摘要
本研究以推廣輕建築系統為目的，首先藉由建築型態學（typology）及以建築系統的觀點，將現有輕建築系統案例分類為管型（Tube）、箱型（Box）、版型（Plate）、 框架（Frame）四種類型，而後運用建築生命週期（LC）的觀點，從sDGs的社會、經濟及環境三大永續面向進行探討，並分類為六個子項目評析：可應用規模、設計自由度、時間成本、施工成本、普通情境碳排量、變動情境碳排量。

環境面向利用生命週期BCF法，計算輕建築系統在普遍與異地重建情境與RC建築系統碳排量差異。研究成果顯示，在設計的自由度以及可應用的規模上，輕建築系統擴張的向度主要影響了空間設計的自由度以及規模。經濟面向中，輕建築系統造價略高於傳統RC建築系統，但相對也有設計及施工快速、容易擴充等優點。

本研究最終提供四種輕建築系統與RC系統於三大面向優勢之比較，並彙整為使用評估指南，除了促進設計者對於輕建築系統的認識，也能進一步就其永續優勢性能落實於設計之中。

一.緒論
1-1研究背景與研究目的
現今人們對建築的需求已經從工業革命後注重大量的空間生產，轉移到注重永續、可持續發展、在地性等價值，社會也正在從單一的主流文化，開始發展出多樣性的文化，因此本研究認為，建築作為反映社會涵構及每日生活的場所，也應該開始朝多樣性、永續性發展。

「輕建築系統（Light Weight Building System）」即備多樣性、在地性及可持續性發展潛力，「輕」代表的是用最少的資源產生最大的空間，是重量輕的建築，以及最少的環境破壞；而「輕建築系統 」指的就是有著「輕」的意圖所設計並且整合了建造活動、結構組織以及材料三個子系統的完整系統。

因此本研究期能透過整合經濟、社會及自然環境三個永續要素，整理輕建築系統指南，做為推廣，幫助後人了解及發展輕建築系統。故本研究之主要目的如下：
1.以類型學歸納輕建築系統的類型分類架構與系統
2.評估各個輕建築系統在不同社會情境下與傳統RC建築系統的碳排量差異
3.從生命週期觀點整理輕建築系統類型應用指南


圖1：建築永續三要素 （資料來源：本研究繪製）

1-2研究方法與流程


圖2：研究流程

二.輕建築系統分類
2-1 案例收集與分析
本研究收集現存「輕建築系統的子案例」後，透過形態類型學（typology）分析和分類歸納各種類型的輕建築系統類型後，將其編碼並繪製分類圖。

本研究對於「輕建築系統案例」的收集基本原則包括：1.輕建築系統案例主要結構材料需為輕鋼或者木材，2. 建築系統的子案例的樓層數在四層樓以下，或經過政府特殊認證而建造完成的木構造或輕鋼構案例。3.選擇之輕建築系統必須有被實際建造出兩個以上的案例。案例資料整理如表１所示。


表1：案例資料表（資料來源：本研究整理）



表2：案例照片（資料來源：本研究整理）

本研究之分析方法為將收集篩選過後的案例進行分析，找出其四個屬性：1.結構行為的主體形式，2.主要結構材料，由1.2可得到其建築結構上的形態類型，接著將分析3.空間組織的擴展方式，以及4.擴張向度，最後將所有案例進行編碼，並繪製分類圖。各案例之分析將如圖６製作成案例資料表。

一.建築主體結構：
建築結構體系中最小的單元，稱之為建築主體結構的形式。而組成的材料則為主要結構材料，材料對建築結構體系具有決定性的影響，即使主體結構形式相同，若建築材料不同，則建築系統從建材的獲取、生產加工、及構築方式都會完全的不同。


圖3：結構主體單元－運輸形式－不同材料的構築（資料來源：本研究繪製）

二.空間結織構成：
空間組織構成的方式也跟空間設計的自由度有著很大的關連，高自由度將使得設計工作越來越複雜且專業門檻高，設計成本與溝通成本急遽上升，因此許多主打快速且低成本的輕建築系統，利用簡單的空間組織性質，和幾種示範的模組，讓使用者可以一眼了然，快速進行決定。

