國內建筑CAD圖層標準發展現狀與研究

施平望 鄧雪原

(上海交通大學土木工程系，上海 200240)

1 引言

1.1 計算機輔助設計與計算機輔助制圖

CAD(Computer Aided Design，計算機輔助設計)是指運用計算機系統輔助一項設計的建立、修改、分析或優化的過程。在CAD發展初期，CAD的含義僅僅是指計算機輔助制圖(Computer Aided Drawing/Drafting)，目的是使設計師從繁瑣、費時、繪圖精度低的傳統手工制圖方式中解脫出來。到1999年，國內勘察設計行業基本完成“甩圖板”任務[1]，計算機輔助設計在建筑領域得到了普及。同時，以天正、探索者等公司為代表，基于AutoCAD的二次開發的專業軟件開始不斷涌現。這些專業軟件在Autocad軟件繪圖環境的基礎上，充分考慮了各專業特性以及中國設計人員的繪圖習慣，不僅大大簡化了繪圖工作，而且提高了設計人員的自身繪圖效率。

1.2 CAD標準的定義與重要性

CAD標準是用CAD技術制圖所需的特殊標準，它以一定的規則對圖形的信息加以組織。主要包括圖層標準和樣式標準。一直以來，設計人員的繪圖隨意性較大，圖層、樣式等設置混亂，塊技術的濫用，給整個設計過程圖紙的引用、拷貝、管理工作造成了很大麻煩。并且在設計過程中，采用的制圖軟件不同、圖層不同會導致雙方圖紙不能互相瀏覽，或者內容缺失，使設計人員無法及時交換信息，以至拖延工作進度。這些問題的出現，使建筑CAD協同設計的概念被引入到建筑設計中。

建筑CAD協同設計，是指通過構建基于局域網的設計環境，建立各專業統一的CAD標準和協同設計的軟件系統，實現數據及時與準確的共享，以進一步提高設計企業的設計效率。同時，基于廣域網的建筑CAD協同設計也在逐步實現[2]。建筑CAD協同設計的核心問題之一是設計企業各專業數據的共享，而CAD圖層是能夠實現數據共享的一種技術，但真正應用它的話需要定義標準，就是建立統一的CAD標準[3]。在國內，上海現代建筑集團自2003年就開始研究和探索CAD標準以及一體化協同設計技術，其中對協同設計不可或缺的CAD標準重點進行兩次大的修訂工作[4]。早期中國石化北京設計院就提到過圖形文件名、圖層、樣式標準化的問題[5]。中國電子工程研究院在探索協同設計的過程中也特別指出了CAD標準是建筑協同設計的關鍵點[6][7]，并且介紹了該企業的 CAD 標準的編制情況。

1.3 本文研究的內容與目的

在國內，目前存在三類標準，分別是企業標準，軟件標準以及國家標準，它們之間存在的一些聯系與問題是本文所要研究與解決的。

首先，由于國內設計企業一般都是包含了各個專業的綜合性設計企業，在一個項目過程中一般不產生跨企業的合作，所以國內各企業的CAD標準都只制定出僅僅符合自己企業的企業標準。這就導致了推薦性的國家標準，在實際中并沒有得到廣泛的實施與應用。

其次，基于Autocad二次開發的軟件方面，如天正建筑、水暖電系列、鴻業暖通、探索者結構等都設置有專門的圖層管理功能。各軟件內部都內置有一套標準，創建的對象會自動地歸入相應的圖層當中，不需要用戶自己指定。但這類專業軟件的CAD標準，為了符合各類用戶的需求，基本沒有參考國家標準制定的相關規則。

同時，國內建筑CAD的國家標準還剛剛起步，很多地方需要不斷完善。企業、軟件的CAD標準，彼此間又缺少統一的規則和聯系。而這正是阻礙建筑設計企業協同設計的應用推廣的主要原因。

本文通過比較國內目前各企業、各軟件的不同圖層命名規則，相應于國家標準，對國內圖層命名標準的統一做了一些研究和建議。

2 建筑CAD圖層標準

2.1 建筑CAD圖層標準的內容

CAD標準包括圖層標準和樣式標準。其中，樣式標準包含文字樣式、線型樣式、標注樣式以及打印樣式。圖層標準則包括圖層名，圖元對應的顏色、線型、線寬等圖層特性的定義。相比于樣式標準，圖層標準更復雜、更關鍵。由于CAD圖層本身就是能夠實現數據共享的一種技術，建立一套完善的圖層標準可以幫助設計人員有效地利用、組織和管理好設計信息。圖層標準問題主要包含以下三個方面:

圖層，在CAD中管理復雜的信息而被使用最廣泛的技術是圖層。除了最基本的圖層名，還包括分配同一類型的圖形要素到不同的圖層，按需要開啟或關閉，隱藏其余的信息，以幫助用戶只側重于那些對他的工作所必需的信息。

線型，為了方便管理與使用，對應于不同的圖層使用不同的線型，建立一個線型使用標準。不僅節省工作時間，而且使繪出的圖紙更加美觀。

顏色與線寬，由于現在出圖采用的是噴墨繪圖機，只要在ctb文件(顏色相關的打印樣式表)中，將不同顏色與不同線寬的對應關系按一定的標準設定好，屏幕上不同顏色的細線就可通過繪圖機畫出不同寬度的粗線。通過顏色控制對象出圖的形式，有利于對打印信息的集中管理。

2.2 CAD圖層標準的標準

為了制定CAD圖層標準，首先應該確定圖層命名標準。圖層命名標準是圖層標準的標準，用來定義圖層的分類。圖層名稱需要規定字段組成、結構及符號形式，通過設定一套統一的規則對圖層的命名進行約束。一般來說，圖層的命名最好能體現該層對所在設計的特征，使設計人員一見到層名就能判斷出該層大致包含的內容。

關于圖層命名的規則，《美國國家 CAD標準》[8](United States National CAD Standard)于 1996年6月發布1.0版，2011年修訂為5.0版，其中有專門一部分是由AIA制定的CAD圖層指南，對圖層的命名規則有詳盡的規定。而國內，直到2010年，《房屋建筑制圖統一標準》GB/T50001-2010[9]才對圖層的命名規則進行了詳細的闡述。此外，中國的圖層命名標準還需要考慮一個問題，圖層名稱采用中文還是英文的形式。中文形式清晰明了，能夠讓國內使用者快速理解圖層上所要表達的繪制內容。而英文的形式則更加簡單，有利于與國外的CAD標準交互。

3 國內建筑CAD圖層標準發展與現狀

3.1 國標GB

早在2000年，國家質量監督局發布了《房屋建筑 CAD 制圖統一規則》GB/T18112-2000[9]，制定了房屋建筑CAD設計制圖的統一規則，首次對建筑CAD圖層的命名格式作出了規定，并且提供了具有建設性的意見。

2010年，住房和城鄉建設部與國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布了《房屋建筑制圖統一標準》GB/T50001-2010。在原《房屋建筑制圖統一標準》GB/T50001-2001[10]的基礎上進行修訂，增加了計算機制圖文件、制圖圖層和制圖規則等內容，同時提到了協同設計的概念以及工作方式，對圖層命名規則進行了詳細的闡述，并且提供了更為完整的圖層名稱舉例。圖層命名應采用分級形式，每個圖層名稱由2～5個字段(代碼)組成(如圖1、2所示)。專業代碼和主代碼為必選項，其他數據字段為可選項;每個相鄰的數據字段用連字符“-”分隔開。其中:

(1)專業代碼用于描述專業類別，如建筑、結構等，用英文表示為A、S等;

(2)主代碼用于描述圖層的建筑系統，如墻、門、軸線等;

(3)次代碼1描述子系統或修飾語，次代碼2用于更次級子系統或修飾語;

(4)狀態代碼用于區分圖層中所包含的工程性質或階段，如新建、拆除等。

如A-AXIS-DIMS或建筑-軸線-標注，表示的是建筑專業的軸線標注層。

圖1 中文圖層命名格式

圖2 英文圖層命名格式

3.2 企業標準

目前，企業內部不同專業的設計人員習慣使用不同的設計軟件，如建筑的天正，暖通的鴻業，結構的探索者等等，由于不同軟件有不同的標準，導致企業內部無法實現統一。在一定程度上，這種不統一對一些中小型建筑企業設計過程中產生的影響不大，但在企業規模的達到一定程度后，建立完整統一的CAD標準，對設計與管理帶來效率的提高會是很明顯的。

