CAD在土木工程领域中的发展和应用

摘要：由于CAD技术具有快捷、存储方便等诸多优点，所以在

工程设计中起着不可替代的重要作用。CAD应用在建筑设计、规划、装修、施工管理等方面应用极为广泛，CAD软件绘图方便、整洁、轻松，CAD技术是工程设计人员必备的设计利器，也发挥了他们的设计才华。

关键词：CAD 应用 发展

CAD即计算机辅助设计与制图，是指运用计算机系统辅助设计进行建立、绘制、修改、分析的过程。由于它需要有硬件支持，因此产生了CAD系统。CAD系统由硬件和软件两大部分组成。硬件部分包括处理运算设备、图形显示设备、外存储、输入输出设备以及信息传输等硬件平台设备。软件部分包括系统软件、支持软件和专业软件。CAD软件不仅便于用户使用，而且系统可以保持扩充和完善，PC及工作站上可以大量应用。CAD技术迅速发展，其涉及的领域也不断增加，如工程设计项目的管理、初步设计、计算分析、图纸绘制、3D动态模拟、优化统计等。CAD技术正在改变着传统的设计方法和设计生产的管理方式。许多工程都使用计算机进行辅助设计，在建立了计算机网络辅助设计与管理后，CAD有效压缩了设计周期，提高了设计质量，而且实现了很好的社会、经济效益。伴随着CAD技术在工程中的大量应用及其技术的成熟，它的一些缺点也逐渐显现。建筑CAD由于应用过程复杂，信息处理量大，表达方式非常多，因此要求计算机性能高，处理速度快、显示分辨率高。随着计算机性能的提高，而且引进了国外优质的图形支撑软件，使国内出现许多基于CAD平台上的建筑及设备专业CAD软件，可以进行3D造型，快速生成图纸，渲染图可以表现光影和纹理。由于专业软件功能强大，三维模型的应用，CAD设计中的零件库应用起来非常快捷。

CAD技术将设计的不同专业和阶段有机地融合，实现了技术集成化。以技术集成为基础，网络技术为支持，协同技术可以轻松实行并行工程处理作业。CAD始终以工程项目为核心，使跨地区的生产“虚拟群体”能随时共享图形数据材料库和丰富的网络资源。由于各协同方对工程项目需要描述一致，因此可以随时进行跨越地域和系统的信息交换，以修改、评价CAD设计的所有环节。CAD系统大量应用智能技术和专家系统，使其具备学习、记忆和推理能力，优化了系统的性能，提高了稳定性，自由度更大，能够适应复杂多变的工程设计的实际需要。

CAD技术也应该不断创新，创新工作要紧盯国际计算机技术的发展，也要适应国内需求。制作的软件的各个功能各个细节，都要给用户良好的体验。那么如何权衡它的利弊关系，如何更好应用它，我们下面就从它的双重性加以分析。

1 CAD技术在辅助设计应用中的优点

1.1 工作效率高，可重复使用

CAD的复制功能提高了设计效率。类似的工程设计，可以在计算机中简单改一下图纸，甚至能够直接套用。CAD软件可以将建筑施工图图纸快速变成设备底图，使设计师在绘制底图时十分方便。并且许多CAD软件提供了丰富的通用详图和分类图库，可以随时调用。这使得计算建筑结构的效率大大提高，一个普通的框架结构，用CAD系统大概一天可以出图，而且误差小，可以同时进行计算工作和制图工作。

1.2 减轻工作强度，提高图面整洁度

手工绘图，工作人员要用到许多工具，而且不断的要变换手中用的工具，如果有些许失误，就要进行修改，甚至重画，图面修订较多。用CAD绘图基本一只鼠标就足够了。CAD软件提供统一的线型、字体，使图面整洁统一。CAD软件所提供的UNDO功能更可以方便撤销错误的步骤。

1.3 计算功能及精度提高

建筑设计中要计算大量参数比如裂缝宽度、挠度、承载力、配筋面积等。在实际工程中，要根据设计规范计算各个结构构件如梁、板、墙体等所承受的外部荷载，再根据设计规范进行调整计算，计算结果存在稍许偏差或参数取值不合规范，便会酿成产品设计问题。有了CAD技术支持，会有效避免这些问题的出现。针对一些外形特殊、规模大、较复杂的建筑，如果不应用CAD，后果难以想象。CAD在日照分析、室内声场分析、灯光照度分析等方面的计算精度和速度极为优秀。用CAD绘图可以同时自动计算工程量，从而减少了设计师的工作量。

