過往的產品設計，往往物料來源與模組組合並不是設計上最重要的考量，而 是從商業利益作為主要設計目的，例如燈泡界的太陽神計畫，便是為了促進消費者購買，經過商業考量設計出減少燈泡的使用壽命的產品，為計劃性淘汰的濫觴（Jeremy Bulow，1986）。當全球資源缺乏與生態危機的議題浮現後，循環經濟與相關的產品設計發展理論成為近十年來逐漸重視的趨勢。
本文將透過模組化設計如何深入產品的循環導入步驟，以及Kodasema、Chainable及QurE緊急部署檢疫醫院原型設計的案例，剖析模組化設計為產業帶來的效益，以及導入後商業模式轉變，說明模組化的設計策略為循環設計策略中不可忽視的環節。
模組化設計的定義
從上個世紀以來，已有許多專家針對模組化進行研究，並針對不同的面相得出各自的定義及原則。依據Ali K, Kamrani（2002）的定義：模組化產品是通過不同的構建塊或模塊的組合，來實現各種整體功能的產品。產品的整體功能可以拆解為各種不同的模塊或組件的子功能，模組化產品最重要的是打造一個可以安裝不同組件的基本核心，再由這個核心架構組合模組擴增成各種版本，而其必須具備以下的四個原則：通用原則（Commonable Principle）、分割原則（Dividable Principle）、互換原則（Exchangable Principle）及適當原則（Adaptable Principle），而Mari Sako及Fiona Murray（2000）則根據不同的功能，進一步的將模組化分成以下三個類型：
- 模組化製造（Modularity-in-Production, MIP）：此類模組化常用於工廠的製造流程中，能將大量的組件預先在生產線外組合成，之後再透過簡單的組裝成完整的產品，這降低了製造流程的複雜性、縮短製造流程外，更是給製造流程帶來更多的彈性。模組化製造因為規模經濟和專業化分工，已經廣泛適用在現在工業供應鏈中，像是建築工程中的預鑄工法便是此類模組化製造的應用之一。
- 模組化設計（Modularity-in-Design, MID）：將模組化的概念融入產品架構設計中，每個組件都藉由其特殊的接口進行組合，因此在產品設計時，會將其拆分為設計各個組件的設計師，及統整所有組件成系統的設計師，讓不同的設計組件可以進行獨立測試，並且經由組合設計變為一個完整系統的產品。
- 模組化使用（Modularity-in-Use, MIU）：是指由使用者驅動的產品結構分解，可分為產品的功能性與外觀，旨在滿足使用者的易用性及客製化。簡單來說，如果消費者可以組合和配對各種組件以形成一個功能齊全的產品，那這個產品就是採用「模塊化使用」的概念，把設計從公司轉移至消費者。
模組化為設計師提供了更大的靈活性，來滿足多樣化的流程，靈活性更能延緩設計決策的時間點，直到蒐集足夠的資訊時，再根據其資訊來修正某部分的設計即可，而不會延遲產品的開發過程。另外，模組化也能夠通過減少重複流程來降低生命週期（J. K. Gershenson et al.， 1999）。Ulrich及Tung（1991）則表示模組化將帶來以下的優勢：規模經濟、易於產品更新、增加產品功能與種類、減少交貨時間、易於設計與測試，但也有以下的劣勢：缺乏性能優化、增加單位的變動成本、產品具有過度的相似性等。然而，也正因為模組化的特性，使得企業及設計師，在設計產品或專案時，逐漸採行模組化設計的概念。
模組化設計導入
當市場趨勢越追求減碳或零碳的目標，模組化的設計策略可供期望在產品設計進行循環優化的業者們參考應用，為了引導業者或者設計開發相關者，能於設計產品的階段，就可妥善規劃使用者在使用模組化產品、替換料件時的流程與體驗，讓產品的設計、開發、量產及維修能有路徑可以依循，本文提出以下3個步驟的設計方向做為參考與指引：
- 盤點產品生命週期：列出目前所有產品及相關產業，例如：製造、使用及服務中使用的能源和材料，並計算出對環境的排放量，進而評估可能對環境的影響。最終目的是為了記錄目前產品對環境的負面影響，以供後續的設計進行改善。
2. 循環設計分析：最主要來協助設計師洞悉產品維修及回收的運行模式，並依此進行設計規劃。
3. 產品服務系統分析：以人力、物力、金錢及資訊四個面向，將前述2個步驟所蒐集並規劃的模組化產品，可使用商業模式繪製成圖。
模組化設計策略與案例
- KODA-Kodasema
全球有一半以上的原物料被拿來蓋房子，建造及使用就消耗了全球36%的能源，產生全球近4成的碳足跡，其中金屬類建材大多為高加工度、高耗能、高二氧化碳排放的建材，尤其進口粗鋁錠之二氧化碳排放量為鋼筋的8.6倍，為一般水泥的18.8倍（循環台灣基金會，2019）（綠色魔法學校，2010）。
