探讨给排水专业ＣＡＤ软件开发方法

小月牙

国内给排水专业ＣＡＤ软件开发及应用现状,探讨了给排水ＣＡＤ软件开发的原则、思路、方法及步骤等,并给出了开发实例。  
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一、给排水专业ＣＡＤ开发应用现状  

: v. f6 z$ \: U$ v5 H在工程设计行业,ＣＡＤ技术的应用大大提高了设计及绘图效率。ＣＡＤ应用软件的开发也越来越重要。  

在给排水设计领域,ＣＡＤ开发应用起步较晚。有些设计院从八十年代末开始尝试进行ＣＡＤ开发,但进展比较慢,多数是图块和小型实用程序,在深度和广度上都存在着差距。从1993年以后给排水ＣＡＤ开发步伐开始加快。1994年底全国给排水学会和给排水技术情报网组织召开了“计算机技术在给排水专业应用研讨会”,对给排水软件开发起了积极的促进作用。  

目前在给排水ＣＡＤ开发方面已经取得了可喜的成绩,尤其是建筑室内给排水方面涌现出一些比较优秀的给排水ＣＡＤ软件,如洛阳的一家软件和北京的几家软件。这些软件都具有计算机辅助设计建筑给排水平面图、自动生成系统图、自动统计材料表;进行室外给排水管网计算、自动生成图形等功能,其中个别软件已在室外设计和泵房设计等方面有了新的进展。  

- Q2 n- t/ J3 B  I! X  H( f现有软件都偏重于民用建筑给排水方面,而且也有待于继续完善、发展。在给排水的其它领域,由于难度大,投资回报较低,软件公司还不愿涉足,所以进展缓慢。应用ＣＡＤ进行给排水及水处理系统的优化设计更是少有人涉足。此外,目前还没有专业设计ＣＡＤ软件的标准和规范。商业化软件多数都不经过权威部门严谨的技术测试和鉴定,所以其数据库、计算方法、设计方法和生成图形的准确性还没有严格保障,这一点还可能成为工程设计质量的隐患。  
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现在设计部门的给排水ＣＡＤ应用水平也参差不齐。有的购买或自行开发了给排水专业软件,提高了设计绘图效率。有的只是在用ＡｕｔｏＣＡＤ的简单命令绘图,虽提高了ＣＡＤ出图率,却根本谈不上利用ＣＡＤ提高效率。给排水专业ＣＡＤ应用水平还有待于进一步提高。  
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目前许多有精力的设计院及研究部门都在研究开发本单位适用的专业软件及应用程序,但由于开发经验不足,成绩不明显。本文将结合笔者的工作经验,着重论述有关给排水软件开发的原则、思路、方法及步骤,旨在抛砖引玉,促进给排水ＣＡＤ软件开发工作。  
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二、给排水软件包开发思路及原则  

2 V5 c5 \2 C3 `+ G8 W4 O由于现有建筑给排水软件已经比较成熟,且仍在继续开发、升级。一般开发者在水平和起点上均与这些软件开发有一定差距,所以应该购买此类软件,而着重开发适合本单位使用的实用程序、应用软件或优化设计软件。高起点开发者则应在深度及广度上向更高层次冲击。  
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1.给排水ＣＡＤ软件开发依据及原则  
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(1)设计依据为有关设计规范、制图标准以及设计手册等;保证数据库、计算方法和设计方法的准确性。  
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- y/ c( L- T) R9 ]% F(2)软件包开发设计首先要突出专业水平,把专业设计思想转化为计算机语言是专业软件包的关键所在。  

) @7 W  \0 o4 ]/ i3 J. p. H(3)符合设计人员思维习惯及设计习惯,人机界面友好,操作简单,易掌握。  
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(4)适用性强,容易修改,容易扩充,容易发展。  
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  g1 [- q" p& j" ]- Y4 W( _(5)尽量使用效率高、功能强的计算机语言及开发工具。  

1 l' R' M+ H% U) R(6)严格执行标准化及规范化。  
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(7)通过自动绘图以及建立标准图库,提高图纸复用率等途径,提高设计绘图速度,真正发挥计算机的优势,把设计人员从图板上解脱出来。  

