Gothic architecture

交互式設計生成系統

設計師： 楊承泰 / Amemiya Lai
指導老師： 陳珍誠老師
出版日期： 2021/01/18
主題標籤： #Goethe #Architecture #church_design #flower_window #generation_design #Reinterpretation #parametric_design #grasshopper3d #rhino3d #Roof #park #Ethereal #perspective\

💡 專案概述：解構與交互設計的應用

什麼是參數化設計？

我將參數化設計主要分成兩個部分理解：

塑形 (生成)： 大部分設計者使用參數化設計在做的，透過參數控制產生大量連續變化的形體。
分析與評估： 在眾多模型中，透過將設計目標量化，並進行分析評估，選出符合設計要求的樣本。

我透過研究哥德式建築的形式，建構出這套交互設計系統。這套系統讓我們能對所定義的形式或設計邏輯，進行連續性且更深層次的探索。

交互式生成系統流程

交互式設計系統以連續性的變數操作建築語彙建構生成系統。接著以可量化的設計目標對生成樣本進行評估，並藉由排序、遴選、迭代優化變數，提高評分，改善優化效率。

迭代設計生成過程：

尖塔生成變體A

尖塔生成變體B

圖：尖塔設計的迭代生成過程，展示參數化設計中的形態演變

這個流程可以概括為：

A 塑型生成
B 評估分析
C 迭代優化

（插圖：交互式設計系統流程圖）

交互式設計系統流程圖

軟體與工具

專案中使用的工具涵蓋設計生成、結構分析、空間分析等面向：

塑形生成： 3DGS, 參數化設計
結構分析： Karamba 3D (parametric engineering)
空間分析： DeCodingSpaces for Grasshopper, PedSim (Pedestrian Simulation on Rhino & Grasshopper)

設計生成與結構分析綜合展示：

生成演算法圖案變體

結構分析對比模型

Karamba應力分析

結構力線透視分析

圖：設計生成與結構分析的綜合展示，包含演算法生成的圖案變體與多角度結構分析結果

⛪ 哥德建築的解構與重構（語彙研究）

我將哥德式建築元素分為四個部分進行研究與重新構成：

網格系統
柱系統 (柱式)
屋面系統 (拱頂)
扶壁系統 (扶壁)

哥德式建築結構單元：

圖：哥德式拱門結構單元設計，展示基本的幾何構成元素

哥德式建築立面分析：

正面立面

內部結構

側面立面

圖：哥德式建築的三個主要立面分析，展示結構的空間構成

哥德式建築基座細部：

圖：哥德式建築基座細部設計，展現精緻的雕刻工藝

1. 網格系統：形式與可視性分析

網格研究從基本形式出發，進一步結合可視性分析 (Visibility Analysis) 進行評估。

網格系統分析圖：

可視性分析

幾何圖案佈局

圖：哥德式建築網格系統的完整分析，包含可視性覆蓋範圍與幾何結構佈局

2. 柱式系統：高第的啟發與設計優化

啟發：安東尼·高第 (Antoni Gaudí)

高第的建築設計以自然萬物為題，他曾說過『直線屬於人類，曲線屬於上帝。』他的設計，例如聖家堂的列柱，參考了希臘古典柱式，並改良創新為螺旋型體。這些柱體無需傳統哥德式的扶壁，便能支撐很高、帶有巨大窗戶的建築體。

柱式設計流程與優化

在設計發展中，我們探索了多種柱體截面和形體：

01 徑切圓錐角柱 (Area: $48552.6\text{cm}^2$ )
02 交叉切直線柱 (Area: $106843.1\text{cm}^2$ )
… (多種柱式嘗試)

柱式設計與細部元件研究：

柱式設計比較

細部元件設計

圖：柱式設計比較研究與建築細部元件的幾何組合分析

透過迭代優化，我們目標是減少總表面積 (成本) 和變形量，提升結構性能。

優化結果範例 (Initial vs Best)

指標	初始 (Initial 0.0)	最佳 (Best 0.3)	改善 (%)
總表面積	$194515.82\text{cm}^2$	$162585.825\text{cm}^2$	-20%
總得分	$3272.4$	$2188$	-30%
總異形量Min	$723.22$	$306.32$	-60%
最大變形量Min	$85.077$	$36.032$	-65%