暖通空调CAD技术及相关软件的开发

暖通空调CAD技术及相关软件的开发

摘要：随着计算机技术的发展及广泛应用，暖通行业中计算机的使用也越来越多。本文叙述了当前国内外暖通行业计算机辅助设计技术的发展概况，指出了国内本技术领域的布局特点及困扰暖通CAD技术向应用性普及的因素。分别以AutoCAD二次开发和独立平台开发两方面为立足点提出了面向实用的软件开发方式及思路。

关键词：计算机 CAD 软件开发 暖通行业软件

0 引言

随着计算机技术的发展及广泛应用，暖通行业中计算机的使用也越来越广泛。计算机的使用不仅可以解决原来人工很难完成的任务，如精确的数值计算，环境参数模拟等，更重要的是它加快了设计者的工作效率，可以使工程师高效率高质量的完成设计工作。

目前计算机在暖通领域的应用主要有CFD（计算流体力学）技术，CAD（计算机辅助设计）技术等。前者主要是一些科研机构做流体仿真的研究，用来模拟建筑环境参数的分布状况。而后者正是广大设计单位日常使用频率最高的实用性技术。本文主要讨论后者的发展概况和国内存在的问题，最后笔者根据自己的CAD实践经历提出一种面向实用的CAD软件开发思路。

CAD技术在设计院中的应用主要体现在两个方面。一方面为计算机辅助计算，这主要是解决在设计中的负荷计算，水力计算，湿空气分析等问题。另一方面为计算机辅助绘图，这主要是代替过去费时、费力的手工绘图。方案阶段可以手工示意，初步设计和施工图及最后的竣工图一般单位都要求计算机出图。

1 发展概况

在我国，计算机应用于暖通领域起步于80年代。当时主要精中在辅助计算上，主要包括冷热负荷计算，水力平衡计算等。主要使用的语言为FORTRAN，BASIC等高级语言。由于计算工作的基础和规律性很强，有固定的计算公式，与计算机特征相吻合，到80年代末暖通的计算程序已基本定型。在以后的发展过程中这些程序只做了进一步的完善和语言上的

调整，没有本质变化。本阶段的代表人物为陈在康，武建勋，施鉴诺及他们合著的<<暖通计算机方法>>，该书曾在一些高校被列为暖通专业规定的选修课。

在80年代后期国内出现了美国AutoDesk公司的AutoCAD绘图软件，它以普通的PC为平台，拥有强大的绘图功能和稳定的系统结构。基于以上的特点AutoCAD开始在国内一些机构被学习和使用。AutoCAD的使用可以说是暖通CAD历史上的一次飞跃。至今为止，AutoCAD已成为世界上使用率最高的CAD软件。

国内暖通绘图CAD的应用是随着建筑CAD的发展而发展起来的，80年代末，由于国家有关部门的重视，许多单位开始进行建筑CAD的研制与开发，并且很快形成了一定的规模，在此基础上暖通计算机绘图也迅速崛起，并渐渐和建筑CAD脱离，至90年代初形成了多套相对完整、独立的暖通软件包。这些软件包主要功能包括：建筑条件图的绘制、冷热负荷计算、供暖空调平面图与系统图的绘制和自动生成，在一定程度上满足了设计人员的需要。这时期的软件基本上有两种平台。一是自己独立的软件平台，但是与AutoCAD的数据共享比较困难。而更多的是在AutoCAD基础做出的二次开发。这时期比较著名的软件有国家机械委北方设计研究院开发的暖通CAD系统，北京华远公司开发的HOUSE软件包及铁 道部6个设计院联合开发的HVAC-CAD软件包。

随着计算机硬件技术的不断进步，硬件已不再是计算机在暖通领域上应用的障碍。人们研究的重点都精中在了应用于暖通的计算机软件开发上。到了90年代，由于有多种方便又快捷的计算机高级语言的出现，编写面向暖通方面应用的计算程序已相对简单，并且可以方便的制作出友好的人机交互界面。甚至一些普通的编程爱好者就都可以独自完成焓湿图分析，负荷计算，水力计算等软件。这时一些科研机构就把精力转到了CFD这项国外一直比较领先的技术上，开始学习和研究一些国外的流体分析软件。

