前人機共創世代—從AADRL到ZH CODE

撰文／白千勺

(原文刊載於TA台灣建築雜誌2019年3月Vol.282)

“任何人在機器之前都是平等的。我能使用機器，你也能使用；機器可能會碾碎我，也可能會碾碎你。在技術裡，沒有所謂的傳統，沒有階級意識。任何人都可以選擇當機器的主人或者是奴隸。”
– Lazlo Moholy-Nagy¹

“如果建築師不再關心科技，那麼其他人就會代替他們。” – Mario Carpo²

數位轉型 The Digital Turns

2013年起，Greg Lynn在加拿大建築中心策劃一系列「數位考古」（Archaeology of the Digital）展覽活動，回顧自1980年代晚期至2000年後，運用電腦技術從事創作實務的建築，宣稱「數位」早已不是未來式，而是過去式與現在進行式。不同於過去的建築設計展，「數位考古」展品的典藏，橫跨各種實體與虛擬的資料來源：策展人自多個建築師事務所搜集到電腦硬碟、圖模檔案、速寫手稿、估價表單、筆記等素材。面對25個項目，如此龐雜的資訊量，「數位考古」並非以個案陳列，而是以「設計的方法與工具」為主軸，梳理每個項目執行過程的蛛絲馬跡，並將內容依主題分類打散到各展間。其主題：高精準度3D模型、拓樸與地形、影像真實、數位考古，及多方協作，論述自從商業軟體普及後的轉變—建築圖的功能，從原本能描繪全貌的2D文件，轉變成3D模型資訊的切片及索引；建築師開始嘗試一種著重「連續性」的新建築語彙；彩現、投影等新的多媒體表現工具；整合式的資訊模型改變了建築師與專業顧問的合作模式，工程師現在也成為初期設計的貢獻者。

「這不包括那些嘗試自己寫程式、開發軟體的實驗家們，而是純粹紀錄那個商業軟體普及的歷史時刻。」³ Greg Lynn的註解確實召告天下，那一段「數位年代」已經過去。史論家Mario Carpo將前述90年代以降的設計潮流定義為「第一次數位轉型」(The 1^st Digital Turn)，並稱「第二次數位轉型」時代已來臨。⁴ 「一次轉型」是以商業軟體普及、生產工具的轉換，引發形塑「皺褶」、表現「曲線/面」等建築創作的里程碑；在這裡電腦是建築師的手，例如輔助建模、繪圖等提高生產效率，或以演算法(algorithmic)「衍生」出人手畫不出來的樣式提供客製選擇、並搭配數位製造技術建造「非線性幾何」造型。「二次轉型」最關鍵的變化，在於電腦所駕馭的資訊量已遠大於人類，這個階段的工具，不僅能重複人給的指令，還開始帶有「機器學習」的功能；過去電腦替人們分攤生產圖紙的工作，現在還能分攤邏輯思考、決策判斷上的工作，既是作為工具的「手」、更著實成為建築師的另一個「腦」。當下的人工智慧正引領著建築師們進入下一個創作的進程—人工智能的角色逐漸提升成為建築師的創作夥伴。

前人機共創世代

當電腦運算能力開始與人類創造力並駕齊驅，人機協作的創作流程將由線性式轉變為迴圈式的，「大量客製化」的概念不再侷限於「設計結果」，大量客製化的「設計方法流程」是值得設計專業探索的新觀念。有如從零件開始組裝一台PC，或由開源程式碼排列組合寫成應用程式，計算機科學的世界裡存在著無限開放性與創造的本質，是吸引許多當代建築師探究的動機。最早可追溯至上世紀60年代起，建築思想家Cedric Price, John Frazer等人，認為建築是一種對應環境因素的「回饋機制」，是生產的過程而非結果（結果可能是開放性的），主張科技應被運用在建立這套機制上。Price說：「科技是答案，那原來的問題是什麼？」到了21世紀，Price和Frazer提出的架構 (圖01) 都可以被實現了，然而使改變成真的關鍵，依舊是科技的成熟而非建築師的影響；建築師們進一步的思索與質問是，究竟這些「答案」是否回應到社會脈絡中真正的「問題」，亦或製造了更多問題？ 

承襲上述的議題，在當代建築教育研究機構中，AA建築聯盟的Design Research Laboratory (AADRL)，及Zaha Hadid Architects事務所中的 Computation and Design Research Group (ZH CODE)，一前一後開啟人機共創的實驗與研究歷程，嘗試以科技作為答案來回應當代建築議題，在經過10-20年後陸續累積以此為主軸的建築實踐(圖02)。綜觀兩者在面對下一個數位時代所建構的設計精神，大致可歸納如下：

