建築系統 Building systems
營建概論 董皇志
各種構造系統
房屋構造之部位
摘要
「系統整合」是從個體存在的屬性去發掘整體內在的結構，經過連串的調整與汰選過程，創造具有適應能力的新事物；它是開放端點尋求可然的過程，而非「系統分析」追求確然的答案。本論文是有關如何在建築計劃階段針對建築實體操作系統整合的論述。從整體的觀點探討建築計劃研究領域之擴展與作業內容之充實，並針對建築構法探討系統的構成理論與整合手法，以建立一套構法整合之操作模型為目標。
「建築構法系統整合」是一個處理建築構體組成的普遍性原則。它讓設計者處理類似事物時能有大致的程序與重點的提示，不致茫無所措或誤入歧途。它是預埋變化的操作模型，在設定的範圍內開發通用但具組合變化能力的構件，而非單一物件的建築構體。
本論文以兩個不同的住宅案例，模擬實驗其操作程序並檢討其成效。實驗一試圖在現行住宅環境及生產條件中，加入一項新的構造內容：可變動的內牆，藉以檢驗系統整合操作程序在局部範圍的實用性。實驗二是在整體建築計劃已經合理化處理的實際案例中，加入新構造內容：可變動的外牆，藉以檢驗對住戶室內外空間調整提供彈性的可能性。經由其在集合住宅應用之模擬實驗，也試探本地住宅發展彈性、組合、及部品化的構法所面對的問題，從而導引未來的實務研發。
壹、 序論
一、 住宅構法現況
安定的住居是能在變動的環境中不斷的維持居住的舒適性與房屋的永續性。現況95％以上建造於1945光復之後的台灣住宅，以加強磚造和RC造為主，大部分為透天連棟、分層公寓、和高樓大廈的形式。事實是一體成形的集合住宅，卻有一個脫離事實的住宅想像：自由組合的獨立家屋。
台灣住宅計劃的課題日趨外部化的偏於外圍社經條件規劃，忽略建築本體構成與開發，與建築核心的「物之構成」愈形疏遠。面對「實物」部份的內容亟須加強，有待重建以建築為主體的研究方向。
二、 建築計劃與構法計劃
建築計劃是一個建築整體關係的計劃。研究對象是活動、空間、物體三者間之互動關係。活動計劃、空間計劃、與構法計劃只是由不同視點對整體關係所作的安排，所論述的仍是那個整體。
建築計劃的內容即理論化的「設計知識」，包括設計原則、設計程序兩部份。建築計劃的功能應不只是從設計資料的整理抽取出有用的「設計原則」，還要產出可供設計者操作的「原則間的互動規範」。
構法計劃是一個「能統合設計、施工及性能開發的創造性體系，並視之為計劃領域加以探討」的建築活動。內容包括：有些甚麼物件？這些物件與活動、空間、生產的關係，亦即功能是甚麼？這些關係間形成甚麼課題？如何回應這些課題？如何評估其成效？因而構法計劃是要規劃建築以何種方式生產，而不只是要生產何種建築。
「計劃是方向性的，設計是目標性的」。構法設計不只是「構築」的課題，還有「表現」的課題。建築構成術的具體呈現，通常有「材料─位置─接頭」的三個層次。經過設計者的專業安排，建築的意涵不再只有「是甚麼建築」，而可進一步探索「建築在哪裡」。
三、 研究課題與方法
面對變動的社會環境、居住內容、生產技術，今天的住宅除了外部的資源分配與區位問題外，建築本體的品質問題應相對的在精緻、經濟、耐用、彈性等內容上有更多的討論空間。如何在現實的環境條件下提升集合住宅的建築品質，實為值得慎思的課題。
近代興起的現代系統理論讓我們可以重新檢視由局部而全體的組合思路，經由次系統的界定，部品化的建築生產方式提供由下而上（或由局部而整體）的彈性組合。此種觀念迄今仍在開展中，在實用化與普及化的推動上仍有許多困難待處理。在建築知識中如何豐富此部分，讓居於計劃核心的整合作業，能以開創性的觀點發展出新的操作手法，並能有效的控制建築整體效益，將是必須加強的課題。