在空間組織的分析上，在自由度較低的輕建築系統類型中，可分析出其具有特定的建築語彙及平面結構，而自由度較高的框架系統和承重牆系統，則不容易發現其組織規律，本研究將透過分析案例之平面，找出輕建築系統空間的擴張方式，並將其分類並以代碼表示：

(1)Self-Repeat   （S.R）
指同一單元透過複製自身的方式擴張

(2)Unit-Repeat （U.R）
指透過組合多種不同單元的方式擴張，若形式或是空間性質截然不同則可稱為不同的單元。

(3)Plate-Join    （P-J）  
指透過版結構的連結讓系統的主體單元互相連接

(4)Frame-Join    （F-J）
指透過框架結構的連結讓系統的主體單元互相連接


圖4：輕建築系統的擴張方式示意圖（資料來源：本研究繪製）

除了擴張方式外，還要分析其可擴張的向度，擴張的向度也大大的影響了空間設計的自由度，以及空間的層次和規模。


圖5：輕建築系統空間的擴張向度（資料來源：本研究繪製）



圖６：案例基本資料表（資料來源：本研究繪製）

2-2類型分析與編碼
類型編碼的目的在於可以釐清各項類型屬性，並將案例進行各項目的分析後依類型編碼，快速的理解其性質。此類型分類具有兩種工具性質，第一作為描述工具，類型分類體系可以將各種輕建築系統限縮為有限屬性間的框架，使其可被研究論證；第二作為生產工具，在類型分類的框架中，可以推演出各種為被實現的可能性。

在輕建築系統中，結構主體形式為決定整個系統的特性的最大因子，因此在類型分類與編碼中，都將其放置在最前面，做為主要類型的分類因素， 加上其他類型屬性後，進行編碼。舉例而言，編號01的System01經過分析後得知其建築主體結構為管型，結構材料為木頭；空間擴張方式是藉由複製自身單元擴張，且只能朝一個向度擴張，依據分類架構可以得其編號為：Tube-W（SR1）。


圖7： 編碼分類示意圖（資料來源：本研究繪製）


圖8：整體分類結果（資料來源：本研究繪製）

三.建築生命週期碳足跡計算
3-1情境設定
為了了解輕建築系統的碳排量及其與RC系統的差異，將利用台灣本土的建築生命週期評估工具，BCF碳足跡評估法，模擬各類型的系統案例在台灣應用時碳排量的碳排量。因本研究的生命週期評估中工程資材的部分只計算主結構與外殼，而同類型的輕建築系統其主體結構相似，因此將四個類型各取一個相似規模，兩層樓的住宅案例作為代表做計算。圖10為評估的四個案例：


圖9：BCF法評估範圍（資料來源:本研究繪製）


圖10：各系統評估案例（資料來源:本研究繪製）

3-2情境設定
在實際情況下，大多數的房屋都不會被持續使用到其物理年限才拆除。而輕建築系統的特點如：可異地重建，彈性變動等則提供了可適應不同情境的可能性，為了多方比較輕建築系統與RC建築系統的差異，將設定普通情境以及異地重建的變動情境計算。


圖11：普通情境示意圖（資料來源：本研究繪製）


圖12：普通情境總碳排量構成（資料來源：本研究繪製）


圖13：變動情境示意圖（30年間）（資料來源：本研究繪製）


圖14：變動情境總碳排量構成（資料來源：本研究繪製）

3-3 情境計算結果比較
在普通情境下評估計算後，可發現RC建築系統與輕建築系統的主要差距，多來自於工程資材部分，在此項目減碳量比例平均大約為45%左右。

而在變動情境下評估計算後，可發現在重建階段因輕建築系統多數構件皆可拆除再利用，因此其重建階段碳排遠低於拆除後只能全部重新建造的RC建築系統，自此種情境下，輕建築系統與RC建築系統比較的減碳量比例高達70%左右，完全展現其在特定情境下的優勢。


