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給排水專業(yè)ＣＡＤ軟件開(kāi)發(fā)方法探討
提要本文結(jié)合筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，分析了國(guó)內(nèi)給排水專業(yè)CAD軟件開(kāi)發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了給排水CAD軟件開(kāi)發(fā)的原則、思路、方法及步驟等，并給出了開(kāi)發(fā)實(shí)例。
一、給排水專業(yè)CAD開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀
在工程設(shè)計(jì)行業(yè)，CAD技術(shù)的應(yīng)用大大提高了設(shè)計(jì)及繪圖效率。CAD應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)也越來(lái)越重要。
在給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域，CAD開(kāi)發(fā)應(yīng)用起步較晚。有些設(shè)計(jì)院從八十年代末開(kāi)始嘗試進(jìn)行CAD開(kāi)發(fā)，但進(jìn)展比較慢，多數(shù)是圖塊和小型實(shí)用程序，在深度和廣度上都存在著差距。從1993年以后給排水CAD開(kāi)發(fā)步伐開(kāi)始加快。1994年底全國(guó)給排水學(xué)會(huì)和給排水技術(shù)情報(bào)網(wǎng)組織召開(kāi)了“計(jì)算機(jī)技術(shù)在給排水專業(yè)應(yīng)用研討會(huì)”,對(duì)給排水軟件開(kāi)發(fā)起了積極的促進(jìn)作用。
目前在給排水CAD開(kāi)發(fā)方面已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)，尤其是建筑室內(nèi)給排水方面涌現(xiàn)出一些比較優(yōu)秀的給排水CAD軟件，如洛陽(yáng)的一家軟件和北京的幾家軟件。這些軟件都具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)建筑給排水平面圖、自動(dòng)生成系統(tǒng)圖、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料表；進(jìn)行室外給排水管網(wǎng)計(jì)算、自動(dòng)生成圖形等功能，其中個(gè)別軟件已在室外設(shè)計(jì)和泵房設(shè)計(jì)等方面有了新的進(jìn)展。
現(xiàn)有軟件都偏重于民用建筑給排水方面，而且也有待于繼續(xù)完善、發(fā)展。在給排水的其它領(lǐng)域，由于難度大，投資回報(bào)較低，軟件公司還不愿涉足，所以進(jìn)展緩慢。應(yīng)用CAD進(jìn)行給排水及水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)更是少有人涉足。此外，目前還沒(méi)有專業(yè)設(shè)計(jì)CAD軟件的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。商業(yè)化軟件多數(shù)都不經(jīng)過(guò)權(quán)威部門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)測(cè)試和鑒定，所以其數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)方法和生成圖形的準(zhǔn)確性還沒(méi)有嚴(yán)格保障，這一點(diǎn)還可能成為工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的隱患。
現(xiàn)在設(shè)計(jì)部門的給排水CAD應(yīng)用水平也參差不齊。有的購(gòu)買或自行開(kāi)發(fā)了給排水專業(yè)軟件，提高了設(shè)計(jì)繪圖效率。有的只是在用AutoCAD的簡(jiǎn)單命令繪圖，雖提高了CAD出圖率，卻根本談不上利用CAD提高效率。給排水專業(yè)CAD應(yīng)用水平還有待于進(jìn)一步提高。
目前許多有精力的設(shè)計(jì)院及研究部門都在研究開(kāi)發(fā)本單位適用的專業(yè)軟件及應(yīng)用程序，但由于開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足，成績(jī)不明顯。本文將結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，著重論述有關(guān)給排水軟件開(kāi)發(fā)的原則、思路、方法及步驟，旨在拋磚引玉，促進(jìn)給排水CAD軟件開(kāi)發(fā)工作。
二、給排水軟件包開(kāi)發(fā)思路及原則
