電腦輔助空間規劃設計理論
Theory of Computer-aided
Spatial Planning and Design
(syllabus)
課程大綱
http://www.bp.ntu.edu.tw/WebUsers/ftlin/course/CAAD/cad.htm
論壇：http://www.bp.ntu.edu.tw/phpbb/viewforum.php?f=24
一．課程編號：
二．授課老師：
三．上課時間：每週一下午，2:20-5:20
四．上課地點：工綜313室
五．課程宗旨：
本課程為研究所層級之理論課，而非程式寫作課(應屬大學部課程，要學AutoCAD或其他電腦輔助繪圖軟體者，請另覓課程)。本課程期望同學們能透過對電腦基本理論之瞭解，進一步結合建築與城鄉空間規劃設計理論，在空間理論方面能有原創性的理論突破。例如：克里斯多福․亞歷山大便是結合了這兩個領域，開創出了「模式語言」的理論。我們希望有更多創新的空間理論可以從跨領域理論的融合當中出現。
本課程的核心課題為：「如何利用電腦表達(空間)知識?」當我們熟悉如何利用電腦來表達知識時，便可以進步思考如何表達空間的人文、社會、經濟、政治、法令等不同的知識，並在電腦環境中加以整合，發揮知識的「綜效」。
本課程並非程式設計之課程(除了一開始會教一點AutoLISP以外)，而是在於介紹電腦輔助城鄉規劃及建築設計之基本理論觀念，以及最新的研究動向。所以即使無程式設計之經驗，仍可以從本課程中瞭解電腦輔助空間規劃設計之基本理論與應用。然而，為了能確切的瞭解本課程之深義，無程式設計經驗之同學仍應自行修習程式設計課程為佳。
六、預定課程進度
【茲儘可能的列出相關課題，然以★標示本課程的重點，其餘課題會略加提及，但請自行參考相關文獻或修習相關課程】
★1.課程概說
建築及城鄉發展的活動有許多面向。從生命週期來看,它涵蓋了規劃、設計、施工、管理、維護等幾個階段。從空間尺度上來看,它可以從都市、社區,一直到建物、室內設計。從參與者來看,有執業的建築師、訂法及執法的行政人員、以及身為使用者的大眾。
2. 套裝軟體
Wire-frame, solid model, meta-form
Auto
★AutoLisp簡介 (
AutoLisp
簡介 (
·
Visual Simulation / Virtual
Reality
Rule base system
Expert system: CLIPS 【另於「都市及區域資訊系統」介紹】
★3.設計方法 / CAAD的理論發展 / 建築・空間・電腦
何謂建築設計?建築設計方法論簡史。設計研究。人腦的侷限/電腦的長處。H.
Simon：發現的邏輯
黃金比例是流傳已久的美的標準。碎形(Fractal)、混沌(Chaos)、宮格自動機，以至於複雜系統(Complex Systems) 的自相似、自組織、蝴蝶效應等現象，不但開創了新的美學，更改變了人類對於系統內在規則的認知，對圖案製作、應用藝術、都市與建築空間組成理論等方面都產生了重大的影響。
從語言學出發,介紹文法的一般性結構,以及形狀文法的操作方式。形狀文法已被應用至圖案設計、建築設計解析、四合院組構分析等方面。
★6.資料結構: (1)基本資料結構 (2)圖論一：基本概念 (3)問題複雜度 (4) 圖論二：最短路徑及網路問題
以數學的方式介紹資料結構的基本觀念:陣列、串列、貯列、二
★7.空間型構法則(space syntax)
為Bill Hillier教授在1980年代所提出。以圖論(graph theory)分析都市活動空間的結構。詳見:(1)空間型構法則(space syntax)網站: http://www.spacesyntax.com，(2)整合space syntax 和GIS於建構都市模型之應用( 陳正德讀書心得報告) (3) 台灣聚落的空間型構法則分析
★8.命題邏輯
推理能力是智慧最重要的表徵之一,而其理論基礎之數理邏輯,亦正是人工智慧、專家系統所賴以發展之理論基礎。本節介紹何謂「命題」和「定理」,並介紹命題邏輯之推理方式。
