CAD技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來.docx

鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育土木工程CAD課程論文CAD技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來 學(xué) 號：姓 名： 李孟丹 完成時間： 2016.04.01摘要：本文主要簡述CAD發(fā)展簡史、應(yīng)用現(xiàn)狀、以及未來發(fā)展趨勢，CAD技術(shù)以簡單、快捷、存儲方便為特點(diǎn)，在工程設(shè)計中承擔(dān)著不可替代的作用，當(dāng)前，CAD在土木設(shè)計中應(yīng)用廣泛，本文詳細(xì)分析了CAD在實際工作中的使用情況，對CAD在土木設(shè)計工作中優(yōu)勢和劣勢進(jìn)行了探討，并提出了一定的見解。關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)，土木設(shè)計，優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)，發(fā)展Abstract: This paper gives a brief introduction to CAD development history, application status, and its development trend in the future, the technology of CAD in a simple, fast and convenient storage characteristics, in the engineering design bear irreplaceable role. At present, CAD is widely used in civil engineering design. This paper makes a detailed analysis of the CAD used in practical work, discussion of CAD in design work of civil engineering in the advantages and disadvantages, and put forward some views.Key words: CAD technology, civil design, advantages, disadvantages, developmentCAD(Computer Aided Design）誕生于60年代，是美國麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計劃，由于當(dāng)時硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD-Computer Aided Design)指利用計算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計工作。它是利用計算機(jī)強(qiáng)有力的計算功能和高效率的圖形處理能力來進(jìn)行工程的設(shè)計和分析的一種技術(shù)，它是綜合計算機(jī)技術(shù)和土木工程設(shè)計方法的一門新興學(xué)科，是與計算機(jī)軟硬件及工程設(shè)計方法的發(fā)展而發(fā)展起來的。它集成了計算機(jī)、圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)值分析等技術(shù)，隨著軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展及工程方法的更新?lián)Q代，CAD技術(shù)也日趨完善，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子、輕工、紡織、服裝、醫(yī)療、國防及工程設(shè)計等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，發(fā)揮了極大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。 CAD技術(shù)最早應(yīng)用于汽車工業(yè)，隨后隨著計算機(jī)軟硬件的發(fā)展及普及，逐漸擴(kuò)展到其它領(lǐng)域，包括土木工程領(lǐng)域。在土木工程領(lǐng)域，它包含工程設(shè)計中采用計算機(jī)技術(shù)輔助分析、計算和繪制圖形的全過程。我國在土木工程中使用CAD技術(shù)開始于上世紀(jì)八十年代，在開始階段，主要依靠外國引進(jìn)的通用或?qū)Ｓ脠D形軟件包在屏幕上做交互式圖形設(shè)計，與結(jié)構(gòu)計算與分析沒有結(jié)合，參與者主要是長期與計算機(jī)打交道的專門人員，到八十年代末期，由于較高性能的廉價計算機(jī)的普及，土木工程CAD才有了真正的發(fā)展和較廣泛的應(yīng)用，在很大程度上推動了CAD技術(shù)在我國土木工程上的應(yīng)用和發(fā)展。