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现代设计方法的进步 ——轻钢（冷轧钢）建筑设计面临的困惑 摘 要：本文简要介绍了计算机“辅助”设计（CAD）和计算机“辅助”制造（CAM）这两种现代设计方法的定义和在轻钢（冷轧钢）行业的应用现状，引出了在中国轻钢（冷轧钢）建筑行业“淡化结构，强调建筑”的必要性。 关键词：CAD；CAM；建筑；结构；装修；制造； 1 引子 近年来，国内众多厂家都花费巨资引进了一些轻钢（冷轧钢）建筑设计软件和相应的制造设备，但基本都没有发挥出太大的功能，我对此一直疑惑不解，并苦苦寻求原因。 最近接到一个电话，当对方询问我们公司的轻钢（冷轧钢）建筑设计软件是CAM，还是CAD时？一下子就把困扰我很长时间的这个问题就迎刃而解了。 2 CAD OR CAM? 2.1 什么是CAD？ CAD是Computer Aided Design的缩写，意思为计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)，是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。加上Auto，指的是它可以应用于几乎所有跟绘图有关的行业，比如建筑、机械、电子、天文、物理、化工等。 CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。 CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。 随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。 加上Auto，指的是它可以应用于几乎所有跟绘图有关的行业，比如建筑、机械、电子、天文、物理、化工等。 早期机械行业充分利用了Auto CAD的强大功能，而现在大部分行业的机械设计都是采用同时具备计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造功能的3D设计软件了。CAD只是应用于少数简单的设计，或需要2D纸质文件的情况（例如存档），而这些2D文件都可以从3D文件导出。 对于建筑来说，我们只是用到CAD其中较少的一部分，而且如果不用CAD来绘制立体的建筑外观和室内效果，那么我们所用到的CAD中的工具更是少的可怜。 由于早期CAD并非是针对建筑行业开发的设计软件，许多功能对于建筑设计毫无用处，因而需要在CAD基础上，搞二次开发，增加设计软件包，开发出适合建筑设计的CAD软件，例如天正CAD。 2.2 什么是CAM? CAM 是Computer Aided Manufacturing的缩写，意思为计算机“辅助”制造。 计算机辅助制造是指在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配 、检测和包装等制造过程。简称cam。 除cam的狭义定义外，国际计算机辅助制造组织（ cam-i ）关于计算机辅助制造有一个广义的定义：“通过直接的或间接的计算机与企业的物质资源或人力资源的联接界面，把计算机技术有效地应用于企业的管理、控制和加工操作。”按照这一定义，计算机辅助制造包括企业生产信息管理、计算机辅助设计（cad）和计算机辅助生产、制造3部分。计算机辅助生产 、制造又包括连续生产过程控制和离散零件自动制造两种计算机控制方式。这种广义的计算机辅助制造系统又称为整体制造系统（ims）。采用计算机辅助制造零件、部件，可改善对产品设计和品种多变的适应能力，提高加工速度和生产自动化水平，缩短加工准备时间，降低生产成本，提高产品质量和批量生产的劳动生产率。 现在市面上流行的3D设计软件（例如UG，Pro-E，SolidWorks， Solidedge，SolidMX， Catia，Alias， MasterCAM等等）基本都具备计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造双重，甚至更多功能。但这种“制造”仅仅指得是机械制造。而非建筑物制造。 图1是采用Solidedge设计的三维图。 图2是采用SolidWorks设计的三维图。 由于建筑产业化水平大大落后与制造业，目前建筑界还没有开发出同时具备计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造双重功能的3D设计和制造软件。 从表1可以看出，目前轻钢（冷轧钢）行业已经有少量计算机“辅助”制造软件，但功能不全，成效不大，但却没有计算机“辅助”设计建筑物的3D设计软件（即可以进行建筑设计和结构设计的3D设计软件）。 表1 现代设计方法的进步 | 机械行业 | 设计内容 | 建筑行业 | 传统设计工具 | 现代设计工具 | 传统设计工具 | 现代设计工具 | 专业设计软件 | 手工或CAD | 3D设计软件&3DMax | 外观和功能（工业设计或建筑设计） | 手工或CAD | CAD&3DMax | 天正CAD | 手工或CAD | 3D设计软件 | 结构 | 手工或CAD | CAD | PKPM | 无 | 3D设计软件 | 制造 | 无 | CAM | 无 |