★9.首階邏輯
命題邏輯的進一步推展,也是應用最廣的邏輯形式。本節介紹第一階邏輯的組構以及推理方式。
★10.模糊理論
人的推理及思惟方式並非如二
★11.知識庫系統(Knowledge Base Systems)與資料探掘(Data Mining)
這是目前學術界相當重視的研究課題。為了使電腦更易於表達及運用設計的知識,吾人需利用「專家系統」及「物件導向式」的觀念,將「知識」、「規則」、「推理」、「控制」予以適當的分離,以使整個設計的過程更具彈性、更透明化。
★12.案例式推理 (Case Based Reasoning)
案例經驗蘊含了許多設計過程中許多難以明文化表述的預設共識以及隱性知識。案例式推理即是以案例經驗為基礎的推理方法，可以和專家知識庫系統做互補式的結合。請參閱：(1) 非都市土地開發案例查詢系統 ；(2) 防救災案例式查詢系統 (3) 交通路徑案例式選擇系統CBR-ITS (4)台大城鄉所CBR相關網站。
★13. 非增式推理 (Non-monotonic Reasoning)與聯想推理(Associative
Reasoning)
傳統邏輯乃是單增式(monotonic)的，被證明的定理永遠為真。但是設計的過程卻非如此。原先的假設可能被推翻，所以，設計者其實需要一種「非增式推理」方法來協助設計過程的運作，以使各設計方案保持其內在之一致性。「設因命題邏輯」(Abductive Propositional Logic，簡報檔) 和「聯想式推理」是其中的二種用於揭示此一現象的方法。
★14.空間認知
除了演繹式的空間推理之外,人對於空間之體驗,尚有更根本的「認知」和「歸納」的問題。空間亦充滿了「多義」及「歧義」的現象。此一特性是建築設計裡十分重要的因子,研究者認為這也是敲開「創造性設計」的一扇大門。針對此一現象,電腦系統需要有那些能力才行?本節介紹一些看法。
★15.機器學習(machine learning)與類神經網路(Artificial Neural Network)
「機器學習」和「類神經網路」是相當新的技術,在許多領域都是尚在嚐試階段。在建築設計領域,研究的工作雖尚不多,但也有了一些初步成果。一般認為,這是回答上述空間認知問題的一個相當重要的研究工作。
16.原案分析 (Protocol Analysis)
利用錄音、錄像、回憶等方法，探討人類規劃設計思考的過程。
★17.基因演算法(Genetic Algorithm)
「龍生龍，鳳生鳳，老鼠生的會打洞」。如果，我們能找到好的建築基因，如何透過交配、突變、天擇、演化等過程，產生好的設計方案呢?請參閱「基因演算法之基本概念、方法與國內相關研究概況」。
★18. 系統模擬與遊戲 (Simulations and Games)
(1) 人、車、物在都市、社區、建物、機場、車站等空間移動行為之模擬，最近相當受到重視。模擬的成果，可以做為規劃設計案的事前評估參考。
(2)
(3) 個體行為導向之系統模擬(Agent Based Model)：美國西北大學發展之免費軟體NetLogo (http://ccl.northwestern.edu/netlogo/)
19.地理資訊系統 (Geographical Information Systems, GIS)
多年來，
20.建築資訊運籌管理(Architectual
CALS)
資訊運籌管理(Continuous Acquisition and Lifecycle Support, 簡稱 CALS)已在美國國防部施行多年。其旨在於將資訊電子化及標準化,以降低成本及提昇品質為目的。(參考資策會CALS網站: http://www.cals.org.tw/)
21.合作式設計
分散於不同地點(國度)的規劃設計團隊，透過網際網路或者遠距會議的方式，進行合作式的設計。在溝通上會遇到那些技術性、文化性、專業性的問題?如何保持資料或設計方案間的一致性，避免矛盾與錯誤的發生?