在进入21世纪的同时，我们经历了整个世界信息化和网络化带来的变革。整个世界的信息交流变的比从前任何时期都方便，这时如何实现数据的共享和快速的得到软件更新的问

题又摆在了开发者的面前。国内一些高校又开始了CAD应用集成及网络化的研究。由于国家对建设的投入，工程建设中工作量的日益增加，加快了对绘图速度的要求。国内出现了更多的CAD辅助绘图软件，而在暖通方面，发展完善和应用较多的基本上都是在AutoCAD平台上二次开发的软件。上世纪开发出的软件又进一步得到了完善，而其中一些则是从其它软件中脱影而出，以其高度的集成性和一体化程度在国内的市场上杀出了自己的一片天空。目前国内常用的软件我们看到的有建研院的ABD软件包、北京（洛阳）鸿业公司的ACS软件包、北京天正公司的THvac软件包等。

相比之下，国内的CAD技术要比国外一些发达国家落后，这主要还是体现在自动化程度不高和图纸深度不够两方面。国外的暖通设计工作相对建筑设计比较独立，如在英国和日本专门从事建筑设备设计的设计院很多。这些单位往往只做建筑工程中除土建方面的设计工作，这些工作又分为空调、给排水（日本称卫生）、电气的设计。由于发达国家强调建筑以人为本宗旨，建筑的室内标准要求又偏高，整个建筑在设计过程中的投入就会很大。这就使得暖通设计更加独立和分工，相对的暖通软件也比较独立。这些软件很多都是在施工单位对图纸作进行深化时使用，图面表达非常接近施工。在英国的CAD软件很多，面向建筑设备的有400多种，其中面向暖通空调的有100多种。它们当中多数是辅助完成某种计算的独立软件。而辅助绘图用的也是独立平台的集成软件，它可以先前将建筑的AutoCAD的图纸输入作为条件图，再进行设备图的绘制。其中应用较广的是Hevacomp和Cymap公司的CAD link软件。日本对暖通设计图纸深度要求很高，施工图一般都出到1：50的比例甚至更高。使用的软件也多是独立平台的2.5维的设计软件。当前应用较广的绘图软件有CAD We'll CAPE、CADWA Evolution等。总而言之，以上两个国家在暖通CAD方面，由于有功能强大的软件支持，施工图纸深度和国内图纸都有质的差别。

2 国内存在的问题

虽然国内一些科研机构在很早就开始了计算机辅助设计的研发，但是就目前的市场应用来看，国产软件正在困惑中求生存。国内钻研CAD的多数都面向机械行业，要不就是面向建筑行业的。所以迄今为止，国内还没有一家真正独立平台的暖通CAD软件能够占有一

定的市场。暖通行业中几乎都是AutoCAD的天下，从工作效率到出图的质量我国的CAD水平明显和国外存在着一定的差距。即使是二次开发的软件，一些单位往往刚拿到手时的争相学习，然后不过多久，人们就又回到了最原始的AutoC

AD。分析其中的原因，应该说是多方面的。笔者根据自己的CAD应用和工程设计实践总结出以下几点，以供参考。

2.1 标准有待普及和完善

标准化是实现暖通空调CAD系统集成化，并提高开发效率的关键问题之一。国际标准化组织（ISO）和国内一些机构已经对CAD的标准化工作做过很多的深入，但是针对暖通行业方面的CAD标准化工作近几年才开始有人探讨，离步入应用阶段还相距甚远。由于标准相对落后，从事设计的相关人员很难做到一些软件的数据共享，造成重复的数据输入工作。由于相关的图纸深度及表达方式没有统一要求，造成一些软件不适合有自主样式的设计单位使用。软件开发者也不知用什么样的数据输出方式和绘图样式才能得到用户的认可。

