村镇住宅建筑详图模块化研究

张益勋 祝 捷

(天津大学建筑设计研究院，天津 300072)

1 概述

随着农业生产的发展，农业结构的改善和支农政策的落实，农民收入逐年增加，新建和改建的农村住宅逐年增多，近十年来，每年新建的农村住宅为6亿～7亿平方米，占全国新建住宅总量的一半以上，以上数据表明，农村住宅建设是我国住宅建设的重要组成部分。但是，由于长期受城乡二元结构的制约，农村住宅建筑设计技术标准严重滞后，已经不能适应农村经济社会的发展需求。同时，村镇基层设计人员基础薄弱、单位技术力量不足、计算机辅助设计技术缺乏，造成村镇住宅平面布局和空间组合极不合理。而且，大量的村庄住宅建设不顾地方气候、地形地貌、建筑材料和历史文化特点，把城市甚至于国外的住宅照抄照搬到农村，已经成为普遍的现象。破坏民族传统建筑文化特色现象十分严重，影响了农村整体规划建设水平，与农村现代化生活需求和建设社会主义新农村理念不相适应。

在国家“十一五”科技支撑计划带动下“农村住宅规划设计与建设标准研究”于2008年启动，项目下的课题“村镇住宅建筑设计模块化技术与软件开发”研究工作也同期展开。目前，该课题已经成功开发了一套针对村镇住宅建筑设计的CHouseCAD三维软件系统。

CHouseCAD是专门针对村镇住宅三维软件建筑设计应用软件。该软件凭借平台的强大优势能够轻松地将二维和三维图形整合，并通过针对性开发，将复杂的图形操作变为简单的直观的参数化操作，使用户经过稍加培训就能设计村镇住宅，轻松得到三维的建筑模型和平立剖图及详图设计图纸甚至生成工程量清单。

2 详图模块化研究

详图模块化研究是“村镇住宅建筑设计模块化技术与软件开发”的子课题，以三维CHouseCAD软件为平台，开发与其配套使用的详图设计模块系统。

模块化概念在不同的领域具有不尽相同的含义。但大体上说模块化是指解决一个复杂问题时自上而下逐层把系统划分成若干模块的过程。模块有多种属性，分别反映其内部特性。每个模块完成一个特定的子功能，所有的模块按某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。

就本课题而言，模块概念的引入具有实用价值。中国地域辽阔，不同地区村镇建筑文化受南北气候、生产和生活方式、地方文化的影响差异很大。这为村镇住宅建筑的软件开发带来一定难度。单独套系统如何面对这所有问题，是软件开发策略上主要应对的问题。CHouseCAD作为主线主要解决软件操作和软件功能中的共性问题，而差异化的部分如反映地方特色的详图构造部分交由子模块来完成，这些模块可通过接口与CHouseCAD系统连接。其实现方法是在软件运行初始，通过接入不同的子模块来实现创建不同地域的传统特色住宅的目的(见图1)，各子模块之间由于并不存在必然的逻辑关系被并行地安排在一个系统资源中，使这个系统具有技术统一、功能多样的特性。

模块化系统的构成根据软件平台特性和课题实现目标需求将其划分为模板技术和详图库技术两部分，但如何有效集成这两部分内容有两种实现方式:模板和外部图库、模板和嵌入图库。两种方式都可以安装在系统内指定的磁盘部位，用法相近但各有长短。

第一种方式具有模板轻量化的优势。与图库相对独立的另一个好处是图库可以自由更新且更新操作上对用户和软件开发维护方面都很简单。不利的方面是系统运行时需要有加载相应图库的操作，虽然模板可以指定图库所在的磁盘地址并可以自动加载，但一旦用户根据自身需要未按缺省方式安装程序并运行模板时，图库的加载需要重新定位，这给新用户增加了经验负担;当用户有需要在不同的计算机上操作同一个项目时，移动项目文件也有丢失图库的风险。

图1 CHouseCAD采用的不同地区的设计模板

第二种方式就是将所有相关的详图库部件嵌入到模板文件中去，形成大而全的单一文件，这个方式无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，将上一种方式的数百个零散文件变为仅有的5个模板文件(见图2)，文件磁盘占用更紧凑、操作更便利;自携带图库使项目文件移动更灵活，不必担心图库的遗漏，项目文件自身也是档案文件，数据存储更安全;图库在应用中更便于查找。

图2 五个不同地区的模板文件固定存放在默认的文件夹

经过对两种方式的权衡对比及考虑到该系统未来的应用环境，实用性是首要衡量因素。最终我们选择了第二种方式进行下一步开发。

模板文件，这是几乎所有CAD系统普遍采用的新建项目方式。模板为用户预设了必要的文件操作环境，节省了大量时间。针对村镇住宅建筑设计的特点及CHouseCAD的能力，详图模块化模板里除了基本的图形环境设置如画笔定义、图层及图层组合定义、材料和填充图案定义等还记录了项目其他管理信息，如项目地理信息、项目名称、建设地点、业主单位、设计人等等，方便档案管理。不仅如此，CHouseCAD有能力创建具有多层属性的复合结构，可用来定义墙体、楼板、屋顶等建筑构件，这一特性有助于将符合国标的村镇建筑构造中的各类工程做法收录进模板的复合结构属性中(见图3)。

