面向?qū)傩缘膮?shù)化建模在Revit API中的應(yīng)用

賈盈平　李春祥

摘要： 為改進(jìn)目前構(gòu)件級建模過程存在的效率低問題，提出面向?qū)傩缘膮?shù)化建模過程.此方法使建模師不需要重復(fù)傳統(tǒng)建模操作，通過設(shè)置模型屬性參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和計算從而快速建模.以球面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為例，將參數(shù)化建模思想融入到Revit 二次開發(fā)技術(shù)中，借用VS開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)三維模型的快速生成.在操作時，用戶只需通過用戶界面輸入矢高、跨度和環(huán)數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)即可以完成模型的快速建立.通過此程序，還可以實(shí)現(xiàn)肋環(huán)形和施威德勒型2種類型的選擇，實(shí)時監(jiān)測設(shè)置的參數(shù)是否滿足規(guī)范要求.

關(guān)鍵詞： 建筑信息模型； 參數(shù)化建模； Revit API； 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)； 快速建模

中圖分類號： TU391文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Abstract： To improve the low efficiency problem of the component modeling process， an attribute-oriented parametrization modeling process is proposed. By the method， the model architect do not need to repeat the traditional steps. By setting some property arguments， all the related data can be calculated to realize the rapid modeling. Taking a spherical grid structure as the example， combining the parametrization modeling with the secondary development in Revit， the rapid creation of a 3D model is implemented by the VS development tools. During the model generation， the user only needs to input some parameters through user interface， such as vector height， span and ring number. By the program， the structure types can be chosen between the ribbed type and the Schwedler type. It can also monitor whether the parameters meet the requirements of the specification at real-time.

Key words： building information model； parametrization modeling； Revit API； grid structure； rapid modeling

0引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是計算機(jī)輔助設(shè)計與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，其使得建筑模型從獨(dú)立的二維CAD圖紙轉(zhuǎn)化為帶有參數(shù)信息的三維模型.雖然BIM設(shè)計具有數(shù)字建模、數(shù)據(jù)庫共享等優(yōu)點(diǎn)，然而設(shè)計師創(chuàng)建一個模型結(jié)構(gòu)時，必須對墻、梁、板等構(gòu)件級依次單獨(dú)建模，需要反復(fù)進(jìn)行剪切、拉伸等低級操作，影響模型創(chuàng)建質(zhì)量與效率.高效高質(zhì)量地完成BIM模型的創(chuàng)建，是BIM技術(shù)應(yīng)用中的重要環(huán)節(jié)之一.

本文闡述空間球面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)BIM模型創(chuàng)建過程中的問題，結(jié)合Revit二次開發(fā)技術(shù)和參數(shù)化建模思想，研發(fā)快速建模程序，實(shí)現(xiàn)可想即可現(xiàn)的創(chuàng)作過程.

1二次開發(fā)背景

1.1BIM技術(shù)

BIM是現(xiàn)今建筑行業(yè)信息化發(fā)展中備受關(guān)注的概念，包含建筑物所有信息.BIM使得工程設(shè)計具有數(shù)字建模、數(shù)據(jù)庫共享、模擬現(xiàn)實(shí)、協(xié)同性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時減少設(shè)計過程中的錯誤和疏漏，從而提高工程設(shè)計的質(zhì)量，縮短工程設(shè)計變更的時間，節(jié)約成本.[1-2]

BIM技術(shù)成為建筑業(yè)的寵兒.一方面，BIM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到五維數(shù)據(jù)庫模型，可建立與成本相關(guān)的時間、空間、工序維度關(guān)系，數(shù)據(jù)粒度處理能力達(dá)到構(gòu)件級，使實(shí)際成本數(shù)據(jù)的高效分析成為可能.另一方面，近幾年我國不斷出臺新的政策，號召BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用.2015年6月16日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見》，指明BIM應(yīng)用的重要意義和發(fā)展方向，提出“十三五”期間BIM的發(fā)展目標(biāo)：到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑、申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)新立項項目，BIM集成應(yīng)用的項目比率達(dá)到90%.

1.2參數(shù)化設(shè)計

參數(shù)化設(shè)計是將建筑構(gòu)件的各種真實(shí)屬性通過參數(shù)的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算.參數(shù)化建模就是通過分析結(jié)構(gòu)自身的構(gòu)成規(guī)律，通過若干控制參數(shù)快速生成結(jié)構(gòu)模型[3]，是由參數(shù)（變量）而不是由數(shù)字建立的模型，僅簡單改變模型中的參數(shù)值就能建立新的模型.

