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建筑设计信息化建设的历史回顾及发展 太原市建筑设计研究院技术质量处处长 杨福平 摘要本文通过笔者工作的亲身体会，描述了三十年来，CAD的发展历程，阐述了信息化建设发展过程中存在的问题，并提出中、小企业的设计单位在信息化建设初期，选择平台软件的重要性。对建筑设计行业未来十年的发展趋势，进行了展望。强调了BIM（Building Information Modeling 建筑信息模型）技术在中国的落地，对建筑设计行业来说又是一次革命性的飞跃，它将改变设计师的思维方式，以直观的三维立体图型及艺术效果而搏得更多人的喜爱，可以说谁先掌握了BIM技术，谁就可以把握住未来。 关键词CAD 信息化 BIM技术 1、历史的回顾 三十年前，记得刚参加工作时，首先从单位领到的设计工具是一块绘图板、一把丁字尺、一个三角板、一个计算器、一支鸭嘴笔。后来有了0.5 、 0.7 、 0.9MM的墨线笔及专用绘图墨水等。本人是从事结构设计工作，因为所有的结构计算完全是利用手册靠手工计算，以静力荷载计算为主。由于当时动力荷载计算手段还跟不上，地震力等动力荷载的计算也完全靠手工完成，计算工作量非常大，如果是遇到框架结构，那计算工作会更加辛苦。刚开始使用的计算软件很简单，只能计算单榀框架，平面都无法协同计算，由设计人员画好简图，根据建筑设计做法，将框架梁的均布线荷载和集中荷载用计算器手工计算好数据，填入荷载简图上，同时标注出梁、柱断面和跨度的的几何尺寸，输入计算机后，靠软件程序算出最大弯矩和剪力值，再人工查手册进行配筋。有了钢筋的直径、根数、间距后，才能进入画图阶段，计算过程十分繁琐。不过当时我国国民经济很落后，几乎大部分的设计仅是六层以下的砖混结构，个别是框架结构。在画施工图时，首先是用铅笔在底图上根据建筑结构布置一条线一条线画好楼板图轮廓，然后用鸭嘴笔调好线条的粗细程度后，再进行描图。完成一张二号结构设计图从计算到成图，快点也得一个工作日，这样的工作效率在今天看来是一件不可思议的事情。随着计算机技术的发展特别是1982年二维CAD绘图软件AutoCAD在美国Autodesk公司诞生。CAD技术引入我国建筑领域，随后中国建筑科学研究院在AutoCAD为操作平台的基础上，研发出了PKPM系列专业软件，同时大量的国外软件进入中国，如MIDAS、ABAQUS、REVIT、PDS、PDMS、BENTLEY等专业软件，给我国的建筑设计行业带来了革命性的变化。我们从手工计算，到利用计算机辅助计算，结构分析计算更加快捷和准确，从单榀框架计算到空间协同计算，从静力荷载计算到动力荷载分析计算、时程分析计算、非线性设计、超高层建筑和大跨结构设计的已不是计算问题，全国超百米建筑层出不穷，各种复杂的综合体建筑四面开花。中国的高层结构计算水平已赶上了世界先进国家的技术。利用计算机CAD辅助绘图的软件也基本成熟。1994年，建设部提出了“甩掉图板”的口号，要求在2000年全行业实现计算机辅助绘图，从手工画图逐步走向微机出图。很多设计单位也在信息化建设方面开始加大投入，从几台到几十台计算机的使用，从PC机286、386、486、586的微机发展到功能强大的单核、双核计算机时代。我们单位经过几年的过渡至1998年全部设计人员都甩掉了设计图板，人手一台计算机，实现了全院网络联网 资源共享，完全靠计算机辅助绘图，工作效率大大提高。到2006年局域网升级速率达到百兆，目前已达到千兆，实现了从单机作业、一个专业CAD设计向多专业的网络化设计出图的大飞跃，可以说这对建筑设计行来说是一次革命性的进步。它彻底告别了传统的手工画图时代。 2、信息化建设发展过程中的体会 21、选择计算机应用软件的纠结 随着信息技术快速发展，各种设计、绘图、计算软件也像雨后春笋般地涌现出来。现在市场平台软件及专业软件有AutoCAD、CAXA、浩辰、PKPM、中望、天正、美国奔特力Bentley软件、MIDAS、ABAQUS、REVIT、MAGICAD 、盈建科、鲁班、探索者、广联达等软件。面对这么多软件，作为国内有实力的百强设计企业来讲，肯定首选AutoCAD，因为它的功能强大，特别是它的平台软件可以向任何专业软件开放，从1982年问世以来已成为世界的龙头老大，技术力量及经济实力是全球第一。国内的软件商与Autodesk公司相比悬殊太大，但是它的价格昂贵，一般的中小设计企业难以接受。刚开始若干年内，国外CAD软件通过放任盗版等非常规手段取得了在中国的事实垄断地位，大部分学生和设计人员都习惯使用盗版AutoCAD。