CAD技術相關軟件開發論文

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摘要：隨著計算機技術的發展及廣泛應用，暖通行業中計算機的使用也越來越多。本文敘述了當前國內外暖通行業計算機輔助設計技術的發展概況，指出了國內本技術領域的布局特點及困擾暖通cad技術向應用性普及的因素。分別以AutoCAD二次開發和獨立平臺開發兩方面為立足點提出了面向實用的軟件開發方式及思路。

關鍵詞：計算機CAD軟件開發暖通行業軟件

0引言

隨著計算機技術的發展及廣泛應用，暖通行業中計算機的使用也越來越廣泛。計算機的使用不僅可以解決原來人工很難完成的任務，如精確的數值計算，環境參數模擬等，更重要的是它加快了設計者的工作效率，可以使工程師高效率高質量的完成設計工作。

目前計算機在暖通領域的應用主要有CFD（計算流體力學）技術，CAD（計算機輔助設計）技術等。前者主要是一些科研機構做流體仿真的研究，用來模擬建筑環境參數的分布狀況。而后者正是廣大設計單位日常使用頻率最高的實用性技術。本文主要討論后者的發展概況和國內存在的問題，最后筆者根據自己的CAD實踐經歷提出一種面向實用的CAD軟件開發思路。

CAD技術在設計院中的應用主要體現在兩個方面。一方面為計算機輔助計算，這主要是解決在設計中的負荷計算，水力計算，濕空氣分析等問題。另一方面為計算機輔助繪圖，這主要是代替過去費時、費力的手工繪圖。方案階段可以手工示意，初步設計和施工圖及最后的竣工圖一般單位都要求計算機出圖。

1發展概況

在我國，計算機應用于暖通領域起步于80年代。當時主要精中在輔助計算上，主要包括冷熱負荷計算，水力平衡計算等。主要使用的語言為FORTRAN，BASIC等高級語言。由于計算工作的基礎和規律性很強，有固定的計算公式，與計算機特征相吻合，到80年代末暖通的計算程序已基本定型。在以后的發展過程中這些程序只做了進一步的完善和語言上的調整，沒有本質變化。本階段的代表人物為陳在康，武建勛，施鑒諾及他們合著的<<暖通計算機方法>>，該書曾在一些高校被列為暖通專業規定的選修課。

在80年代后期國內出現了美國AutoDesk公司的AutoCAD繪圖軟件，它以普通的PC為平臺，擁有強大的繪圖功能和穩定的系統結構?；谝陨系奶攸cAutoCAD開始在國內一些機構被學習和使用。AutoCAD的使用可以說是暖通CAD歷史上的一次飛躍。至今為止，AutoCAD已成為世界上使用率最高的CAD軟件。

國內暖通繪圖CAD的應用是隨著建筑CAD的發展而發展起來的，80年代末，由于國家有關部門的重視，許多單位開始進行建筑CAD的研制與開發，并且很快形成了一定的規模，在此基礎上暖通計算機繪圖也迅速崛起，并漸漸和建筑CAD脫離，至90年代初形成了多套相對完整、獨立的暖通軟件包。這些軟件包主要功能包括：建筑條件圖的繪制、冷熱負荷計算、供暖空調平面圖與系統圖的繪制和自動生成，在一定程度上滿足了設計人員的需要。這時期的軟件基本上有兩種平臺。一是自己獨立的軟件平臺，但是與AutoCAD的數據共享比較困難。而更多的是在AutoCAD基礎做出的二次開發。這時期比較著名的軟件有國家機械委北方設計研究院開發的暖通CAD系統，北京華遠公司開發的HOUSE軟件包及鐵道部6個設計院聯合開發的HVAC-CAD軟件包。

隨著計算機硬件技術的不斷進步，硬件已不再是計算機在暖通領域上應用的障礙。人們研究的重點都精中在了應用于暖通的計算機軟件開發上。到了90年代，由于有多種方便又快捷的計算機高級語言的出現，編寫面向暖通方面應用的計算程序已相對簡單，并且可以方便的制作出友好的人機交互界面。甚至一些普通的編程愛好者就都可以獨自完成焓濕圖分析，負荷計算，水力計算等軟件。這時一些科研機構就把精力轉到了CFD這項國外一直比較領先的技術上，開始學習和研究一些國外的流體分析軟件。

