村鎮住宅建筑詳圖模塊化研究

張益勛 祝 捷

(天津大學建筑設計研究院，天津 300072)

1 概述

隨著農業生產的發展，農業結構的改善和支農政策的落實，農民收入逐年增加，新建和改建的農村住宅逐年增多，近十年來，每年新建的農村住宅為6億～7億平方米，占全國新建住宅總量的一半以上，以上數據表明，農村住宅建設是我國住宅建設的重要組成部分。但是，由于長期受城鄉二元結構的制約，農村住宅建筑設計技術標準嚴重滯后，已經不能適應農村經濟社會的發展需求。同時，村鎮基層設計人員基礎薄弱、單位技術力量不足、計算機輔助設計技術缺乏，造成村鎮住宅平面布局和空間組合極不合理。而且，大量的村莊住宅建設不顧地方氣候、地形地貌、建筑材料和歷史文化特點，把城市甚至于國外的住宅照抄照搬到農村，已經成為普遍的現象。破壞民族傳統建筑文化特色現象十分嚴重，影響了農村整體規劃建設水平，與農村現代化生活需求和建設社會主義新農村理念不相適應。

在國家“十一五”科技支撐計劃帶動下“農村住宅規劃設計與建設標準研究”于2008年啟動，項目下的課題“村鎮住宅建筑設計模塊化技術與軟件開發”研究工作也同期展開。目前，該課題已經成功開發了一套針對村鎮住宅建筑設計的CHouseCAD三維軟件系統。

CHouseCAD是專門針對村鎮住宅三維軟件建筑設計應用軟件。該軟件憑借平臺的強大優勢能夠輕松地將二維和三維圖形整合，并通過針對性開發，將復雜的圖形操作變為簡單的直觀的參數化操作，使用戶經過稍加培訓就能設計村鎮住宅，輕松得到三維的建筑模型和平立剖圖及詳圖設計圖紙甚至生成工程量清單。

2 詳圖模塊化研究

詳圖模塊化研究是“村鎮住宅建筑設計模塊化技術與軟件開發”的子課題，以三維CHouseCAD軟件為平臺，開發與其配套使用的詳圖設計模塊系統。

模塊化概念在不同的領域具有不盡相同的含義。但大體上說模塊化是指解決一個復雜問題時自上而下逐層把系統劃分成若干模塊的過程。模塊有多種屬性，分別反映其內部特性。每個模塊完成一個特定的子功能，所有的模塊按某種方法組裝起來，成為一個整體，完成整個系統所要求的功能。

就本課題而言，模塊概念的引入具有實用價值。中國地域遼闊，不同地區村鎮建筑文化受南北氣候、生產和生活方式、地方文化的影響差異很大。這為村鎮住宅建筑的軟件開發帶來一定難度。單獨套系統如何面對這所有問題，是軟件開發策略上主要應對的問題。CHouseCAD作為主線主要解決軟件操作和軟件功能中的共性問題，而差異化的部分如反映地方特色的詳圖構造部分交由子模塊來完成，這些模塊可通過接口與CHouseCAD系統連接。其實現方法是在軟件運行初始，通過接入不同的子模塊來實現創建不同地域的傳統特色住宅的目的(見圖1)，各子模塊之間由于并不存在必然的邏輯關系被并行地安排在一個系統資源中，使這個系統具有技術統一、功能多樣的特性。

模塊化系統的構成根據軟件平臺特性和課題實現目標需求將其劃分為模板技術和詳圖庫技術兩部分，但如何有效集成這兩部分內容有兩種實現方式:模板和外部圖庫、模板和嵌入圖庫。兩種方式都可以安裝在系統內指定的磁盤部位，用法相近但各有長短。

第一種方式具有模板輕量化的優勢。與圖庫相對獨立的另一個好處是圖庫可以自由更新且更新操作上對用戶和軟件開發維護方面都很簡單。不利的方面是系統運行時需要有加載相應圖庫的操作，雖然模板可以指定圖庫所在的磁盤地址并可以自動加載，但一旦用戶根據自身需要未按缺省方式安裝程序并運行模板時，圖庫的加載需要重新定位，這給新用戶增加了經驗負擔;當用戶有需要在不同的計算機上操作同一個項目時，移動項目文件也有丟失圖庫的風險。

圖1 CHouseCAD采用的不同地區的設計模板

第二種方式就是將所有相關的詳圖庫部件嵌入到模板文件中去，形成大而全的單一文件，這個方式無疑增大了模板文件的重量。除了模板文件被增大的不利因素外，其他方面的便利性十分突出。首先，將上一種方式的數百個零散文件變為僅有的5個模板文件(見圖2)，文件磁盤占用更緊湊、操作更便利;自攜帶圖庫使項目文件移動更靈活，不必擔心圖庫的遺漏，項目文件自身也是檔案文件，數據存儲更安全;圖庫在應用中更便于查找。

圖2 五個不同地區的模板文件固定存放在默認的文件夾

經過對兩種方式的權衡對比及考慮到該系統未來的應用環境，實用性是首要衡量因素。最終我們選擇了第二種方式進行下一步開發。

模板文件，這是幾乎所有CAD系統普遍采用的新建項目方式。模板為用戶預設了必要的文件操作環境，節省了大量時間。針對村鎮住宅建筑設計的特點及CHouseCAD的能力，詳圖模塊化模板里除了基本的圖形環境設置如畫筆定義、圖層及圖層組合定義、材料和填充圖案定義等還記錄了項目其他管理信息，如項目地理信息、項目名稱、建設地點、業主單位、設計人等等，方便檔案管理。不僅如此，CHouseCAD有能力創建具有多層屬性的復合結構，可用來定義墻體、樓板、屋頂等建筑構件，這一特性有助于將符合國標的村鎮建筑構造中的各類工程做法收錄進模板的復合結構屬性中(見圖3)。