1.3二次開發(fā)的必要性

Revit系列是由Autodesk公司研發(fā)的一款三維模型創(chuàng)建軟件，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)化和可視化，是BIM技術(shù)應(yīng)用的主要軟件之一，包括：Revit Architecture（建筑），Revit MEP（機(jī)電）和Revit Structure（結(jié)構(gòu)）.Revit Structure可以實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的創(chuàng)建和顯示，并且可以通過參數(shù)模型整合各種項目的數(shù)據(jù)信息使其在項目的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，避免后期工程計算、施工管理、工程運(yùn)營維護(hù)等方面的重復(fù)建模，實(shí)現(xiàn)項目各參與方的協(xié)同合作.[4]

空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在大跨度、大剛度、桿件材料單一的工程中廣泛應(yīng)用.單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是空間曲面結(jié)構(gòu)類型之一，主要分為6種，見圖1.由于空間曲面復(fù)雜，單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，節(jié)點(diǎn)與單元的連接繁瑣，因此運(yùn)用Revit進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模的過程中，工程師不得不耗費(fèi)大量的時間和精力，不能將工作的重點(diǎn)集中在對計算結(jié)果和方案性能的分析優(yōu)化上.[5]

Revit通常通過創(chuàng)建體量模型的方式創(chuàng)建網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵步驟如下.

（1）創(chuàng)建公制體量rft模型.首先在需要的參照平面上創(chuàng)建圓形模型線，然后創(chuàng)建形狀，可選擇空心形狀，外形選擇球形.

（2）劃分網(wǎng)格.單擊“分割表面”進(jìn)行UV網(wǎng)格的劃分.通過網(wǎng)格屬性，可以分別設(shè)置U和V網(wǎng)格的數(shù)量、間距和旋轉(zhuǎn)角度.

（3）載入項目.填充圖案，添加材質(zhì)將模型載入到相關(guān)項目中.

利用此方法，除操作步驟復(fù)雜外，模型質(zhì)量還存在以下幾方面的問題：（1）實(shí)際的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由一根根桿系所組成的實(shí)體，并不是光滑的彎曲界面；（2）UV網(wǎng)格的劃分只有2條交錯線，不能直接實(shí)現(xiàn)斜肋第3種線的添加；（3）在UV網(wǎng)格的工作平面下，頂點(diǎn)為水平面分布，雖然網(wǎng)格方向可以改變，但都是基于平面內(nèi)角度的旋轉(zhuǎn)，而實(shí)際情況卻需要垂直面方向.Revit UV網(wǎng)格視圖見圖2.

針對上述情況，基于Revit開發(fā)平臺，對球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的建模過程進(jìn)行二次開發(fā)，研發(fā)一款快速生成球面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的程序.利用本程序建模可擺脫繁瑣重復(fù)的構(gòu)件編輯，由物理坐標(biāo)建模轉(zhuǎn)化為功能建模，由組件級別的單一數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)化為整體模型數(shù)據(jù)庫的后臺計算，真正實(shí)現(xiàn)滿足功能的可想即可現(xiàn)的創(chuàng)作過程.另一方面，程序?qū)⒁?guī)范要求和構(gòu)件之間的約束限制自動加入到模型創(chuàng)建過程中.以往的結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建完成后，除受力計算分析外，還需要再次檢查是否滿足構(gòu)造要求，若設(shè)計不合理需要重復(fù)設(shè)計，浪費(fèi)時間與精力.本文設(shè)計將各個參數(shù)的限制條件編進(jìn)程序后臺，當(dāng)不滿足條件限制時立即報錯，實(shí)時確保設(shè)計規(guī)范合理.這種設(shè)計模式不僅節(jié)約時間、減少疏漏錯誤，而且使得整個創(chuàng)作過程簡潔明了，設(shè)計師創(chuàng)作目的明確，也為非專業(yè)建模人員帶來便利.

2系統(tǒng)需求和運(yùn)行環(huán)境

用戶可以通過Revit的API，借助Visual Basic.NET，C#以及C++/CLI等任何與.NET兼容的編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的開發(fā).[6-7]

Revit主要通過2種方式擴(kuò)展其功能.一種方式是添加外部應(yīng)用（ExternalApplication），這種方式需要新建一個類實(shí)現(xiàn)IExternalApplication接口，此接口通過2個抽象函數(shù)OnStartup和OnShoutdown分別制定在Revit啟動和關(guān)閉時所需的功能.采用此方法需要設(shè)計界面編程，添加一個菜單或工具條，涉及到Button，Panel和RibbonTab等控件，最后通過C：＼ProgramData＼Autodesk＼Revit＼Addin目錄下的addin文件加載程序命令.另一種方式是創(chuàng)建外部命令（ExternalCommand），這種方式由用戶點(diǎn)擊添加的命令按鈕啟動二次開發(fā)生成的相應(yīng)命令.這種方法可以隨時進(jìn)行代碼的調(diào)試，無須重啟軟件，方便快捷，創(chuàng)建外部命令流程見圖3，關(guān)鍵步驟為重載Execute（）函數(shù).本文采用第二種方法，借用Microsoft Visual Studio 2012平臺，以Revit API 2015為依據(jù)，采用C#編程語言以及Microsoft .NET Framework 4.5和Revit 2014系列軟件.