在進入21世紀的同時，我們經歷了整個世界信息化和網絡化帶來的變革。整個世界的信息交流變的比從前任何時期都方便，這時如何實現數據的共享和快速的得到軟件更新的問題又擺在了開發者的面前。國內一些高校又開始了CAD應用集成及網絡化的研究。由于國家對建設的投入，工程建設中工作量的日益增加，加快了對繪圖速度的要求。國內出現了更多的CAD輔助繪圖軟件，而在暖通方面，發展完善和應用較多的基本上都是在AutoCAD平臺上二次開發的軟件。上世紀開發出的軟件又進一步得到了完善，而其中一些則是從其它軟件中脫影而出，以其高度的集成性和一體化程度在國內的市場上殺出了自己的一片天空。目前國內常用的軟件我們看到的有建研院的ABD軟件包、北京（洛陽）鴻業公司的ACS軟件包、北京天正公司的THvac軟件包等。

相比之下，國內的CAD技術要比國外一些發達國家落后，這主要還是體現在自動化程度不高和圖紙深度不夠兩方面。國外的暖通設計工作相對建筑設計比較獨立，如在英國和日本專門從事建筑設備設計的設計院很多。這些單位往往只做建筑工程中除土建方面的設計工作，這些工作又分為空調、給排水（日本稱衛生）、電氣的設計。由于發達國家強調建筑以人為本宗旨，建筑的室內標準要求又偏高，整個建筑在設計過程中的投入就會很大。這就使得暖通設計更加獨立和分工，相對的暖通軟件也比較獨立。這些軟件很多都是在施工單位對圖紙作進行深化時使用，圖面表達非常接近施工。在英國的CAD軟件很多，面向建筑設備的有400多種，其中面向暖通空調的有100多種。它們當中多數是輔助完成某種計算的獨立軟件。而輔助繪圖用的也是獨立平臺的集成軟件，它可以先前將建筑的AutoCAD的圖紙輸入作為條件圖，再進行設備圖的繪制。其中應用較廣的是Hevacomp和Cymap公司的CADlink軟件。日本對暖通設計圖紙深度要求很高，施工圖一般都出到1：50的比例甚至更高。使用的軟件也多是獨立平臺的2.5維的設計軟件。當前應用較廣的繪圖軟件有CADWe''''llCAPE、CADWAEvolution等?？偠灾?，以上兩個國家在暖通CAD方面，由于有功能強大的軟件支持，施工圖紙深度和國內圖紙都有質的差別。

2國內存在的問題

雖然國內一些科研機構在很早就開始了計算機輔助設計的研發，但是就目前的市場應用來看，國產軟件正在困惑中求生存。國內鉆研CAD的多數都面向機械行業，要不就是面向建筑行業的。所以迄今為止，國內還沒有一家真正獨立平臺的暖通CAD軟件能夠占有一定的市場。暖通行業中幾乎都是AutoCAD的天下，從工作效率到出圖的質量我國的CAD水平明顯和國外存在著一定的差距。即使是二次開發的軟件，一些單位往往剛拿到手時的爭相學習，然后不過多久，人們就又回到了最原始的AutoCAD。分析其中的原因，應該說是多方面的。筆者根據自己的CAD應用和工程設計實踐總結出以下幾點，以供參考。

2.1標準有待普及和完善

標準化是實現暖通空調CAD系統集成化，并提高開發效率的關鍵問題之一。國際標準化組織（ISO）和國內一些機構已經對CAD的標準化工作做過很多的深入，但是針對暖通行業方面的CAD標準化工作近幾年才開始有人探討，離步入應用階段還相距甚遠。由于標準相對落后，從事設計的相關人員很難做到一些軟件的數據共享，造成重復的數據輸入工作。由于相關的圖紙深度及表達方式沒有統一要求，造成一些軟件不適合有自主樣式的設計單位使用。軟件開發者也不知用什么樣的數據輸出方式和繪圖樣式才能得到用戶的認可。

