建筑数字语言“鼻祖”CAD，解放建筑师双手 —— 建筑科技前沿

序言

“建筑科技前沿”系列话题的第二期文章，我们将聚焦CAD技术（Computer Aided Design计算机辅助设计），谈谈它的发展历史，对建筑领域的影响，以及在我国的发展现状。

在CAD软件还没诞生的上世纪，所有图纸全靠手绘完成。那个年代流传着一句话：判断一个人是否是设计师就看他肚子上有没有一道桌子压过的痕迹。

近期，新一代iPad CAD渲染图被曝光，从图上看，在设备的顶部或底部都找不到3.5毫米接口，由此iPad或全系取消耳机孔的消息喜提热搜。

事实上，为了满足消费者对新款电子产品的好奇心，手机厂商早已将提前曝光CAD图作为常用的营销手段。那么CAD到底是什么？ 

简单来说，CAD技术就是用计算机软件绘制设计图模拟实物。不止是电子行业，CAD技术还应用于包括建筑、航空、汽车和机械等诸多行业，应用场景十分广泛。毫不夸张地说，CAD技术属于 “刻在工科学子DNA里的技能”，B站UP主毕导曾说，“土木系的人逛故宫的时候，随便指根柱子，脑中就会自动出现CAD工程模型图。”

CAD的发展史

现存的机器和建筑工程图最早可以追溯到14和15世纪期间，它们更多是文字和附图，很少具有尺寸标注。期间，最有名的工程图出自达芬奇之手。

那时候达芬奇的设计更像概念插图，而不是工程图 

渐渐地，人们开始意识到更高精度的工程图的价值，其在18世纪后期迅速发展，并随着19世纪工业革命而加速。这一过程中，专利申请的增长促进了技术图纸的发展，因为设备专利的申请必须以特定格式提交图纸。

为提高效率，将T形尺、三角尺、刻度尺和量角器组合在一起的通用绘图机横空出世，绘图员可任意创建垂直线 

二战后，各种制图设备的引入大大提高了制图效率，工程师们又开始面临设计上的问题。设计过程需不断计算、验证建筑的可行性，但由于当时缺少计算机，导致计算过程十分低效，且稍有不慎就会出错，所以每次都要对计算和工程图检查多遍，这推动了第一个CAD软件 “Sketchpad”的诞生。

1963年，“Sketchpad” 诞生于麻省理工大学，其最大创新在于设计人员可以使用光笔在计算机显示器上进行图形化操作，进行交互。

Sketchpad演示

到1970年代，CAD产业从零成长为价值十亿美元的硬件和软件市场。当时CAD系统主要是二维绘图，依靠硬件盈利。1980年后，面对UNIX工作站兴起、PC时代和Windows系统的出现等技术变革， CAD产业经历洗牌并最终出现四大主导企业：Autodesk、达索系统、PTC、西门子。

提质增效的CAD技术，解放建筑设计师的双手

建筑业往往是一个国家经济发展的重要支撑。中国建筑业的总产值从2016年2.7万亿美元增加至2020年的3.7万亿美元，一直备受重视。

得益于建筑业的发展，CAD技术也得到了大力应用，有效提高了建筑工程设计的水平、缩短周期和降低成本。

传统建筑工程设计以手绘为主，涉及墨笔、三角板等多工具的频繁交替应用。设计绘制中一旦出现错误，修改起来相当费时费力。而现在，设计人员可以通过CAD软件，将复杂的工程建筑设计体系以及抽象的数据和图纸呈现在电脑上，进行修改和编辑等操作，有效减少了相关工程设计图纸的绘制时间。

此外，CAD在建筑工程设计中的应用优势还体现在三维建模，更加直观地呈现最终的建筑效果，有助于业主方理解。在实践中，设计人员可充分运用光影关系、透视关系等，利用CAD从不同视角生成多张建筑效果图，并真实地展现建筑工程材料的质感，结合业主需求进行调整。

随着CAD技术愈发成熟，不少国内外经典建筑得以通过CAD软件，克服设计上的痛点，并最终成为现实：

鸟巢：模拟建筑物多视角的外观，提高复杂建筑的设计便利性

鸟巢的钢结构设计非常复杂，每个构件都不同，所以中方设计单位引入了CAD软件，帮助设计师在电脑上模拟整个建筑物在建设过程中不同阶段的外观，并且能做到模拟人的视线去调整角度，帮助设计师从不同方位去观察。