由于現(xiàn)有建筑給排水軟件已經(jīng)比較成熟，且仍在繼續(xù)開(kāi)發(fā)、升級(jí)。一般開(kāi)發(fā)者在水平和起點(diǎn)上均與這些軟件開(kāi)發(fā)有一定差距，所以應(yīng)該購(gòu)買此類軟件，而著重開(kāi)發(fā)適合本單位使用的實(shí)用程序、應(yīng)用軟件或優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。高起點(diǎn)開(kāi)發(fā)者則應(yīng)在深度及廣度上向更高層次沖擊。
1.給排水CAD軟件開(kāi)發(fā)依據(jù)及原則
（1）設(shè)計(jì)依據(jù)為有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、制圖標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)手冊(cè)等；保證數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算方法和設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性。
�。�2）軟件包開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)首先要突出專業(yè)水平，把專業(yè)設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是專業(yè)軟件包的關(guān)鍵所在。
�。�3）符合設(shè)計(jì)人員思維習(xí)慣及設(shè)計(jì)習(xí)慣，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單，易掌握。
（4）適用性強(qiáng)，容易修改，容易擴(kuò)充，容易發(fā)展。
�。�5）盡量使用效率高、功能強(qiáng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)工具。
�。�6）嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化。
�。�7）通過(guò)自動(dòng)繪圖以及建立標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)，提高圖紙復(fù)用率等途徑，提高設(shè)計(jì)繪圖速度，真正發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，把設(shè)計(jì)人員從圖板上解脫出來(lái)。
2.設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)步驟
�。�1）開(kāi)發(fā)適合于給排水專業(yè)應(yīng)用的CAD軟件環(huán)境，包括AutoCAD的優(yōu)化配置及常用專業(yè)圖塊及繪圖工具。
�。�2）開(kāi)發(fā)一些獨(dú)立的專業(yè)繪圖軟件，發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)，由淺到深，從易到難，逐步提高自動(dòng)成圖及圖紙復(fù)用比例，使軟件包成為覆蓋面廣，功能齊全的專業(yè)繪圖軟件包。
（3）開(kāi)發(fā)給排水專業(yè)高階段設(shè)計(jì)方案優(yōu)化軟件，以及設(shè)計(jì)、繪圖一體化軟件，逐步成為智能化、自動(dòng)化程度較高的專家系統(tǒng)軟件包。
3.開(kāi)發(fā)人員配備軟件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)較復(fù)雜的腦力勞動(dòng)，對(duì)開(kāi)發(fā)人員要求也較高，專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)人員大致可分為以下幾個(gè)檔次：
�。�1）初級(jí)水平：專業(yè)人員掌握一些基本計(jì)算機(jī)知識(shí)及開(kāi)發(fā)工具可以進(jìn)行一些專業(yè)圖塊制作，簡(jiǎn)單的實(shí)用程序開(kāi)發(fā)。
�。�2）中等水平：較高專業(yè)水平加上較高計(jì)算機(jī)水平。熟悉專業(yè)設(shè)計(jì)習(xí)慣，有較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員，如果掌握先進(jìn)的CAD開(kāi)發(fā)技術(shù)，可以開(kāi)發(fā)出較高水平的CAD應(yīng)用軟件，可以提高設(shè)計(jì)效率，特別是可以大大提高繪圖效率。
