计算机技术在复合式制图中的应用方式

王淑红，寸江峰

(陕西交通职业技术学院，陕西 西安　710018)

复合式制图是一种将建筑师的场景表现、设计方案及理念构思等各种内容整合在一起，通过多种形式满足设计师需要的一种建筑制图方式，可以从多个角度传达出设计师的信息。随着计算机技术的发展，计算机辅助设计为复合式制图中的信息采集、存储、整理、发现、选择等提供了有力的支撑。

在信息技术时代，建筑图的绘制除了作为技术资料之外，其更为重要的作用是一种具有片段性的图纸，因此，需要搭建出一个平台，形成沟通设计媒介，同时贯彻更加先进的建筑设计理念，并将这种理念有条理的传达给观众，使建筑从一个抽象的概念成为一个实际的建造成果、作品，完整的呈现出建筑的概念和形态。

1　应用于复合式制图的计算机制图软件及作用

1.1　软件

当前应用在建筑复合式制图中的软件主要包括AutoCAD、Sketch Up、3DS max、Photoshop、BIM等，这些软件可以帮助设计师进行辅助设计，在计算机上形成模拟模型，实现模型的分析、比较、修改等，达到展示与传达信息的作用。

1.2　作用

AutoCAD：该软件的应用极大的促进了设计信息的流动，促进了设计人员同受众之间的交流[1-2]。

SketchUp：该软件是专门针对配合设计过程而设计的，建筑各个设计阶段的要求都可以通过该软件满足，建筑师可以通过它实现设计的模型的直观构思和比较[3-4]。

3DS Max：一种功能非常齐全的三维建模效果图处理软件，可以实现建筑的建模、光影处理、材质、动画、渲染等，操作迅速、快捷，可以多角度展示设计作品的效果，作品表现形式包括静态形式和动画形式两种，为计算机辅助复合式动态制图的展现提供了可能[5-6]。

“PS”(Photoshop)：是一种功能非常强大的图像后期处理软件，通过该软件可以实现建筑图像的深层次的修改和完善，调节图像的处理颜色的饱和度、明度、对比度及图像的色彩等。

BIM可以实现建筑的能量、防火安全、规范检验等分析，使建筑师的大部分时间放于设计上，可以在任意阶段生成建筑需要的文档、图纸等，降低了绘制中的错误，还可以自由展示生成的三维模型，节省建筑设计中的成本[7-8]。

2　AutoCAD和3DS Max在复合制图中的应用分析

2.1　建筑矢量图

在AutoCAD中，绘制建筑立面图的常见步骤：设置绘图环境；绘制定位轴线、外墙的轮廓线、地坪线、各层的楼面线；绘制外墙面构件轮廓线；各种建筑构配件的可见轮廓；绘制建筑物细部，例如门窗、阳台、雨水管等；添加尺寸标注；添加图框、标题栏，并填写标题。设置图形单位和绘图边界，设置图层打开“图层特性管理器”对话框，在该对话框中单击“新建图层”按钮，为隔墙创建一个图层，然后在列表区的动态文本框中输入“隔墙”，最后单击“确定”按钮完成“隔墙”图层的设置。采用同样的方法，依次创建“窗”、“门”、“阳台”、“图框”、“轮廓线、地坪线”等图层，得到建筑线框图。

2.2　建立三维模型

在将建筑线框图导入之前，需要设置3DMax单位参数，使其系统单位比例和显示单位比例相一致，单位全部设置为毫米。然后将模型图.DWG文件直接导入到3DMax中，导入时，需要在“层”选项中导入需要的3DMax中的层级，过滤掉不需要的CAD中的标注层、辅助线等，除了几何体选项中的“焊接”之外，其他选项不需要改动。导入3DMax后，需要对图形进行重新设置，第一，重组全部图形并将其旋转至合适的位置，达到与视图平行一致的效果，便于图形的编辑和建模；第二，运用矩形和画样条线等操作，选择挤出功能实现线条的拉伸，对装饰物、门窗等进行建模，建好之后将附件合并到主体建筑物的模型中，然后进行纹理映射。纹理映射有三种方法：转换每个表面为每表面一个纹理，重新使用已存在的纹理，投影所有选择的几何图形到一个纹理。如<转换每个表面为每表面一个纹理>：选择工具菜单下的 <网格映射纹理>出现如下对话框， 纹理生成之后，用纹理替换目标几何图形，修改，最后渲染输出效果图，见图1[9]。一个网格面被转化成纹理贴图后,系统会生成一个相应的纹理贴图被保存在指定或是默认的路径中，同时在材质面板中也生成一个相应的材质，可以通过调整这个材质改变它的属性。

图1　基于AutoCAD和3DMax建立的某大楼三维模型

3　SketchUp在复合制图中的应用分析

建筑物采用SketchUp制图，通常先获取建筑物的轮廓，将建筑轮廓构成封闭的面，根据具体参数将面拖拽成三维的体，修改模型细节，细化模型结构，最后模型贴图，赋予建筑物模型纹理信息。

