我國工程圖學的歷史演變和未來發展研究

毛文顏

摘要： 我國工程圖學經歷了幾千年的發展，從手工繪圖到計算機成圖，從二維圖紙到三維模型，工程圖學經歷了豐富的演變，也為社會發展做出了很大貢獻，同時也提出了挑戰。

關鍵詞： 我國工程圖學歷史演變未來發展

1.我國工程圖學的歷史演變

語言、文字和圖形是人們進行交流的主要方式，在工程界，為準確表達一個物體的形狀，主要工具就是圖形。在工程技術中為了正確表示出機器、設備的形狀、大小、規格和材料等內容，通常將物體按一定的投影方法和技術規定表達在圖紙上，這種根據正投影原理、標準或有關規定，表示工程對象并有必要的技術說明的圖就稱圖樣。工程圖樣是人們表達設計的對象，生產者依據圖樣了解設計要求并組織、制造產品。因此，工程圖樣常被稱為工程界的技術語言。

1.1我國古代工程圖學的演變

圖形的歷史由來已久，原始人在洞穴的石壁上刻畫的就是最早的圖形。考古發現早在4600多年前就出現了可以稱為工程圖樣的圖形，即刻在古爾迪亞泥板上的一張神廟地圖。我國春秋時代的技術著作《周禮·考工記》中記載了規矩、繩墨、懸垂等繪圖測量工具的運用情況。古代數學名著《周髀算經》對直角三角形三條邊的內在性質已經有較深刻的認識。湖南長沙馬王堆出土的一份地圖顯示，在當時（約公元前168年）測量工具比較簡陋的情況下，中國的地圖就已經繪制得十分精美。

1977年冬，在河北省平山縣發掘戰國中山王墓時，出土了大批青銅器，其中有一塊長94cm、寬48cm、厚約1cm的銅板。板上鑲嵌金銀線，表示國王、兩位王后、兩位夫人的墳墓和相應享堂的位置和尺寸。經修整可以看出，這是一幅酷似現代用正投影法畫出的建筑規劃平面圖。該圖上南下北，圖中兩粗線長方形表示圍墻，靠內圍墻筑有四間儲存禮器的“宮”，兩圍墻的南墻各開一門；用細線圍成的扁凸字形，表示堆土而成的高臺的坡腳線；五座正方形享堂（三大兩小）對稱地排列于高臺上。從鑲嵌的439個文字可知建筑物的名稱、大小，并知該圖是按1∶500繪制成圖后，經國王核準，復制在銅板上的。專家考證，這塊銅板制成于公元前四世紀，并曾據以施工，在世界范圍內實屬罕見的古代圖樣遺物。它有力地證明，早在兩千多年前我國就已經能在施工之前進行設計和繪制圖樣。

北宋李誡編著的《營造法式》于崇寧二年（公元1103年）刊行全國并流傳至今。《營造法式》主要分為5個主要部分，即釋名、制度、功限、料例和圖樣共34卷，前面還有“看樣”和“目錄”各1卷，一共是36卷。其中圖樣6卷，計圖1000余幅。圖樣這一名稱從此確定下來。該書中的圖形有彩畫作的房屋的平面圖、立面圖、斷面圖、構件詳圖，各種雕飾與彩畫圖案和當時的測量工具、石作、大木作、小木作、雕木作等。其中有的圖是用正投影法畫出的。如斗拱（彩圖）是用正面投影和水平投影來表示的，投影圖的配置相當于第一角投影；單色圖所示的斗拱使用斜軸測圖來表示的。所有這些，充分反映了近千年前中國工程制圖技術的先進和高超。

1.2我國近代工程圖學的演變

18世紀末，法國人加斯帕爾·蒙日創立了畫法幾何學。我國系統地介紹蒙日《畫法幾何學》體系理論和方法的是時任廈門大學校長的薩本棟先生編譯的《畫法幾何學》（1923年6月商務印書館初版）。著名教育家、清末翰林蔡元培先生為薩本棟編譯的《畫法幾何學》寫序如下：薩君本棟，勤敏好學。課余譯安頓利氏及亞斯利氏之《畫法幾何學》一書，文筆條達，義理顯豁，雖未照原文全譯，然刪繁避晦，頗便初學。學者由是熟加研究，將見科學上、工程上之各種物體，表現于縱面、橫面、側面或截面等，已能纖悉無遺，而泰西之學術工藝，或藉以廣傳于中土，是亦吾剤之所樂為介紹者也。中華人民國九年十一月一日蔡元培。（注：安頓利時為美國Tufts學院圖學教授，亞斯利時為美國東北大學制圖教授）。