此外，根據聯合國的調查資料，在2018年時，地球上有55%的人口生活在城市地區，預計到2050年的時候，此比率將增加到68%，加上世界總人口的總體增長，預估約增加25億的人口，其中又將有90%會發生在亞洲及非洲（聯合國，2018），就表示將有大量的住房需求誕生，也連帶地消耗地球上的資源。為了解決營建所需的原料開採、加工製造、損壞拆毀所產生的大量耗損，並且增強循環再利用的可能性，KODA房屋提出的一個模組化住房解決方案，希望能實際解決建築產業大量使用資源的問題。
Kodasema所設計的KODA房屋，其旨在採用模組化及材料可再利用的方式，來提供一個負擔的起的多功能住房。藉由著預先在工廠製作完大規模的房屋主體，以產生規模經濟又可減少多餘的客製化，從源頭就先減少大量的耗材；隨後其內部的裝修也透過天然木框架及其他的可循環建築技術，來達成廢棄後材料循環，以增長每個原料的生命週期，來避免材料的浪費。
KODA房屋目前設計了八款不同的型號和尺寸，可以直接安裝在堅實的地板或是浮橋上，使得住戶或使用者，只須要等待不到一天的時間，就可安裝完成，直接使用。KODA被設計為可符合多功能的需求，像是家庭、辦公室、租賃空間等，更可以透過組合或堆疊多個KODA的方式，來創建如多戶社區、飯店或零售商場等使用情境。為了實際驗證其大規模複製的模組化可行性，Kodasema在愛沙尼亞的首都-塔林，利用KODA房屋，於2017年開設了KODAStay飯店（KODA Stay，2022）及建立KODA園區（KODA Park，2022）。
這樣的創新，讓KODA成為一種可以移動的住房資產，對於未使用的城市空間甚至平坦的屋頂來說，它是一個具有吸引力的新住房選擇，並且在需求發生變化或城市需要重新設計時，可以被移動轉移和重新利用，以延長房屋的生命週期（Circular X，2021）。也因此，KODA獲得DNA巴黎設計獎，永續生活優勝及綠色建築優勝（DNA，2022），也在2021年成為One Planet Network的成員（KODA，2022）。
2. KaaS-Chainable
房屋除了主體之外，裡面的內裝也會消耗許多的材料。根據Chainable的創辦人Cees的觀察，廚房的平均使用年限是15年，之後就會被廢棄，在荷蘭，每年都有超過4萬噸的廚房軟裝被當作垃圾處理。而根據歐盟的統計，2017年時有1千萬噸的家具垃圾被丟棄，其中就有四分之一是廚房及相關用具。（Chainable a，2022）
為了解決這樣的問題，Chainable在2020年提出了廚房即服務的概念（Kitchen as a Service, KaaS），透過租賃的方式，提供客戶省電電器及模組化廚房，並和所有產品的製造商密切合作，確保其產品在生命週期後期，可以被回收及正確的處理，從而確保所有材料以永續的方式保持使用。這樣的產品設計及商業模式，讓Chainable同時提供了以下六個價值（Chainable b，2022）：
- Chainable保證在租賃期間提供的廚房用具皆為最新的，若有任何的損壞，Chainable及供應生會負責維修及報廢處理，所有的成本都包含在訂閱費用當中。
- 模組化的設計，讓廚房用具在不會對廚房的牆壁產生永久性的損壞前提下進行安裝，這避免了加工的需要，可輕易安裝及拆卸，進一步節省了建築材料。
- 模組化的設計也更節省板材的使用，片材相較於市售廚房用具減少47%。
- 廚房用具的底座歸功於鋼框架的設計，其中有高達82%的原料可以重新再利用。
- 透過特殊設計，使得鉸鍊和抽屜導軌在損壞時，只需要些許的維護即可重新使用。
- 提供節能電器，以省去高昂的電費。
Chainable目前的客群先瞄準有專業廚房需求的市場，像是餐廳、辦公室等商用場域，在這些場域成功完成商業模式的測試後，該公司的目標是要進軍家用市場，持續將影響力擴及到一般民眾。（Circular X，2021）。
3. QurE緊急部署檢疫醫院原型設計
在COVID-19疫情升溫之下，成功大學、成大醫院及九典聯合建築師事務所所組成的聯合團隊QurE-Team，快速的利用模組化的特性，建造一座「緊急部署檢疫醫院原型」，簡稱：QurE（音同Cure，有治療的隱喻），該設計旨在幫助全世界因應緊急事件，例如此次COVID-19疫情所引起的醫院檢疫及隔離病房不足的問題（九典，2022）。QurE原型除了滿足醫療需求及快速組件的特性外，更加入循環設計的概念，不同於世界各國現有的臨時簡易站或方艙醫院，其具有以下優勢（QurE，2022）：
● 快速部屬：迅速組裝，約耗時五天現場組裝
● 造價便宜：扣除醫療儀器與機電等設備，每坪只要8,000~12,000元
● 因地制宜：耐候性佳，可因應潮濕、淹水等問題