22.都市量體預測
一般而言,都市計畫者透過土地使用計畫圖及相關建蔽率與容積率的規定,來規範未來都市的發展。但是,都市規劃者在畫定街廓及使用分區之際,卻缺乏一個適當的工具,來「看到」它對都市造型的影響。「都市量體預測」便是被發展來彌補此一缺憾。此一系統已初步的被建構在城鄉所的工作站上,同學可以親自嚐試各種可能的變化。
23.輔助社區規劃
利用自行開發出來的應用軟體，輔助社區開發之初步分析，估算每戶平均所需負擔之開發費用。進一步的，可以快速的配置，計算其建蔽率及容積率，並查核法定高度、臨棟間隔等規定。使設計的審查工作邁向自動化。
24.視覺模擬與虛擬實境
設計成果的表達是十分重要的一環。目前，許多建築師已大量的運用視覺模擬的方式來展現成果。預料，不久的將來，會更進一步的利用虛擬實境的技術，讓居住者在設計之際便可以先行體驗空間。視覺模擬技術可參考MIT網站(Introduction
to Design Computing, Spring 2004)。
25.數位建築
近年來，「數位建築」引起相當大的熱潮。什麼是數位建築呢?這是一個尚有待探索的領域。
26.智慧建築、社區與都市
如何運用智慧型設備來建構建築、社區，甚至於都市，讓市民能受高速上網、通信、保全、省能、健康、舒適的生活?
27.營建自動化
(1) 建築師事務所引進電腦，遭遇了許多的困難。到底這些困難有那些？有那些因應之道？本節將討論之。
(2) 建築工程時空資訊之整合(
七．台大校園規劃資訊系統
我們可以以台大校園規劃所遇見的一些真實案例來串接上述的
資訊理論、技術和議題：
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主題 |
資訊議題/技術 |
備註 |
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校園地形圖(計畫圖) |
GIS (製圖/測量/航 |
計畫圖椿位展點 |
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土地及建物校產管理系統 |
GIS (Land Information System) |
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管線管理系統 |
GIS (Facility Management) |
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建物工程圖檔管理系統 |
DBMS(資料庫管理系統) |
南科案例 |
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審議作業項目及流程 |
系統分析、,經理制度 |
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空間標準之訂定 |
計量方法、經理制度 |
調查、統計、分析、協商、審議、討論、報告 |
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規劃設計準則 |
Logic、設計檢核(design checking) |
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校園建築語彙 |
形狀文法、模式語彙 |
新總圖設計 |
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交通計畫 |
計量方法、GIS-T、network analysis、案例式推理 (Case Based Reasoning) |
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社科院二期規劃案 |
系統規劃、分析 |
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校舍設計 |
空間資料結構、(線性最佳化)數學規劃、動線分析、案例式設計、類神經網路、基因演算法(Genetic algorithm)、原案分析(protocol analysis) |
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大門口廣場設計案 |
設計思考(方法)、fractal |
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工綜館空間設計及使用之避難動線模擬 |
模擬、複雜系統、宮格自動機(Cellular Automata)、AutoLisp、人工生命(artificial life) |
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防災計畫 |
GIS、案例式推理 |
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快樂向前行 |
設計思考/類比推理 |
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摩托車設計賽 |
設計思考/非單增推理 |
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視覺模擬、校園導覽 |
視覺模擬、虛擬實境 |
台大虛擬數位博物館 |
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校園規劃網站 |
WWW/BBS/全文檢索/網路社區/資訊都市 |
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芳蘭大厝古蹟案 |
法令檢索 |
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八. 進行方式：
1.本課程並無書面之課本，所有的講義均可由本網頁連結。
2.網頁及講義內容將隨時增補修正(課堂上課時會口頭說明最近修正之處)。
3.以課堂講授及討論為主，並有隨堂作業、期中考、期末報告。
九、評分方式：
１．平時成績（６０％）：每堂課均有一至二題習題，或一至二頁之心得報告，於下一週上課時繳交。
￭每週六24:00前繳交當週之作業電子檔(e-mail至 ftlin@ntu.edu.tw
)
￭e-mail主旨：【CAAD作業】XXXMMDD
(XXX為姓名，MM課程月份，DD課程日期)
￭附檔檔名： 除特別規定外，附檔命名方式為：
XXXMMDD - - YYY.DOC (YYY為作業簡名)
２．期末報告（４０％）：自選有興趣之題目，經過認可後，於上課結束後二週內繳交。【寫作格式及注意事項請參
十、重要期刊
十一．研討會
十二. 相關網站
十三. 參考書目
王明蘅(1994)「住宅設計之議題與開放式營建方法論」，住宅學報，第二期，pp.1-23.
李文鎊(1993)「知識型建築平面配置系統之初探」，中華民國建築學會第六屆建築研究成果發表會論文集,pp.847-852.
