【HVAC】设计师的过去、现在和未来

一、前设计时代

图形是人类最早用来交流的工具，从远古的洞穴岩石上的石刻可以看出，在语言文字产生之前，智人已经开始用图形来表达思想。

考古发现，早在公元前2600年就出现了可以称为工程图样的图，那是刻在古尔迪亚泥板上的一张神庙的地图。

1977年冬，在河北省平山县出土的战国中山王（公元前323至公元前309年）墓穴里，考古学家也发现了用金银丝条在青铜板上勾勒而成的建筑平面图。该图用1:500的正投影方法绘制并标注有尺寸，是我国目前发现的最早的工程图样。

然而事实上，工程图样在建筑领域内指导建筑施工要在中世纪时期。

中世纪以前，建筑的设计图纸并非是为了指导施工而存在的。当时的工匠直接在地上钉木桩作为定位参考，而不依赖平面图或透视图。待建筑建成后，工匠们对建筑的营造方法、细部装饰和比例系统等作了总结，形成了建筑图纸；但这些图纸资料只起着记录的作用，是施工后产物。

直到中世纪（约公元476—1453年），工程建设日趋复杂，工程师才开始提前绘制图纸，以表达设计思想，指导施工人员完成工程建设。由此，朴素的经验主义向理性过渡，设计成为施工的前提。

公元1100年，宋代李诫所著的雕版印刷书《营造法式》是世界上最早的一部建筑规范巨著，对建筑技术、用工用料估算以及装修等都有详细的论述。该书中有图样6卷，一千余幅图样；图样这一名称，从此肯定下来并沿用至今。

直到近代，建筑设计和建筑施工分离，各自成为专门的学科。在西方，这是从文艺复兴时期开始萌芽，到工业革命时期才逐渐成熟；在中国，这一变革则是清代后期在外来的影响下逐步产生的。随着社会的发展，建筑所包含的内容和所要解决的问题越来越复杂，单纯依靠师徒相传、经验积累的方式，已不能适应现实；再加上建筑物往往要在很短时期内竣工使用，匠师难以一身二任，客观上需要更为细致的社会分工，这就更加促使建筑设计形成专业，成为一门独立的分支学科。

二、手工时代

在手工制图的年代里，设计师们先要将白纸固定在绘图板上，再用笔芯细而硬的铅笔勾勒出建筑的轮廓，然后用各种不同规格的铅笔完善整张图纸。这不同规格的铅笔通常由B和H来区分。B（Black）是黑色的意思，代表笔迹的黑色深度，分2B，3B，4B，6B几档规格，6B为最黑；H（Hard）是硬度的意思，代表笔芯的硬度，分H，2H，4H，6H几档规格，6H为最硬。

待白图审核无误后，设计师需用鸭嘴笔将图纸誊抄在透明的硫酸纸上。

鸭嘴笔（又称直线笔、鸦嘴笔）的笔头由两片弧形的钢片相向合成，略呈鸭嘴状，其画出的直线边缘整齐，而且粗细一致。使用时，墨汁从鸭嘴笔的夹缝处滴入，通过调整笔前端的螺丝来确定所画线段的粗细。

绘制完成的硫酸纸用以晒制蓝图。蓝图，顾名思义就是蓝色的图纸，碱性物质的感光显影使之成为蓝色。晒图时间越长，感光时间越久，蓝色的底色越浅；反之就会更蓝。蓝图的特点是易于保存，不易玷污，不能修改且价格低廉。

老一辈的设计师们用灵巧的双手完成设计的全部内容：绘制图纸、编写说明文档、制作工程参数表格……手绘的工作量极大，因此设计行业专门有一个工种，称为“制图员”或“描图员”，现在的设计院图纸图签上依然保留着“制图”签署，便是来自于当年制图员的工作职责。

然而尽管如此，工程设计制图的工作依然繁重，制图工作中一旦画错，就只能用刀片轻轻地刮去，若是刮破了图纸，一切就得重来。于是，严谨仔细，三思而行，便成为工程师们最具共性的品格素养。而那时的审图员得将各个专业的硫酸纸重叠在一起，靠眼力和空间想象力去寻找可能的问题。没有足够的经验，是很难胜任这项工作的。

三、CAD时代 

CAD（Computer Aided Design）诞生于20世纪60年代，归功于美国麻省理工大学提出的交互式图形学的研究计划。70年代，随着小型计算机费用下降，美国工业界开始广泛使用；80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。当时的Autodesk（美国）公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故得以广泛应用。

CAD技术最早应用于汽车工业，而后随着计算机软硬件的发展及普及，逐渐扩展到包括土木工程行业的其他领域。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。

