基于Revit二次曲面網殼參數化建模的研究

丁曉宇 王子茹

(大連理工大學建設工程學部，遼寧 大連 116024)

·計算機技術及應用·

基于Revit二次曲面網殼參數化建模的研究

丁曉宇 王子茹*

(大連理工大學建設工程學部，遼寧 大連 116024)

針對Revit二次開發的參數化設計技術問題，使用C#編程語言和API類庫，結合JGJ 7—2010空間網格結構技術規程，開發出了單層二次曲面網殼結構的參數化設計插件，實現了二次曲面網殼結構在Revit視圖中的自動生成。

Revit，二次開發，二次曲面網殼，參數化設計

0 引言

網殼是一種空間桿系結構，具有造型優美、受力合理、造價低等特點，備受建筑師青睞，多用于體育場館、會展中心等公共建筑物中[1]。常見網殼結構形式有圓柱面網殼、球面網殼、雙曲拋物面網殼、橢圓拋物面網殼等。該結構節點和桿件數量巨大，但傳統的設計方法仍是以手工建模為主。近年來，隨著信息技術的飛速發展，計算機及相關軟件在網殼結構設計領域中的應用日益廣泛[2,3]，尤其是建筑信息模型(BIM)技術的出現，大大提高了網殼設計及施工的效率[4]。

作為BIM重要建模軟件之一的Revit，因具有友好的界面和便捷的使用性及參數化設計理念，成為應用研究的熱點。文獻[5]通過對Revit Structure進行二次開發，實現了單層球面網格的參數化生成。文獻[6]闡述了如何利用概念體量進行空間網架的建模和工程量統計。從已有文獻看，Revit二次曲面網殼設計主要是依賴于菜單欄命令，對于需要處理大量坐標數據的網殼模型工作量大且易出錯。

本文在已有研究成果的基礎上，結合網殼建模過程，應用Revit API實現具有對橢圓拋物面、雙曲拋物面等網殼結構的快速建模功能。

1 程序開發設計流程

本文基于Visual Studio2010程序設計平臺，使用C#編程語言，通過API 接口對建模功能實現擴展。程序開發主要分成兩部分，建模功能的實現及用戶界面的生成。

1.1 建模過程

Revit二次開發要遵循API的應用流程，程序設計步驟如圖1所示。創建模型的過程在Execute()方法里實現。通過XYZ()確定節點坐標，ReferencePointArray()創建并儲存節點和CurveByPoints()函數創建桿系軸線，完成基本模型的繪制。

1.2 界面生成

通過IExternal Command接口派生類，在OnStratup和OnShutup函數里創建Ribbon控件，實現在工具欄“附加模塊”中添加下拉按鈕功能。用戶可以通過點擊按鈕輸入控制參數完成網殼模型創建。

該插件共定義三種常用單層二次曲面網殼模型類，包括橢圓拋物面、雙曲拋物面及對數拋物面(見圖2)。因此在用戶界面中創建三組下拉菜單，根據桿件布置的不同，每組菜單中包含2種～3種網殼形式。

2 二次曲面參數化模型構建

2.1 幾何描述與控制參數

以雙曲拋物面為例(如圖3所示)，雙曲拋物面是由一直母線(AD)沿兩條交叉的兩直導線(AB，CD)運動，運動中所有素線始終平行某一導平面(平面Q)而形成的曲面[7]。如果能在曲面上找到若干個等分點，取為節點，通過桿件連接就可以最大程度擬合雙曲拋物面網殼骨架。

如圖3所示，根據雙曲拋物面的成形可知，控制一個雙曲拋物面網殼的主要幾何參數有：直導線水平投影ab長(a)、導線間距離水平投影寬ad(b)、矢高Aa，Cc(f1，f2)及劃分網格數(Kn，Kx)。

2.2 模型構建

根據現行JGJ 7—2010空間網格技術規程，雙曲拋物面分為桿件沿直紋布置和桿件沿主曲率布置兩種，本文以桿件沿主曲率布置為例詳細介紹該網殼幾何建模方法。

2.2.1 節點坐標創建

根據規程單層雙曲拋物面網殼跨度不宜大于60 m，限制兩條導線長度及距離。以矢高為跨度1/2～1/4為設計基準控制基線空間表達式的斜率及節點坐標間距。

兩條基線空間表達式為：

AB：z=k1x。

其中，k1=f1/a(0≤x≤a)。

CD：z=k2x+c。

其中，k2=-f2/a，c=f2(0≤x≤a)。

按照設計要求將AB，CD兩條導線等分，等分數為Kn，則每條導線上節點數為Kn+1。其他節點可以通過導線上各節點依次連線后定量等分各線段得到。

for (xctr=0;xctr

{

for (yctr=0;yctr

{

z1=f1/a*xctr;

z2=-f2/a*xctr+f2;

zctr=(yctr-y1)*(z2-z1)/(y2-y1)+z1;