注：1、机械行业3D设计软件大致有：UG、Pro-E、SolidWorks、Solidedge、SolidMX、Catia、Alias、MasterCAM等等，它们都同时具备计算机“辅助”设计和计算机“辅助”制造（CAM）功能，甚至更多功能。 
图1 
图2
3 轻钢（冷轧钢）行业的CAM软件 由于建筑产业化进程缓慢，目前建筑领域还没有像机械行业那样，开发出同时具备计算机“辅助”设计（CAD）和计算机“辅助”制造（CAM）功能的3D设计和制造软件。 目前国外一些企业已经开发出简单的轻钢（冷轧钢）计算机“辅助”制造（CAM）软件，尽管还不是很成熟，但鉴于可对比的同类软件少之又少，所以已经算是很不错了。 图3是采用某轻钢（冷轧钢）构件制造软件（CAM）设计出来的轻钢（冷轧钢）住宅构件骨架三维图，该设计软件（当然，是所有这样的设计软件）只能做到把轻钢（冷轧钢）构件表现出来，并能够由其所配套的机械设备制造出来。至于建筑造型、功能布局、装修方案等等，该软件就无能为力了。 
图3
从技术角度分析，是可以开发出与机械行业一样的——同时具备计算机“辅助”设计（CAD）和计算机“辅助”制造（CAM）功能的轻钢（冷轧钢）住宅3D设计和制造软件。 但是，到目前为止，还没有这样的设计软件，主要原因是受众太少，投入与产出不成比例，因而没有企业愿意干这件事。 但由于很多人对于计算机“辅助”制造（CAM 或Computer Aided Manufacturing）了解不多，分不清CAD与CAM的区别，因而大多数老板都把自己花大价钱买来的计算机“辅助”制造（CAM）软件错误的当成了计算机“辅助”设计（CAD）软件。 而计算机“辅助”制造（CAM）软件是进行不了轻钢（冷轧钢）建筑设计的，更谈不上装修设计了，结构设计也很勉强（建筑节点基本表达不清楚），它只是一个加工轻钢（冷轧钢）构件的制造软件。 另外，由于大部分老板都把轻钢（冷轧钢）建筑简单理解为“钢结构”，因而在企业的人员配备上只考虑招聘一些建筑结构设计人员，基本没有考虑配备建筑及装修设计人员。他们很容易就把自己的企业定位成一个“卖钢材”的公司，而不是一个轻钢（冷轧钢）建筑系统集成供应商。 当然，受建筑模数、建筑节点，装修方法的影响，轻钢（冷轧钢）建筑设计与传统的混凝土建筑设计有很大差异，国内建筑院校还没有开展这方面的教学与研究。 这应该就是为什么很多企业花费巨资购进了轻钢（冷轧钢）设计软件，但却设计不出美观的轻钢（冷轧钢）建筑的主要原因了，因为它根本就不是轻钢（冷轧钢）计算机“辅助”设计（CAD）软件，只是一个供轻钢（冷轧钢）制造机器使用的计算机“辅助”制造（CAM）软件而已 4 “淡化结构，强调建筑” 20多年来，国内建筑结构界虽然对轻钢（冷轧钢）建筑结构了解很少，但毕竟已经有了一些简单的介绍和了解。我也写了8本轻钢（冷轧钢）建筑结构设计方面的书籍。其它人也陆续写了，或翻译了几本这方面的书籍。 但是，国内建筑设计领域，则基本没有人了解现代轻钢（冷轧钢）建筑设计方面的一些基础知识。例如轻钢（冷轧钢）建筑造型，外观、色彩、功能布局、建筑模数、建筑材料和建造方法等。 传统的混凝土砌块建筑是燕子衔泥垒窝式的施工（图4），建筑师的工作就像一个雕塑家在做雕塑艺术创作。所以土木建筑师一般不需要懂太多的建筑结构知识，只需要把建筑形状和色彩画出来，就算完活了，建筑师一般都不太追求建筑外观和室内效果的尺寸准确性，往往是施工时短了就抹一把泥，长了就削掉一节，对尺寸基本没有什么精度要求。 
图4 轻骨架建筑是喜雀叼枝架巢式的施工（图5），轻钢（冷轧钢）构件长了和短了都不行，无法正确安装，往往需要建筑师、结构工程师和装修工程师三位一体，在做建筑设计时必须要同时考虑结构设计和装修设计。所以轻骨架建筑师必须要懂一点建筑结构知识，以及建筑材料的标准模数尺寸。 
图5
在建筑界，主要是建筑师、建筑学教授和具有建筑学背景的建筑学官员掌握了建筑设计和规划的话语权，如果他们不懂轻钢（冷轧钢）建筑，那么在他们给甲方或政府做建筑方案，或制定产业政策时，就不可能考虑采用轻钢（冷轧钢）建筑，更不可能制定向轻钢（冷轧钢）建筑倾斜的产业政策。
客户和甲方，或投资方，一般都不懂建筑结构，更何况如此新颖的轻钢（冷轧钢）建筑结构。他们走进设计院，只会找建筑师和规划师，很少会和结构工程师接触。 另外，客户和甲方，或投资方只关心最终的建筑效果和成本，即建筑的性价比。至于采用何种建筑结构，关系似乎无足轻重。 一些企业里做轻钢（冷轧钢）建筑推广的人一遇到客户，就全力推介自己产品的建筑结构如何新颖，如何好，把客户和甲方，或投资方弄得云里雾里。因为所介绍的内容太专业，一般未受过专业培训的人根本听不懂。这些话本应留在给建筑师作轻钢（冷轧钢）建筑结构培训时说，与普通客户或官员谈这些太专业的内容反而会令人很反感。 多年来，一直是一批轻钢（冷轧钢）的发烧友在中国推广轻钢（冷轧钢）建筑，这些人中有一些是研究钢结构的，其余的是一大批不懂建筑学的外行们，鱼龙混杂，各色人等都有，包括骗子。轻钢（冷轧钢）建筑在中国举步艰难，最主要的原因就是建筑学的专家没有介入进来，只有研究结构的人在唱独脚戏，所以很难把轻钢（冷轧钢）建筑这场戏唱好。在中国，要想轻钢（冷轧钢）建筑得到很好的发展，一定要有建筑学的专业人士参与进来，进行深入的研究和推广，轻钢（冷轧钢）建筑学才能得到良性发展。 所以，在此我们呼吁：“淡化结构，强调建筑”。
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