1. 技術與觀念兩個面向的建築知識，必須同時被發展，最終致力於結合兩者於同一架構之中
2. 集體創作，跨領域合作—人與人、人與機器、機器與機器… 
3. 橫跨尺度的探索—小至顯微鏡下的材料，大至太陽系中的行星… 
4. 打造自己實驗與創作時所使用的工具
5. 研究與實驗作為建築設計的實踐 

以下分別以AADRL的教學與實驗作品，及ZHCODE的發展脈絡與近期作品為例，介紹這個與「第一次數位轉型」時期並行的「前人機共創世代」。

AADRL 設計研究實驗室

近來舉辦20週年系列展覽的AADRL，該系由甫卸任的前 AA 校長 Brett Steele 及 Zaha Hadid Architects 合夥人Patrik Schumacher 於1997年共同創立，創辦人認為當今設計問題的複雜度遠超越傳統建築知識的範疇，學校裡需要新的教育模式來回應這樣的學習需求。現任Director Theodore Spyropoulos: 「如果人們攜手合作，我們能將任何事變成可能。」 DRL相信集體智慧所帶來的價值，翻轉了「創作是個人的」這種思維，主張當代設計亟需匯集多面向的專長，因此設計課始終以團隊合作方式進行。DRL同時也引進其他領域的合作夥伴：如工程師事務所AKTII、機器人研發公司Festo、混凝土材料商Rieder等；在理論課與軟體課當中，除了建築本科的知識與技術以外，分別加入計算機科學、人工智慧等入門概論與相關的程式編寫技術，強化「研究」與「設計」之間的系統性關聯，以求觀念與技術並進。

DRL的人機協作初體驗從Workshop工作坊開始，過程中學生能同時學習數位空間裡物件與變因等之間的互動，以及當設計主體在電腦螢幕之外，對材料本質與真實性的理解，如何回饋數位模型的設定。藉由4-6週裝置尺度的物件操作練習，學生體驗從「虛擬實境」到「實擬虛境」的方法流程，與它在設計研究與創作上所扮演的主動角色。例如，Soft Cast 工作坊（圖03-1）研究材料行為與型構，在縫有圖案的彈性布容器中澆灌流動的石膏，布的拉張力與石膏的重力在石膏凝固的瞬間達到平衡。以電腦模擬彈性布的圖案與其受重力影響的垂墜型態，同時實作澆灌模型測試，檢視結果與預期間的落差，了解如何控制多種變因，做設計的調整及演化。Infinity Loop 工作坊（圖03-2），研究以柏拉圖幾何體(Platonic Solid)為起點的拓樸形變發展，並於曲面模型的表面上以向量場(vector field)生成圖案紋理，並以3D Printer列印將虛擬資訊轉換成實體，透過來回操作學習控制複雜型態的生成與機械生產的流程。在Workshop的練習後，為期一年的畢業設計Studio，除了指導老師Studio Master在Design Brief給的一套中心思想，學生團隊得透過研究與實驗尋找設計議題與方向。

DRL的Studio歷經20年，輪替過6個以上的設計議程 （Design Agenda⁵）。其思想與實踐起初是來自90年代建築家們關於「場域」論述的延伸，以「集體的場域」（Corporate Fields)為題，在概念上建立DRL這個集體合作環境的自我認知，同時在教學上落實在全球化企業辦公建築的設計討論。自此DRL走向在自我建構的論述系統中演進的道路上。DRL的歷程約略以十年作為分野，整體演進與設計工具技術的發展關係密不可分。第一個十年的談論幾乎發生在純數位的環境之下，使用當時已可及的軟體互動式介面從事設計研究，加上動畫時間格的錄製，使得「隨時間而變化」（回應式環境Responsive Environment) 的動態建築論述得以連續的視覺化場景來呈現。第二個十年當中，數位製造技術開始普及，實驗工具的選項倍增，設計研究走出電腦螢幕，「實擬虛境」的主導性凌駕於「虛擬實境」之上，數位世界與物質世界的合成概念愈發地強烈。技術演進的同時，談論的尺度也由都市規劃（參數都市主義Parametric Urbanism）、建築的適應性與彈性（適應生態Adaptive Ecologies），到建築的型態與單元組構（原型設計Proto-Design），甚至從機械互動裝置的探索開始（行為的複雜性Behavioural Complexity），反過頭來用由下而上、以小見大的方式來回應網絡系統及橫向整合的當代議題。

