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摘要：隨著計算機技術的發(fā)展及廣泛應用，暖通行業(yè)中計算機的使用也越來越多。本文敘述了當前國內(nèi)外暖通行業(yè)計算機輔助設計技術的發(fā)展概況，指出了國內(nèi)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(fā)和獨立平臺開發(fā)兩方面為立足點提出了面向?qū)嵱玫能浖_發(fā)方式及思路。

關鍵詞：計算機CAD軟件開發(fā)暖通行業(yè)軟件

0引言

隨著計算機技術的發(fā)展及廣泛應用，暖通行業(yè)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(shù)值計算，環(huán)境參數(shù)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(zhì)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(gòu)做流體仿真的研究，用來模擬建筑環(huán)境參數(shù)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(fā)展概況和國內(nèi)存在的問題，最后筆者根據(jù)自己的CAD實踐經(jīng)歷提出一種面向?qū)嵱玫腃AD軟件開發(fā)思路。

CAD技術在設計院中的應用主要體現(xiàn)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(fā)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(guī)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(fā)展過程中這些程序只做了進一步的完善和語言上的調(diào)整，沒有本質(zhì)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(yè)規(guī)定的選修課。

在80年代后期國內(nèi)出現(xiàn)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(wěn)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?；谝陨系奶攸cAutoCAD開始在國內(nèi)一些機構(gòu)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(nèi)暖通繪圖CAD的應用是隨著建筑CAD的發(fā)展而發(fā)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(fā)，并且很快形成了一定的規(guī)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(diào)平面圖與系統(tǒng)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(shù)據(jù)共享比較困難。而更多的是在AutoCAD基礎做出的二次開發(fā)。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(fā)的暖通CAD系統(tǒng)，北京華遠公司開發(fā)的HOUSE軟件包及鐵道部6個設計院聯(lián)合開發(fā)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(fā)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(xiàn)，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(gòu)就把精力轉(zhuǎn)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(jīng)歷了整個世界信息化和網(wǎng)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(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和快速的得到軟件更新的問題又擺在了開發(fā)者的面前。國內(nèi)一些高校又開始了CAD應用集成及網(wǎng)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(nèi)出現(xiàn)了更多的CAD輔助繪圖軟件，而在暖通方面，發(fā)展完善和應用較多的基本上都是在AutoCAD平臺上二次開發(fā)的軟件。上世紀開發(fā)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(nèi)的市場上殺出了自己的一片天空。目前國內(nèi)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(yè)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(nèi)的CAD技術要比國外一些發(fā)達國家落后，這主要還是體現(xiàn)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(diào)、給排水（日本稱衛(wèi)生）、電氣的設計。由于發(fā)達國家強調(diào)建筑以人為本宗旨，建筑的室內(nèi)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(diào)的有100多種。它們當中多數(shù)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。總而言之，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(nèi)圖紙都有質(zhì)的差別。

2國內(nèi)存在的問題

雖然國內(nèi)一些科研機構(gòu)在很早就開始了計算機輔助設計的研發(fā)，但是就目前的市場應用來看，國產(chǎn)軟件正在困惑中求生存。國內(nèi)鉆研CAD的多數(shù)都面向機械行業(yè)，要不就是面向建筑行業(yè)的。所以迄今為止，國內(nèi)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(yè)中幾乎都是AutoCAD的天下，從工作效率到出圖的質(zhì)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(fā)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(jù)自己的CAD應用和工程設計實踐總結(jié)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(xiàn)暖通空調(diào)CAD系統(tǒng)集成化，并提高開發(fā)效率的關鍵問題之一。國際標準化組織（ISO）和國內(nèi)一些機構(gòu)已經(jīng)對CAD的標準化工作做過很多的深入，但是針對暖通行業(yè)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(shù)據(jù)共享，造成重復的數(shù)據(jù)輸入工作。由于相關的圖紙深度及表達方式?jīng)]有統(tǒng)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(fā)者也不知用什么樣的數(shù)據(jù)輸出方式和繪圖樣式才能得到用戶的認可。

目前國內(nèi)也存在暖通CAD軟件與設計相關的技術規(guī)程接合不緊密的問題，例如沒有使用技術規(guī)程指定的負荷計算方法，計算書樣式等。一些軟件的計算結(jié)果也沒有經(jīng)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(xiàn)行GB/T50114-2001暖通空調(diào)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(guī)范。目前還沒有一本專門針對計算機制圖，且能充分發(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(nèi)的暖通設計工程師多數(shù)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(yè)的出圖量多，但暖通專業(yè)必竟在圖紙?zhí)攸c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(yè)職責去對待自己的成果。特別是暖通CAD涉及到的參數(shù)之間關系眾多，相對其它專業(yè)，暖通專業(yè)更應該注重各系統(tǒng)之間的關系和具體的實現(xiàn)形式。