● 提升檢疫：潔淨區與污染區分離，防止病人交叉染疫；室內氣流可減少醫療人員受到病患咳嗽等氣膠污染物感染
● 模組化設計：工廠模組化製作、現場螺絲結合搭建，可照單元組建，並依需求延伸。此外，秉持TaiwanCanHelp的理念，將設計成果公開給全球，以開放資料分享國際社會
● 結合循環經濟：空間設備以租代買，且單位使用後可完全拆解、回收建材及土地復原
QurE是兼顧疫情和環境非常好的案例，兩者是可以相互平衡的，不需要為了一方就喪失了另一方的權利。QurE的模組化設計、空間設備以租代買，迅速組裝的優勢不但可以快速應付暴增的患者，更可以在疫情結束後，轉予其餘空間的利用，如：臨時工寮、移動事務所等。且建材的多次利用，也大大的減少不需要的浪費，更減少了再次開採所產生的各式污染。
模組化設計案例分析
看完了國內外3個模組化設計的案例，其實在設計面都有異曲同工之妙，以下表格針對模組化的不同面向，統整出其各自的差異：
結語
模組化設計其實並非最近才提出的新興設計方法論，只是隨著各國減碳的趨勢越來越緊湊，為了因應將來的氣候變化及民眾環保意識崛起，產品開發與設計端開始重新回顧模組化設計所帶來的好處：減少材料使用、易產生規模經濟、易於產品更新、增加產品功能與種類、減少交貨時間、易於設計與測試等，但別忽視仍存在以下的劣勢：缺乏性能優化、增加單位的變動成本、產品具有過度的相似性等。如何在優劣勢之中取得平衡，便是設計師需放下心思解決之處。
然而不只單純考量模組化的設計就可以符合循環經濟的概念，而是要進一步的思考產品生命週期、循環設計及商業模式，才能減少試錯的次數，並快速地抵達最初設定的目標。要推動模組化設計其實不是一件容易的事情，也不是閉門造車就可完成的，不論是Kodasema所設計的KODA，也是得耗費心力與資源，自己建立飯店及園區，讓大眾可以看到模組化房屋的潛力；Chainable所提供的KaaS服務，也是努力打入專業的餐廳及辦公室，經過多次的試驗後，才朝大眾化的方向前進。
當越來越多的產品朝模組化設計的方向進行，就會有越多的產品可延長其生命週期，也就對於環境產生更多正向的影響，也就加速了世界邁向永續的步伐，以呼應各國在2050淨零碳排的目標，達成升溫不超過攝氏1.5度的目標。這就要靠著我們群眾的智慧與力量，一起來達成。
編輯｜產業創新組
研究合作｜斜作設計Slash studio
圖像編輯設計｜斜作設計Slash studio
參考資料
● Jeremy Bulow(1986). An Economic Theory of Planned Obsolescence. The Quarterly Journal of Economics, Volume 101, Issue 4, Pages 729–749. https://doi.org/10.2307/1884176
● Yogesh K. Dwivedi, Laurie Hughes, Arpan Kumar Kar, Abdullah M. Baabdullah, Purva Grover, Roba Abbas, Daniela Andreini, Iyad Abumoghli, Yves Barlette, Deborah Bunker, Leona Chandra Kruse, Ioanna Constantiou, Robert M. Davison, Rahul De’, Rameshwar Dubey, Henry Fenby-Taylor, Babita Gupta, Wu He, Mitsuru Kodama, Matti Mäntymäki,…Michael Wade(2021). Climate change and COP26: Are digital technologies and information management part of the problem or the solution? An editorial reflection and call to action. International Journal of Information Management, Volume 63, 102456. https://doi.org/10.1016/j.ijinfomgt.2021.102456.
● Gershenson, J. K, Prasad, G. J., Allamneni, S.(1999). MODULAR PRODUCT DESIGN : A LIFE-CYCLE VIEW. Journal of Integrated Design & Process Science, vol. 3, no. 4, pp. 13–26.
