計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用與探索

李艷花

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，更多先進(jìn)的科技逐漸被運(yùn)用到眾多領(lǐng)域中，在設(shè)計(jì)施工中也得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)被大量運(yùn)用到設(shè)計(jì)施工中，為施工提供了一定的方便。這樣在一定程度上縮短施工的周期，降低企業(yè)施工成本，從而可以得到更多的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在一定程度上促進(jìn)了建筑行業(yè)的變革，為建筑施工質(zhì)量提供了一定的保障。該文主要分析了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用與探索，并且結(jié)合目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的實(shí)際運(yùn)用情況，針對(duì)不足之處提出合理的解決措施，以此提高建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量以及合理改善居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；輔助設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)施工；應(yīng)用；探索

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0265-02

Abstract： with the progress of the development of society and science technology， more advanced science and technology came to be applied to many fields， has been widely used in the design and construction. At present， computer aided design has been applied to a large number of design and construction， provides the convenience for construction. So in a certain extent， shorten the construction period， reduce cost of construction enterprises， so that we can get more and more social and economic benefits. Computer aided design in a certain extent promotes the reform of the construction industry， which provides a guarantee for the construction quality. This paper mainly analyzes the exploration and application of computer aided design in construction design， and combined with the actual use of computer aided design （CAD） situation at present， reasonable measures are put forward in view of the shortcomings， in order to improve the quality of architectural design and reasonable improve the living environment.

Key words： computer aided design； design； construction； application； research

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)際上就是一種利用計(jì)算機(jī)和繪圖設(shè)備來輔助處理的設(shè)計(jì)方式，簡(jiǎn)稱CAD。是一種集仿真模擬、計(jì)算數(shù)值、色彩處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖形學(xué)以及處理幾何模型等一體的技術(shù)，設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)來扶著完成信息存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)計(jì)算、圖形繪制等，通過計(jì)算機(jī)合理的把平面的、抽象的、分離的設(shè)計(jì)形式變?yōu)樾蜗蟮摹⒕唧w的，可以把虛無的形態(tài)變?yōu)榫哂兄庇^色彩、形狀、材質(zhì)形態(tài)，從而為人們的計(jì)算和設(shè)計(jì)提供保證和依據(jù)，方便設(shè)計(jì)人員計(jì)算和分析不同方案，選擇最具優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)方案，可以有效地縮短周期和提高質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在一定程度上改變了建筑設(shè)計(jì)的方式，提高了建筑設(shè)計(jì)的效率，促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。

1 現(xiàn)階段我國(guó)施工現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)在研究計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的時(shí)候，充分研究和分析了理論體系、施工試驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)際方案的方面，進(jìn)行了大量研究的工作，并且也得到了一定的效果和成績(jī)。在建筑裝飾裝修工程中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)施工已經(jīng)得到了大量的運(yùn)用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是相對(duì)于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家來說，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)施工水平還是存在一定缺陷和不足，沒有達(dá)到相應(yīng)的水平。在國(guó)內(nèi)的某些研究方面還是具有很大的局限性，僅僅只是應(yīng)用到部分研究機(jī)構(gòu)、高校以及具有經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大企業(yè)等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以在一定程度上改善性能，有效解決一些比較困難的問題，從而為建筑設(shè)計(jì)過程帶來革命性的進(jìn)步和發(fā)展。