2.设计开发步骤  

3 B6 X' Z$ Z& P% X" b$ N6 i* {(1)开发适合于给排水专业应用的ＣＡＤ软件环境,包括ＡｕｔｏＣＡＤ的优化配置及常用专业图块及绘图工具。  

(2)开发一些独立的专业绘图软件,发展标准图形库,由浅到深,从易到难,逐步提高自动成图及图纸复用比例,使软件包成为覆盖面广,功能齐全的专业绘图软件包。  
6 c. }7 n* h7 x8 E(3)开发给排水专业高阶段设计方案优化软件,以及设计、绘图一体化软件,逐步成为智能化、自动化程度较高的专家系统软件包。  
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2 u$ p  t+ ?* F# F0 N0 u$ z3.开发人员配备软件开发是一项较复杂的脑力劳动,对开发人员要求也较高,专业软件开发人员大致可分为以下几个档次:  

3 k: L6 ]3 x& M$ T+ d: b(1)初级水平:专业人员掌握一些基本计算机知识及开发工具可以进行一些专业图块制作,简单的实用程序开发。  
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- F2 U0 c$ Y! c, q! a* F0 c(2)中等水平:较高专业水平加上较高计算机水平。熟悉专业设计习惯,有较丰富的设计经验的专业人员,如果掌握先进的ＣＡＤ开发技术,可以开发出较高水平的ＣＡＤ应用软件,可以提高设计效率,特别是可以大大提高绘图效率。  

8 t7 L7 [, |$ K& G5 t(3)高级水平:高深的专业水平加上先进的计算机开发技术。在专业方面应该熟练掌握专业基础知识,有丰富的工程设计经验,善于总结专业设计思路,发现规律,具有较强的系统工程及方案优化水平。在计算机方面要掌握ＬＳＰ、ＡＤＳ、ＤＣＬ等开发工具(或其它高级开发工具)。这类人员开发专业ＣＡＤ软件是最理想的。  

由于给排水专业涉及面广,而且不同行业给排水设计习惯也不尽相同,不可能有软件可以覆盖所有给排水领域,适用于所有设计院,所以目前仍然需要分行业、分类进行开发。前述的个别建筑给排水软件包及开发人员属于较高水平,其开发设计思路非常值得向给排水其它领域延伸。  

, o4 Z6 H: s8 b! s) h) F  L4.开发工具(软件方面)  

目前较常用的ＣＡＤ开发工具主要有ＡｕｔｏＬＩＳＰ语言、ＡＤＳ、ＤＣＬ语言以及数据库处理,也有的开发者使用ＢＡＳＩＣ、ＦＯＲＴＲＡＮ等高级语言与ＡｕｔｏＣＡＤ的图形数据交换接口进行开发;还有用Ｃ++开发或用ＶＢ等在Ｗｉｎｄｏｗｓ界面下开发的;此外,网络技术也越来越重要。  
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4 G( Q% P& Y0 D+ L% T8 @开发ＣＡＤ软件,需要非常熟悉Ａｕｔｏ ＣＡＤ命令,以及其中的各参数、系统变量、图层、图块、线形等,这样才能方便灵活地在程序中执行各种命令,掌握ＣＡＤ开发技巧,例如图块的属性可以带许多信息,一条ＬＩＮＥ线的厚度可以存入管道的管径等。此外现在有些软件使用数据的后处理方式,使软件和ＡｕｔｏＣＡＤ结合得更好,这些技术还需要对ＡｕｔｏＣＡＤ图元数据库和数据图形交换等有更深的了解。  

- D2 E5 [  f& W2 m" C; {ＡｕｔｏＬＩＳＰ是在ＡｕｔｏＣＡＤ内部使用的语言,用ＡｕｔｏＬＩＳＰ编辑的程序可以定义变量,对数据进行处理和作出图形,并可能自定义函数,比较适合搞人工智能工作,特别是它的表处理功能以及递归等功能比较独特,在ＣＡＤ工作中它可以独立工作,也可能与ＤＸＦ图形交换文件互相配合。其不足之处是速度慢,且程序代码几乎无法保护。  