我国在土木工程中使用CAD技术始于上世纪80年代。

这张5.25寸软盘，大概是能找得到的最早的AutoCAD软件的历史照片。当时的版本号是AutoCAD-80，时间为1982 年。当时的计算机，内存普遍只有64K bytes，其中52k可供用户使用。

接下来的1983年，AutoCAD分别又推出了1.1，1.2，1.3和1.4版本。

从 2.0版本开始，AutoCAD的绘图能力有了质的飞跃。下图为AutoCAD 2.18版本绘制的航天飞机模型，令人惊奇的是，如果你能幸运地找到这个版本的 DWG文件，它仍然可以在AutoCAD 2011版本中打开。

1987 年，AutoCAD的版本号形式，改用了Rx的编号形式，其中x是数字。

在CAD时代，设计师们的指尖在鼠标和键盘上跳跃：用CAD绘图，用Word编辑文档，用Excel制作表格……计算机软件的出现，将设计师的双手从单调重复的制图工作中解放出来，图形的复制和修改变得容易，原来的制图工种渐渐从设计历史舞台上淡化而退出。

从手工绘制到CAD制图，这无疑是质的飞跃，设计效率得以骤然提高，也使绘制更复杂的工程图纸成为可能，建筑工程设计对设计与思考、创造提出了更多更高的要求。

然而，CAD的优势体现在平面绘图，却并不能最优地创建和管理建筑信息，其所代表的工作方式仍然是传统意义上的建筑平面设计与制图。现在，建筑的功能日趋多元化，建筑的管理日趋智能化，这不仅使得多专业的协作在施工环节变得不可或缺，也要求建筑尤其是机电专业在设计环节就携带数字化的基因。

四、BIM时代

BIM（Building Information Modeling），建筑信息模型/管理，在信息化的时代应运而生。

在CAD设计中，二维线是主体；在BIM设计中，三维构件是主体。如果从BIM的世界回望CAD，就如同科幻小说中的降维打击，这就是BIM技术给设计行业带来的冲击。

以主流软件Revit举例，构件被称作族，每个族文件内都含有很多参数和信息，比如尺寸、形状、类型等，可以帮助设计师方便地管理数据和搭建模型。族也可以被设计师制作和定义，并交流调用，以应对不同的工程需求。

螺旋式冷水机组Revit族

BIM可以有效地降低工程建造成本，提升建筑质量。在三维模型中，各专业的管线都得以层次分明地显现，设计师可以进行碰撞检查，实现管线综合设计。

机房三维布置

地下室局部完成面模型分析

BIM可以清晰准确地绘制出CAD平面图所不能或者难以表达的空间造型。如下图中的水泵接管方式可以有效地降低水系统阻力，但在常规平面图中无法直观而准确地表达。

BIM可以有效地协调项目各方的工作。在项目的任何阶段，BIM模型都支持建筑信息的提取和更新。运用统一的数据库，从甲方到施工方都能够实现信息共享，能够对材料使用量、工作量以及造价实现更精准的计算和管理。

建筑信息数据在BIM中的存储，主要以各种数字技术为依托，从而以这个数字信息模型作为各个建筑项目的基础，去进行各种相关工作。在建筑工程整个寿命周期中，建筑信息模型可以实现集成一体化管理，因此这一模型既包括建筑物的信息模型，同时又包括建筑工程管理行为的模型。将建筑物的信息模型与建筑工程的管理行为模型进行完美的组合。因此在一定范围内，建筑信息模型可以模拟实际的建筑工程建设行为，例如：建筑物的日照、外部围护结构的传热状态等。

五、数位化时代

未来，电脑与鼠标在设计过程中将不会如此重要。借助数位化的控制方式，设计师的双手将挥舞在AR 或是 VR 的互动平台之中，由可穿戴感应器捕捉手势并输入设计信息。设计师能如雕刻家一般，在空间中通过手势来雕塑建筑模型。

AR技术可以对建筑模型进行视觉化呈现，工程师再利用手机或平板电脑中的BIM 软件就可以连线施工现场，有效地进行远程协调工作。AR 技术允许设计师标注具体的图纸及详细资讯，这样一来，承包商可以将图纸扩展为3D模型。选择性地复制发布3D的细节，则可帮助承包商及分包商更好地理解设计内容。

再往后，建筑也许将由计算机完成自主设计，并由机器人来建造。建筑机器人将在未来的工程建造中发挥主要作用，不论是规划建设还是运营和管理。项目一旦立项，机器人便会主动搜索和解读数据，沟通各方，确保以最好的方式让项目100%成功。

著名的西点军歌唱到“older solders never die, they just fade away”（老兵不死，他们只是优雅地老去）。设计时代的更迭，制图工艺的进步都势不可挡，从长焦的角度回望这段历史，设计师对优秀作品的追求、对工程质量一丝不苟的精神依旧生生不息，期待着充满挑战的未来设计新世界……