1)获取建筑物轮廓

使用SketchUp软件进行复合制图中，需要首先获取建筑物轮廓，有两种方法：一是，以建筑物的正射影像图为参考依据，采用该软件中的绘图工具实现建筑物轮廓图的绘制并自动闭合形成建筑物平面，得到的轮廓要和影像图相符合。二是，导入CAD 绘制的建筑物矢量图，这样也可以得到建筑物的轮廓图。

2)创建初始模型

初始模型的创建主要是对屋顶和墙体进行建模，以第一步获得的建筑物轮廓为准。屋顶：通过“直线”工具，沿着两条屋檐绘制相交的两条射线，绘制完成后，通过“选择”工具选择没用的短线后delete键删除，绘制出屋顶的角，通过“环绕观察”工具旋转到另外一面，同样的方法绘制出另一个屋顶的角，通过“直线”工具连接两个屋顶的角，选中无用的两条线段，将其删除，这样屋顶的样式基本建好。墙体：利用SketchUp中的推拉工具拉升可以生成准确墙体。各个组件设计好之后进行拼接，得到初始模型。

3)细化模型结构

第二部模型设计好之后，还要对模型进行细化，体现出建筑物中的各个细节，比如添加门窗、楼梯等组件。

4)模型贴图

模型贴图就是对建筑物的顶部和侧面进行纹理贴图，贴图之前，需要首先实现原始图片的适当处理，去除其中的不相关的元素，获得清晰的纹理图像，在 SketchUp 中，可以对实际的纹理图像进行导入。SketchUp建筑制图见图2。

图2　SketchUp建筑制图

4　BIM软件在复合制图中的应用

BIM软件平台的配套软件为Revit Structure、Robot Structure Analysis、 Affinity 软件、Rhino 软件等，结构分析中也有 Robot Structural 的突出表现[9-12]。

通过Revit Structure可以实现参数优化设计、协同工作及三维检查碰撞等，降低设计成本，提高设计效率。Robot Structure Analysis通过非线性计算、网格自动划分等实现复杂模型的计算等。基于 BIM 平台的建筑工程设计流程，见图3。

图3　基于BIM平台的建筑工程设计流程

4.1　方案阶段

建筑方案阶段主要侧重于建筑的主体格局和外形的艺术设计，主要是建筑师分析建筑的主体布局，确定建筑设计复合式制图的方案。

4.2　初步设计阶段

初步设计阶段包括加载BIM建筑模型、布置受力构件、检查模型并导入有限元分析软件三个方面。

加载BIM建筑模型主要通过核心的建模软件Revit，将建筑方案设计的CAD文件导入到结构样板中。

BIM 模型通过结构基本构件，梁、结构柱、结构板等为基本元素来进行结构模型的创建。建模基本步骤如下：选择结构样板文件；链接建筑专业 BIM 模型；创建轴网；创建标高；选择合适族样板文件并制作相关构件族； 布置混凝土柱； 布置梁；创建混凝土楼结构板；检查模型。

布置受力构件主要建筑师根据设计的初级模型布置竖向抗侧力构件、水平构件、承重构件，以建筑模型作为参照进行建筑构件和结构构件之间的碰撞检测，降低冲突的发生。BIM平台中避免冲突的方法有两种：一是多个窗口同时显示布置结构构件，结果实时显示在三维模型中，及时发现并避免。二是通过BIM平台碰撞检测软件，检测碰撞冲突[13]。

检查模型并导入有限元分析软件，是在BIM核心建模软件中完成建筑模型之后，合理选择结构有限元计算软件实现试算，结构有限元分析软件应基于以下几点：一是，具有与 BIM核心建模软件对应的数据交换接口，结构模型中的边界约束条件、载荷工况及几何尺寸等可以转换成有限元软件中的分析数据，提高结构设计过程中结构分析的效率。二是，软件将计算调整后的模型反应到BIM 核心建模软件中，实现原始模型的更新和修改。

4.3　施工图阶段

施工图阶最终的成果文件是完成满足设备材料采购、非标准设备制作和施工要求的建筑、结构、设备各专业的圈套图纸。

施工图阶段主要是将获得的最终模型反映到二维图纸中，整理施工图之前还需要综合各种的水暖电、结构及建筑要求，对获得建筑模型进一步深化[14]。复杂吊装环节的施工模拟可以通过刚结构和装配式建筑完成。施工图阶段最终的成果文件是一套专业的复合式制图图纸。

BIM 核心建模软件 Revit Architecture 软件和 Revit Structure 软件可以实现建筑模型的参数化设计，结构模型制图完成之后可以转变成平面的施工图，且如果后期需要对图纸进行修改，只需直接修改Revit 项目浏览器的施工图或者是三维模型，其他视图相应结构构件也会随之相应修改。

5　结　语

随着计算机技术的发展，会出现更多的功能更加完善的建筑制图软件应用在复合式制图中，未来的复合式制图将逐渐形成规划、设计、施工、运维一体化发展，还有可能与3D 打印技术的结合更加紧密，期望这些软件都可以显著提高建筑设计效率和设计质量的提高。