CAD在土木工程領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用

摘要：由于CAD技術(shù)具有快捷、存儲(chǔ)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在

工程設(shè)計(jì)中起著不可替代的重要作用。CAD應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)、規(guī)劃、裝修、施工管理等方面應(yīng)用極為廣泛，CAD軟件繪圖方便、整潔、輕松，CAD技術(shù)是工程設(shè)計(jì)人員必備的設(shè)計(jì)利器，也發(fā)揮了他們的設(shè)計(jì)才華。

關(guān)鍵詞：CAD 應(yīng)用 發(fā)展

CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行建立、繪制、修改、分析的過程。由于它需要有硬件支持，因此產(chǎn)生了CAD系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分包括處理運(yùn)算設(shè)備、圖形顯示設(shè)備、外存儲(chǔ)、輸入輸出設(shè)備以及信息傳輸?shù)扔布脚_(tái)設(shè)備。軟件部分包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和專業(yè)軟件。CAD軟件不僅便于用戶使用，而且系統(tǒng)可以保持?jǐn)U充和完善，PC及工作站上可以大量應(yīng)用。CAD技術(shù)迅速發(fā)展，其涉及的領(lǐng)域也不斷增加，如工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的管理、初步設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、圖紙繪制、3D動(dòng)態(tài)模擬、優(yōu)化統(tǒng)計(jì)等。CAD技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)生產(chǎn)的管理方式。許多工程都使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，在建立了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)計(jì)與管理后，CAD有效壓縮了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且實(shí)現(xiàn)了很好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。伴隨著CAD技術(shù)在工程中的大量應(yīng)用及其技術(shù)的成熟，它的一些缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)。建筑CAD由于應(yīng)用過程復(fù)雜，信息處理量大，表達(dá)方式非常多，因此要求計(jì)算機(jī)性能高，處理速度快、顯示分辨率高。隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，而且引進(jìn)了國(guó)外優(yōu)質(zhì)的圖形支撐軟件，使國(guó)內(nèi)出現(xiàn)許多基于CAD平臺(tái)上的建筑及設(shè)備專業(yè)CAD軟件，可以進(jìn)行3D造型，快速生成圖紙，渲染圖可以表現(xiàn)光影和紋理。由于專業(yè)軟件功能強(qiáng)大，三維模型的應(yīng)用，CAD設(shè)計(jì)中的零件庫(kù)應(yīng)用起來(lái)非常快捷。

CAD技術(shù)將設(shè)計(jì)的不同專業(yè)和階段有機(jī)地融合，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)集成化。以技術(shù)集成為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支持，協(xié)同技術(shù)可以輕松實(shí)行并行工程處理作業(yè)。CAD始終以工程項(xiàng)目為核心，使跨地區(qū)的生產(chǎn)“虛擬群體”能隨時(shí)共享圖形數(shù)據(jù)材料庫(kù)和豐富的網(wǎng)絡(luò)資源。由于各協(xié)同方對(duì)工程項(xiàng)目需要描述一致，因此可以隨時(shí)進(jìn)行跨越地域和系統(tǒng)的信息交換，以修改、評(píng)價(jià)CAD設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。CAD系統(tǒng)大量應(yīng)用智能技術(shù)和專家系統(tǒng)，使其具備學(xué)習(xí)、記憶和推理能力，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能，提高了穩(wěn)定性，自由度更大，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需要。

CAD技術(shù)也應(yīng)該不斷創(chuàng)新，創(chuàng)新工作要緊盯國(guó)際計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也要適應(yīng)國(guó)內(nèi)需求。制作的軟件的各個(gè)功能各個(gè)細(xì)節(jié)，都要給用戶良好的體驗(yàn)。那么如何權(quán)衡它的利弊關(guān)系，如何更好應(yīng)用它，我們下面就從它的雙重性加以分析。

1 CAD技術(shù)在輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)

1.1 工作效率高，可重復(fù)使用

CAD的復(fù)制功能提高了設(shè)計(jì)效率。類似的工程設(shè)計(jì)，可以在計(jì)算機(jī)中簡(jiǎn)單改一下圖紙，甚至能夠直接套用。CAD軟件可以將建筑施工圖圖紙快速變成設(shè)備底圖，使設(shè)計(jì)師在繪制底圖時(shí)十分方便。并且許多CAD軟件提供了豐富的通用詳圖和分類圖庫(kù)，可以隨時(shí)調(diào)用。這使得計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的效率大大提高，一個(gè)普通的框架結(jié)構(gòu)，用CAD系統(tǒng)大概一天可以出圖，而且誤差小，可以同時(shí)進(jìn)行計(jì)算工作和制圖工作。