2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基本情況

2.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是一種依據(jù)高科技進(jìn)行攻關(guān)，利用新施工技術(shù)和綠色設(shè)計(jì)理念作為基本設(shè)計(jì)的宗旨進(jìn)行的施工方式。主要的功能結(jié)構(gòu)有計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助管理規(guī)劃、計(jì)算機(jī)輔助施工管理、計(jì)算機(jī)輔助工程文檔管理。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要包括硬件以及相關(guān)軟件的使用。硬件主要有存儲(chǔ)設(shè)備、顯示圖形終端、圖形輸入板塊、掃面議、打印機(jī)、繪圖儀以及相關(guān)外圍設(shè)備。軟件主要由支撐軟件、系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件構(gòu)成。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以在一定程度上降低設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案繪圖時(shí)候的重復(fù)操作，關(guān)注設(shè)計(jì)自身，減少設(shè)計(jì)周期，從而可以有效的提高質(zhì)量。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是一種綜合性、多學(xué)科的新技術(shù)主要由數(shù)值分析（分析有限元）、圖形技術(shù)（曲面、曲線以及立體造型等）、優(yōu)化技術(shù)（非線性和線性規(guī)劃）、軟件技術(shù)（數(shù)據(jù)庫(kù)和人機(jī)界面），計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)際上是一種具備工程分析、幾何模型、自動(dòng)繪制圖形以及運(yùn)行分析功能的方案。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基本現(xiàn)狀

我國(guó)長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)中，在2006年到2020年期間，第一次提出一種城市化與城鎮(zhèn)化共同發(fā)展的模式來推動(dòng)國(guó)內(nèi)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，人們逐漸開始改變對(duì)于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中的鋼筋混混凝土建設(shè)基礎(chǔ)和建筑理念具有比較低的技術(shù)的觀念，更加注重可持續(xù)技術(shù)的發(fā)展，更多的運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，在建筑領(lǐng)域運(yùn)用的更加明顯。現(xiàn)階段，在建筑行業(yè)建筑設(shè)計(jì)的過程中，具有很高的浪費(fèi)指數(shù)，已經(jīng)能夠達(dá)到57%，并且處于同一發(fā)展水平制造行業(yè)的浪費(fèi)指數(shù)也有26%，可以看出目前的浪費(fèi)問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，為了可以有效地提高生產(chǎn)效率，提高科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力的步伐，是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)于國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展具有重要意義[3]。

2.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)得到很好的發(fā)展和應(yīng)用。例如，美國(guó)Calma公司已經(jīng)生產(chǎn)出CAM/CAD技術(shù)系統(tǒng)，可以運(yùn)用三十二位VAX計(jì)算機(jī)，具有非常先進(jìn)的工作站，也是最早提出聲音識(shí)別輸入設(shè)施和高分辨率光柵，應(yīng)用建筑設(shè)計(jì)、建筑制造以及計(jì)算機(jī)輔助方面?？梢院芎玫貙?shí)現(xiàn)多種分析、具體設(shè)計(jì)、編制文件和繪圖，對(duì)于建設(shè)綠色化設(shè)計(jì)具有一定的影響。在未來計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)具有以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)。第一，不斷幫助設(shè)計(jì)人員從功能性轉(zhuǎn)變?yōu)閷傩缘姆较?，需要?jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)具有一定的識(shí)別能力。建立一定的屬性和功能之間的關(guān)系模型，結(jié)合計(jì)算機(jī)幾何拓?fù)涔δ埽瑖L試建立一定屬性子集合與功能學(xué)集合之間的關(guān)系，未來可以形成一種具有判斷和思考能力的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。第二，逐漸發(fā)展三維立體模擬技術(shù)?，F(xiàn)階段的三維模型，具有響應(yīng)性能比較差、速度比較慢、沒有辦法處理自由面的特點(diǎn)。在未來，應(yīng)該設(shè)計(jì)和研究具有一定判斷、推理性能的三維立體模擬技術(shù)。第四，在現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，發(fā)展具有一定動(dòng)態(tài)功能的技術(shù)，保證實(shí)際設(shè)計(jì)過程能夠符合動(dòng)態(tài)過程，實(shí)現(xiàn)一定的動(dòng)態(tài)分析，從而不斷完善設(shè)計(jì)結(jié)果，促進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，為建筑行業(yè)的發(fā)展提供有力依據(jù)和保障。

3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用與探索

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在建筑中運(yùn)用的特點(diǎn)