圖3 復合結構屬性界面

用戶可從模板使用中直接獲益，提高效率的同時也符合國家標準。復合結構屬性使用戶創建的建筑構件(墻體、屋頂、樓板)的剖面看上去更符合國家標準構造圖集，并可精確地反映到工程量統計計算中;根據國標圖集我們創建了5個地區的共700多個參數化的詳圖圖庫，這些詳圖又分別嵌入到5個地區模板當中，這5個地區分別是北京地區、東北地區、徽州地區、云南麗江地區、山西晉中地區。用戶不需要在外部調用圖庫，更不需要再翻閱標準圖集即可得到需要的標準詳圖節點圖，不僅方便了設計師同時圖紙的全面性也方便了施工技術人員，更重要的是地方傳統特色的建筑文化也可以原汁原味地得到繼承。

3 詳圖的參數化

詳圖的參數化是本課題技術攻關的重要內容。采用Graphisoft公司的GDL語言(幾何描述語言)，它的語法類似BASIC語言，雖然簡單但通過一系列命令行可分別描述復雜幾何體的二維和三維樣式并協調二者間的關系，而且形成的GSM文件僅僅是文本文件的大小。本課題中700多個詳圖的參數化過程就是通過GDL語言的編寫來實現的。

詳圖參數化的過程可概括為以下幾個步驟:詳圖數字化、詳圖庫部件化(GSM)、參數的植入、庫部件優化。

(1)詳圖數字化

這一過程是將圖集中的紙質詳圖變為CHouse-CAD中的數字化詳圖，變成線條、填充、文字、符號等二維元素。由于詳圖是建筑構件的細部構造做法，三維模型已經無法替代這些二維信息了，因此詳圖設計模塊化研究主要針對二維GDL部分。詳圖數字化是為其參數化做的準備工作，在繪制過程中特別要注意不是CHouseCAD提供的所有2D工具都能用GDL來解釋的，還要注意同一類的元素要在相同的圖層中繪制。

圖4 標準節點詳圖

圖集中的每一頁里都有若干個詳圖，它們基本上又都是彼此相關的。為了詳圖的庫部件化我們做了規劃，原則上將每一頁內容做成一個GSM文件，每頁中的單個詳圖作為這個GSM的選項之一，GSM文件的名稱也以＜圖集編號＞+頁碼+內容提示的方式命名。(見圖5)這樣可以減少GSM文件的總數量，也方便用戶檢索。

(2)詳圖庫部件化

經數字化后所生成的*．gsm文件如圖6所示。

圖6 GSM文件內部索引

(3)參數選取

參數的選取是庫部件參數化的關鍵，詳圖中究竟哪些內容需要用參數來控制是需要具體詳圖具體分析的。根據需求，一些最基本的信息是需要參數化的，如詳圖標題、索引編號、圖中的剖切編號等。此外，CHouseCAD的模型空間和布圖空間存在比例差異，所以庫部件在這兩個空間中表現不一，如何讓庫部件在兩個空間中都能適用也需要增加參數控制。

圖8 參數列表(增加布圖模式選項)

(4)庫部件優化

在GDL腳本中，存在著大量的無用熱點(hotspot2)，使得GDL腳本過于臃腫，同時也增加了20%－30%不等的內存/硬盤空間占用，刪除這些無用熱點將會使最終的tpl模板占用的空間大幅減少，性能上得以提高。

由于腳本中定義的熱點數量過多且零星分布，手工去除會耗費大量的人力，且不排除出現人為錯誤的可能性。因此，我們編寫一個JAVA程序，通過對*．gsm文件中的腳本進行掃描，自動識別熱點定義語句并予以刪除，該程序最大限度地提升這一過程處理的速度和準確性。

圖9 優化結果的前后對比

4 應用展望

關于農村科技方面的軟件開發課題在國家科技支撐計劃中并不多見，“十五”期間國家科技攻關計劃的課題成果多為標準圖集。“村鎮住宅建筑設計模塊化技術與軟件開發”的課題成果將拓展這一應用領域。雖然軟件的應用平臺屬于科技前沿，但強化成果的實用性和易用性一直是我們研究中遵守的基本原則。CHouseCAD及其詳圖設計模塊系統將為村鎮基層設計人員提供一套強大但簡單易用的設計系統，同時也為用戶提供知識化、標準化、專家級支持。我們期待這一系統能在新農村建設中發揮突出作用。

［1］中國建筑標準設計研究院．《傳統特色小城鎮住宅圖集》05SJ918，2005．

［2］中國建筑標準設計研究院．《小城鎮住宅建筑構造》05SJ919，2005．

［3］楊聯萍，潘鈞俊，楊欽等．蘇南農村住宅結構特點調研［J］．土木建筑工程信息技術，2011，3(2):69-72．

［4］劉永軍，周靜海，孟憲宏．村鎮建筑抗洪性能評價系統研究與開發［J］．土木建筑工程信息技術，2011，3(1):57-62．