但随着中国入世，法律法规的进一步健全，尤其是2006年， 国家版权局开始推行软件正版化，同时打击中国市场中存在的软件盗版现象，中国政府重拳出击打击盗版软件。在这样的环境下，许多设计企业开始选购正版软件。如何选，怎么选，面对五花八门的软件市场，对于中、小型设计单位来说，在考虑自己的经济承受能力的情况下，为了配合政府部门推广使用正版软件，支持民族产业而选择了价格低廉的国产软件。 22.1、使用国产软件存在的问题 由于国内莫些软件商CAD技术采取封闭开发，互不开放，各自独立，结果导致个别方面擅长而综合方面太弱，貌视使用功能齐全，但是稳定性、安全性、兼容性太差。软件之间相互不能融合，研发人员的综合设计能力差，对各专业的设计规范和设计流程理解不到位，造成了软件的精细化深度不够，往往给这些最早使用国产软件的设计单位带来了不可估量的经济损失，最先购买使用莫些国产软件的的设计企业成了软件商研发过程的试验场所。由于软件的不稳定，使许多设计人员在使用过程中出现文件丢失，运行过程出现“死机”现象，出错情况也是时有发生。由于软件开发的局限性，使设计人员做很多重复性的工作，对图形的编辑、修改带来不便，特别是二维协同设计软件问题更多。由于专业之间相互融合性差，图层设置不合理，建筑专业给下行专业传递条件图的速率非常慢，严重影响了工作效率。尤其是结构专业不参与协同工作，机电专业竖向系统图不能协同，与实际的要求偏离太远，事实上我们经常发现的是管道与梁、柱的碰撞，管道竖向之间的交叉和碰撞。电气桥架和通风管道的碰撞时有发生的，而我们目前的协同软件还是做不到的，紧紧停留在建筑平面和机电专业平面位置上的比对、协同，所以二维协同软件还是一种概念性炒做，只能是部分协同，而不是真正意义上的完整协同。使许多设计单位为提高图纸质量，投入大量的资金购买协同软件，想解决设计中的缺、漏、碰撞问题，但事与愿违。反而由于软件本身精细化深度的局限性问题，给设计人员增加了不少工作量而影响了生产效率，事半功倍。所以设计单位在信息化的初期选择什么样的软件。应该慎重考虑。另外国内的莫些平台软件不能全面开放，各自封闭相互不融合。給中、小设计企业带来很多麻烦。尤其是很多专业软件不能在国产的平台软件上使用，这给购买了国产莫些平台软件的设计企业在纵、深方面发展受到了很大的限制。影响了企业在信息化建设方面的质量和速度，所以选择一个全面开放的软件平台对企业今后信息化建设发展起决定性的因素。 22.2、软件后期服务问题信息化建设中，平台软件和专业应用软件需要及时、全面的后期服务支持，由于软件商面对市场竞争、资金压力和企业生存的不确定性，目前软件后期服务中，有的开发企业不能把优秀的人员派到设计企业，根据企业的特殊情况和流程进行针对性的定制，和完善软件的不足，而派一些经验不足的人员，到企业服务，貌视服务，但解决不了软件使用过程中存在的问题，往往流于形式，有的只要付完钱后，再遇到软件问题甚至连人也请不来，给企业信息化建设投入带来一定的风险。 23、加强政府对软件商的监督、管理、协调 国家有关部门为了加速我国建筑行业的软件的正版化的发展，扶持自主软件，应该通过行业协会将几家技术和经济实力强的软件企业整合起来，选拔出各行业优秀的人才强强联手，给予资金上的大力支助，进行深入地研发，首先制定统一的标准。打破企业之间的壁垒，资源共享，避免重复的开发、研制工作。按照我国目前社会制度的管理体制和中国人的聪明才智，完全有能力在短期内赶上和超过国外的CAD技术水平。这样我们混乱的设计软件市场，也会尽快走上价格合理、技术先进的轨道。同时要对那些技术含量低 、滥竽充数的专业软件加大监管力度，将那些服务跟不上的软件商坚决取缔。不让那些低劣软件给我们的设计人员带来时间和精力上的浪费，使设计人员把精力全部放在作品创新和设计上。 24、领导的重视程度 因为信息化建设首先需要很大的投入，硬件的不断增加、更新和维护，软件的升级和换版，需要大量的资金。一般设计企业在信息化建设的合理投入应该是年产值的2%，大型的企业应该达到5%以上。在国外选择一个设计企业能力大小，其中主要考察的指标就是看该企业信息化建设方面的基础设施包括网络设备、服务器、存储备份及CAD的操作平台及专业软件的使用情况。如果企业领导重视信息化的建设，那么企业的竞争力、生命力一定很强，经济效益和社会效益一定很高。 25、团队建设 对于一个设计企业来说，信息化建设搞的好不好，除了软件和硬件投入外，关键是有没有培养了一支既懂业务又懂管理、有敬业精神的团队。因为硬件需要熟悉IT的人员管理和维护，再好的专业软件也不是万能的，它需要一批熟悉本专业的人员结合自己单位的情况进行二次开发和定制。现在国内很多成功的企业都有自己的研发信息中心。建立一支由建筑、结构、水、暖、电气、和IT专业人员组成的一支优秀的团队，长期为企业进行二次开发是十分必要的，也是企业信息化发展走入良性循环的必然途径。 