悉尼歌剧院：测试高挑战建筑设计的落地可能性

悉尼歌剧院独特的贝壳屋顶一直是建筑史上的经典设计。但当时大家都有一个共同的担忧，就是贝壳屋顶在施工后是否实用，是否会倒塌。作为最早使用CAD 技术的项目之一，悉尼歌剧院利用CAD研究了设计的可执行性和可持续性，将贝壳屋顶成功落地。

迪拜哈利法塔：测试高楼的风压情况，确保摩天大楼的安全性

迪拜哈利法塔是世界最高的摩天大楼，风是建造过程的主要挑战之一。CAD技术能够提前测试风的影响，最终，塔楼设计旋转120度，以降低建筑物较高点的风压。

国产CAD发展程度低的背后

如上所说，诸多行业非常重要。遗憾的是，我国CAD市场发展成熟度低于欧美发达国家。就目前国内CAD软件的使用情况而言，达索、西门子、PTC以及Autodesk 等海外品牌的占有率达90%以上，中望软件、苏州浩辰、数码大方等国产品牌的份额不到10%。这背后主要有以下原因：

国外工业积淀更为深厚

国外工业软件发达，其强大的工业体系对工业软件的反哺是关键因素之一。以波音777举例，这是首架采用达索3D CAD软件设计的飞机，动用了2200台电脑进行模拟，大部分机械零件用达索CATIA设计，且还将这些零件进行了预装配。

国内软件研发力量单一，且协同性较低

国外工业软件发源地源自下图四方力量，而我国主要由民营企业支撑，研发力量薄弱。此外，工业软件开发需不同力量协同：企业家作为主攻，一传手大学院所做好基础研究传接和人才培养，二传手大型用户企业提供最佳的喂球位置。我国的大学院所在CAD研发上曾有出色表现，但由于无法得到工业界的响应，慢慢退出了赛道。

图源 | 财经十一人《突围工业软件， 谁是尖刀连》

国外市场竞争策略强势

上世纪，国外企业主要通过两种市场策略抢夺国内大部分CAD市场份额：一是从大学与科研机构开始，在源头上垄断市场；二是放任盗版挤压国产软件市场。

CAD国产替代步伐持续加速

综上所述，我国的CAD自主研发仍处于发展中阶段。但得益于以下因素，我国CAD技术研发与国产替代开发的前景广阔——

国家政策对CAD等工业软件国产替代的大力支持

中国工业基础软件“卡脖子”的问题已经引起重视。2020年，工信部宣布国家软件重大工程，着力解决关键工业软件的卡脖子问题。2021年5月，中央提到要加强原创性、引领性科技攻关，明确提及工业软件领域。

建筑业等广阔下游应用场景对CAD国产替代的支持

目前，我国建筑、制造等工业企业已经逐渐意识到工业软件国产替代的重要性，这些企业的支持将进一步加速国产替代CAD的研发与应用。

值得一提的是，作为承载保利集团产业和金融发展战略的核心平台，保利资本高度关注CAD国产替代，曾投资拥有自主研发CAD技术的「数码大方」，以及全球首家专注建筑行业CAD+CAE智能化正向设计解决方案的「卓筑汇」。

移动CAD是中国企业弯道超车的机会点

在移动互联网和云计算的爆发，以及疫情常态化的背景下，给移动CAD、云CAD提供了巨大的机遇。由于传统软件巨头的产品已基本完善，码量极大，上云意味着重构与重新设计等复杂操作，而中国公司没有历史包袱，可以直接从云端架构开始，轻装上阵。因此，中国国产替代迎来了弯道超车的好机会，我国研发机构及企业应抓住机会，积极推动相关技术研发。

CAD等工业软件技术是一座高山，需要产学研多方力量联合起来，方能攻克。长期聚焦于建筑科技领域投资的保利资本也希望以投资表达价值判断，共同推动CAD的国产替代的发展。

参考文章：

追光几何： 《Onshape卖身4.7亿刀？那些年用过的CAD，你可知道它们的前世今生？》 

建筑实践：《浅谈CAD工程制图在建筑工程设计中的应用》 

CSDN: 《catia设计树_「分享」鸟巢的钢结构设计有多难？》 

bluentcad: Famous Architecture That Wouldn't Exist Without CAD Technology

东方证券：《工业软件之CAD行业报告：从海外工业软件巨头到中望软件》

投资界：《工业软件之痛》

知识自动化：林雪萍 | 《突围工业软件，谁是尖刀连》

虎嗅APP：《中国工业软件失落的30年》 

艾瑞咨询：《2021年全球移动CAD行业研究报告》

钛媒体APP：《百亿市场“卡脖子”，中国工业软件何时解困？》 

*本文引用的图片均来自上述参考文章 

本文来自微信公众号“保利资本”（ID:PolyCapital），36氪经授权发布。

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