土木工程CAD的應(yīng)用包含以下方面：1）建筑與規(guī)劃設(shè)計：用于繪制建筑、規(guī)劃類圖紙，如建筑施工圖、效果圖，規(guī)劃效果圖，橋梁的造型設(shè)計等，其軟件有天正建筑軟件、中國建筑研究院的APM（PKPM的建筑模塊）、QXCAD（一種橋型設(shè)計軟件）、3 D M A X、M A Y A、計，構(gòu)造設(shè)計指根據(jù)結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果，完成構(gòu)件和截面的選配筋的構(gòu)造設(shè)計，繪制施工圖是用CAD取代傳統(tǒng)的手繪來完成施工圖紙的繪制；（3）給排水設(shè)計：用于給水、排水方面的計算與繪圖；（4）暖通設(shè)計：用于取暖與通風(fēng)方面的設(shè)計；（5）電氣設(shè)計：強(qiáng)弱電方面的輔助設(shè)計；（6）施工組織與設(shè)計：用于施工項目的項目管理、施工工藝的流程設(shè)計與優(yōu)化、施工現(xiàn)場布置等；（7）工程項目的預(yù)決算：從廣義上說，這也算C A D在土木工程上的一個應(yīng)用；（8）其它方面的：比如家庭裝修等。 以上所列只是CAD技術(shù)在土木工程上應(yīng)用的主要方面，在實際工程中，還有很多的邊緣的、交叉的的新興的應(yīng)用技術(shù)在開花結(jié)果，日新月異。 一、毋庸質(zhì)疑CAD技術(shù)的長處使得人們趨之若騖,它有以下幾項優(yōu)點(diǎn)。 1、勞動強(qiáng)度降低,圖面清潔手繪繪圖,工作人員常常手里拿著幾只不同粗細(xì)的墨筆,丁字尺、三角板、曲線板等工具不停的在手里更換,而且一旦畫錯,修改非常費(fèi)事,甚至從頭來過,圖面修修補(bǔ)補(bǔ)顯的臟亂。用 CAD繪圖則可以一只鼠標(biāo)做你想做的任何事情。它有統(tǒng)一的線型庫、字體庫,圖面整潔統(tǒng)一。CAD軟件所提供的UNDO功能讓你不必?fù)?dān)心畫錯,它可以使你返回到你畫錯之前的那一步。你更可以在電腦系統(tǒng)后臺運(yùn)行一些音樂播放軟件,一邊聽音樂一邊工作。 CAD軟件繪圖真正做到方便、整潔、清潔、輕松。 2、提高設(shè)計工作效率 土木設(shè)計過程一般經(jīng)過提條件、方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計。各工種之間的配合默契與否，條件與方案改變大小都直接影響著制圖的速度。傳統(tǒng)的手工制圖方式下，各階段各工種之間的不同設(shè)計成果要分時制作；在CAD制圖中，實現(xiàn)了各工種間的圖紙資料互換，即使方案有所調(diào)整，設(shè)計人員只需在原有的設(shè)計圖紙上加以調(diào)整，從而減少大量重復(fù)勞動，提高了工作效率。 3、增強(qiáng)計算功能，提高精確度 土木工程設(shè)計不同于其他領(lǐng)域的設(shè)計，它需要正確無誤地計算出裂縫寬度、撓度、承載力、配筋面積。而且在實際工程中，要先符合設(shè)計規(guī)范地對各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件如梁、板所承受的各種外部荷載，再根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定進(jìn)行計算和調(diào)整，如果計算數(shù)值稍有偏差或參數(shù)取值不符合規(guī)范要求，便會造成設(shè)計出的產(chǎn)品不合設(shè)計規(guī)范、不經(jīng)濟(jì)，嚴(yán)重的還會造成人民生命、財產(chǎn)的巨大的損失。 4、提供動態(tài)的檢驗效果結(jié)構(gòu)的板、梁、柱、墻的設(shè)計要考慮其他專業(yè)的相容性、相配性。如管道、設(shè)備不能和梁、柱相碰等。從實踐中可知道任何工程都可以從形態(tài)上拆分為圓柱體、斜圓柱體、圓錐、圓臺、斜圓臺、球體、球冠體、圓形斷面環(huán)體、矩形斷面環(huán)體以及多面體等基本形體。為此，CAD制圖中，可以在真色彩、真三維、光照的情況下，按物體的運(yùn)動軌跡構(gòu)造出一個虛擬的實體，在房屋中實時漫游，檢查虛擬的實體與管道、設(shè)備、墻、梁、柱、門、窗等物體不發(fā)生碰撞，預(yù)先感受結(jié)構(gòu)的空間效果，以便在發(fā)現(xiàn)問題的地方仔細(xì)端詳、修改，直至滿意為止。這給了工程設(shè)計師在設(shè)計工程提供非常有益的幫助。 5、資料管理方便CAD軟件制作的圖形、圖像文件可直接存儲在軟盤、硬盤或刻成光盤存儲，從而避免資料因受潮、蟲蛀以及破壞性查閱造成的不必要損失，電子數(shù)據(jù)的保存年限可以延長至50年。一個設(shè)計院的整柜整柜的資料被幾張光盤所替代，查找和管理都比較方便。 6、數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒒?隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和CAD智能化的應(yīng)用、跨地區(qū)合作設(shè)計、異地招投標(biāo)、“在家工作”等都成為可能。如1992年日本執(zhí)行的CALS（綜合信息系統(tǒng)）研究，其就是指企業(yè)和機(jī)關(guān)不受部門企業(yè)間特定機(jī)器和系統(tǒng)的制約利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計運(yùn)籌及運(yùn)用全過程的公用系統(tǒng)工程。 