面對住宅品質、系統整合兩項課題，本研究試著將焦點集中在建築構法，從建築系統構成、系統整合的理論與操作實例進行探討，提出可在建築計畫階段實施的構法整合操作模型。運作對象暫以集合住宅為範圍，採用模擬實驗的方法驗證方案的完整與可行性。
本研究的基本觀點：用佈局的角度來銜接屬於「事」的計畫與設計。用系統的角度來銜接屬於「物」的住宅與構法。以整合切入系統與佈局共同關切的開發創造與適應變化
貳、理論
一、 建築構法
相對於客觀存在的物體或行為，系統是人為主觀認知的建構。一般的「系統」定義：為了共同目的而在環境中由元素依照關係運作的組織。古典的系統觀念強調有序、穩定和均衡的關係，基本意象是靜態的組織。現代的系統觀念注意無序、不穩和多樣的關係，基本意象是動態的關係。
現代系統理論將注意力從簡單的、被動的、和可逆的系統特性轉為複雜的、進化的、和非線性的特性，將研究對象從個體事物轉為整體事物，研究方法是組合／開發而非分解／還原，研究內容著重演化的脈絡而非存在的規律，研究目標不必是必然性的解答而是概率性的趨勢。提供更豐富的想像與啟發。
建築構法（Building System）是為了特定功能而安排的設施、設備、與軟體之集合。或將整個建築生產過程與最終的成品連成連續流程的組織體系。系統的觀念引導我們從兩個方向去處理建築問題：
將建築分解為最細小的簡單元素，以便於掌握特定項目之行為機制：建築被分解成許多不同專業逐次處理個別的建築次系統。
從元素間關係的整理，建構一個更有秩序的整體架構與更有效率的操作模式：要求依著「確認目標，掌握資源，提出對策」的步驟進行，以選擇合乎邏輯的材料與工法，運用最恰當的技術，讓整體獲得最大之價值。
過去對建築系統的研究多為分割式的，基本上是為了既有形態的再生產而採取調整／改良的觀點。但是面對快速變動的環境，設計者需兼顧生產與生活層面，希望同時獲得生產效率與生活效益。設計者需要採取組合式的開發／創造觀點來處理建築構法。
二、 系統整合
系統整合是一個設計步驟中的綜合過程。屬於設計過程意指除安排已有的東西外，還可能會改良或增加一些新東西。它的屬性是綜合的，而非分析分解的。系統整合也是一個表達事物協調程度的結果。系統整合的理念藉由『系統組成、子系統間結構關係、系統功能評估』的整合過程來實現。
建築是一個整合的過程，建築也是一個整合的產品。建築構法的整合是創造一個功能完整、運作和諧的建築物，使整體具有最佳的生產力、可靠性、耐用性、與附加價值等需求特質。建築構法的整合作業包括：「人」的行業間作業的溝通與掌控，「事」在最終歸納定案階段的協調，「物」的性能表現的相容。
建築作業系統整合工作目標有建築設計層次，偏重材料形式與比例尺度等視覺表現與感受協調性的議題，如尺度的吻合、形式的一致、材質的配合、接合與操作的簡化。也有建築計劃層次，著重建築實體完整的功能與適當的性能，屬於知覺意識或認識自主性的議題，如職種場地時間的配合、性能的搭配、使用年限的配合、成本效益的提高。
1. 整合什麼，整合的範圍與對象為何？
整合是就所定義的整體而言，不強將所有物件均納入系統，系統才會方便使用；但在系統內讓眾多的小元素有存在的餘地，系統才有持續適用的活力。系統之劃分方式即界定系統整合的對象，產生資源競爭或發生績效衝突的系統是優先整合的對象
