建筑结构CAD发展历程与现状

计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）是利用计算机高效、快速、准确和存储量大的特点，结合设计人员的逻辑思维、综合分析和设计经验来完成工程设计领域的各项工作，它包括工程或产品的功能设计、计算分析、绘制图形等内容，建筑结构CAD就是指建筑结构技术领域的计算机辅助设计。

计算机辅助设计是将人和计算机的功能完美结合的新型设计方法。在设计过程中，人可以进行创造性的思维活动，将设计思想、设计方法经过分析后转换成计算机可处理的模型和程序，人可以控制设计过程和评价设计结果，实现最优化设计。建筑结构设计除结构内力分析、截面承载力计算与校核以及工程图绘制外，它还包括：结构方案的选择、结构构件的截面和节点的设计；对设计结果进行评估和判断，必要时重新调整结构形式、构件截面等，重新进行结构设计；编制设计文档。因此，与传统的结构设计相比，利用建筑结构CAD技术进行设计具有设计效率髙、质量优和易于修改保存等优点，缺点在于不利于设计图的整体校对。

CAD技术是随着计算机硬件及软件技术的进步而发展起来的。自从第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）在1946年问世以来，利用计算机进行工程和产品辅助设计技术的发展大体经历了如下几个阶段：（1）孕育、形成阶段（20世纪40年代末至50年代末）：此期间使用的是电子管式计算机，用户要用机器语言编写计算程序，只有少数专家能够使用，计算机在解题中仅起数值计算作用。（2）成长阶段（20世纪50年代末至60年代中后期）：晶体管成为电子计算机的基本元件，计算机的运算与存储功能有较大提高，陆续开发出一批高级程序设计语言，如FOR II（1958）、ALGOR-60（1960）、COBOL（1960）、FOR IV（I960）以及PL/I语言（1965）等。1962年，美国麻省理工学院学者I.E.Sutherland研制出了第一个计算机图形处理系统SKETCHPAD，采用与计算机连接的阴极射线管CRT和光笔，实现了人机交互式工作，此后不久自动绘图机出现，解决了图形输出问题。在此阶段后期，随着计算机软、硬件的迅速进展，CAD技术突飞猛进，从简单的零部构件的设计计算发展到大型电站锅炉、核反应堆热交换器以及汽车身外形设计之中。（3）开发应用阶段（20世纪70年代以后）：此时计算机已采用集成电路，计算速度与内存容量均有极大增长，图形输出输入设备亦获得了进一步发展，CRT显示器发展出光栅扫描图形显示器、彩色图形终端等，全电子式坐标数字化仪及其他图形输入设备取代了光笔并得到广泛应用，机控精密绘图机能高速、高质量地绘制实用图纸，图形信息处理技术问题也已基本解决，各种数值分析技术（偏微分方程的数值解法、数值模拟、数值积分、离散数学、有限元等）和现代设计方法（如优化算法、可靠性设计）、系统工程等在计算机应用的刺激下有了很大的发展；它们反过来又推动CAD的应用，逐步开发出一批工程和产品设计的完整的CAD系统。（4）CAD向标准化、集成化、智能化方向发展的时期（20世纪80年代中期以后）：小型机与微型机的性能日益完善，专门的图形处理与数据库处理机的出现，软件方面虚拟存储操作系统、分布式数据库技术与网络技术的应用，CAD技术从航空、汽车、机械制造行业扩展到电子电器、化工、土木、水利、交通、纺织服装、资源勘探、医疗保健等各行各业，出现了由CAD/CAM（计算机辅助制造，Computer Aided Manufacture）/CAE（计算机辅助工程，Computer Aided Engineering）/MIS（管理信息系统，Management Information System）构成的计算机集成制造系统（CIMS-Computer Integrated Manufacturing System）。(www.xing528.com)

我国的建筑结构CAD技术起步稍晚，在20世纪70年代，少数单位开始利用国外的CAD系统进行结构分析和截面校核，操作人员也仅仅限于计算机技术人员，相应地，CAD技术应用水平较低。随着80年代后期工程设计行业开始推广CAD应用技术以来，吸引诸多研究者致力于建筑工程设计CAD系统的研发，开发了一批符合我国国情的早期结构CAD软件，并具备了结构分析和绘图的功能，越来越多的建筑工程设计人员掌握了CAD技术。但是，由于受计算机硬件系统的限制，此时的CAD系统功能较为单一，使用范围也受到许多限制。随着计算机运算速度、存储能力的大大提升，结构CAD得到迅速发展，目前已有功能强大、适用范围广且具有一定智能化的综合CAD系统，CAD技术成为土木建筑行业工程技术人员的必备技能。可以预测，具有智能化的专家设计库、虛拟现实技术、多媒体技术等新技术将会出现在未来的建筑结构CAD系统中。