1.2 減輕工作強(qiáng)度，提高圖面整潔度

手工繪圖，工作人員要用到許多工具，而且不斷的要變換手中用的工具，如果有些許失誤，就要進(jìn)行修改，甚至重畫，圖面修訂較多。用CAD繪圖基本一只鼠標(biāo)就足夠了。CAD軟件提供統(tǒng)一的線型、字體，使圖面整潔統(tǒng)一。CAD軟件所提供的UNDO功能更可以方便撤銷錯(cuò)誤的步驟。

1.3 計(jì)算功能及精度提高

建筑設(shè)計(jì)中要計(jì)算大量參數(shù)比如裂縫寬度、撓度、承載力、配筋面積等。在實(shí)際工程中，要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件如梁、板、墻體等所承受的外部荷載，再根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行調(diào)整計(jì)算，計(jì)算結(jié)果存在稍許偏差或參數(shù)取值不合規(guī)范，便會(huì)釀成產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題。有了CAD技術(shù)支持，會(huì)有效避免這些問題的出現(xiàn)。針對(duì)一些外形特殊、規(guī)模大、較復(fù)雜的建筑，如果不應(yīng)用CAD，后果難以想象。CAD在日照分析、室內(nèi)聲場(chǎng)分析、燈光照度分析等方面的計(jì)算精度和速度極為優(yōu)秀。用CAD繪圖可以同時(shí)自動(dòng)計(jì)算工程量，從而減少了設(shè)計(jì)師的工作量。

1.4 效果檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)

工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮與相關(guān)專業(yè)的匹配程度。如管道設(shè)備安裝應(yīng)避開結(jié)構(gòu)梁或柱。因?yàn)楣こ虖男螒B(tài)上可以拆分為各種基本形體，所以CAD制圖中，在真色彩、真三維和光照的情況下，可以按物體的運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)造出一個(gè)虛擬的實(shí)體，進(jìn)行實(shí)時(shí)的演示，通過虛擬演示檢查設(shè)計(jì)成果的優(yōu)點(diǎn)及弊端。

1.5 顛覆傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

CAD的智能化將部分取代設(shè)計(jì)師的一些設(shè)計(jì)工作，而CAD對(duì)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化也起著巨大的推動(dòng)作用。隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，不同地區(qū)進(jìn)行合作設(shè)計(jì)，異地招投標(biāo)和設(shè)計(jì)評(píng)審在逐漸為人們接受。人們可以隨時(shí)隨地的接受科技信息，與世界同步。通過Internet已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)SOHO辦公，不但改變了設(shè)計(jì)師的工作方式，也影響了設(shè)計(jì)師的工作理念。

2 CAD技術(shù)在輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用中的缺點(diǎn)

2.1 CAD技術(shù)限制了設(shè)計(jì)師的思想和創(chuàng)作

建筑本身是一門融合了工業(yè)設(shè)計(jì)、科學(xué)技術(shù)、藝術(shù)文化、哲學(xué)于一體的交叉學(xué)科。建筑不但是一件商品，更應(yīng)該成為一件藝術(shù)品。某些權(quán)威人士認(rèn)為濫用CAD技術(shù)會(huì)使建筑設(shè)計(jì)工作從藝術(shù)創(chuàng)作徹底淪為工業(yè)化甚至機(jī)械化的生產(chǎn)，CAD常用的復(fù)制和套用等等高效率的手段，使得設(shè)計(jì)過程本身就影響了設(shè)計(jì)師思想的開拓。設(shè)計(jì)師越來(lái)越依賴于CAD技術(shù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)師產(chǎn)生惰性。設(shè)計(jì)師們標(biāo)榜技術(shù)萬(wàn)能，而不再發(fā)掘自身的設(shè)計(jì)潛力。CAD技術(shù)使得建筑作品的抄襲重復(fù)屢見不鮮，設(shè)計(jì)缺乏靈氣、沒有個(gè)性。而最有藝術(shù)氣息的手繪建筑效果圖，也逐漸被計(jì)算機(jī)效果圖取代，計(jì)算機(jī)效果圖雖然方便快捷，但沒有了手繪圖的個(gè)性，更沒有設(shè)計(jì)師筆下透露的思想。