图3 复合结构属性界面

用户可从模板使用中直接获益，提高效率的同时也符合国家标准。复合结构属性使用户创建的建筑构件(墙体、屋顶、楼板)的剖面看上去更符合国家标准构造图集，并可精确地反映到工程量统计计算中;根据国标图集我们创建了5个地区的共700多个参数化的详图图库，这些详图又分别嵌入到5个地区模板当中，这5个地区分别是北京地区、东北地区、徽州地区、云南丽江地区、山西晋中地区。用户不需要在外部调用图库，更不需要再翻阅标准图集即可得到需要的标准详图节点图，不仅方便了设计师同时图纸的全面性也方便了施工技术人员，更重要的是地方传统特色的建筑文化也可以原汁原味地得到继承。

3 详图的参数化

详图的参数化是本课题技术攻关的重要内容。采用Graphisoft公司的GDL语言(几何描述语言)，它的语法类似BASIC语言，虽然简单但通过一系列命令行可分别描述复杂几何体的二维和三维样式并协调二者间的关系，而且形成的GSM文件仅仅是文本文件的大小。本课题中700多个详图的参数化过程就是通过GDL语言的编写来实现的。

详图参数化的过程可概括为以下几个步骤:详图数字化、详图库部件化(GSM)、参数的植入、库部件优化。

(1)详图数字化

这一过程是将图集中的纸质详图变为CHouse-CAD中的数字化详图，变成线条、填充、文字、符号等二维元素。由于详图是建筑构件的细部构造做法，三维模型已经无法替代这些二维信息了，因此详图设计模块化研究主要针对二维GDL部分。详图数字化是为其参数化做的准备工作，在绘制过程中特别要注意不是CHouseCAD提供的所有2D工具都能用GDL来解释的，还要注意同一类的元素要在相同的图层中绘制。

图4 标准节点详图

图集中的每一页里都有若干个详图，它们基本上又都是彼此相关的。为了详图的库部件化我们做了规划，原则上将每一页内容做成一个GSM文件，每页中的单个详图作为这个GSM的选项之一，GSM文件的名称也以＜图集编号＞+页码+内容提示的方式命名。(见图5)这样可以减少GSM文件的总数量，也方便用户检索。

(2)详图库部件化

经数字化后所生成的*．gsm文件如图6所示。

图6 GSM文件内部索引

(3)参数选取

参数的选取是库部件参数化的关键，详图中究竟哪些内容需要用参数来控制是需要具体详图具体分析的。根据需求，一些最基本的信息是需要参数化的，如详图标题、索引编号、图中的剖切编号等。此外，CHouseCAD的模型空间和布图空间存在比例差异，所以库部件在这两个空间中表现不一，如何让库部件在两个空间中都能适用也需要增加参数控制。

图8 参数列表(增加布图模式选项)

(4)库部件优化

在GDL脚本中，存在着大量的无用热点(hotspot2)，使得GDL脚本过于臃肿，同时也增加了20%－30%不等的内存/硬盘空间占用，删除这些无用热点将会使最终的tpl模板占用的空间大幅减少，性能上得以提高。

由于脚本中定义的热点数量过多且零星分布，手工去除会耗费大量的人力，且不排除出现人为错误的可能性。因此，我们编写一个JAVA程序，通过对*．gsm文件中的脚本进行扫描，自动识别热点定义语句并予以删除，该程序最大限度地提升这一过程处理的速度和准确性。

图9 优化结果的前后对比

4 应用展望

关于农村科技方面的软件开发课题在国家科技支撑计划中并不多见，“十五”期间国家科技攻关计划的课题成果多为标准图集。“村镇住宅建筑设计模块化技术与软件开发”的课题成果将拓展这一应用领域。虽然软件的应用平台属于科技前沿，但强化成果的实用性和易用性一直是我们研究中遵守的基本原则。CHouseCAD及其详图设计模块系统将为村镇基层设计人员提供一套强大但简单易用的设计系统，同时也为用户提供知识化、标准化、专家级支持。我们期待这一系统能在新农村建设中发挥突出作用。

［1］中国建筑标准设计研究院．《传统特色小城镇住宅图集》05SJ918，2005．

［2］中国建筑标准设计研究院．《小城镇住宅建筑构造》05SJ919，2005．

［3］杨联萍，潘钧俊，杨钦等．苏南农村住宅结构特点调研［J］．土木建筑工程信息技术，2011，3(2):69-72．

［4］刘永军，周静海，孟宪宏．村镇建筑抗洪性能评价系统研究与开发［J］．土木建筑工程信息技术，2011，3(1):57-62．