圖15：各系統在變動與普通兩種情境的減碳比例分析圖（資料來源：本研究繪製）

四.輕建築系統指南建置
4-1輕建築系統指南
輕建築指南的建立將以下三大項目：自由度、成本、環境影響 ，對應SDGs的三大概念：經濟、社會以及環境三個元素追求最終永續發展的目標，而這三個指標細分為共六個項目：可應用規模、設計自由度、時間成本、施工成本、普通情境碳排量、變動情境碳排量進行分數比較與雷達圖整理，下列為系統各指標與基準案混凝土梁柱系統計算比例所得百分比繪製之一系列圖表。


表3：各系統的六個項目的各項目分數（資料來源：本研究整理）

圖表繪製方式應用雷達圖以及六個項目製作圖表，以傳統混凝土梁柱系統的各指標為基準100%，並將各個項目與其做比例上的計算。


圖16：RC系統項目分數雷達圖（資料來源：本研究繪製）


圖17：輕建築系統項目分數雷達圖（資料來源：本研究繪製）

4-2輕建築系統整體比較
在資源有限的狀況下，為了追求永續，應該適其所需的選擇最適合的建築系統進行設計與建造，而非被主流所限制，將RC傳統建築系統套用在所有的情境下，將會導致許多資源的浪費與環境的破壞。圖18透過將七個系統的疊圖，可以發現在不同的面向都有其特殊特質與優劣勢點，希望展現出不同建築系統的多樣性。

圖17及圖18可看出在不同項目下，輕建築系統的分布區間，如施工造價上，從35%-219%都有，而施工時間則是輕建築系統全部都低於RC的50%，藉由將所有圖表疊圖，可以清楚的看到各項目的數據區間。而表4到表7則整理了四大類型個別的特性，從中也可以發現同一類型的輕建築系統之特性仍然會有一定的相似度，但仍然有其差異所在。


圖18：各系統項目分數雷達圖（資料來源：本研究繪製）


表4：管型輕建築系統整體表現（資料來源：本研究繪製）


表5：版型輕建築系統整體表現（資料來源：本研究繪製）


表6：箱型輕建築系統整體表現（資料來源：本研究繪製）


表7：框架型輕建築系統整體表現（資料來源：本研究繪製）

五.結論
5-1:以類型學歸納輕建築系統分類體系
本研究依照輕建築系統之性質利用空間主體結構以及組織架構兩個大項目進行分析，建立一套可以將輕建築系統進行分類與編碼的方法，藉此分析出各案例之特性；在分類類別上分為管型、箱型、版型、 框架四種輕建築系統類型，除了希望幫助後人理解輕建築系統外，建立了研究與比較的框架供後續研究參考，也希望可以找出有潛力但未發展的系統，如木框架系統或鋼構管型系統等，除了材料的應用潛力外，也觀察到系統間的融合，如箱型系統除了自身的堆疊組合，也可以結合版結構連接空間。

5-2:輕建築系統與傳統RC建築系統整體比較差異
根據輕建築系統與傳統RC建築系統比較之各項目差異，歸納出以下結論：

1.輕建築系統與傳統RC建築系統的碳排量差異：
●在一般普遍的情境下，輕建築系統的新建比傳統RC建築系統減少40-50%的碳排量。

●在異地重建的情境下，輕建築系統比傳統RC建築系統減少70-75%的碳排量。

2.輕建築系統與傳統RC建築系統的設計自由度差異：
●在設計的自由度以及可應用的規模上，傳統RC建築系統優於管型及箱型輕建築系統，在四樓以下的狀況下與版型和框架系統相同。

3.輕建築系統與傳統RC建築系統成本差異：
●輕建築系統的施工時間傳統RC建築所需的一半時間，在2樓的住宅規模時，輕建築系統大約只需要3-5個禮拜的時間。

●輕建築系統在造價上普遍略高於傳統RC建築系統，相對的也有著設計及施工快速、變動容易等優點，其中有些是將室內納入規劃，有些除了主結構外相當客製化可回應不同需求。其中有些是將室內納入規劃，有些除了主結構外相當客製化可回應不同需求。


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