* O( ]& _8 ^9 K' K6 [. R* Q% aＡＤＳ是ＡｕｔｏＣＡＤ11.0版以后新增加的用来开发应用的一个Ｃ语言编程环境。它运行速度快,代码保护性好,能更有效地利用内存空间以及访问设备与系统,具有更强大的开发功能。但掌握ＡＤＳ要比ＬＩＳＰ困难,要求开发人员具备Ｃ语言编程经验并熟悉ＡＤＳ库中各函数用法。一般商业软件应该用ＡＤＳ。  
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ＡｕｔｏＣＡＤ还提供了可编程对话框(ＰＤＢ)工具,使用户可以结合自身专业特点,用ＤＣＬ语言构造自己的对话框,从而改善界面,提高ＣＡＤ软件效率。  
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目前最流行、最实用的专业ＣＡＤ开发工具是ＡＤＳ、ＤＣＬ,加上少量ＡｕｔｏＬＩＳＰ。  
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. t$ i! N. J* K! c8 ]三、开发过程1.专业绘图环境的开发  
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3 w# j5 d: N% `) K  u(1)ＡｕｔｏＣＡＤ的配置及改善  
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9 }; I0 e: b& J! j$ ^ａ.选择ＡｕｔｏＣＡＤ版本。目前最常用的是汉化ＡｕｔｏＣＡＤ12.0版。但其汉字输入不太方便,应配上较先进的汉字系统,或用12.0版ｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ(中文)。  
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( `" @. G; s% R9 Eｂ.对ＡｕｔｏＣＡＤ系统变量进行重新优化配置及设定,主要包括系统变量及尺寸变量设置,层、线形设置等,使ａｃａｄ.ｄｗｇ成为理想的样板图。
! }- j7 Y* g5 y, E8 ~$ ]% Eｃ.对ａｃａｄ.ｍｎｕ进行优化,将许多常用命令放在最容易拾取的位置或固定位置。专业菜单部分可加入ａｃａｄ.ｍｎｕ,也可以独立编写。  
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+ s$ W: ^8 {9 o# T3 a' W* hｄ.利用ａｃａｄ.ｐｇｐ做简化命令(10.0版以前的版本可在ａｃａｄ.ｌｓｐ中用ｄｅｆｕｎ函数设定),编写ａｃａｄ.ｌｓｐ。  

(2)专业绘图功能  

ａ.专业图框绘制:可由菜单点取或用屏幕幻灯菜单点取,自动生成各种图框。  
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ｂ.专业常用图块:由菜单点取生成,自动插入断线。  
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ｃ.开发实用的专业绘图工具程序:如标注标高、管径、坐标、管道立管、代号、各种管件等的程序,绘制单、双线管道的程序,生成专业设计说明、图例、专业词组的程序,以及文字、线形、线宽编辑和表格操作等实用程序。
ｄ.开发或引进建筑图绘图程序。  
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专业ＣＡＤ软件包都应具有高效的绘图环境,否则一旦自动生成等功能出现故障或不能适用时,用户就只能用ＡｕｔｏＣＡＤ简单命令来画图了。  

4 L/ X/ P9 R- v2.专业绘图软件的开发  
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" E8 `( t4 g! b  `# T& Y在专业绘图环境的基础上逐步开发一些相对独立的专业绘图软件,逐步形成功能强,覆盖面广的给排水综合软件包。  

8 i+ U6 [0 W7 G3 v' F/ y( p目前已开发的较成熟的软件有:民用建筑给排水ＣＡＤ软件包、室外给排水管网计算软件、给排水管道纵断面图绘图软件、给排水外部管网设计软件等。  

% n$ C( }4 S( d$ v: z$ {2 G正在开发,初见成效的软件有泵房设计软件、平流沉淀池软件、机械加速澄清池软件、和市政管网ＣＡＤ软件等。  

1 y* V7 x" \% a* y+ Z% ^尚未深入开发,开发难度大,但预期效果好的软件包括:辐射沉淀池、旋流沉淀池、水塔、综合管沟、架空管网、过滤间、软水站、污泥脱水间设计等项目。  

给排水软件开发的另一条思路是发展给排水设备和构筑物的标准ＣＡＤ图形库,从而提高图纸复用率,这比编制自动成图的软件要容易得多。标准ＣＡＤ图形库还可以由权威部门编制后,作为标准图出版。此外,标准图还可作为软件包的一部分,即软件包可以交互式自动生成图形,也可以通过自动计算直接调用相应的标准图。  
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+ Z8 S* B, B( A2 T1 G8 q3.高阶段设计及方案优化设计软件的开发在  
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利用ＣＡＤ进行高阶段设计及方案优化设计方面,除在民用建筑给排水领域有个别公司研究外,在其它给排水领域中的研究国内还未见到报道。方案优化软件的难点在于系统化的设计思路和设计经验向计算机程序的转化,其中给排水及循环水流程的方案优化模型的建立本身就是给排水设计的一个难题。目前这方面进展缓慢的原因首先是它对开发人员要求高,这一领域的理想人选稀少;其次是给排水专业行业多,领域广,需开发的软件工作量巨大,具备这方面精力的研究部门或公司还很少。  
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总之,给排水专业绘图软件包开发是一项艰苦的工作,需要创造一个规模生产,流水线开发的环境,投入一大批高层次的人才。各部门的研究人员既要知难而进,又要避免重复劳动,在各行业、各领域开发出各有特色的实用专业软件。  
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四、给排水ＣＡＤ软件包开发实例———ＢＹＷＡＴ  
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1.软件包结构  