1.4 效果检验动态、实时

工程结构在设计时还要考虑与相关专业的匹配程度。如管道设备安装应避开结构梁或柱。因为工程从形态上可以拆分为各种基本形体，所以CAD制图中，在真色彩、真三维和光照的情况下，可以按物体的运动轨迹构造出一个虚拟的实体，进行实时的演示，通过虚拟演示检查设计成果的优点及弊端。

1.5 颠覆传统的设计理念

CAD的智能化将部分取代设计师的一些设计工作，而CAD对设计的标准化、产业化也起着巨大的推动作用。随着信息技术、网络技术和多媒体技术的发展，不同地区进行合作设计，异地招投标和设计评审在逐渐为人们接受。人们可以随时随地的接受科技信息，与世界同步。通过Internet已经可以实现SOHO办公，不但改变了设计师的工作方式，也影响了设计师的工作理念。

2 CAD技术在辅助设计应用中的缺点

2.1 CAD技术限制了设计师的思想和创作

建筑本身是一门融合了工业设计、科学技术、艺术文化、哲学于一体的交叉学科。建筑不但是一件商品，更应该成为一件艺术品。某些权威人士认为滥用CAD技术会使建筑设计工作从艺术创作彻底沦为工业化甚至机械化的生产，CAD常用的复制和套用等等高效率的手段，使得设计过程本身就影响了设计师思想的开拓。设计师越来越依赖于CAD技术，导致设计师产生惰性。设计师们标榜技术万能，而不再发掘自身的设计潜力。CAD技术使得建筑作品的抄袭重复屡见不鲜，设计缺乏灵气、没有个性。而最有艺术气息的手绘建筑效果图，也逐渐被计算机效果图取代，计算机效果图虽然方便快捷，但没有了手绘图的个性，更没有设计师笔下透露的思想。

由于计算机屏幕尺寸的限制，设计师更关注的是建筑局部设计，影响了他们对设计全局的把握，会导致建筑物整体的比例、体量失控。CAD系统的精确性要求其各个步骤都要有准确的数据支持，使得方案设计中需要的抽象性、随机性被扼杀，使得设计死板无生气。另一方面CAD软件自身功能的限制以及设计师对软件使用熟练度的影响，使得建筑设计师不能通过CAD软件淋漓极致的发挥自己的灵感、创意，建筑设计师的思想和灵感被束缚。

2.2 CAD技术导致资源浪费

CAD技术由于科技含量高且涉及多学科的知识，设计师要熟练掌握CAD软件及相关设备知识需要较长时间，所以在人员培训方面的投资可见一斑。随着科技发展的日新月异，设计师学习和深造的步伐只会滞后于计算机硬件和软件的更新、升级。设计师不得不花费大量时间去学习。CAD技术的复杂、难懂使得设计师大伤脑筋，因此不得不为设计师们配备计算机操作维修人员，甚至设立专门的CAD工作部。一个优秀的设计师可能并非一个CAD高手，这就造成人力资源的浪费。其次，CAD对物质财力的消耗也非常大。要实现CAD制图，大量的硬件设备如：PC、工作站、UPS、绘图仪、复印机、扫描仪、服务器、数码相机等的投资不菲，而它们的折旧率很高，并且经常需要更新升级。如果再为这些硬件都配上必要的正版软件，又是一笔不菲的投资。一套正版软件动辄几万元，如果各个专业软件都配齐的话就要几十万元。

2.3 CAD技术的不稳定性

CAD技术使得设计师随时需要面对计算机病毒、木马、恶意软件及CAD软件自身的更新升级，计算机资料的保存也存在许多不可控的因素。可能由于很小的一个设备故障，设计师就得放下设计工作，去解决与设计无关并且自己不熟悉的问题。也可能由于设计师的误操作或者计算机知识的匮乏，使得辛苦几天甚至几年的设计成果被误删、被覆盖而付之东流。

综上所述，CAD技术如同一把双刃剑，给设计师带来了方便的同时，也有一定的局限性。但是我们必须认识到CAD技术给我们带来的益处，同时正视它的局限性，扬其长，避其短。放眼世界，计算机技术的发展不会停歇，作为一名设计人，都要善用先进的技术为手段，不断发掘自身潜力，以敬业的精神和优质的设计为工程设计行业尽一份力。

参考文献：

[1]童秉枢编著.现代CAD技术[M].清华大学出版社.

[2]GB50010-2002.混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社.

[3]李振斌，刘华斌编著.工程CAD技术及应用[M].中国水利水电出版社.

[4]朱华清编著.环境工程CAD技术[M].华东理工大学出版社.

作者简介：

崔欣（1981-），男，河南职业技术学院，助教。

牛全兴（1980-），男，河南职业技术学院，助教。