基于Revit柱結構模型設計研究

張維錦，龍 偉，龔鵬程

（華東交通大學土木建筑學院，江西 南昌 330013）

基于Revit柱結構模型設計研究

張維錦，龍 偉，龔鵬程

（華東交通大學土木建筑學院，江西 南昌 330013）

Revit作為一款三維參數化建筑設計軟件，在建筑行業內受到廣泛應用。研究如何讀取柱平法施工圖紙信息來快速實現三維建模和鋼筋配置，提出一種基于Revit建筑設計的三維模型重建方法。該方法通過鏈接柱CAD圖紙為處理對象，以Revit二次開發為主要技術路線，調用Revit API函數進行編程，讀取柱構件數據信息，最終實現柱結構三維模型快速生成。在Revit中通過對大量的柱結構施工圖紙進行測試應用，能夠準確讀取、識別圖紙中信息并將柱結構施工圖紙二維信息快速轉化為三維的建筑信息模型，提高柱結構三維建模效率。

BIM；結構柱；結構施工圖；鋼筋；Revit二次開發

建筑信息模型（building informationmodeling，BIM）作為一種全新的理念和技術，在建筑行業內得到廣泛應用。BIM技術以數據信息作為建筑模型創建的基礎，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，為用戶提供三維的建筑模型。BIM是以三維數字技術為基礎建立虛擬的建筑模型，它能完美的解決在傳統設計中遇到的各種信息遺漏、錯誤、缺失等問題。在BIM模型中，整個建筑模型和整套設計文件都被保存在一個集成數據庫中，所有內容都是參數化且具有相互關聯性[1]。我國建筑業己逐步開始向技術、服務、能力競爭方向轉變，新的以建筑結構數字化和“互聯網+”為主要特點的建設模式必將成為未來建筑業的主流路線。BIM技術涵蓋了整個建筑工程全生命周期的信息，實現建筑工程項目中各個階段、不同專業之間的信息集成和共享，它的可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等優點，提高設計效率、維護質量更好、能效更高的建筑，對提高建筑業的信息技術化管理水平具有重要意義[2]。

在Revit中要實現讀取柱CAD圖紙來進行快速三維建模和鋼筋配置，根據柱結構設計特點進行參數化模型設計。柱平面整體配筋圖系在柱平面布置圖上采用列表注寫方式或截面注寫方式[3]。建筑結構施工圖平面整體設計方法，簡稱平法。平法表達形式是把結構構件的尺寸和配筋等信息，按照平面整體表示方法制圖規則，各類構件整體表達在結構平面圖上，再與標準構造詳圖相配合，即構成一套新型完整的結構設計圖[3]。平法改變了原來傳統繪制詳圖構件的繁瑣方法，使每張圖紙要表達的信息清晰、完整，極大提高了設計質量。隨著計算機技術和科學不斷發展，BIM技術在建筑行業內得到廣泛運用，同時也對項目建設管理運行的效率和各階段施工成本控制也提出了更高的要求。傳統圖紙不能滿足現在施工和設計要求，構件信息表達不完整、鋼筋定位不準確、施工圖紙內容容易出現錯漏，給現場施工帶來很大的困難，所以必須借助第三方軟件才可以進行高效設計；另一方面，很多新設計的建筑物越來越復雜多樣化，功能越來越龐大，施工難度大，傳統的二維設計已經難以勝任[4]。以柱平法施工圖設計原則為基礎，結合實際工程案例，通過鏈接CAD圖紙到Revit中，根據Revit二次開發編寫好的程序對柱結構快速三維重建，并將其應用到實際工程。

1 Revit二次開發

1.1 Revit簡介

Revit軟件是由Autodesk公司開發的，是能比較完整的構建建筑信息模型軟件，能夠幫助設計師設計質量更好、更高效、更美觀的建筑。在Revit模型中，所有的圖紙、二維視圖和三維視圖以及明細表都是同一個基本建筑模型數據庫信息表達形式，它可以對整個工程項目全生命周期信息實現相互共享和傳遞。