2. 如何整合，整合考量的內容為何？
系統整合考量的內容不外競爭的資源與衝突的績效，資源包括空間（佔據空間的優先順序、共用空間的可能性或必要性、不動或可變構件的界定），時間（納入整體的時程、平行作業、同時使用），資金（資金配比、投入順序、投入頻率）。績效包括安全性（建築系統本身的物性），舒適性（使用者在生理、心理、和視覺上的感受），經濟性（社會價值上短期的、長期的、整體的效益）。一個完整的評估項目表有助於此作業之掌握。
3. 整合的思路
逆分解法：受制於分解前的原系統，不能增減元素或調整關係，以致不敢變化而失去系統成長的動力。因此該法僅適用於穩定環境的靜態系統，如果系統間的界線劃分恰當的話，對特定目的之少數的個案倒不失為便捷的手法。
模型調整法：水平移植相似或相當的既有系統作為參考構架，將相當元素按設定目的加以替換而建構新系統。優點是保留了原系統既有的複雜生動關係，缺點是替換的元素可能形成關係變化，無法確保原系統相同的績效。
開放選擇法：相對於前法的水平移植，這是組織結構的垂直套用。基於組織結構的不變性，無論元素如何變化，在約定的層級結構下仍會是一個有組織的整體。
基本單元法：也是基於組織結構的不變性，但相對於前者這是一個硬性的系統，認為組織結構就在基本單元之中，整體型態是由基本單元繁殖衍生而成。所造成的結果通常是非常有秩序的繁複，而且可以綿延不斷持續演化。
4. 整合的程度
為求系統的整體績效，高度的整合不一定要求高度運用每個資源。基礎整合：完整的功能備忘錄與構件點檢表。低度整合：對各構件能有空間、時間、與資金的配置規則。高度整合：次系統沒有未發揮績效的過度性能，系統沒有無關於使用目的的不必要績效。
5. 構法整合方法的比較
適時的在各步驟應用各種整合方法。運用開放選擇的思路（如SAR）分割空間領域，利用圖解分析（如BSIH）訂定介面規則，借用模型運算（如SDM）確認組件績效。系統整合的作業能簡化為兩個步驟：（1）建立系統架構，（2）指定組件任務。以作業完成的最終建築物為對象，重新作系統的劃分，形成一個空間領域由一個專業負責的事權統一；然後再尋求領域間界面的共同規則。
三、 構法整合實例比較
選擇的實例包括Crystal Palace、Nissen Hut、Dymaxion House等構法整合先驅。CLASP、SCSD、Operation Breakthrough、KEP、CHS等推動構法整合的制度。及近年的發展例：The Intelligent Working Place 、MATURA、Two Step Housing Supply、NEXT-21、DYNAX。
早期發展的案例比較注重既有形式束縛的跳脫，為追求效率可以強加新形式於使用習慣之上。近期的案例則強調既有涵構運作的融入，因而品質／效率，與技術傳統╱社會背景之關聯性成為構法整合的重要議題。嘗試建立制度的各個案例體認到分層負責、分散控制的必要，整合的內容則從形體、尺度、性能、價格、到供應通路都可能要有多樣的選擇。為了不要整合到失去選擇彈性，設計者（或計畫者）顯然須要克制他的控制慾。改善環境並不在於「掃除」掉甚麼，而是能否逐步的「轉變」些甚麼。構法整合制度案例的教訓是：「建立規則」，而不是「指定規格」。
案例發展的經驗顯示：要得到一個運作和諧的開放式系統，計畫者要積極設定的只有空間領域關係，其他規則大可採用消極的低限標準以容許不同層級的控制者有更大的選擇彈性。
四、 模型提案
構法整合的操作模型
參、實驗
一、 案例篩選與實驗設計