● Mari Sako, Fiona Murray(2000). Modules in Design, Production and Use: Implications for the Global Automotive Industry. International Motor Vehicle Program(IMVP) Annual Sponsors Meeting 5–7 October 1999, Cambridge Massachustts, USA
● Ali K. Kamrani, Ph.D, Sa’ed M. Salhieh, Ph.D(2002). Product Design for Modularity, Springer; Softcover reprint of hardcover 2nd ed.
● Andrew William Lacey, Wensu Chen, Hong Hao, Kaiming Bi(2017). Structural response of modular buildings — An overview. Journal of Building Engineering, Volume 16, March 2018, Pages 45–56.
● 循環台灣基金會（2019）. 循環營建-讓房子能夠像樂高一樣重組再造 https://circular-taiwan.org/2019/02/27/column-cw-20190227/
● 綠色魔法學校（2021）. 建築物CO2排放量的LCA評估http://www.msgt.org.tw/article/?article_item_id=95
● United Nations（2018）. 68% of the world population projected to live in urban areas by 2050, says UN https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision-of-world-urbanization-prospects.html
● KODA Stay(2022). https://kodastay.com/en/
● KODA Park(2022). KODA https://kodasema.com/en/koda-park/
● DNA(2022). Pop-up urban village https://dna.paris/winner/zoom.php?eid=71-85977-19
● KODA (2022). Kodasema becomes a member of one planet network. https://kodasema.com/en/press/kodasema-becomes-a-member-of-one-planet-network/
● Circular X(2021). Case study: KODA — Multifunctional, movable housing solution. https://www.circularx.eu/en/cases/47/koda-multifunctional-movable-housing-solution
● Chainable a (2022). Ons verhaal. https://www.chainable.nl/ontstaan-circulaire-keuken-chainable/
● Chainable b (2022). Een 82% circulaire projectkeuken.https://www.chainable.nl/
● Circular X(2021). Case study: Chainable — Kitchen-as-a-service. https://www.circularx.eu/en/cases/65/chainable-kitchen-as-a-service.
● 九典聯合會計師事務所(2022). 組合式緊急部署檢疫醫院原型屋. https://www.bioarch.com.tw/work/qur-e-quarantine-unit-for-recovery-emergency-and-ecology
● NCKU can help! (2022). QurE-concept. https://qure.gs.ncku.edu.tw/methodology/concept
● 黃育徵（2017）。循環經濟（第一版），天下雜誌