在建筑設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，可以在一定程度上提高建筑工程工作的效率，可以有效增加設(shè)計(jì)人員之間的交流。計(jì)算設(shè)計(jì)軟件具有準(zhǔn)確、方便、便于管理以及快捷等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)建筑施工中具有不可代替的作用，特別是使用在裝飾裝修過程中。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)施工中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

3.2.1 可視化

在建筑設(shè)計(jì)過程中，真正運(yùn)用可視化是具有十分重要的作用，可以把相對(duì)傳統(tǒng)的線條構(gòu)件形式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體實(shí)物圖，更加形象生動(dòng)的展示出來，很多具有可視化功能的軟件是一種能夠與基本構(gòu)件之間形成一定的反饋性、互動(dòng)性的可視，所以，經(jīng)過可視化分析出來的數(shù)據(jù)結(jié)果可以當(dāng)做效果圖或者報(bào)表，此外，還可以把可視化結(jié)果運(yùn)用到室內(nèi)設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)行過程中的決策和溝通方面，利用計(jì)算機(jī)具有的同步控制功能，可以很好的提高整體質(zhì)量，促進(jìn)設(shè)計(jì)施工可以順利完成。

3.2.2 無紙化

在建筑設(shè)計(jì)中復(fù)雜部位應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的無紙化，可以在一定程度上改變傳統(tǒng)的方式，例如通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)的處理裝飾表面材料，可以很好的實(shí)現(xiàn)施工的無紙化，最大限度避免材料的浪費(fèi)，避免出現(xiàn)一定的錯(cuò)誤，節(jié)省了工程設(shè)計(jì)的時(shí)間，也可以很好地提高工作效率，為實(shí)現(xiàn)綠色施工和綠色設(shè)計(jì)提供依據(jù)和基礎(chǔ)。

3.2.3 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)性是建筑設(shè)計(jì)過程中相對(duì)比較重要的內(nèi)容，不論是設(shè)計(jì)單位、施工單位、業(yè)主，都需要進(jìn)行一定的協(xié)調(diào)工作。如果在建筑項(xiàng)目施工過程中出現(xiàn)相應(yīng)的問題，就會(huì)組織起來開會(huì)進(jìn)行一定的協(xié)調(diào)，找到出現(xiàn)問題的原因以及提出合理的解決策略，及時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)救，從而解決問題。建筑設(shè)計(jì)模型可以有效的對(duì)建筑前期碰撞問題進(jìn)行分析和協(xié)調(diào)，形成相應(yīng)的協(xié)調(diào)信息數(shù)據(jù)。

3.2.4 模擬性

設(shè)計(jì)的模擬性不僅僅只是模擬建筑模型，還需要能夠進(jìn)行模擬不會(huì)實(shí)際出現(xiàn)的操作事物。在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)膶?duì)施工中需要模擬的進(jìn)行相應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)。例如，緊急疏散模擬、節(jié)能模擬、模擬日照、模擬熱能傳導(dǎo)等。在施工和進(jìn)行招標(biāo)的時(shí)候可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行4D模擬，也就是說依據(jù)實(shí)際的施工需求和規(guī)范進(jìn)行合理的施工模擬，保證可以確定適合的施工方案，與此同時(shí)，還可以適當(dāng)進(jìn)行同步的5D模擬，以便于可以很好的控制成本。