1959我國頒布首部國標《技術制圖與機械制圖》，以后不斷進行修訂。

1.3我國現代工程圖學的發展現狀

傳統的工程圖學學科以蒙日畫法幾何的投影理論為基礎，以直尺、圓規、圖板為工具，以黑板、掛圖、模型為媒介，至今已有兩百多年的歷史，在培養學生形象思維能力和促進工業化進程等諸多方面發揮了重要作用。

近代隨著計算機技術的發展，計算機繪圖（Computer Graphics）和CAD計算機輔助設計（Computer Aided Design）技術在世界工業的發展中影響越來越深遠，尤其是近十年來基于計算機的三維設計迅猛發展，設計從三維入手，直接產生三維實體，然后賦予各種屬性（如材料、力學特性等），再賦予加工信息，直接到數控的車間加工，改變了二維圖形的使用。同時計算機虛擬現實（Virtual Reality）技術集成計算機網絡技術，帶來了工程圖學學科的內容和理論體系的變革。現代的工程圖學的理論基礎包括傳統的幾何理論和計算機理論，應用領域主要有：專業制圖及其標準、圖學理論與方法、工業設計、產品信息建模（特征建模、參數化設計、圖形輸入識別）、科學計算可視化、計算機仿真、虛擬現實、圖形和圖像識別，等等。現代工程圖學使用的計算機軟件主要有Autodesk CAD、3dmax、Sketch up、Photoshop、AutodeskRevit等。現代的工程圖學與工業設計和計算機技術的結合越來越密切，應用領域更寬更廣。

2.我國工程圖學未來發展研究

隨著各種計算機制圖軟件的發展和更新，現代的設計、制圖工作越來越方便，大大節省了人力、物力和腦力。在享受計算機成圖技術帶來諸多方便的同時，Autodesk Revit等三維模型軟件的出現也沖擊了我們的工作和生活，我們不得不為工程圖學的未來發展和現有的社會職業、分工做出思考。

Autodesk Revit軟件專為http：//baike.baidu.com/view/1788980.htm建筑信息模型而構建（BIM）。BIM是以從設計、施工到運營的協調、可靠的項目信息為基礎而構建的集成流程。通過采用BIM，建筑公司可以在整個流程中使用一致的信息來設計和繪制創新項目，并且還可以通過精確實現建筑外觀的可視化來支持更好地溝通，模擬真實性能以便讓項目各方了解成本、工期與環境影響。BIM支持建筑師在施工前更好地預測竣工后的建筑，使他們在如今日益復雜的商業環境中保持競爭優勢。BIM能夠幫助建筑師減少錯誤和浪費，以此提高利潤和客戶滿意度，進而創建可持續性更高的精確設計。BIM能夠優化團隊協作，其支持建筑師與工程師、承包商、建造人員與業主更加清晰、可靠地溝通設計意圖。

Autodesk Revit軟件把建設者、設計師、施工方、管理者聯系起來，大大簡化了各個環節的工作，也對某些社會職業提出了強烈的挑戰。比如效果圖制作公司，現在有不少公司以制作三維效果圖為生，使用Autodesk Revit軟件可以輕松地制作出效果圖，以后效果圖公司和員工將何去何從？另外，工程造價人員的工作也受到很大的沖擊，這些都是需要我們好好考慮的問題。

3.結語

我國工程圖學經歷了幾千年的發展留下了大量寶貴的資料和財富，現代計算機成圖技術的出現與發展大大推動了工程圖學的發展與進步，同時也對某些社會職業提出了嚴峻的挑戰，我們要冷靜分析，提前預測，使計算機成圖技術為我們的生活服務，使工程圖學發展得越來越完備。

參考文獻：

［1］蒙日［法］，廖先庚譯.蒙日畫法幾何學湖南：湖南科技出版社，1984.8：3-8.

［2］戴立玲，盧章平，袁浩.圖學基礎教程北京：機械工業出版社，2008.1：3-7.

［3］林大鈞.實驗工程制圖北京：化學工業出版社，2009.8：3-9.