Revit是創建有效的信息化建筑模型設計工具，與傳統CAD設計相比，它打破二維設計中平立剖視圖各自獨立、互不相關的協調模式，為用戶實現快速創建工程項目的三維BIM建筑模型提供快捷方法。目前Revit軟件已經將Revit Architecture、Revit Structure、RevitMEP合為一款軟件。Revit Structure是建筑結構設計重點模塊，為結構工程師和建筑設計師提供一項重要制圖工具，可以更加精確地設計和建造高效的建筑結構。盡管Revit Structure模塊中沒有直接提供進行的結構計算，但它還是為結構設計人員的結構計算“前處理”和“后處理”工作帶來了便利。在Revit中繪制的模型可以在二維視圖和三維視圖狀態下隨時修改，在三維視圖下修改某圖元，二維視圖中圖元也隨之自動修改，所以在Revit中三維視圖和二維視圖模型信息是同步且具有聯動性的，一處修改或更新，各視圖中相應信息也隨之修改或更新，非常方便三維協同設計。Revit具有結構設計和結構建模強大功能，可以將復雜物理模型和單獨可編輯模型進行集成，最主要為結構分析軟件提供雙向連接的可編程API接口。Revit軟件還為用戶提供大量建筑結構元素類型、族實例，如果沒有用戶想要的族類型，Revit還提供讓用戶可以自己定義族，實現特定結構構件設計創造，Revit軟件已在國內BIM應用中相當廣泛。

1.2 Revit API函數

Revit API（application programming interface）是Revit軟件專門為用戶提供的應用程序接口，用戶可以通過這接口將他們的應用程序集成到Autodesk Revit系列產品中，擴展產品的功能。Revit API可以訪問模型的圖形數據、參數數據、創建插件來完成一系列重復性工作的自動化和創建、修改、刪除元素等作用。Revit強大的建模工具和全面準確的建筑數據為建筑信息化打下了堅實的基礎。借助Revit API，第三方軟件提供商可以補充Revit的功能，提供在建筑生命周期中所需要的插件[5]。Revit API允許用戶通過任何與.NET兼容的語言來編程，本文主要通過C#語言進行編程。

Revit API實現插件必須繼承的接口IExternalCommand（外部命令）和IExternalApplication（外部應用）。用戶可以通過外部命令來添加自己編好應用插件，通過加載Revit.addin文件來識別和加載外部插件，外部命令接口是一個抽象函數Excute，重載這個函數來時實現外部命令，Excute函數將作為外部命令的主函數被調用[6]。用戶同樣可以通過外部應用來添加自己創建插件，外部應用主要用來創建功能面板，片段代碼如下：

public class Class1:Autodesk.Revit.UI.IExternalApplication

public Autodesk.Revit.UI.Result On Startup(UI Controlled Application application)//創建面板String tabName=“建筑翻模”；

Ribbon Panel panel=application.Create Ribbon Panel(tabName,“結構”)；

2 柱的快速建模

Revit中提供了建筑柱和結構柱兩種創建方法，建筑柱和結構柱的創建方法雖然不同，但它們編輯方法完全一樣，這里主要創建是結構柱。結構柱用于對建筑中的垂直承重圖元建模，盡管結構柱與建筑柱共享相同屬性，但結構柱還是具有許多由它自己的配置和行業標準定義的其他屬性。在行為方面，結構柱也與建筑柱不同，結構圖元（如：梁、支撐和獨立基礎）與建結構柱連接；它們不與建筑柱連接。