目前國內也存在暖通CAD軟件與設計相關的技術規程接合不緊密的問題，例如沒有使用技術規程指定的負荷計算方法，計算書樣式等。一些軟件的計算結果也沒有經過可信度的認證。在制圖方面，相關的制圖標準也有待完善，如現行GB/T50114-2001暖通空調制圖標準也只是針對當時手繪時期中一些主要的表達方式作了規范。目前還沒有一本專門針對計算機制圖，且能充分發揮計算機繪圖特長的制圖標準面世。如GB50114-2001中對制圖時的線寬要求是b、0.25b、0.5b，這很難實現計算機和手繪的通用，特別是對日常打印機繪圖很難適用。再如雙線風管是否畫中心線，各種設備在圖面上如何表達，標號如何制定，圖層名如何設置都沒有明確的說明，這就造成了各單位的圖面格式不統一，圖層和圖元樣式相對雜亂的局面。

2.2體制完善和重視程度不夠

國內的暖通設計工程師多數都是在建筑設計院工作，制定標準的單位一般也是建筑的科研單位或主管部門。這就給一些人造成了一個誤解，他們總以為暖通只是一個與建筑配套的工種。有的人會說“人家建筑的圖紙也沒有那么多講就，就甭說我們暖通了。制定繪圖標準也是他們建筑的帶頭，不用我們暖通摻和了”。實際上這種看法是很不理智的。雖然暖通沒有建筑專業的出圖量多，但暖通專業必竟在圖紙特點和計算機的應用上有比較接近機械的特點，所以我們更應該以自己的專業職責去對待自己的成果。特別是暖通CAD涉及到的參數之間關系眾多，相對其它專業，暖通專業更應該注重各系統之間的關系和具體的實現形式。

現實中一些人還認為:“計算書只是一個形式，我有那么多年設計經驗了，估的比你算的都準?！边€有些人認為:“設計院畫的太細了沒用，到了現場可能改的面目全非，還要有多年安裝經驗的人才能施工?！边€有人甚至認為:“一個簡單的系統，根本不要計算機畫圖，找個老師傅比劃兩下都能做的出。年輕人把電腦擺弄的再好，也不如老師傅兩句話”。由于專業本身的特點，以上的觀點在一定程度上有其合理的一面。但我們更應該看到，隨著我們現代化建設的加速發展，僅僅幾個老師傅怎能滿足大量工程建設工作的需要。從另一方面講，經驗和技術是相輔相成的，如果我們通過優秀的軟件在圖紙上解決了所有的問題，問題不再會壓到施工安裝上去了，那時施工單位也就不再去急需尋找老師傅了。所以在現階段，優秀的CAD繪圖軟件還是必不可少的，這應該引起更多人對它的重新認識。

在其它一些國家，設計院出圖只出到設計階段，不出施工圖。這里的設計階段不代表國內的擴初設計或初步設計，這一階段如果和國內的施工圖階段相比，只是沒有給出定位和標高，管道的具體連接方法和施工也有一定的距離，可是設備表和系統圖都很詳盡。他們所謂的施工圖一般是指施工單位（國內的安裝公司）另外進行深化后的圖紙。這里的施工圖紙就應該和實際非常接近了，它一般只包括平面圖和機房詳細圖。由于是在設備施工前期出圖，建筑和結構和資料也相對比較完善。日本的施工圖上都會把梁精確的表示出來，建筑資料中也會有明確的吊頂高度及燈的布置資料。以上這些資料，就使得對施工圖紙的繪制有了更確切地把撐。正是有了國外這種體制的存在，很大程度上給繪制精確施工圖的軟件帶來了發展空間，并且軟件也能夠真正地滿足施工統一、拍圖完整的要求。我們從國外的一些經驗可以看出，對于國內的一些安裝公司，如果單憑設計院出的圖紙無法完成安裝的話，就必須進行再深化。綜上所述，這也是我國建筑和設備安裝行業的一些體制問題，我們也期待著這種體制更進一步的完善。

