計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

周艷芳

隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件已經(jīng)成為了人們開(kāi)發(fā)、規(guī)劃、建設(shè)工程項(xiàng)目必不可少的重要工具。CAD技術(shù)通過(guò)結(jié)合傳統(tǒng)的規(guī)劃產(chǎn)業(yè)以及學(xué)科更新，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的方式，將企業(yè)的產(chǎn)品通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助的方式提升到規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，讓規(guī)劃設(shè)計(jì)制圖成為一件輕松又愉悅的工作。

隨著規(guī)劃設(shè)計(jì)學(xué)科的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助軟件已經(jīng)成為各個(gè)學(xué)科的必不可分的輔助工具，它不但已經(jīng)成為影響學(xué)科的內(nèi)容，而且也成為提升各個(gè)學(xué)科建模、設(shè)計(jì)、分析水平的決定性設(shè)計(jì)軟件。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱(chēng)CAD），是指利用電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備的圖形功能來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，它可以提高設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化程度，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。CAD系統(tǒng)主要具有以下功能：

（一）交互式圖形輸入、編輯與生成。它幫助設(shè)計(jì)人員交互式輸入與繪制二維與三維圖形，并可以對(duì)圖形進(jìn)行編輯修改。目前，規(guī)劃編制和管理業(yè)務(wù)已普遍采用計(jì)算機(jī)輸入設(shè)計(jì)圖形和文字，以人機(jī)交互方式編輯修改設(shè)計(jì)圖，建立室外場(chǎng)地、背景物和建筑物的三維設(shè)計(jì)模型，產(chǎn)生透視圖、渲染圖。

（二）CAD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理。設(shè)計(jì)圖和描述設(shè)計(jì)產(chǎn)品的其他數(shù)據(jù)可以在CAD數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存、管理，計(jì)算機(jī)能夠快速檢索設(shè)計(jì)圖和描述設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

（三）圖形計(jì)算與分析。CAD可以對(duì)產(chǎn)品的不同樣式、尺寸、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估分析，從各種可能方案中選擇最佳方案。

（四）可視化表現(xiàn)與景觀仿真?？梢岳肅AD軟件，產(chǎn)生二維與三維設(shè)計(jì)圖。進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)圖形、圖像處理技術(shù)，將多種圖形、圖像、文字資料綜合到一起，進(jìn)行編輯，使設(shè)計(jì)成果的表現(xiàn)效果更加豐富、吸引人。還可按某種預(yù)定的視角、方位、運(yùn)動(dòng)路徑產(chǎn)生連續(xù)的渲染圖，給觀察者以動(dòng)畫(huà)的感覺(jué)。景觀仿真比動(dòng)畫(huà)更進(jìn)一步，觀察者可以自己選擇視角、方位、運(yùn)動(dòng)路徑，即刻產(chǎn)生三維景觀，戴上立體眼鏡，配上操縱桿，使景觀的模擬更有親臨其境的感覺(jué)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的分析

（一）傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程

（如圖1所示），我國(guó)傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)的特點(diǎn)為：①它的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是依靠設(shè)計(jì)者用手工方式完成的。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，大都是憑借設(shè)計(jì)者直接或間接的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，通過(guò)類(lèi)比分析法或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)于特別重要的設(shè)計(jì)或計(jì)算工作量不太大的設(shè)計(jì)，有時(shí)也可對(duì)擬定的幾個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)對(duì)比與選擇。②設(shè)計(jì)者大部分時(shí)間和精力都花費(fèi)在圖紙的繪制上，因而對(duì)全局的問(wèn)題難于進(jìn)行深入研究，對(duì)于一些困難而費(fèi)時(shí)的分析計(jì)算，常常只得用作圖法或類(lèi)比定值等粗糙方法。因此它具有極大的局限性，并且設(shè)計(jì)工作周期長(zhǎng)，效率低。

（二）現(xiàn)代規(guī)劃的CAD 過(guò)程

如圖2所示，現(xiàn)代產(chǎn)品的CAD 過(guò)程為：①規(guī)劃方案設(shè)計(jì)；②工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析；③ 規(guī)劃性能分析與仿真；④對(duì)規(guī)劃布局的可行性分析；⑤自動(dòng)生成規(guī)劃的設(shè)計(jì)文檔資料⑥設(shè)計(jì)文檔的管理及數(shù)控（NC）材料仿真。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的分析