5 Y) H# W$ C# o  ^) }专业绘图环境-ＣＡ ＡｕｔｏＣＡＤ12.0汉化版   
( b8 R8 `5 `: C: q- S2 T+ rＡｕｔｏＣＡＤ配置及改- 系统配置  
/ _( C: q7 O& v参数设置  
; u7 p  _2 U, m菜单优化  
命令简化   
/ ~6 H0 P7 Z% J3 ~专业绘图功能-  
专业图框绘制  
8 {8 D: O' ]3 q专业图块绘制  
专业工具程序  
绘建筑图程序   
' S2 [, ^0 @; m. F" D" RＢＹＷＡＴ-(2.0)ｂ. 　 　   
  E$ Q% h" U# |7 }/ p& w- g9 [专业绘图软件- ＩＳ泵及Ｓ泵基础绘图软件  
& [# [; ?' R* B5 w# J# b. m水泵底座绘图软件  
6 @# o- L+ d' W  y材料表等填充软件  
% I' o2 U; \) [给水管纵断面图绘图软件  
& I  F6 j, F; \" ]排水管纵断面图绘图软件等多常   
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  |  l+ d6 q7 l2.软件包主要技术特点  
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" _; ]' L4 Z' f" @(1)符合设计人员设计习惯,简便易学。
1 k/ s* S% @8 y2 E1 X# k(2)速度快,可提高设计绘图速度3到5倍。  
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, }# z$ {4 e0 f' x# c2 ](3)可由用户幻灯菜单自动点取专业图框。  
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0 b& j1 J+ o; i5 o6 s# S(4)有丰富的专业图形符号,插入时管道自动断线。  

0 h: i, D; ]5 y' u2 B. v( W# k& K(5)可方便地绘制建筑图。  
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(6)具有各种类型的标高、管径、坐标等标注功能以及一些方便实用的程序。  

' B: V! _" {7 z0 ^: }(7)绘材料表只需在屏幕菜单中点取材料名称即可将名称、材料、单位、标准图号等填入材料表中的合适位置,序号、数量也特别方便,速度快,辅助功能及提示功能强。如果需要,还可以自动填入单重,自动计算并填入总重。  
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(8)各型号水泵基础自动绘制,半自动生成水泵底座图形,自动计算和生成材料表。  

(9)给排水管道纵断面图软件交互式、参数化绘图,可自动计算,并有辅助功能。  
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3.专业软件实例———排水纵断面图绘图软件  

给排水纵断面图在冶金给排水设计中约占施工图总量的近10%,规律性也较强,较适合开发专业绘图软件。本软件原采用ＬＩＳＰ语言编写,由主程序及辅助功能组成,包括程序600多句和几个图块、幻灯等。其中主程序结构较复杂,多处使用循环语句及ＬＩＳＰ语言擅长的表处理语句。软件完全按照冶金设计院设计绘图习惯及顺序设计,操作特别简单,用户只需交互式输入简单的参数,即可完成完整理想的纵断面图。  

输入比例尺后,程序自动绘制排水纵断面图表头。此后按顺序输入节点,节点平面距离、管径、地面标高、管内底标高、坡度、管材代号、平面示意图种类后,程序即可画出这段管及有关的全部文字、图形,并计算出下一点的管内底标高。以后每输入一段管的参数,即可画一段管,与前段管相同不必重新输入。每个井均可有跌水,软件还可自动画出各种平面示意图。同一表头内可结束一条管,再给起点画下一条管。软件的辅助功能可进行交叉等处理。此外软件还有较强的容错功能。  

改进以后,加入可编程对话框,每确认一个对话框即可画一段管,使输入更加简洁。软件还可以从已编写的数据文件中提取数据自动生成图形,这也为从外网平面图直接提取信息生成纵断面图打下基础。  
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用给排水纵断面图软件绘图,比手工快5倍以上。