26、信息化建设缺少规划就我国目前多数中、小企业信息化建设情况看，普遍存在缺少整体规划的现象，主要表现在以下几个方面：软件使用杂乱，偏重于个人喜好，导致系统兼容性差；各部门独自建设各自的管理系统，信息孤岛比较多；网络和信息安全考虑较少，存在很大的安全区隐患。 27、加强设计人员的培训信息化技术日新月异，飞速发展，新的规范也在不断变化和更新，软件技术也在不断升级，如果设计人员不及时进行培训学习就会被淘汰。但是改变一个人的习惯是很难的事情，特别是老同志对新的事物接受起来比较慢，所以加强设计人员的培训，是推动信息化建设必不可少的一项工作。采取分批、分部门、分层次、有计划结合软件的特点进行经常培训，这样才能使信息化建设工作全面推广和应用。 3、信息化建设及建筑CAD未来的发展趋势 31、基础设施的完善是CAD计算机技术发展的必然保证 企业信息化建设必然离不开计算机技术、网络技术、通讯技术集成化和高度的融合，三网合一可以提升企业的高效、快捷的设计、管理水平，设计企业朝着综合系统集成和信息安全技术方向发展。现在有很多大型设计企业面对3D技术的需求，在信息化建设的基础设施方面，又开始进行第二次的更新和提升。因为BIM技术使用的软件需要64位的计算机系统和16G的内存，所以二维设计使用的32位系统已不能适用未来的发展的需求，运算速率也有更高、更快的要求。所以又投入巨资建立起主干网到万兆、桌面网为千兆的网络系统。为了安全采用内、外网物理隔离，配备防火墙、双机热备，企业统一数据储存、备份、信息管理、维护、和升级，部署入侵检测、流量监控、加强上网行为管理等技术手段，为未来CAD计算机技术快速发展提供了相应的基础支撑和保证。 32、BIM技术是未来发展的必然趋势 如果把计算机CAD技术发展近三十年划分为三个阶段，20世纪80年代主要解决了结构计算为主的设计计算问题，20世纪90年代基本解决了计算机辅助绘图的问题，21世纪基本解决了计算机和网络辅助管理的问题，以二维协同设计为主的设计方式，减少了设计过程中部分错、漏、碰、缺问题。这三十年来计算机技术的发展是突飞猛进的，无论是计算机的硬件技术还是设计软件都发生了翻天覆地的变化，为信息化建设从单一的局部集成化、标准化、系统化向高度集成化、应用化发展提供了保证。在未来的五到十年，应该说是进入了三维立体协同发展BIM技术的时代，美国从2007年开始应用BIM技术的设计人员才17%，到2012年已有71%的设计人员掌握了该项技能。新加坡到2015年要求80%的工程竣工后必须提交BIM技术档案，韩国提出的口号是2016年全面推行使用BIM技术进行工程设计。我国政府已于2011年印发了2011年-2015年我年建筑业信息化发展纲要，2012年初，住建部责成中国建筑标准设计研究院等有关部门开始编制建筑工程设计信息模型交付标准、建筑工程设计信息模型分类和编码标准、建筑工程信息模型应用统一标准、建筑工程信息模型存储标准。这些标准的出台，对推动我国勘察设计行业的BIM技术普及、发展具有重大的指导意义。上海市政府已出台在城市的重点区域四层以上重要的公共建筑和超过100米的住宅建筑都要求采用三维方案报建审查，这样使许多大型设计单位不得不成立BIM研究中心或BIM小组，应用BIM 技术手段进行建筑方案创作已势在必行。可以说BIM技术是继计算机辅助设计后出现的又一次技术大飞跃，它将改变设计师的思维方式，从平面思维进入了全方位的立体思维，为创新设计提供了有效的手段。从二维图描述升级到三维图更新直观的艺术效果，可以更真实地展示设计成果，对项目科学决策有着非常重要的意义。从线条绘图转向构件布置，从单纯的几何模型转向信息模型的集成，从各专业单独完成转向个专业的协同完成，从离散的分步设计转向基于同一模型的过程整体设计，从单一设计转向建筑全生命周期支持和管理，只有通过三维设计才能做到各个专业之间的真正的协同，才真正解决了施工图的错、漏、碰、缺问题。 通过BIM技术应用，可以使碰撞检查、施工模拟、运行模拟、施工仿真、运行维护、模型信息管理成为可能。对工程项目的造价才能做到真正的预控。为此，应用BIM技术的设计是未来发展的必然趋势。 4、结束语 信息化建设是一个长期的、复杂的、全员的、投入很大的系统工程。它的发展改变着人们的生产和生活方式。BIM技术在中国真正的落地已为时不远，基于BIM理念的三维数字设计是未来建筑设计的主题。设计师们利用这先进的科技手段，发挥更大的聪明才智、创作出更多符合低碳、绿色、环保的建筑作品、对设计行业是一次颠覆性的革命。为此，我们每个设计人员应尽快把握时代的潮流，尽快掌握BIM技术，为实现我们美丽的中国梦而奋斗。