從Proto-Design到Behavioural Complexity 時期（2009-2016）的作品發展，是「人機共創」概念被帶進實作的轉淚點，其重要性在於作品與外界的溝通性。物質世界畢竟是人們連結身體感官經驗的場域，在過去被視為「前衛」的觀念，透過有尺度的裝置被實體化，儘管作品仍停留在實驗階段，它們提供一座宛如時空隧道的橋樑，讓觀眾相信作品的實現指日可待。一種相當具可信度的題目是這樣鋪陳的：抽象的數學幾何，透過排組性與簇群關係的模擬，經過物質材料行為等實體化的研究過程，形成可被組織的建築單元體，並在製造或組構過程中結合機器智能，發展成在極端環境下的建造方式。（圖04-1,04-2）在截稿此刻，DRL剛結束新議程Constructing Agency的第一屆畢業評圖，奠基在上述人機共創的實作經驗之上，DRL回歸到類似創設之初對於programme的探討—未來的文化、工作與居住，在二十年間完成了一個循環，進入下一輪的自體演化進程。

ZH CODE  札哈哈蒂事務所運算設計組

ZH CODE是札哈哈蒂事務所中，有鑒於事務所長期以來對設計創新的大量需求，於2007年獨立出來的研發小組。十年多來CODE在ZHA裡扮演的角色隨著其研究的深化而轉變。在過去CODE較多的業務是輔助建築專案部門，例如寫程式解決立面上漸變的開窗、優化曲面分割等；專案協助之餘，成員們各自進行著不同的研究案，同時從事各種教學活動，試著將其研究帶入workshop和design studio付諸實現。然而隨時間與科技可及性的演進，CODE的研究逐漸成熟，並開始應用在裝置藝術或家具等尺度的案子上。相較過去的流程—直接用軟體建模產生任意曲面，再對這任意曲面「優化」(Optimisation)、「合理化」(Rationalisation) — 在CODE的案子中在初期設計階段就以「尋找型態」（Form Finding）的過程將結構行為、材料及製造等條件設置於參數中，透過緊密的「人機協作」將優化的工作提前與設計發想同步進行。

Patrik Schumacher將CODE的作品定義為參數主義底下的「構築主義」(Tectonism)：「構築主義是參數主義潮流的最新狀態，最近的作品（雖仍繼續發展著曲面）皆著重於結構理型與材料、工程和製造的邏輯，其展現的豐富多樣內涵能自我闡述，形成一種比過去的參數主義作品更能即刻反映當下科技、社會現況的建築樣式及語彙，因此我稱它們為符號學的案例。」⁶ 他認為構築主義正在提升工程與製造的形式風格，終極目標並非功能與實用性本身，而是為了提升能與社會大眾溝通的美學。

「在人類演進史中，我們正處於智能擴充(intelligence augmentation)的階段，建築專業不應該也無法承受在這重要階段被邊緣化。」⁷相對於Schumacher的建築符號學論調，CODE的領導人Shajay Bhooshan從設計工作流程的觀點來探討人類與機器的共同創作，他認為有了建築的數位化作為前導，目前亟需設計者本身的智能擴充。對於數位科技的使用不能只停留在對已知形象的複製生產，更應開發可運用機器智能調整的設計流程，與可善用機器人參與的生產製造，運用這些流程當中可被客製化的環節，帶給建築設計的影響力，才能超越建築產品製作的單一性，將設計主體重新帶回與人互動的建築環境本身。以下藉兩個尺度類型極端的案子來解析上述的話。

倫敦科學博物館數學館的指標性，不僅在於它是第一個從競圖到執行全程皆由CODE主導的室內建築專案，更在於它是過去CODE研發項目的集大成：展場意象是由懸吊的飛機展品生成三個空氣旋渦—布製的極小曲面裝置(Minimal Surface)，並模擬飛行時所產生的流量場域(Flowfield)，作為展場配置的流線型態(圖05-1, 05-2)。從前看似無用的各種小研究，在與數學館巧遇的時刻水到渠成，形成一個連貫的故事。但故事說完後挑戰才正開始，CODE面對專案的展場規劃、工項、預算等複雜的執行面，選擇開發自動化的流程來因應。比方在設計期間，館方的策展規畫尚未定案，許多展櫃數量及尺寸仍存在變數，CODE便製作了一個小工具，將變數輸入即可調整圖面及數量計算，這樣一來當業主改變主意時便即刻明瞭對造價的影響；面對複雜曲面樣式，團隊也在初步設計階段即與廠商進行估價，拉張布材與石切機械手臂的廠商都是CODE過去合作過的夥伴，因此報價更精準且降低施作風險。藉由工作流程的客製化與優化，數學館的執行將人力成本降到最低—包含建築專案經理在內，始終維持在三人以下，也讓數學館在其他展間之前完工率先開幕。「在數學館和CODE搭配建築專案團隊發展的集合住宅項目，造價都是放在第一位的設計條件，但並不因為造價而在設計上做妥協，正因我們在一開始就在設計中整合製造端的資訊。」CODE成員、數學館的專案設計師Vishu Bhooshan說，「CODE在過去十年將參數工具及結構、製造主導的建築幾何等研究，發展運用在pavilion和產品的尺度上，經過數學館的執行後，相信現在是高峰期將我們的想法轉譯到建築尺度的設計上，朝這方向發展才能讓更多人理解。」