計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)已經(jīng)從當(dāng)初的簡(jiǎn)單圖紙繪制發(fā)展到利用計(jì)算機(jī)圖形、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、局部區(qū)域仿真、三維仿真等重要技術(shù)功能，這些已經(jīng)廣泛應(yīng)用到城市規(guī)劃的各個(gè)角落當(dāng)中。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和圖形設(shè)計(jì)、圖像處理技術(shù)已經(jīng)對(duì)城市規(guī)劃和發(fā)展造成了主要影響放映在以下幾個(gè)方面：

（一）提升繪圖質(zhì)量，加快設(shè)計(jì)效果。

雖然從整體上而言，方案的草圖使用徒手繪制是最方面也是最快，但是使用CAD進(jìn)行手工繪制不但效果方面，而且能夠不斷的編輯和多次修改，甚至可以對(duì)于部分區(qū)域反復(fù)的擦除重新制作，而手工繪制則可能需要重新再畫(huà)。因此采用CAD技術(shù)提升繪制的效果和效率都是和明顯的。

（二）規(guī)劃設(shè)計(jì)的成果更簡(jiǎn)單、易懂。

在不少繪制圖上，為了能夠更清楚的將材料、尺寸、坐標(biāo)清晰的表達(dá)，一份繪制圖將會(huì)密密麻麻的填寫(xiě)上大量的數(shù)據(jù)以便查詢(xún)。但是使用CAD進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，雖然數(shù)據(jù)依然需要填寫(xiě)，但是，我們可以通過(guò)隱藏，重新，查詢(xún)等方式更加簡(jiǎn)單、方便的查詢(xún)到相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行精確處理，大大降低繪制工作的難度。

（三）減少差錯(cuò)和遺漏。

在計(jì)算機(jī)繪制圖形時(shí)，可以設(shè)置一些繪制的規(guī)則，以防在繪制規(guī)劃圖時(shí)，由于更換人員、一時(shí)大意造成規(guī)劃圖上的錯(cuò)誤。也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)檢測(cè)當(dāng)前設(shè)計(jì)成果的錯(cuò)誤，替身用戶(hù)進(jìn)行更正。

（四）三維設(shè)計(jì)更直觀。

在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序大都已經(jīng)增加了三維生成的功能，它能夠通過(guò)已經(jīng)繪制出的圖形通過(guò)設(shè)定的方式，生成三維圖形，讓設(shè)計(jì)更加直觀的看到所設(shè)計(jì)的內(nèi)容是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者的需要，而手工繪制效果圖無(wú)法能夠?qū)崿F(xiàn)此功能，大部分的內(nèi)容都依然存在設(shè)計(jì)者的腦海里。

（五）便于保存和查詢(xún)。

計(jì)算機(jī)軟件所需要保存的內(nèi)容和空間都非常的小，而使用紙質(zhì)文檔不但占用大量的空間，而且其內(nèi)容還很容易隨著歲月的增加而減弱，并且在查找和保管上都存在大量的不便。

（六）突破局限性。

使用特殊造型的建筑物、場(chǎng)地、道路，使用CAD很容易進(jìn)行繪制，甚至可以通過(guò)添加的方式，讓圖形更加生動(dòng)。而傳統(tǒng)手工繪制的方式很難實(shí)現(xiàn)。

總結(jié)

通過(guò)上述的分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中已經(jīng)成為必然的發(fā)展。而利用好計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件將成為設(shè)計(jì)師們的重要工作。

我們可以想象得到，未來(lái)的規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，各個(gè)學(xué)科將會(huì)參雜到一起，不僅僅用到規(guī)劃設(shè)計(jì)科學(xué)的理論與知識(shí)，還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等，甚至要考慮到經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會(huì)等各方面的因素。規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要增加各種環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和整個(gè)環(huán)境的和諧和設(shè)備的穩(wěn)定、安全。

此外，計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)將會(huì)滲入到該領(lǐng)域，形成從材料性能的預(yù)測(cè)、仿真，到整個(gè)規(guī)劃性能的預(yù)測(cè)、仿真，集計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)制備，到工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化于一體的新一代技術(shù)。

（作者單位：北京京北職業(yè)技術(shù)學(xué)院）