�。�3）高級(jí)水平：高深的專業(yè)水平加上先進(jìn)的計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)。在專業(yè)方面應(yīng)該熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，有豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，善于總結(jié)專業(yè)設(shè)計(jì)思路，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)工程及方案優(yōu)化水平。在計(jì)算機(jī)方面要掌握LSP、ADS、DCL等開(kāi)發(fā)工具（或其它高級(jí)開(kāi)發(fā)工具）。這類人員開(kāi)發(fā)專業(yè)CAD軟件是最理想的。
由于給排水專業(yè)涉及面廣，而且不同行業(yè)給排水設(shè)計(jì)習(xí)慣也不盡相同，不可能有軟件可以覆蓋所有給排水領(lǐng)域，適用于所有設(shè)計(jì)院，所以目前仍然需要分行業(yè)、分類進(jìn)行開(kāi)發(fā)。前述的個(gè)別建筑給排水軟件包及開(kāi)發(fā)人員屬于較高水平，其開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)思路非常值得向給排水其它領(lǐng)域延伸。
4.開(kāi)發(fā)工具（軟件方面）
目前較常用的CAD開(kāi)發(fā)工具主要有AutoLISP語(yǔ)言、ADS、DCL語(yǔ)言以及數(shù)據(jù)庫(kù)處理，也有的開(kāi)發(fā)者使用BASIC、FORTRAN等高級(jí)語(yǔ)言與AutoCAD的圖形數(shù)據(jù)交換接口進(jìn)行開(kāi)發(fā)；還有用C++開(kāi)發(fā)或用VB等在Windows界面下開(kāi)發(fā)的；此外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也越來(lái)越重要。
開(kāi)發(fā)CAD軟件，需要非常熟悉AutoCAD命令，以及其中的各參數(shù)、系統(tǒng)變量、圖層、圖塊、線形等，這樣才能方便靈活地在程序中執(zhí)行各種命令，掌握CAD開(kāi)發(fā)技巧，例如圖塊的屬性可以帶許多信息，一條LINE線的厚度可以存入管道的管徑等。此外現(xiàn)在有些軟件使用數(shù)據(jù)的后處理方式，使軟件和AutoCAD結(jié)合得更好，這些技術(shù)還需要對(duì)AutoCAD圖元數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)圖形交換等有更深的了解。
AutoLISP是在AutoCAD內(nèi)部使用的語(yǔ)言，用AutoLISP編輯的程序可以定義變量，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作出
圖形，并可能自定義函數(shù)，比較適合搞人工智能工作，特別是它的表處理功能以及遞歸等功能比較獨(dú)特，在CAD工作中它可以獨(dú)立工作，也可能與DXF圖形交換文件互相配合。其不足之處是速度慢，且程序代碼幾乎無(wú)法保護(hù)。
ADS是AutoCAD11.0版以后新增加的用來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的一個(gè)C語(yǔ)言編程環(huán)境。它運(yùn)行速度快，代碼保護(hù)性好，能更有效地利用內(nèi)存空間以及訪問(wèn)設(shè)備與系統(tǒng)，具有更強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)功能。但掌握ADS要比LISP困難，要求開(kāi)發(fā)人員具備C語(yǔ)言編程經(jīng)驗(yàn)并熟悉ADS庫(kù)中各函數(shù)用法。一般商業(yè)軟件應(yīng)該用ADS.
AutoCAD還提供了可編程對(duì)話框（PDB）工具，使用戶可以結(jié)合自身專業(yè)特點(diǎn)，用DCL語(yǔ)言構(gòu)造自己的對(duì)話框，從而改善界面，提高CAD軟件效率。
目前最流行、最實(shí)用的專業(yè)CAD開(kāi)發(fā)工具是ADS、DCL,加上少量AutoLISP.
三、開(kāi)發(fā)過(guò)程1.專業(yè)繪圖環(huán)境的開(kāi)發(fā)
（1）AutoCAD的配置及改善
a.選擇AutoCAD版本。目前最常用的是漢化AutoCAD12.0版。但其漢字輸入不太方便，應(yīng)配上較先進(jìn)的漢字系統(tǒng)，或用12.0版forWindows（中文）。
b.對(duì)AutoCAD系統(tǒng)變量進(jìn)行重新優(yōu)化配置及設(shè)定，主要包括系統(tǒng)變量及尺寸變量設(shè)置，層、線形設(shè)置等，使acad.dwg成為理想的樣板圖。
c.對(duì)acad.mnu進(jìn)行優(yōu)化，將許多常用命令放在最容易拾取的位置或固定位置。專業(yè)菜單部分可加入acad.mnu,也可以獨(dú)立編寫。
d.利用acad.pgp做簡(jiǎn)化命令（10.0版以前的版本可在acad.lsp中用defun函數(shù)設(shè)定），編寫acad.lsp.