「單一、固定」的一體構法是台灣集合住宅構法問題的的根源，背後有其生活態度的特定「作風」：如眼光向外，重視外表；重量輕質，對時間缺乏耐性；視住宅為可交易的財產重於住居的舒適；領域佔據重於活動操作，缺乏照顧公共領域的習慣；不斷遷徙的逃離心態，對地方的認同度低。為驗證整合模型對個別案件的實用性，針對本地構法問題特點，篩選兩個集合住宅代表案例來設計實驗。
實驗定位在建築計劃階段的作業。實驗主要目標：「多樣、彈性」的組合構法，使公寓內部空間重獲隔間彈性和使公寓外殼鬆綁。
二、 實驗一：可變動的隔間
在現況住宅環境及生產條件中，加入一項新的構造內容（可變動的內牆），藉以檢驗系統整合操作程序在局部範圍的實用性。本實驗將室內隔間系統劃分為可轉用的「部品」與可消耗的「組件」兩大類。前者包括 1.隔牆部品、2.開口部品、3.櫥櫃部品。後者則為收邊組件。本實驗的結果產生一種大部份為規格尺度的部品與少量的收邊組件，基本上應能符合規劃目標之要求，如：1.從房屋建造過程中分出，納入住宅使用過程。2.讓各種空間在位置與尺度有最大彈性。3.變動隔間時，舊料可重複利用。4.簡化施工程序、作業難度、與工人職種。
三、 實驗二：可變動的外牆
在整體建築計劃已經合理化處理的實際案例中，加入新構造內容（可變動的外牆），藉以檢驗對住戶室內外空間調整提供彈性的可能性。本實驗目標：1.使陽台、花台、外牆三者能依住戶之需要彈性轉換。2.配合實驗一所作之可動隔間系統。3.打破外牆固定的位置，再打破外牆固定的形式，使集合住宅的立面能表達住戶各異的功能需求。經過整合過程產生的立面是由多種材質組合，提供多種功能的外牆系統。對應外牆從外到內的多層任務，該系統以花台欄杆、外皮面板、支持框架、絕緣填充、內皮面板、門頭與窗台線板多層組合的構法選用最適合的材質。對應各個變動位置多樣的尺度與施工狀況，該系統以消耗性收邊材料處理成規格化的部品區帶，達到大部分系統組件轉用的需求。
肆、結論
本論文主要成果是將定位在構成術（Tech-tonics）的建築構法納入建築計劃，擴展建築計畫的研究領域；讓開創性的佈局活動充實以解析為主的建築研究，重建以建築為主體的研究方向。釐清整體的建築系統整合概念，並從理論推展、案例啟發、到實驗修正，提出一個經過驗證之構法整合操作模型，建立構法整合的操作程序與構法計劃的作業內容。對後續的實務研發工作可發揮導引作用。
研究中發現：系統環境與次系統介面可以在整合過程中依元素屬性與操作能力而後設，任一自選範圍的系統均能進行整合，因而提出「局部實驗屋」之開發方式。實驗過程所採用的「部品╱收邊」二元觀念，可以簡化整合作業的技術難度，會是開發部品化構法的重要手法。經由集合住宅之應用模擬，對本地集合住宅所面對的空間彈性、構件組合、及部品化構法等問題，可在構法計畫中提供有效的啟發，使住宅更為適居與耐用。
一: 序論
第1章、住宅構法現況
第2章、建築計劃與構法計劃
第3章、研究課題與方法
二: 理論
第4章、建築構法
第5章、系統整合
第6章、構法整合實例比較
第7章、構法整合模型提案
三: 實驗
第8章、案例篩選與實驗設計
第9章、實驗一 : 可變動的隔間系統
第10章、實驗二 : 可變動的外牆系統
四: 結論
第11章、檢討與展望
參考文獻
2024竹產業焦點論壇-林業保育署代表、貴賓及演講者合影
2024竹產業焦點論壇-產業研發成果展示櫥窗
2024竹產業焦點論壇-桂竹風鈴裝置藝術
2024竹產業焦點論壇-竹雨傘