目前国内也存在暖通CAD软件与设计相关的技术规程接合不紧密的问题，例如没有使用技术规程指定的负荷计算方法，计算书样式等。一些软件的计算结果也没有经过可信度的认证。在制图方面，相关的制图标准也有待完善，如现行GB/T 50114-2001暖通空调制图标准也只是针对当时手绘时期中一些主要的表达方式作了规范。目前还没有一本专门针对计算机制图，且能充分发挥计算机绘图特长的制图标准面世。如GB 50114-2001中对制图时的线宽要求是b、0.25b、0.5b，这很难实现计算机和手绘的通用，特别是对日常打印机绘图很难适用。再如双线风管是否画中心线，各种设备在图面上如何表达，标号如何制定，图层名如何设置都没有明确的说明，这就造成了各单位的图面格式不统一，图层和图元样式相对杂乱的局面。

2.2 体制完善和重视程度不够

国内的暖通设计工程师多数都是在建筑设计院工作，制定标准的单位一般也是建筑的科研单位或主管部门。这就给一些人造成了一个误解，他们总以为暖通只是一个与建筑配套

的工种。有的人会说“人家建筑的图纸也没有那么多讲就，就甭说我们暖通了。制定绘图标准也是他们建筑的带头，不用我们暖通掺和了”。实际上这种看法是很不理智的。虽然暖通没有建筑专业的出图量多，但暖通专业必竟在图纸特点和计算机的应用上有比较接近机械的特点，所以我们更应该以自己的专业职责去对待自己的成果。特别是暖通CAD涉及到的参数之间关系众多，相对其它专业，暖通专业更应该注重各系统之间的关系和具体的实现形式。

现实中一些人还认为:“计算书只是一个形式，我有那么多年设计经验了，估的比你算的都准。”还有些人认为: “设计院画的太细了没用，到了现场可能改的面目全非，还要有多年安装经验的人才能施工。”还有人甚至认为: “一个简单的系统，根本不要计算机画图，找个老师傅比划两下都能做的出。年轻人把电脑摆弄的再好，也不如老师傅两句话”。由于专业本身的特点，以上的观点在一定程度上有其合理的一面。但我们更应该看到，随着我们现代化建设的加速发展，仅仅几个老师傅怎能满足大量工程建设工作的需要。从另一方面讲，经验和技术是相辅相成的，如果我们通过优秀的软件在图纸上解决了所有的问题，问题不再会压到施工安装上去了，那时施工单位也就不再去急需寻找老师傅了。所以在现阶段，优秀的CAD绘图软件还是必不可少的，这应该引起更多人对它的重新认识。

在其它一些国家，设计院出图只出到设计阶段，不出施工图。这里的设计阶段不代表国内的扩初设计或初步设计，这一阶段如果和国内的施工图阶段相比，只是没有给出定位和标高，管道的具体连接方法和施工也有一定的距离，可是设备表和系统图都很详尽。他们所谓的施工图一般是指施工单位（国内的安装公司）另外进行深化后的图纸。这里的施工图纸就应该和实际非常接近了，它一般只包括平面图和机房详细图。由于是在设备施工前期出图，建筑和结构和资料也相对比较完善。日本的施工图上都会把梁精确的表示出来，建筑资料中也会有明确的吊顶高度及灯的布置资料。以上这些资料，就使得对施工图纸的绘制有了更确切地把撑。正是有了国外这种体制的存在，很大程度上给绘制精确施工图的软件带来了发展空间，并且软件也能够真正地满足施工统一、拍图完整的要求。我们从国外的一些经验可以看出，对于国内的一些安装公司，如果单凭设计院出的图纸无法完成安装的话，就必须进行再深化。综上所述，这也是我国建筑和设备安装行业的一些体制问题，我们也期待着这种体制更进一步的完善。

2.3 开发导向有误区

软件开发者应该从暖通工程师实际要求出发，并且最好有一定的设计经验再去从事开发工作，就会对开发方向有更大的把握。在笔者接触到过的一些国产软件当中，发现很多软

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