�。�2）專業(yè)繪圖功能
a.專業(yè)圖框繪制：可由菜單點(diǎn)取或用屏幕幻燈菜單點(diǎn)取，自動(dòng)生成各種圖框。
b.專業(yè)常用圖塊：由菜單點(diǎn)取生成，自動(dòng)插入斷線。
c.開(kāi)發(fā)實(shí)用的專業(yè)繪圖工具程序：如標(biāo)注標(biāo)高、管徑、坐標(biāo)、管道立管、代號(hào)、各種管件等的程序，繪制單、雙線管道的程序，生成專業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明、圖例、專業(yè)詞組的程序，以及文字、線形、線寬編輯和表格操作等實(shí)用程序。
d.開(kāi)發(fā)或引進(jìn)建筑圖繪圖程序。
專業(yè)CAD軟件包都應(yīng)具有高效的繪圖環(huán)境，否則一旦自動(dòng)生成等功能出現(xiàn)故障或不能適用時(shí)，用戶就只能用AutoCAD簡(jiǎn)單命令來(lái)畫圖了。
2.專業(yè)繪圖軟件的開(kāi)發(fā)
在專業(yè)繪圖環(huán)境的基礎(chǔ)上逐步開(kāi)發(fā)一些相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)繪圖軟件，逐步形成功能強(qiáng)，覆蓋面廣的給排水綜合軟件包。
目前已開(kāi)發(fā)的較成熟的軟件有：民用建筑給排水CAD軟件包、室外給排水管網(wǎng)計(jì)算軟件、給排水管道縱斷面圖繪圖軟件、給排水外部管網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件等。
正在開(kāi)發(fā)，初見(jiàn)成效的軟件有泵房設(shè)計(jì)軟件、平流沉淀池軟件、機(jī)械加速澄清池軟件、和市政管網(wǎng)CAD軟件等。
尚未深入開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)難度大，但預(yù)期效果好的軟件包括：輻射沉淀池、旋流沉淀池、水塔、綜合管溝、架空管網(wǎng)、過(guò)濾間、軟水站、污泥脫水間設(shè)計(jì)等項(xiàng)目。
給排水軟件開(kāi)發(fā)的另一條思路是發(fā)展給排水設(shè)備和構(gòu)筑物的標(biāo)準(zhǔn)CAD圖形庫(kù)，從而提高圖紙復(fù)用率，這比編制自動(dòng)成圖的軟件要容易得多。標(biāo)準(zhǔn)CAD圖形庫(kù)還可以由權(quán)威部門編制后，作為標(biāo)準(zhǔn)圖出版。此外，標(biāo)準(zhǔn)圖還可作為軟件包的一部分，即軟件包可以交互式自動(dòng)生成圖形，也可以通過(guò)自動(dòng)計(jì)算直接調(diào)用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖。
3.高階段設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)在
利用CAD進(jìn)行高階段設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，除在民用建筑給排水領(lǐng)域有個(gè)別公司研究外，在其它給排水領(lǐng)域中的研究國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)到報(bào)道。方案優(yōu)化軟件的難點(diǎn)在于系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)向計(jì)算機(jī)程序的轉(zhuǎn)化，其中給排水及循環(huán)水流程的方案優(yōu)化模型的建立本身就是給排水設(shè)計(jì)的一個(gè)難題。目前這方面進(jìn)展緩慢的原因首先是它對(duì)開(kāi)發(fā)人員要求高，這一領(lǐng)域的理想人選稀少；其次是給排水專業(yè)行業(yè)多，領(lǐng)域廣，需開(kāi)發(fā)的軟件工作量巨大，具備這方面精力的研究部門或公司還很少。
總之，給排水專業(yè)繪圖軟件包開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)艱苦的工作，需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)規(guī)模生產(chǎn)，流水線開(kāi)發(fā)的環(huán)境，投入一大批高層次的人才。各部門的研究人員既要知難而進(jìn)，又要避免重復(fù)勞動(dòng)，在各行業(yè)、各領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出各有特色的實(shí)用專業(yè)軟件。
四、給排水CAD軟件包開(kāi)發(fā)實(shí)例——BYWAT
1.軟件包結(jié)構(gòu)
專業(yè)繪圖環(huán)境-CA AutoCAD12.0漢化版
AutoCAD配置及改- 系統(tǒng)配置
參數(shù)設(shè)置
菜單優(yōu)化
命令簡(jiǎn)化
專業(yè)繪圖功能-
專業(yè)圖框繪制
專業(yè)圖塊繪制
專業(yè)工具程序
繪建筑圖程序
BYWAT-（2.0）b.