國內幾家大型建筑企業為了規范設計和管理，都已經制定出一套符合企業的標準，這類企業CAD標準都參考和引用了相關的國家標準，并且結合企業設計規模及內部設計人員的繪圖習慣制定得到的。然而，國內大多數企業仍未制定和執行CAD標準。

圖3 上?，F代建筑集團圖層

本文對國內幾家大型企業，如上?，F代建筑設計集團、上海華東發展城建集團、北京建筑設計研究院等企業CAD標準的圖層命名標準作了分析與比較。

3.2.1 上海現代建筑設計集團CAD圖層標準

上?，F代建筑集團自2003年就開始研究和探索CAD標準以及一體化協同設計技術。其中對內部的制圖標準，重點進行了兩次大的修訂工作，制定出比較完善的建筑工程設計制圖標準。

圖層名稱設置規則參照了國家標準，也是按分級形式，具有專業碼和圖層類別代碼，每個字段都用連字符“-”分隔符來隔開，并對專業碼有詳細的規定。分別有中文和英文的形式，中文的專業代碼與國家標準略有不同，只設定為一個字，如建筑專業為“建”，結構專業為“結”。其他的分類代碼用兩到四個字不等。而英文格式與國家標準相同，除專業代碼外，其他分類代碼均以英文縮寫的形式，規定為一到四個字母不等(圖3)。

上?，F代建筑集團圖層標準不僅對一般設計專業做了詳細完善的描述與規定，還特別增加了室內裝修裝飾專業、園林景觀專業以及市政工程設計中道路、橋梁、市政給排水專業的圖層，集團內工程制圖標準的完整性趨于完善。

3.2.2 上海華東發展城建集團CAD圖層標準

上海華東發展城建集團于2011年通過與上海交通大學的合作，在企業內部開始應用二維建筑協同設計，并制定出各專業CAD圖層標準。

圖層命名規則參考了國家標準，格式為“專業碼-主碼-次碼1(可選)-次碼2(可選)”，與其他企業標準不同的地方是，在必要的情況下，在圖層命名格式的最后可以加上文字說明，如“A-DOTE-F(輔助軸網)”(圖4)。

圖4 上海華東發展城建集團圖層

3.2.3 北京市建筑設計研究院CAD圖層標準

北京市建筑設計研究院制圖標準[10]在2006年發表第一版，標準不僅對CAD文件格式、圖層命名以及文件的歸檔交付做了描述與規定，還對協同設計工作進行了完整且詳細的要求與策劃。

圖層命名只采用了英文縮寫的形式，主要參考《AIA圖層規則，美國國家CAD標準2.0版》(AIA CAD Layer Guidelines，U.S.National CAD Standard Version 2.0)[11]，圖層名稱包含的字段有:專業代碼、主分類、次分類1、次分類2、狀態代碼，每個字段都用連字符“-”。

3.2.4 各企業CAD標準討論

可以看出，以上設計企業都有一套自己的CAD標準，且都不相同，其完整性和實用性也有待考察。企業標準的制定，一方面可以參考國家標準，對圖層的命名進行規范，同時結合自身企業的規模，確定各專業圖層命名的明細程度;另一方面，由于各專業設計人員都較習慣二次開發的各專業軟件，圖層標準可以盡可能與常用的專業軟件匹配，不僅可以發揮專業軟件自動設定圖層的優勢，而且設計人員也比較容易接受和應用。在制定標準時，盡量多的與專業軟件內置的圖層索引相契合。這樣，在專業軟件中做適當的圖層標準配置，就能夠在設計中將繪制的對象自動地放置在企業預先定義好的圖層上。制定出完整而適用的企業CAD標準，不僅能給企業帶來大幅設計效率和質量的提高，同時為企業開展協同設計工作提供了前提條件。

3.3 軟件標準

目前，各專業軟件都內嵌了自定義的圖層標準，用戶只需畫出圖元，會自動歸入相應的圖層中，不需要再特別指定。設計人員較習慣于這種便捷的制圖形式，國內的軟件標準逐漸為設計企業建立企業標準的依據。

本文以國內建筑設計企業常用的天正系列、探索者及鴻業等專業CAD軟件為例，對軟件中圖層的命名標準作了比較與分析。

3.3.1 天正(建筑)圖層標準

天正軟件是廣大設計師較為熟悉與喜愛的，基于Autocad二次開發的軟件。以天正建筑為首的其他各專業建筑CAD系列軟件也逐步被設計人員接受，用戶遍及全國的天正軟件已然快成為建筑設計實際的繪圖標準。