3.2.5 優(yōu)化性

在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，模型為其提供了一定的實(shí)際信息，主要包括物理信息、幾何信息、規(guī)則信息等，還給建筑提供了相應(yīng)的變化信息。具有較高的復(fù)雜程度，依據(jù)設(shè)計(jì)人員自身能力是沒有辦法完成掌握和了解所有數(shù)據(jù)信息的，需要相應(yīng)的設(shè)備和科學(xué)技術(shù)的輔助[8]。目前，大部分建筑設(shè)計(jì)過程中需要的復(fù)雜程度超過自身的極限能力，相關(guān)的配套、軟件等優(yōu)化技術(shù)可以優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)工程?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面著手：第一，優(yōu)化項(xiàng)目方案。有機(jī)結(jié)合資金回收和項(xiàng)目設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)來總結(jié)變化設(shè)計(jì)方式對(duì)于回收資金的作用和影響，可以在一定程度上方便于確定設(shè)計(jì)方案；第二，優(yōu)化特殊的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。屋頂、幕墻、大空間以及裙樓等逐漸體現(xiàn)出更多的異型設(shè)計(jì)觀念，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，占據(jù)大量工作時(shí)間和施工投資比例，此外，這些也是在施工過程中難度比較大以及容易出現(xiàn)問題的部位，依據(jù)具體實(shí)際情況來合理優(yōu)化，不但可以有效的降低建設(shè)周期，還可以最大限度的減少施工成本，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

3.2.6 綠色設(shè)計(jì)

目前，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的綠色施工和設(shè)計(jì)是有效節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的基本方式，也是目前的主要設(shè)計(jì)理念，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模擬理念為其提供了良好的平臺(tái)，主要包括兩大部分，綠色設(shè)計(jì)和綠色施工以及精確建筑信息[9]。

3.2.7 可出圖性

利用建筑的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)、優(yōu)化等，依據(jù)具體需要合理設(shè)計(jì)圖紙主要包括：綜合結(jié)構(gòu)留洞圖、綜合管線圖、碰撞檢查錯(cuò)誤報(bào)告以及相應(yīng)改建方法。

3.3 實(shí)際運(yùn)用案例

案例一：在建造上海世博會(huì)會(huì)館的時(shí)候，相應(yīng)的運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和施工，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案，以便于可以很好地實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、綠色施工的目的。

案例二：荷蘭館就是綠色建筑設(shè)計(jì)以及節(jié)能建筑的主要方式，在建造整個(gè)會(huì)館的時(shí)候，利用3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來完成施工。

案例三：在工程造價(jià)角度按理說，計(jì)算機(jī)輔助綠色設(shè)計(jì)技術(shù)相應(yīng)的會(huì)高出預(yù)算5%～10%，但是在實(shí)際使用中，不僅會(huì)降低成本，還會(huì)節(jié)能降耗，對(duì)于維護(hù)生態(tài)環(huán)境具有一定作用和意義，不僅僅只是通過數(shù)字來衡量這種綠色理念。在建設(shè)上海中心的過程中，在設(shè)計(jì)多個(gè)關(guān)鍵地方的時(shí)候，基本上使用的都是三維計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，形成之后逐漸運(yùn)用到施工中，保證工程質(zhì)量。

3.4 存在的問題和不足

雖然計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)逐漸被運(yùn)用到眾多領(lǐng)域，例如建筑的生產(chǎn)、建筑是設(shè)計(jì)、建筑的研究等方面。并且已經(jīng)具有一定明顯的效果，但是作為一種輔助設(shè)計(jì)方式來說，沒有具有達(dá)到實(shí)用化的程度，還是會(huì)出現(xiàn)一些問題。可以從以下幾方面分析：第一，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不相同，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，軟件之間沒有很好的兼容性。第二，功能還不是十分完善，集成化程度相對(duì)比較低；第三，圖紙智能化還不是十分高，具有比較差的開放性；第四，現(xiàn)階段，建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的管理模式和生產(chǎn)方式還不能很好的使用信息化發(fā)展。第五，這種設(shè)計(jì)技術(shù)會(huì)在一定程度上約束建筑藝術(shù)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)思想與理念，被計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)看做取代圖版的方式，不能在真正意義上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

總而言之，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)于建筑施工具有重要意義和作用，由于具有協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可模擬性、可視化等特點(diǎn)，逐漸成為建筑行業(yè)綠色設(shè)計(jì)和管理的重要指標(biāo)和方式，給建筑行業(yè)提供了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大量普及計(jì)算機(jī)，這也為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)發(fā)展和應(yīng)用提供了保障。因此，在建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。

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