專業(yè)繪圖軟件- IS泵及S泵基礎(chǔ)繪圖軟件
水泵底座繪圖軟件
材料表等填充軟件
給水管縱斷面圖繪圖軟件
排水管縱斷面圖繪圖軟件等多常
2.軟件包主要技術(shù)特點(diǎn)
�。�1）符合設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)習(xí)慣，簡(jiǎn)便易學(xué)。
（2）速度快，可提高設(shè)計(jì)繪圖速度3到5倍。
�。�3）可由用戶幻燈菜單自動(dòng)點(diǎn)取專業(yè)圖框。
�。�4）有豐富的專業(yè)圖形符號(hào)，插入時(shí)管道自動(dòng)斷線。
（5）可方便地繪制建筑圖。
�。�6）具有各種類型的標(biāo)高、管徑、坐標(biāo)等標(biāo)注功能以及一些方便實(shí)用的程序。
�。�7）繪材料表只需在屏幕菜單中點(diǎn)取材料名稱即可將名稱、材料、單位、標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)等填入材料表中的合適
位置，序號(hào)、數(shù)量也特別方便，速度快，輔助功能及提示功能強(qiáng)。如果需要，還可以自動(dòng)填入單重，自動(dòng)計(jì)算并填入總重。
（8）各型號(hào)水泵基礎(chǔ)自動(dòng)繪制，半自動(dòng)生成水泵底座圖形，自動(dòng)計(jì)算和生成材料表。
�。�9）給排水管道縱斷面圖軟件交互式、參數(shù)化繪圖，可自動(dòng)計(jì)算，并有輔助功能。
3.專業(yè)軟件實(shí)例——排水縱斷面圖繪圖軟件
給排水縱斷面圖在冶金給排水設(shè)計(jì)中約占施工圖總量的近10%,規(guī)律性也較強(qiáng)，較適合開(kāi)發(fā)專業(yè)繪圖軟件。本軟件原采用LISP語(yǔ)言編寫，由主程序及輔助功能組成，包括程序600多句和幾個(gè)圖塊、幻燈等。其中主程序結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，多處使用循環(huán)語(yǔ)句及LISP語(yǔ)言擅長(zhǎng)的表處理語(yǔ)句。軟件完全按照冶金設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)繪圖習(xí)慣及順序設(shè)計(jì)，操作特別簡(jiǎn)單，用戶只需交互式輸入簡(jiǎn)單的參數(shù)，即可完成完整理想的縱斷面圖。
輸入比例尺后，程序自動(dòng)繪制排水縱斷面圖表頭。此后按順序輸入節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)平面距離、管徑、地面標(biāo)高、管內(nèi)底標(biāo)高、坡度、管材代號(hào)、平面示意圖種類后，程序即可畫出這段管及有關(guān)的全部文字、圖形，并計(jì)算出下一點(diǎn)的管內(nèi)底標(biāo)高。以后每輸入一段管的參數(shù)，即可畫一段管，與前段管相同不必重新輸入。每個(gè)井均可有跌水，軟件還可自動(dòng)畫出各種平面示意圖。同一表頭內(nèi)可結(jié)束一條管，再給起點(diǎn)畫下一條管。軟件的輔助功能可進(jìn)行交叉等處理。此外軟件還有較強(qiáng)的容錯(cuò)功能。
改進(jìn)以后，加入可編程對(duì)話框，每確認(rèn)一個(gè)對(duì)話框即可畫一段管，使輸入更加簡(jiǎn)潔。軟件還可以從已編寫的數(shù)據(jù)文件中提取數(shù)據(jù)自動(dòng)生成圖形，這也為從外網(wǎng)平面圖直接提取信息生成縱斷面圖打下基礎(chǔ)。
用給排水縱斷面圖軟件繪圖，比手工快5倍以上。
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