二、CAD在土木工程中的缺陷： CAD技術(shù)在給土木設(shè)計業(yè)帶來巨大效益的同時，其劣勢也隨之發(fā)揮作用，也不可避免地滯緩了其發(fā)展，具體表現(xiàn)如下： 1、CAD技術(shù)促使土木設(shè)計領(lǐng)域中人、財、物浪費(fèi)加劇CAD技術(shù)需要相關(guān)的軟件，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較快的電腦以及熟練掌握電腦的設(shè)計師、網(wǎng)絡(luò)維修人員等。購買任何正版的工程建筑軟件都要花費(fèi)12萬元。設(shè)計師們還要開展專門培訓(xùn)工作，總之，備齊所需的人力和財力則價值不菲。同時，在使用過程，設(shè)計師們只能看到面前的一處圖紙，而土木工程設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，只看到一處圖紙是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它需要一整套圖紙打印后才能看清楚。電腦圖紙需要經(jīng)過輸出后才能實現(xiàn)審核、修改、再審核、再修改直至正式出圖，增加了單位成本和社會成本。 2、工種配合默契與否及信息傳遞的速度影響工作效率 眾所周知，土木工程設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，它涉及到許多專業(yè)和步驟。每個設(shè)計師在設(shè)計任何圖紙時不僅要考慮自身設(shè)計的合理性，還要考慮與本專業(yè)和其他專業(yè)設(shè)計人員設(shè)計上的協(xié)調(diào)性。完整的土木工程設(shè)計流程從合同簽定起點(diǎn)經(jīng)過測量數(shù)據(jù)、地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、設(shè)計說明、打印圖紙、施工管理計劃等步驟，其所需的數(shù)據(jù)量是非常大。任何數(shù)據(jù)變動，就會造成設(shè)計方案的變化。所以在動手設(shè)計前，要根據(jù)現(xiàn)況、地質(zhì)、道路、建筑物、生產(chǎn)設(shè)施的關(guān)系進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、施工、使用和管理。而地質(zhì)、地物、道路的考察由建設(shè)單位來進(jìn)行，生產(chǎn)設(shè)施之間的配合關(guān)系論證由勘察設(shè)計院來進(jìn)行，大量數(shù)據(jù)的整理、交換、組合都需要時間。任何環(huán)節(jié)的阻塞和停滯都會影響完成工作效率。 3、缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件目前的專業(yè)軟件，如PKPM軟件，大多數(shù)只停留在二維基礎(chǔ)上，充其量只是個繪圖工具，缺乏智能化。智能化結(jié)構(gòu)軟件不僅體現(xiàn)三維立體圖鏡像，而且能自動執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)范，設(shè)計所需參數(shù)取值不但要在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)，還要便于施工。如中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部和新加坡建屋發(fā)展局開發(fā)的BEAM CAGE軟件，是按英國規(guī)范完成的鋼筋混凝土梁的配筋、選筋、撓度的計算、施工圖生成等一系列功能，雖然該軟件自動化程度高，出圖質(zhì)量好，但畢竟是基于英國規(guī)范的基礎(chǔ)上。而在國內(nèi)流行的工程智能化設(shè)計軟件如PKPM設(shè)計軟件，它還需要設(shè)計師們調(diào)整梁、板、柱的配筋，尤其是柱的配筋，PKPM軟件自動生成的頂層柱配筋常常因為屋面梁傳遞來的彎矩比較大，配筋也較大，而下層由于梁傳遞來的彎矩較小，配筋也較小，形成大柱種在小柱上。這需要設(shè)計工程師進(jìn)行人工調(diào)整。還有按照規(guī)范規(guī)定，同一構(gòu)件中鋼筋的型號差別不宜大于兩個級別，也就是說在一個構(gòu)件中如果使用了直徑為16的鋼筋，那就不能使用直徑為22以上的鋼筋。但是在軟件自動出圖中常常會出現(xiàn)直徑為14的鋼筋和直徑為22的鋼筋一起使用的現(xiàn)象，這也要進(jìn)行人工調(diào)整。以上說明我們還缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。 4、扼殺土木設(shè)計師的創(chuàng)作靈感 俗話說：“建筑是凝固的音樂”這句話點(diǎn)明了建筑也是一種藝術(shù)，它是一門融科技、文化、藝術(shù)、哲學(xué)于一體的學(xué)科。任何土建設(shè)計師都需要藝術(shù)家的靈感和天份，這種靈感和天份在處理建筑物的造型方面應(yīng)有不少的“模糊感”。但CAD制圖所要求的尺寸精確消磨和扼殺了這種靈感和天份，讓設(shè)計師的設(shè)計圖樣屈從于電腦的機(jī)械和準(zhǔn)確。