2.3開發導向有誤區

軟件開發者應該從暖通工程師實際要求出發，并且最好有一定的設計經驗再去從事開發工作，就會對開發方向有更大的把握。在筆者接觸到過的一些國產軟件當中，發現很多軟件經常會犯一個通病。那就是往往在操作上追求華麗，以能一瞬間自動完成某些連接，或繪出三維圖型而自豪，恕不知某些連接或樣式在現場根本無法安裝實現。這就造成了軟件中看不中用的后果。

開發暖通軟件不同于開發建筑軟件，建筑軟件多數只是圖面表達上追求快捷和華麗。而暖通專業中的每個圖形元素(我們或將其稱作管道及部件)都具有一定的擴展實體參數。如記載管道材質，重量，用途，風量等參數。相連接的部件參數的如何交換、套用、合算都存在著很深的專業性。這要求軟件開發者要同設計院、科研單位、施工單位進行廣泛和深入的交流。由于這些原因，有時一些以建筑輔助設計軟件開發為主的公司的是很困難完成上述要求的。

對于以上存在的問題，就希望開發者在開發前期多作論證，作好方案，提出合理可行的現實手段和預期目標。避免不假思索地去寫代碼，否則到最后就會得到費了很多力卻沒有得到別人認可的后果。

3面向實用的軟件開發

對于發展國內的暖通CAD技術，筆者認為應該從兩方面入手。一方面小規模的設計單位可以聘用專門的CAD技術人員，制定適合自己的出圖樣式，根據自己的標準來做二次開發的技術支持。只有這樣做，最后的出圖質量才能得到根本性的提高。另一方面大規模的設計院和國家有關部門也應投入資源去開發有我國自主知識產權的獨立平臺CAD軟件，特別是對CAD出圖的標準和深度應該有更明確的規范。下面筆者就以上述兩種CAD類型軟件的開發作為立足點，提出面向實用的軟件開發思路及開發過程中應注意的事項。

3.1二次開發和樣式制定

二次開發主要是指開發應用于AutoCAD基礎上的插件，用戶必須先在計算機上安裝Autodesk公司的AutoCAD，之后再運行開發出的暖通工具包，最終加強AutoCAD的功能，使AutoCAD適合暖通繪圖，以及符合自己公司制定的繪圖樣式。AutoCAD在R14版本之后就有很強的開放性和擴展性，允許用戶方便的進行自定義和二次開發。并且在AutoCADHelp文檔中有詳細的參考和教程，便于用戶查閱和學習。

目前面向AutoCAD二次開發的主要工具有AutoLISP/VisualLISP、VB/VBA的ActiveX及C/C++的ObjectARX。其中前兩種比較適合個人開發和短期開發，后一種適合軟件公司的長期開發項目。這里主要推薦前兩種語言，部分原因是因為在AutoCAD中集成了兩種語言的開發環境，并且有詳細的幫助文件。LISP語言是人工智能學科領域中廣泛采用的一種程序設計符號語言。這種語言在參數化繪圖中有很大的靈活性，并且可以實現一定的人工智能。LISP開發出的程序可以象運行CAD普通命令一樣在命令行中直接鍵入自己定義的命令運行，保持了用戶的繪圖習慣。VisualBasic(簡稱VB)是Microsoft公司開發的面向對象的Basic程序設計環境。它沿用了大家熟悉的Basic語言的語法和習慣，又引入了面向對象的程序設計理念和功能強大的調試環境，使編程效率和操作智能化程度有了明顯的提高。特別是它引入的ActiveX技術，使的很多其它的應用程序與之有了相應的接口，且通過面向對象的操作，使程序有了更高效、更明確的實現途徑，以及更容易完成各種其它應用程序之間的交互。VB本身簡單易學，可以很快的制作出對話框和用戶界面，是很多編程愛好者的首選。