3開發(fā)思路

3.1參數(shù)設(shè)計

球面網(wǎng)殼的主要幾何參數(shù)為：矢高H，m；跨度S，m；節(jié)點(diǎn)的環(huán)數(shù)M，個；每環(huán)的網(wǎng)格數(shù)N，個.對任意節(jié)點(diǎn)先按照一定規(guī)則進(jìn)行編號Pk i（Xk i，Yk i，Zk），其中i和k都為整數(shù)，k為網(wǎng)格環(huán)數(shù)的序號，i則代表第k個網(wǎng)格環(huán)中的各節(jié)點(diǎn)順序；然后根據(jù)參數(shù)確定節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置[8-9]，見圖4.

3.2功能實(shí)現(xiàn)

開發(fā)的主要工作為網(wǎng)殼模型的創(chuàng)建和窗體界面數(shù)據(jù)的綁定.網(wǎng)殼模型創(chuàng)建的編寫思路如下.

第一步，生成三維點(diǎn)P（x，y，z）.根據(jù)界面輸入?yún)?shù)，調(diào)用函數(shù)Math.Sin（）和Math.Cos（）.由于球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)各個節(jié)點(diǎn)分布具有一定規(guī)律性，此過程需要調(diào)用2次嵌套循環(huán).

第二步，創(chuàng)建點(diǎn)點(diǎn)連接，涉及到緯向連接、縱向連接和斜肋連接.首先創(chuàng)建線的集合List curves = new List（），利用上一步生成的P（x，y，z），通過函數(shù) curves.Add（）實(shí)現(xiàn)各個節(jié)點(diǎn)的連接.

第三步，創(chuàng)建整體模型.調(diào)用類Creatcure中方法public static ListDrawModelCurves （Document revitDoc， List curves， Transform Trf = null）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)殼整體的創(chuàng)建.

窗體界面主要實(shí)現(xiàn)用戶界面輸入數(shù)據(jù)與后臺網(wǎng)格計算數(shù)據(jù)參數(shù)的綁定.完成核心代碼的編寫后，實(shí)現(xiàn)IExternal Command接口，重載Execute（）方法.Execute（）調(diào)用方法如下.

try

{

Form1 mainwindow = new Form1（）；

mainwindow.Show（）；

}

catch （Exception ex）

{

message = ex.Message；

return Result.Failed；

}

4程序運(yùn)用

程序的設(shè)置界面見圖5.利用本程序可以實(shí)現(xiàn)快速生成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型，真正實(shí)現(xiàn)可想即可現(xiàn)的設(shè)計理念.用戶通過“附加模塊”命令加載本程序，設(shè)置參數(shù)值，點(diǎn)擊“生成”，完成結(jié)構(gòu)的快速創(chuàng)建.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置中的跨度、矢高單位為“米”，環(huán)數(shù)即徑向桿件數(shù)和每環(huán)的網(wǎng)格數(shù)即緯向桿件數(shù)單位為“個”.勾選添加斜桿生成施威德勒型球面網(wǎng)殼，反之則為肋環(huán)型球面網(wǎng)殼.

所有參數(shù)值必須經(jīng)過計算確定，滿足矢跨比和穩(wěn)定性等各項設(shè)計規(guī)范.例如JGJ 7—2010《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.3.1規(guī)定，球面網(wǎng)殼的矢跨比不宜小于1/7，單層球面網(wǎng)殼的跨度（平面直徑）不宜大于80 m[10].因此，當(dāng)輸入跨度為50，矢高為7時會彈出警示，見圖6.

5結(jié)束語

本文以球面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為例，分析目前構(gòu)件級別建模中存在的問題，結(jié)合目前參數(shù)化建模技術(shù)的應(yīng)用，提出面向?qū)傩缘膮?shù)化級建模思路.利用Revit API技術(shù)，研發(fā)通過界面參數(shù)實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)建網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的程序.該程序不僅可以實(shí)現(xiàn)施威德勒型和肋環(huán)型2種類型網(wǎng)殼的創(chuàng)建，同時還可以實(shí)時監(jiān)測參數(shù)是否滿足規(guī)范要求.使用本程序，專業(yè)建模師可以提高建模效率，跨專業(yè)人員也可以根據(jù)需求快速建模.本文研發(fā)思想，可為Revit在其他方面的二次開發(fā)提供借鑒.參考文獻(xiàn)：

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（編輯于杰）