來先從理解材料性質,探索它可被發揮的形態上的潛力, 反而能帶給建築師意想不到的自由度。歷史上的先驅如高第、Eladio Dieste、Frei Otto等人,都曾經成功地透過材料物性的研究尋找型態(Material Form Finding),創造獨特的建築表情,那或是幾近科學的精準度與工程成就,但更多的是建築師的想像力與好奇心,以及他們對於未知領域的探索實驗中,那異於常人的執著使然。這些典範在建築史或建築教育上一向不太受重視,但他們給的啟發—例如物盡其用、輕巧高效率等,在能源危機日益顯著的今日,這些概念與我們的關聯性更強烈了。

Mario Carpo聲稱「第二次數位轉型」的年代來臨,我們除了讚嘆當代的數位模型具有超高解析度的資訊量、以及任何尺度的物件都能被三維列印之外[6],在更新一波科技狂潮襲捲的同時,如何將數位的「虛擬」與建築的「真實」交織,以「實擬」的材料物性的探索作為原則帶領電腦模擬投射的千萬種「虛境」,更精確有效地將科技的優勢與構築的運用整合在一起,達到一個真正對人類與環境有意義的「人機共創」,是筆者認為當今建築設計研究應該聚焦的方向。

  作品: Lumen - MoMA PS1 2017
  事務所: Jenny Sabin Studio
  業主: 紐約 當代美術館
  地點: 紐約
  完工時間: 2017年6月
  結構工程: Arup
  營造單位: Jacobsson Carruthers, LLC
  數位織布技術: Shima Seiki WHOLEGARMENT


Lumen 是紐約當代美術館MoMA PS1 年輕建築師項目YAP (Young Architects Program) 競圖的得主,於2017的夏天展出,是目前世界上跨距最大的織布構造物。Jenny Sabin Studio帶領從設計到製造逾 40人的跨域團隊合作完成這座受到生物啟發的戶外裝置,設計過程結合材料科學、數學與工程等學科共同研發;運用數位織布技術編織極致輕盈的六角環狀及筒狀布帶,在這些如同細胞一般的織布單元裡面,除了回收線材的使用,特別織入可回應光環境的螢光織線材料(光致發光)[7],裝置在白天吸收的光線成為夜晚多彩的光暈;同時提供霧氣調節微氣候,使裝置成為一個可與環境及人群互動的公共空間。Lumen 展現女性的姿態,提供著發光的內在、輕鬆日常的網絡及社交紋理,其彈性的纖維組織創造了表情多變而富有趣味性的場所。

  作品: Solar Gate
  事務所: Tonkin Liu
  業主: Hull City Council
  地點: 英國 Hull
  完工時間: 2017年11月
  結構工程: Arup
  營造單位: Pearlgreen


Solar Gate是一座位於英國Hull小鎮的日晷儀,Tonkin Liu在2015年贏得這項公共藝術的競圖,項目於2017年夏天完工。Solar Gate承載了「時間」與Hull在地歷史的主題,以十六道特定時間的太陽位置角度設計與之對其的光圈孔洞,一但特定的日期時間到來,陽光穿過日晷,射在對向的廣場上形成一個圓盤,便成為一道歷史的註記。雕塑有10m的高度,卻只用了4mm的鋼板鑄造而成;在4m寬度的正中央部分,它的深度不超過於1m,而在雕塑的兩端深度漸退到剩下100mm的端點,讓參觀者能從此處的開口窺見雕塑的背面,理解它的結構是如何被形塑出來的。兩片彎曲的、波紋狀的面材接合在一起,其中不見任何外加的輔助結構,其結構強度來自於雕塑的殼狀造型。這項仿生技藝稱為Shell Lace Structure,是Tonkin Liu與Arup協作九年以上的研發項目,軟體動物外殼的曲線、波浪狀與扭曲使它的形式與結構強度產生直接的關聯性,Shell Lace Structure即是用這樣的結構原理優化型態,降低不需要的結構耗材。

  作品名稱:竹夢潮厝
  業主:雲林縣立潮厝華德福教育實驗國民小學
  地點:雲林縣褒忠鄉潮厝村96號
  完工時間:2018年1月26日
  設計者:大藏聯合建築師事務所
  營造者:常民居工程有限公司


基地位於雲林縣褒忠鄉的潮厝國小,是一所公立的華德福學校。華德福教學強調從自然中、勞動中學習,大藏設計一款可以讓大小朋友共同參與創作的穹頂竹構,作為全校半戶外的集會空間。

設計說明
(1)歷史回朔:汴水虹橋與達文西的手稿
穹頂竹構的構造原理類似於北宋清明上河圖的拱形的木橋。其結構利用小構件之間的交錯互卡,創造出極大的跨距, 被視為中國橋梁史上的獨特創造。相隔百年後,達文西也曾醉心專研此種構件之間交互卡榫的結構原型,此幾何穹頂成為穹頂竹構創作的設計靈感。
(2)穹頂竹構的結構原理與優越性能
穹頂竹構是由三角形與六角形兩種幾何圖形的規律排列所構成的薄殼構架。此種排列組合的方式能夠利用尺寸小巧的竹桿件創造出大跨距的空間,是為一種效率極高的薄殼結構。
(3)本案規模及接點固定方式
本案以大約3.3公尺的孟宗竹為單元,創作出直徑25公尺、高度6公尺的穹頂竹構。竹桿件之間的相接處以穩固的方回結加以固定,不但美觀且不需穿孔傷害竹材,形成一鏤空之架構。
(4)穹頂竹構的接地方式
穹頂之結構底部以溪石奠基,以石頭的重量抵抗風昇力,以天然的建材以融入校園的整體景觀。




[1] “Close this Biennale!/Patrik Schumacher”, Web. 28 June 2016 < http://archeyes.com/close-this-biennale/ >
[2] Carpo, Mario. The Second Digital Turn: Design Beyond Intelligence. Cambridge, MA: The MIT Press , 2017, pp.57-58
[3] Reiser, Jesse. Atlas of Novel Tectonics / Reiser + Umemoto. New York: Princeton Architectural Press, 2006, No. 65
[4] Reiser, Jesse. Atlas of Novel Tectonics / Reiser + Umemoto. New York: Princeton Architectural Press, 2006, No. 23, pp.110-113
[5] Frazer夫妻於90年代將「運算思維」帶進AA建築聯盟,在與Cedric Price、Golden Pask的合作之下,與Diploma Unit 11的學生共同實驗創作AA裡最早的數位媒體互動裝置, 其教學研究成果收錄在 ‘An Evolutionary Architecture’ 一書中。
[6] Carpo, Mario. The Second Digital Turn: Design Beyond Intelligence. Cambridge, MA: The MIT Press , 2017, pp.70-79
[7]Wiki:光致發光(Photoluminescence,簡稱PL)是冷發光的一種,指物質吸收光子(或電磁波)後重新輻射出光子(或電磁波)的過程。從量子力學理論上,這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發態後返回低能態,同時放出光子的過程。

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