創建矩形柱和T形柱可以用Revit中提供已建好柱系統族，只要按照圖紙說明對矩形柱和T形柱進行尺寸、材料等信息進行相應修改編輯即可。我們這里不用系統提供創建好的結構柱，根據實際需求自己通過定義來創建結構柱。首先，創建柱的族文檔，這時打開族模板對矩形柱進行設計，繪制參照平面或者參照線，主要用來定位柱每一個面，它們可以定位和驅動柱模型。在我們打開公制結構柱族模板中，平面視圖已經默認有兩個參照平面，分別為X，Y平面方向，它們交點默認是坐標原點，也就是結構柱插入點，這兩個參照平面默認被鎖定并且參照平面不能被用戶刪除。一般情況下不要去解鎖且刪除默認的參照平面，否則導致創建結構柱時原點以發生改變，造成無法在項目文檔中正確使用。創建4條邊界線，把4條邊界線添加到數組中，圍成一個矩形。這時創建好矩形平面視圖。根據圖紙中柱高度來創建柱拉伸實體高度，通過在平面視圖中已經創建好的封閉矩形朝Z軸方向進行拉伸，這樣就創建結構柱拉伸實體。對平面視圖注釋，然后將實體的面拉到與參照平面對齊并鎖住，這時只需要對參照平面進行操作就能實現對實體操作即驅動實體模型。最后編輯和創建柱族參數，族參數是族文檔核心。族參數按照族參數類型可以分為3類：共享族參數，可以由多個項目和族共享；一般參數，在Revit中有一個預定義參數類型，當參數類型確定后，參數可實現的操作也就確定了；族類型參數，它使用的是Revit中預定義的類別，只有在該類別下的族類型可以設置為此參數的值，它主要是用來支持一個族文檔嵌套到另一個族文檔中類型參數。按照族參數的作用范圍可分為兩類：類型參數，綁定于一個族的類型；實例參數，綁定于一個族的實例，這里把柱參數設置為參數類型。建筑結構模型中每種構件圖元都是有材料的，柱的主要材料是混凝土。材料控制著模型圖元在視圖和渲染圖像中的顯示方式，也主要用于結構分析和鋼筋依附，所以為柱添加材料，主要調用API函數里根據以上創建結構柱步驟，實現對矩形柱和T形柱創建。根據圖1所示柱參數信息來創建結構柱，通過在Revit中執行代碼程序，完成結構柱的創建，柱的三維模型視圖顯示如圖2所示。

圖1 矩形和T形柱（mm）Fig.1 Rectangular and T-shape columns（mm）

圖2 三維視圖Fig.2 3D views

柱創建完成后，可以通過過濾器來過濾出當前柱，并且讀取當前柱的參數信息。部分代碼如下，矩形和T形柱參數信息如圖3所示。

圖3 柱參數信息Fig.3 The column parameter information

doublehh=sym1.LookupParameter（“h”）.As-Double();//讀取柱高度參數；

Paramete toplevel=column.get_Parameter（BuiltInParameter.FAMILY_TOP_LEVEL_ PARAM）；

ICollectionmater=column.GetMaterialIds（false）；//獲得材料；

3 柱的快速配筋

創建柱結構模型核心就是鋼筋布置。在Revit中提供鋼筋創建方法，主要是通過對二維視圖中要配筋圖元進行剖切，然后轉換到剖面視圖中對其鋼筋設置。此方法過程復雜、繁瑣，配筋速度慢，且立面視圖剖切不準確對鋼筋配置造成極大難度，所以研究在Revit中如何快速創建鋼筋具有重要意義。

鋼筋必須寄托在宿主上，創建鋼筋時首先找到宿主元素，根據宿主平面視圖中幾何信息來設計鋼筋。Revit中布置鋼筋首先確定鋼筋定位點即插入坐標點，然后根據柱截面幾何信息進行鋼筋定位點計算，確定縱筋、箍筋、拉筋位置坐標值，最后完成柱結構模型鋼筋配置。矩形柱鋼筋創建方法相對簡單，鋼筋主要是由端部縱筋、中部縱筋、箍筋、拉筋組成，只要確定各個鋼筋坐標點位置，就可以進行鋼筋創建。矩形柱鋼筋參數模型如圖4所示。

圖4 矩形柱鋼筋參數化模型Fig.4 The rebar parametermodel of rectangular column

模型中b，h為矩形寬度和長度；兩條虛線相交點（創建柱時兩個參照平面X和Y方向的交點）為矩形柱布置插入點，定義為坐標原點O（x0，y0）；Revit中創建鋼筋核心就是找出所有鋼筋布置定位點，設x1～x10表示縱筋定位點坐標；P1～P8表示箍筋定位點坐標；P9，P10表示拉筋定位點坐標；n1，n2，n5表示縱筋根數；d1，d2，d5表示縱筋直徑；n3，n4，d3，d4分別表示箍筋的根數和直徑；n6、d6拉筋的根數和直徑；假設鋼筋混凝土保護層厚度為c，d1=d2=d5，d2=d4=d6；根據幾何關系推導出縱筋、箍筋和拉筋定位點坐標值，為鋼筋定位點坐標值如表1所示。