還有，不少設(shè)計單位為了能夠中標(biāo)，將自己的設(shè)計投標(biāo)文件，尤其是總平面效果圖，做得非常精致美觀，不惜投入大量的人力物力在CAD的制圖上，而忽略了總平面布置圖的建筑效果和建筑師的藝術(shù)創(chuàng)造。 綜上所述，CAD的使用提高了土木設(shè)計中的高效率、高質(zhì)量和高水平，同時也顯示了不完善的方面。因此，設(shè)計師們在使用過程中總結(jié)經(jīng)驗，注意克服CAD帶來的負(fù)面影響，努力提高自身的計算機(jī)知識和對土建規(guī)范的使用，促進(jìn)CAD的健康發(fā)展。 CAD新的發(fā)展趨勢： 自從上個世紀(jì)CAD軟件出現(xiàn)以來，就以繪圖效率高、速度快、準(zhǔn)確性高等獨(dú)特優(yōu)勢迅速在暖通行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。幾十年以來，CAD軟件在相當(dāng)程度上改變了暖通行業(yè)的面貌。那么，暖通CAD軟件有什么新的發(fā)展趨勢呢？ 第一、“正版化”逐漸成為主流 若干年前，由于市場發(fā)育不完善、正版價格過高、缺乏配套服務(wù)等原因，盜版CAD軟件一度占領(lǐng)了暖通CAD的大部分市場。然而，盜版CAD軟件的應(yīng)用會顯著帶來法律風(fēng)險、安全風(fēng)險。“某設(shè)計院由于使用盜版CAD軟件成為被告”，“某項目由于使用盜版CAD軟件，被CAD軟件提供方索賠3000萬元”等信息時常見諸報端。更為嚴(yán)重的后果是，盜版軟件給剛剛興起的民族軟件產(chǎn)業(yè)帶來致命打擊：一旦盜版軟件繼續(xù)泛濫，那么本來就脆弱的民族CAD軟件商將不得不黯然退出市場。 好在，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、版權(quán)意識的逐步增強(qiáng)，正版化已經(jīng)成為了中國暖通設(shè)計行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，盜版軟件的風(fēng)險為越來越多的人認(rèn)識到：使用正版軟件是保障企業(yè)做大、做強(qiáng)的堅實基礎(chǔ)。 某暖通設(shè)計公司總裁對此深有感觸，他指出，現(xiàn)在很多客戶都明確要對使用未注冊軟件承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任的條款，并要求注明軟件研制者、版本號。特別是在承擔(dān)一些大型項目的時候，對于軟件的正版化要求就更為嚴(yán)格，一旦出現(xiàn)問題，將會造成數(shù)十倍于軟件采購成本的損失。為了防止此類事故，他在去年將公司所有暖通 CAD軟件都換成了浩辰暖通CAD軟件。 目前，暖通設(shè)計已經(jīng)形成了“國產(chǎn)CAD軟件為主、國外CAD軟件為輔”的市場格局。浩辰CAD的市場總監(jiān)對此對筆者談到：“一方面，CAD行業(yè)內(nèi)的版權(quán)保護(hù)形勢已經(jīng)比前幾年大有改觀，很多公司都養(yǎng)成了使用正版軟件的習(xí)慣；另一方面，我們自主研發(fā)的浩辰暖通 CAD 2011在性能上不弱于國外同類產(chǎn)品，而且在性價比、服務(wù)上相對國外軟件品牌有著顯著的優(yōu)勢，因此贏得了越來越多設(shè)計院得青睞?！?第二、功能面向?qū)嵱?作為一種設(shè)計軟件，暖通CAD開發(fā)的目標(biāo)應(yīng)該是以實用為主，從暖通工程師的實際需求出發(fā)。然而，很多CAD軟件都容易犯一個毛病：那就是在軟件設(shè)計中過分的追求華麗、復(fù)雜，以繪制出三維圖形、或獨(dú)立擁有某一套標(biāo)準(zhǔn)而自豪。殊不知，很多這樣設(shè)計出來的效果在實際工作中根本無法得到應(yīng)用，其結(jié)果也僅是“中看不中用”。 開發(fā)暖通CAD軟件不同于其它領(lǐng)域，其往往對一些圖形元素或一些數(shù)據(jù)有著很嚴(yán)格的要求，并隨著時間而不斷發(fā)展變化。這就需要軟件開發(fā)者要有豐富的暖通設(shè)計經(jīng)驗，能夠清楚的了解哪些數(shù)據(jù)是需要的，哪些不需要。這樣能做到實用為主，從而避免不必要的資源浪費(fèi)。 通過浩辰CAD研發(fā)部，我們獲悉，浩辰暖通 CAD 2011錄入了最新的中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集，還錄入了采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GBJ 19-87、安徽省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)-DB34/T754-2007、貴州省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)-DBJ52/49-2008等標(biāo)準(zhǔn)，這樣就在數(shù)據(jù)層面保證了軟件的規(guī)范性。 第三、“功能定制、市場細(xì)分”成為市場制勝點(diǎn) 客觀來說，現(xiàn)在CAD軟件已經(jīng)進(jìn)入了相對成熟期，在短時間內(nèi)出現(xiàn)革命性變革的可能性較小。這個時候，更符合行業(yè)用戶的軟件設(shè)計往往意味著更受市場歡迎。 在暖通C