XYZ hyp_xyz=new XYZ(xctr,yctr,zctr);

yctr=yctr+b/M;

ReferencePoint ep=doc.FamilyCreate.NewReferencePoint(hyp_xyz);

a[i, j]=ep;

}

xctr=xctr+a/N;

}

2.2.2 桿件創建

自適應構件是一種可以靈活變形而又保持構件之間相互關系的族模型。通過自適應族手動創建自適應桿件。桿件參數包括：鋼管厚度t，內徑d，外徑D，鋼管型號及材料特性等信息。桿件模型如圖4所示。

桿件沿主曲率布置的桿件類型分為：左斜桿件、右斜桿件及沿曲率方向桿件，如圖5所示。在生成節點程序中，已經通過a[i,j]記錄節點坐標并將各節點編號。

1)左斜桿件，首先判斷該節點是否為第i行最后一個節點，判斷為否，則a[i,j]節點與a[i,j+1]節點相連。判斷為是，循環跳到i+1行重復命令。

2)右斜桿件，判斷該節點是否為第j列最后一個節點，判斷為否，則a[i,j]節點與a[i+1,j]節點相連。判斷為是，循環跳到j+1列重復命令。

3)沿曲率方向桿件，從第i行第二個節點開始，a[i,j]節點與a[i+1,j-1]節點相連。若不是最后一行，循環跳到i+1行重復命令。

3 應用實例

3.1 基本設計資料

某體育館屋蓋結構設計中采用了雙曲拋物面單層網殼結構體系。根據JGJ 7—2010空間網格結構技術規程以及以往的設計經驗，結構模型初選選用材料如下：網殼中桿件為P48×3規格無縫鋼管，材料Q345B；網殼節點取D120×10空心鋼球，材料Q345B；邊梁AB,CD的水平投影為8 m，BC,AD梁為7 m。A點標高為5 m，C點為3.5 m，B和D都為1.5 m(矢高f1=3.5 m，f2=2 m)。

3.2 參數化生成

啟動Revit 2014，新建概念體量。在“附加模塊”選項板上選擇已經加載完成的二次曲面網殼插件，點擊“雙曲拋物面網殼”(如圖6所示)。將設計參數輸入到彈出的對話框中(如圖7所示)。

待程序運行加載后生成雙曲拋物面單層網殼結構模型，如圖8所示。該結構模型可以通過“族編輯器”載入到項目中，進而可生成施工圖，完成設計。

4 結語

本文介紹了Revit插件程序開發的設計流程，以及通過使用API接口實現了雙曲拋物面單層網殼結構模型在Revit視圖中參數化生成。實例表明，該插件具有界面操作便捷、設計符合各項規范要求的特點；彌補了軟件本身對曲面建模的欠缺；與以往傳統建模方式相比，該插件提高生產效率，使設計人員從繁瑣的建模過程中解放出來，有更多的精力用于網殼優化。該插件在設計大型公用設施上具有一定應用價值。

[1] 董石麟，趙 陽.論空間結構的形式和分類[J].土木工程學報,2004,37(1):7-12.

[2] 吳 靜，鹿曉陽.基于ANSYS的四種典型施威德勒型球面網殼參數化建模[J].山東建筑大學學報,2012(6):584-587.

[3] 潘建軍，趙永福，黃希民，等.基于AutoCAD2002的網殼三維建模[J].新疆石油科技,2004(4):52-55.

[4] 張 泳.建筑信息模型(BIM)的概念框架[J].價值工程,2012(8):33-34.

[5] 薛忠華，謝步瀛.Revit在空間網格結構參數化建模中的應用[J].計算機輔助工程,2013(2):58-63.

[6] 李忠富，付 超.BIM技術在空間網架建模與快速估價中的應用[J].工程管理學報,2014(8):94-97.

[7] 王子茹，賈艾晨.畫法幾何及工程制圖[M].北京:人民交通出版社,2001：82-84.

Abstract: This paper developes a plug-in for parametric design of single quadratic reticulated shell structure, especially solving the lack of curve modeling in Revit. Based on C# programming language, Revit API class library and JGJ 7—2010SpatialGridStructureTechnicalSpecification.

Key words: Revit， secondary development， quadratic reticulated shell， parametric design

Second development realize parametric modeling of reticulated shell based on Revit

Ding Xiaoyu Wang Ziru*

(FacultyofInfrastructureEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)

1009-6825(2016)15-0256-03

2016-03-03

丁曉宇(1991- )，女，在讀碩士

王子茹(1955- )，女，博士，博士生導師，教授

TP317.4

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