表1 鋼筋定位點坐標值Tab.1 Coordinate value of rebar locations

縱筋定位坐標點x2，x3，x5，x7，x8，x10不需要計算出它們坐標值，通過4個角點布置的縱筋來陣列出其它方向上的縱筋，箍筋坐標點P5，P6，P7，P8同樣方法計算出坐標值。鋼筋定位點坐標值計算出來后，就調用Revit API函數來快速創建鋼筋，部分代碼如下：

Rebar rebar1=Rebar.CreateFromCurve(doc,Rebar Style.Standard,barType,null,null,column,

normal,curves1,RebarHookOrientation.Left,RebarHook Orientation.Right,true,true)；//創建縱筋

Rebar rebar11=Rebar.CreateFromCurves(doc,Rebar Style.StirrupTie,bar Type1,hookType1,

hook Type1,column,normal11,curves11,Rebar Hook Orientation.Left,Rebar Hook Orientation. Left,true,true);//創建箍筋、拉筋

在Revit中執行上述代碼后，矩形柱鋼筋創建完成，T形柱也是一樣創建方法，三維視圖效果展示如圖5所示。

圖5 鋼筋三維視圖Fig.5 The 3D view of rebar

4 結語

BIM技術應用越來越廣泛，通過對Revit軟件進行二次開發，可以更好地完善和拓展Revit功能，快速完成建筑結構模型創建和鋼筋配置。Revit API函數功能強大，不僅能實現上述結構柱創建，而且還可以調用API其它函數去實現軸網、標高、墻、梁、板、標注等建筑結構模型的快速生成，節省時間、減少重復性工作、加快繪圖速度。今后，Revit二次開發還是非常有必要的，它有利于節省工程成本、提高設計質量、能適應復雜性工程、極大提高BIM建模效率，在實踐應用中取得良好的效果。

[1]楊靜.基于BIM的剪力墻結構參數化設計研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2016：2-10.

[2]李艷妮.基于BIM的建筑結構模型的研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012：1-5.

[3]中國建筑標準設計研究院.11G-101-1混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[4]徐迪.基于Revit的建筑結構輔助建模系統開發[J].土木建筑工程信息技術，2012（3）：71-77.

[5]徐迪，潘東嬰，謝步瀛.基于BIM的結構平面布置圖的三維重建[J].結構工程師，2011，27（5）：17-21.

[6]AUTODESK REVIT二次開發基礎教程[M].上海：同濟大學出版社，2015：1-8.

[7]何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術，2010（4）：110-117.

[8]中國建筑標準設計研究院.12G-901-1混凝土結構施工鋼筋排布規則與構造詳圖[S].北京：中國計劃出版社，2012.

On Modeling Design of Column Structure Based on Revit

ZhangWeijin，LongWei，Gong Pengcheng
（School of Civil Engineering and Architecture，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）

Revit,the architecture design software of three-dimension parameter，is widely used in construction industry.This study exploreshow to read the construction drawing information of frame column planemethod in order to quickly realize three-dimensionalmodeling and reinforcement layout.Then，it proposes a reconstructionmethod of three-dimensionalmodel based on Revit.Taking the link column CAD drawing as the research object and using secondary development of Revitas themain technology，it carries out programming by Revit API function，reads data information of the column components and then establishes three-dimensionalmodel.of the column structure.Through a large number of application tests of Revit，it is found that secondary development of Revitmay transform the two-dimensional information of column construction drawings into three-dimensional construction informationmodeling by reading and identifying precisely construction drawings information of column structure，which would greatly improve three-dimensionalmodeling efficiency of structure columns.

BIM；structure column；structuralworking drawing；rebar；Revit secondary development

1005-0523（2017）05-0007-05

T U375.3

A

2017－04－12

江西省教育廳科學技術研究項目（150549）

張維錦（1962—），男，副教授，研究方向為三維 CAD及算量軟件的開發與應用。

（責任編輯 王建華）