除了運用科技增進與業主的溝通，ZHA近來對參與公眾事務也不遺餘力，試圖與各界對話。例如CODE為倫敦市所做的願景規劃提案「步行倫敦」(Walkable London)，運用大數據的分析與視覺化，來支持從人行街道到街廓三個階段的設計規劃(圖06-1)。規劃案在多種層次上觸及跨領域的人機協作：都市數據公司Habidatum、工程公司Buro Happold的Smart Team參與合作，與CODE一起建構倫敦城市的資料平台，彙整與都市的交通、車站節點、人行動線、建築物密度、防災動線等層面的資料。當資料庫建置到一定程度，便可在平台上編輯參數，模擬可能發生的情境，檢視當提案的街道與街廓完全被人行步道取代的時候，將會對車輛交通、行人步行通勤時間、空氣品質、周邊商業活動、房價、市民情緒指數等造成什麼影響。規劃案進一步對倫敦棘手的居住問題提出另類解決策略：設定一套運算規則在「步行倫敦」裡的住宅街廓指認尚可做增建開發的空地。⁸(圖06-2)

曲高和寡？亦或是明日預言？

晚近的建築發展歷程，因工具的解放、資訊的繁雜與觀點的多元性，相較於現代主義的源流，數位流派的脈絡確實不易掌握，難免招致許多人視為是曲高和寡；然而放眼望去全世界的主流市場，建築師們到現在仍追隨著Zaha Hadid及Frank Gehry等事務所在上個世紀末所開發的工作模式；換句話說，前一波「數位」的潛移默化已悄然地完成它的任務。眼前我們所談論的下一波「數位」，以技術的觀點來看非但剛萌芽，其所開啟的創作探索觸及的面向之多，後續發展趨勢將比過去二、三十年更不易捉摸。但如果以過去二十年的歷史經驗來看待本文所撰述的這支脈絡，「人機共創世代」似乎是明天開始就會發生的事情，甚至如同我們離不開智慧型裝置的事實一般，在某些意義上早已全面改變了人們的設計行為。

1. Frank Whitford 著，林育如 譯，包浩斯,，商周，2000年， 145頁。 ↩︎
2. Mario Carpo ‘If architects stop caring about technology, someone else will in their stead.’ , Web. 26 March  2018 <https://www.metropolismag.com/architecture/post-digital-collage/> ↩︎
3.  “A tour of Archaeology of the Digital: Complexity and Convention, with Greg Lynn”, Web. 11 Aug. 2016 <https://www.youtube.com/watch?v=zpuI7rorCDg> ↩︎
4. Carpo, Mario. The Second Digital Turn: Design Beyond Intelligence. Cambridge, MA: The MIT Press , 2017 ↩︎
5. Design Agenda（設計議程）引領著DRL整體發展的趨勢，不論各Studio的設計題目為何，皆為對當期的Agenda做出的詮釋。DRL已完成的Design Agenda: Behavioural Complexity, Proto-Design, Adaptive Ecologies, Parametric Urbanism, Responsive Environment, Corporate Fields… 等，其中Adaptive Ecologies 及 Corporate Fields有論述作品集出版，早期學生作品則收錄在DRL TEN專書中。 ↩︎
6. “Patrik Schumacher on ‘Tectonism’ and the work of ZHCODE”,Web. 13, Sep. 2018 <https://www.youtube.com/watch?v=YUkPL2rEMWc> ↩︎
7. Bhooshan, Shajay. “Realising Architecture’s Disruptive Potential”, Zaha Hadid CODE. Venice Italy, Bruno, 2016, pp.10 ↩︎
8. 「步行倫敦」官方網頁https://www.walkablelondon.co.uk
   研究成果報告書：https://issuu.com/walkablelondon/docs/zhawalkablelondon_issue ↩︎