二次開發的首要步驟是制定暖通繪圖環境，就是指在繪圖初期對新建圖形中的一些參數進行初始化設置，這很像AutoCAD中模板的概念。類似建立一個暖通繪圖的模板，當然這里的模板比AutoCAD中模板包含的數據要多。加載繪圖環境也不像是在AutoCAD中打開模板，而是通過命令來實現的。加載好的環境有自己的操作界面，同時按要求新建一個空文檔，再在其中繪出必要的圖形元素。繪圖環境可以根據繪圖的比例和種類進行分類命名。當用戶開始作圖時，按作圖要求加載既可，如可以建立像“風管平面圖1/100”、“配管平面圖1/100”、“水系統流程圖”一樣的繪圖環境。

繪圖環境中可以按自己的暖通設計特點定義菜單和工具欄的布置，如繪制平面圖時出現平面圖用工具欄，繪制詳細圖時出現詳細圖用工具欄。繪圖環境設定好后，即繪出圖框、設定好了圖層、文字樣式、標注樣式、打印樣式等。同時進行建筑設計的設計單位圖框需要和建筑專業保持一致。專門的暖通設計單位可以自己編制，介意使用包含公司標志且占圖面整邊的標題欄。圖層應該根據圖面元素的種類進行分類，分層也不易太多，一般按定位軸線、建筑底圖、房間名稱、機器、風管、水管、標注等分層即可，層名一般按英文簡寫編制。文字、標注等樣式一般按房屋建筑制圖統一標準(GB/T50001-2001)、暖通空調制圖標準(GB/T50114-2001)選取。

二次開發當中最核心的工作之一就是輔助繪圖命令的開發。怎樣讓用戶通過軟件的應用使繪圖更標準化，高效化是衡量軟件成敗的關鍵。當然做這些工作的前提是統一公司內部的圖面樣式，這里包括圖面中一些細節因素表示方法的統一。如風管法蘭要畫幾根線，中心線超出邊界的長度，隱線處理的方法、常用圖例的尺寸等。

輔助繪圖命令中的一部分可以稱為輔助操作命令，如對圖層的快速操作、對象的過濾和編輯等。這些命令有時在Autodesk的Express中也有包含，如孤立一個層、顯示所有層等。這些輔助操作使繪圖過程更佳合理化，高效化?；镜呐ɡL圖命令應該包括風管繪制、風閥風口插入、水管繪制、管徑標注、標號插入等。這其中包含的一些具體連接的處理方式一定要和現場施工保持一致。二次開發的初期一般不把風管，水管生成塊，以追求修改的方便。輔助命令中的快速標注，可以方便地標出管道種類、標高、管徑等。一些輔助繪圖命令以可以是常用符號（即塊）的插入等，如水管上下翻標記等圖例符號的插入。

二次開發中一個長期的工作是常用圖庫的建立。常用圖庫可以按類別進行多級分類，如分為“風口”、“機器”這樣的大類，“機器”又包含“風機”、“空調機”、“泵”這樣的中類，“風機”中又包含“離心風機”、“軸流風機”這樣的小類。這些圖庫應該對于用戶具有一定的開放性，允許用戶自己增加、改修圖形。這些圖形也可以通過廠家得到完全符合實際尺寸的樣本來建立。圖形單元插入時，圖形應以塊的形式插入，以追求修改的方便。

3.2獨立平臺模型的建立

要實現獨立平臺的軟件，就要求開發出自己的圖形引擎。就是要完成從軟件方案到實現手段完全自主研發的整體軟件包。這樣的軟件需要有一定規模的軟件公司和大型設計院的支持，需要有多人團隊的合作，要有軟件工程的科學觀作指導來完成。為了保持開發出的軟件能和AutoCAD等其它軟件實現資源共享，介意對圖元信息也采用DXF格式編碼，再加上自己特定的參數信息構成特定的文件格式進行存檔。繪圖引擎、操作的界面的開發也可以見解國內的一些優秀的機械設計類軟件。