天正建筑的圖層標準基本屬于自家定義，圖層名稱缺少與圖層相關聯的專業代碼，直接用完整的英文或者縮寫來描述建筑系統或構件，形式上比較簡單，如門窗圖層為“window”，柱子為“column”。各系統之間用分隔符“_”連接。在剖面和立面的相關圖層前分別用“S”與“E”字符進行標識(圖5)。

圖5 天正建筑圖層

這里同時講一下天正水暖電專業的圖層命名方式，同樣缺少專業代碼，但次一級的子系統采用中文的形式，主系統與子系統之間用分隔符“_”或“-”連接，如電氣照明設備圖層為“EQUIP-照明”，給排水中給水管線圖層為“PIPE-給水”。

3.3.2 鴻業(暖通)圖層標準

鴻業暖通在設計方面不僅大大加快了設計人員的效率，并且自帶的一些功能，如冷、熱負荷計算，多聯機功能，局部大樣圖功能，統計材料表等，都具有相當實用的價值。

圖6 鴻業暖通圖層

鴻業暖通的圖層標準是比較規范的，用“ACS”作為暖通專業的專業代碼，并用中文拼音縮寫來描述暖通各系統，各個主次系統分類清晰，用分隔符“_”連接。同時，還提供了一套相對應的中文的圖層標準，用中文來描述暖通的各系統，以“暖通”作為暖通專業的專業代碼(圖6)。

3.3.3 探索者(結構)圖層標準

探索者軟件自推出以來，以其方便快捷的繪圖功能贏得廣大結構工程師的喜愛，同時也使這種交互式結構繪圖工具集的概念深入人心。

探索者結構軟件的圖層命名方式與天正建筑類似，沒有專業代碼，完全采用英文的形式，用完整或者縮寫的英文來描述各個結構系統，各系統之間用“_”連接。但分類簡單，包含的圖層相對較少。

3.3.4 各軟件CAD圖層標準討論

可以比較得出，各專業軟件的圖層命名標準基本脫離了國家標準的命名準則，各不一致。同時，專業軟件中一般都不可能涵蓋所有企業所需要的圖層。雖然上述軟件都提供給用戶都能夠導入自定義的圖層標準的權限，但前提是該圖層標準中定義的圖層必須與專業軟件中的圖層關鍵字相匹配，使圖層與對象相互對應。所以這種自定義圖層標準的操作，是受專業軟件開發限制的。因此，軟件企業應該在符合國家標準的相關規定基礎上，開發符合設計企業要求的圖層命名標準。

4 結論與展望

國內大多數企業與軟件商沒有完全參照國家標準，反映出AutoCAD圖層具有獨特性和大量實踐經驗性，所以建立CAD標準重要的是符合企業內部的需求。同時實現圖層標準的統一，也需要軟件供應商與企業的相互協調。完善CAD圖層命名標準，增強專業軟件與國家標準及企業標準的聯系，是目前CAD標準應用與推廣的核心問題。而落實CAD標準，不僅能促進企業的建筑協同設計工作，同時也要與協同設計緊密結合。創建標準化的協同設計環境，使設計人員在這種環境下，摒棄個人繪圖習慣，嚴格執行企業的CAD各專業標準，同時，由于交流與共享的不同需求，CAD標準在協同設計的過程中也需要不斷的完善與優化。隨著BIM(building information modeling，建筑信息模型)技術的發展與完善，未來基于BIM的協同設計平臺同樣需要制定相應的企業或行業標準，才能有效地應用與推廣。

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[7]申志超，王強強，謝衛.CAD標準是規范勘察設計企業協同設計活動的基本準則[J].信息化建設，2009(6):48-52.

[8] National Institute of Building Science.United States National CAD Standards[S].

[9]中華人民共和國國家質量監督局.房屋建筑CAD制圖統一規則[S].GB/T18112-2000

[10]中華人民共和國住房和城鄉建設部.房屋建筑制圖統一標準[S].GB/T50001-2010

[11]中華人民共和國建設部.房屋建筑制圖統一標準[S].GB/T50001-2001.

[12]北京市建筑設計研究院.北京建筑院制圖標準，2006.