李淑慧(1994)「台灣建築專業自動化的發展座談會」，空間雜誌，第五十九期，pp.104-115.
周家鵬(1993)「電腦輔助遮陽板阻絕太陽直達幅射能量之研究」,建築師雜誌,第225期,民國82年9月,pp.54-57.
許志祥 (1993)「從實例談電腦繪圖在建築設計規劃上的應用」，中華民國建築學會第六屆建築研究成果發表會論文集,pp.861-868.
郭誌經(1993)「建築師事務所自動化過程回顧與展望」,建築師雜誌,第228期,民國82年12月,pp.68-71.
程家麒(1985)「營建業如何實施電腦化」,營建管理,1985年3月號。
游淑惠(1994)「類神經網路應用於國宅需求特性之研究」，成功大學都市計畫研究所碩士論文。
曾慶平譯(1985)「電腦輔助設計的突破」,譯自 Kolesnikoff N.
"Computer Aided Design Breaks Through", The Military Engineer, Nov./Dec. 1984, Vol.76 No.497, pp.484-487, 營建世界,1985年3月號。
賴光邦、陳志宏(1993)「建築法規專家系統建構之初步研究」，中華民國建築學會第六屆建築研究成果發表會論文集,pp.841-846.
鍾基強(1994)「空調系統的科技化」,建築師雜誌,第230期,民國83年2月,pp.85-89.
Cross N. (1977) "The Automated
Architect", Pion Limited,ISBN 0-85086-057-1.
Coyne R.D., et al. (1990)
"Knowledge-based Design Systems",Addison-Wesley
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Hamit, F. (1993) "Virtual Reality and the
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Kalay, Y. E. (1991) " Principles of computer
aided design: Evalua
Liggett R. S. (1991)
"Designer-Automated Algorithm Partnership: an Interactive Graphic Approach
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"Computer Aided Architectural Design".
Mitchell W. J., Liggett R. S., and Kvan T. (1987) "The Art of Computer Graphics
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Mitchell W. J. (1989) "The
Logic of Architecture - Design, Computation, and Cognition", The MIT
press, ISBN 0-262-63116-4
Mitchell W. J. (1990) "A New
Agenda for Computer-aided Design", in ' The Electronic Design Studio', ed.
McCullough M., et al., MIT Press, ISBN 0-262-13254-0, pp.1-16.
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Simon, H. A. (1996) The Sciences of the
Artificial, 3rd ed., the MIT press.
Simon, H. A. (1977) Models of
Discovery, Boston studies in the Philosophy of Science, v. 54 (synthese library, v. 114)
Theory of Computer-aided Spatial Planning and Design
(syllabus)
1. Course ID:
2. Professor: Feng-Tyan LIN
3. Time: 2:
4. Classroom: Rm. 313, Building of the
5. Objectives:
This graduate-level course is theoretical, instead of programming,
oriented. Anyone who is going to learn the skills of computer programming
should take other courses which may be found in undergraduate level.
This course is going to study the possibility of representing and
exploring the knowledge of space (and place) by employing the knowledge of
computer science. We expect students can combine the theories of computer
science and architectural/urban studies after they finish this course. At that
time, they are able to realize or even breakthrough advanced spatial theories
with a new vision. A good example has been shown via the work of Chris
Alexander, who coined ‘pattern language’ by combining these two fields.
6. Main subjects:
l Introduction
l The history of CAAD
development
l Fractal, Cellular Automata, and Complex Systems
l Simulation and Games
l Shape Grammar
l Data structure (basic theory, graph theory, complexity)
l Space Syntax
l Propositional logic
l First order logic
l Fuzzy set theory
l Knowledge Base systems and Data Mining
l Case based reasoning
l Non-monotonic reasoning and Associative Reasoning
l Machine learning and Artificial Neural Network
l Genetic Algorithm
l Protocol Analysis
l Geographical Information Systems
l Collaborative design
l Digital Design and Architectures
l Intelligent Buildings and Cities
l Computer Aided Construction Management
7. Language
So
far this course is delivered in Mandarin; however, it can be in English if it
is necessary.
8. Further information in
http://www.bp.ntu.edu.tw/WebUsers/ftlin/course/CAAD/cad.htm
or you may contact
with me at ftlin@ntu.edu.tw