現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)場可能改的面目全非，還要有多年安裝經(jīng)驗的人才能施工?！边€有人甚至認為:“一個簡單的系統(tǒng)，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(yè)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(xiàn)代化建設的加速發(fā)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(jīng)驗和技術是相輔相成的，如果我們通過優(yōu)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(xiàn)階段，優(yōu)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(nèi)的擴初設計或初步設計，這一階段如果和國內(nèi)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(tǒng)圖都很詳盡。他們所謂的施工圖一般是指施工單位（國內(nèi)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(jié)構(gòu)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(fā)展空間，并且軟件也能夠真正地滿足施工統(tǒng)一、拍圖完整的要求。我們從國外的一些經(jīng)驗可以看出，對于國內(nèi)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(yè)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(fā)導向有誤區(qū)

軟件開發(fā)者應該從暖通工程師實際要求出發(fā)，并且最好有一定的設計經(jīng)驗再去從事開發(fā)工作，就會對開發(fā)方向有更大的把握。在筆者接觸到過的一些國產(chǎn)軟件當中，發(fā)現(xiàn)很多軟件經(jīng)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(xiàn)場根本無法安裝實現(xiàn)。這就造成了軟件中看不中用的后果。

開發(fā)暖通軟件不同于開發(fā)建筑軟件，建筑軟件多數(shù)只是圖面表達上追求快捷和華麗。而暖通專業(yè)中的每個圖形元素(我們或?qū)⑵浞Q作管道及部件)都具有一定的擴展實體參數(shù)。如記載管道材質(zhì)，重量，用途，風量等參數(shù)。相連接的部件參數(shù)的如何交換、套用、合算都存在著很深的專業(yè)性。這要求軟件開發(fā)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(fā)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(fā)者在開發(fā)前期多作論證，作好方案，提出合理可行的現(xiàn)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?qū)嵱玫能浖_發(fā)

對于發(fā)展國內(nèi)的暖通CAD技術，筆者認為應該從兩方面入手。一方面小規(guī)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(jù)自己的標準來做二次開發(fā)的技術支持。只有這樣做，最后的出圖質(zhì)量才能得到根本性的提高。另一方面大規(guī)模的設計院和國家有關部門也應投入資源去開發(fā)有我國自主知識產(chǎn)權(quán)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(guī)范。下面筆者就以上述兩種CAD類型軟件的開發(fā)作為立足點，提出面向?qū)嵱玫能浖_發(fā)思路及開發(fā)過程中應注意的事項。

3.1二次開發(fā)和樣式制定

二次開發(fā)主要是指開發(fā)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(fā)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(fā)。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(fā)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(fā)和短期開發(fā)，后一種適合軟件公司的長期開發(fā)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(fā)環(huán)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(shù)化繪圖中有很大的靈活性，并且可以實現(xiàn)一定的人工智能。LISP開發(fā)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(fā)的面向?qū)ο蟮腂asic程序設計環(huán)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?qū)ο蟮某绦蛟O計理念和功能強大的調(diào)試環(huán)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?qū)ο蟮牟僮?，使程序有了更高效、更明確的實現(xiàn)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(fā)的首要步驟是制定暖通繪圖環(huán)境，就是指在繪圖初期對新建圖形中的一些參數(shù)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(shù)據(jù)要多。加載繪圖環(huán)境也不像是在AutoCAD中打開模板，而是通過命令來實現(xiàn)的。加載好的環(huán)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(huán)境可以根據(jù)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(tǒng)流程圖”一樣的繪圖環(huán)境。

繪圖環(huán)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(xiàn)平面圖用工具欄，繪制詳細圖時出現(xiàn)詳細圖用工具欄。繪圖環(huán)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(yè)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(jù)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(tǒng)一標準(GB/T50001-2001)、暖通空調(diào)制圖標準(GB/T50114-2001)選取。

二次開發(fā)當中最核心的工作之一就是輔助繪圖命令的開發(fā)。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(tǒng)一公司內(nèi)部的圖面樣式，這里包括圖面中一些細節(jié)因素表示方法的統(tǒng)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(xiàn)場施工保持一致。二次開發(fā)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(fā)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(diào)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(xiàn)獨立平臺的軟件，就要求開發(fā)出自己的圖形引擎。就是要完成從軟件方案到實現(xiàn)手段完全自主研發(fā)的整體軟件包。這樣的軟件需要有一定規(guī)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(fā)出的軟件能和AutoCAD等其它軟件實現(xiàn)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(shù)信息構(gòu)成特定的文件格式進行存檔。繪圖引擎、操作的界面的開發(fā)也可以見解國內(nèi)的一些優(yōu)秀的機械設計類軟件。