由于計(jì)算機(jī)屏幕尺寸的限制，設(shè)計(jì)師更關(guān)注的是建筑局部設(shè)計(jì)，影響了他們對(duì)設(shè)計(jì)全局的把握，會(huì)導(dǎo)致建筑物整體的比例、體量失控。CAD系統(tǒng)的精確性要求其各個(gè)步驟都要有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，使得方案設(shè)計(jì)中需要的抽象性、隨機(jī)性被扼殺，使得設(shè)計(jì)死板無(wú)生氣。另一方面CAD軟件自身功能的限制以及設(shè)計(jì)師對(duì)軟件使用熟練度的影響，使得建筑設(shè)計(jì)師不能通過CAD軟件淋漓極致的發(fā)揮自己的靈感、創(chuàng)意，建筑設(shè)計(jì)師的思想和靈感被束縛。

2.2 CAD技術(shù)導(dǎo)致資源浪費(fèi)

CAD技術(shù)由于科技含量高且涉及多學(xué)科的知識(shí)，設(shè)計(jì)師要熟練掌握CAD軟件及相關(guān)設(shè)備知識(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間，所以在人員培訓(xùn)方面的投資可見一斑。隨著科技發(fā)展的日新月異，設(shè)計(jì)師學(xué)習(xí)和深造的步伐只會(huì)滯后于計(jì)算機(jī)硬件和軟件的更新、升級(jí)。設(shè)計(jì)師不得不花費(fèi)大量時(shí)間去學(xué)習(xí)。CAD技術(shù)的復(fù)雜、難懂使得設(shè)計(jì)師大傷腦筋，因此不得不為設(shè)計(jì)師們配備計(jì)算機(jī)操作維修人員，甚至設(shè)立專門的CAD工作部。一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師可能并非一個(gè)CAD高手，這就造成人力資源的浪費(fèi)。其次，CAD對(duì)物質(zhì)財(cái)力的消耗也非常大。要實(shí)現(xiàn)CAD制圖，大量的硬件設(shè)備如：PC、工作站、UPS、繪圖儀、復(fù)印機(jī)、掃描儀、服務(wù)器、數(shù)碼相機(jī)等的投資不菲，而它們的折舊率很高，并且經(jīng)常需要更新升級(jí)。如果再為這些硬件都配上必要的正版軟件，又是一筆不菲的投資。一套正版軟件動(dòng)輒幾萬(wàn)元，如果各個(gè)專業(yè)軟件都配齊的話就要幾十萬(wàn)元。

2.3 CAD技術(shù)的不穩(wěn)定性

CAD技術(shù)使得設(shè)計(jì)師隨時(shí)需要面對(duì)計(jì)算機(jī)病毒、木馬、惡意軟件及CAD軟件自身的更新升級(jí)，計(jì)算機(jī)資料的保存也存在許多不可控的因素?？赡苡捎诤苄〉囊粋€(gè)設(shè)備故障，設(shè)計(jì)師就得放下設(shè)計(jì)工作，去解決與設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)并且自己不熟悉的問題。也可能由于設(shè)計(jì)師的誤操作或者計(jì)算機(jī)知識(shí)的匱乏，使得辛苦幾天甚至幾年的設(shè)計(jì)成果被誤刪、被覆蓋而付之東流。

綜上所述，CAD技術(shù)如同一把雙刃劍，給設(shè)計(jì)師帶來(lái)了方便的同時(shí)，也有一定的局限性。但是我們必須認(rèn)識(shí)到CAD技術(shù)給我們帶來(lái)的益處，同時(shí)正視它的局限性，揚(yáng)其長(zhǎng)，避其短。放眼世界，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不會(huì)停歇，作為一名設(shè)計(jì)人，都要善用先進(jìn)的技術(shù)為手段，不斷發(fā)掘自身潛力，以敬業(yè)的精神和優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)為工程設(shè)計(jì)行業(yè)盡一份力。

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作者簡(jiǎn)介：

崔欣（1981-），男，河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教。

牛全興（1980-），男，河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教。