基于Revit的正向設計族庫建設研究

(廣東省建筑設計研究院，廣州 510010)

1 背景

Revit軟件的主要功能是在三維模型環境中，充分利用Revit族搭建可視化三維模型。從Revit的建模角度和最終CAD二維圖紙成果出發，實現BIM正向設計，不僅需要設置Revit樣板文件(包括對線樣式，對象樣式，管道顏色和圖層顏色等)[1]，而且還要準備充足的族構件，便于在設計過程能夠實時調用。

族是構成Revit文件的基礎元素，在Revit軟件中，族的類型包括系統族和外載入族兩種形式，如圖1所示。系統族存放在Revit項目文件或項目樣板中，主要用于創建項目的基本圖元，如標高、軸網、視圖、墻、樓板、天花板等。外載入族可作為一種獨立格式的文件存放，包括體量族、模型類別族和注釋類別族，并有獨立的族編輯工具，允許軟件使用者自定義創建。

族的管理對象包括系統族和外載入族，系統族只能依托于項目和樣板文件存在，對于這一類型的族主要通過樣板定制過程中，進行存儲和設置，不同類型的工程設計項目可以對樣板文件獨立設置，在項目實施過程中可以直接調用。外載入族的存儲管理同樣可以利用Revit樣板文件進行存儲，但由于族類的種類繁多，后期導致樣板文件比較繁重，可利用族庫管理工具進行歸檔存儲。下文主要就族庫的應用管理展開分析，分析建設BIM正向設計族庫工具的功能需求，以及系統架構。

圖1 Revit族類型

2 常見族庫工具的功能

目前，國內常見的族庫主要有Revit自帶族庫和第三方插件族庫，如天正族庫、鴻業族庫、探索者族庫、構件塢、族庫大師等。軟件自帶的族庫通過劃分專業類型，利用文件夾歸類存儲，滿足基本的建模需求。

第三方族庫插件主要利用Revit SDK對Revit進行二次開發，在Revit中主要通過繼承接口類IExternalCommand和IExternalApplication實現外部命令和外部應用的加載[2]，開發族庫插件，通過項目文件調用工具命令，實現族構件的集成管理。對比現有的幾個族庫的管理功能，基本功能有歸類、存儲、檢索、三維預覽、族編輯等。如圖2所示。

1)歸類：以樹狀列表或文件夾目錄架構，按照專業類型，工程實施階段，類型進行劃分歸類；

2)存儲：存儲的方式包括云存儲和本地計算機存儲，根據已有分類排序方式，軟件使用者可將族構件存儲到對應類型的目錄文件中。

3)檢索：族庫插件通過搜索引擎技術，軟件使用者可通過搜索工具查找需要的族構件。

4)三維預覽：通過Revit API開發接口，軟件使用者在調用和下載族構件的同時，可通過預覽窗口功能篩選適用的族構件。

5)族編輯：通過Revit API開發接口，軟件使用者可通過相應的命令按鈕，跳轉至Revit“族編輯器”，查看族的參數信息和編輯族；

圖2 族庫基本功能

3 常見族庫工具存在的問題

實現Revit平臺下的BIM正向設計，從實施的主體元素和最終的成果表達分析，主要包括兩個方面，分別為各專業的三維模型以及二維CAD圖面表達。各專業的三維模型通過族搭接形成，且各設計階段模型的精細度不同，要求構件族能以不同的模型精度進行表達。而各專業的二維CAD圖紙主要通過Revit軟件導出，在模型的平面視圖中需要添加注釋族[1]，用于圖面表達的注釋功能。如房間定位信息、注釋信息和機械設備安裝定位信息等內容。

因此，不同于以往采用翻模形式的逆向BIM設計過程，整個正向設計實施過程需要用到的族構件比較多，族構件的集中式管理[3]顯得更加重要。現有的分散的族構件可能存在以下問題：

1) 分散的族構件在維護和更新過程只能通過設計人員打開對應的文件，逐一排查現有族構件的時效性，效率較低；

2) 不同的項目有不同的BIM實施標準，模型的應用深度不一致，設計人員就同一族構件多次建模，耗費較長的時間和工作量；

3) 不同設計人員建模習慣不一致，相互理解對方族庫較為困難，不便于族共享；

4) 不同設計人員由于個人專業類型不同，對于族構件的類型需求不同，獨立建設自身專業的數據庫，不利于族的集成管理；

5) 常規的文件夾分類管理，難以支撐日后以BIM三維設計工作為主的設計模式下，對族構件的需求，設計人員無法高效的檢索到需求的族構件；

6) 逆向設計的BIM實施過程并不完全要求最終的模型成果滿足傳統的二維CAD圖面表達深度需求，現有精度族構件要在正向設計過程延續使用，需要繼續深化；傳統的CAD設計，設計人員需要在二維圖面上補充相關設備信息，族采取實體和設備參數信息分開表達，難以保證設計人員出現遺漏或編寫錯誤的情況。

4 正向設計族庫管理功能建議

從使用功能分析，現階段搭建的各類族庫工具難以滿足BIM三維設計過程族的使用深度要求。從族庫的管理需求分析，現階段的族構件的分散式管理，缺乏及時的更新和維護，降低了族構件的重復利用率，耗費資源。而族構件作為Revit的基本元素，實現Revit的正向設計，族構件管理顯得極為重要。族庫工具的功能建議增加以下內容，如圖3所示：

4.1 獨享數據空間

同一套集成的族構件包括不同的專業和種類，各專業是設計人員每次都需要對整套族構件檢索和調用，這并非明智之舉。各專業設計人員擁有自己的獨立賬戶，根據自己的專業類型和工作習慣，創建自己的族庫數據空間，實現族構件的快速檢索和調用。

圖3 族庫管理功能

4.2 批量上傳

族庫的建立是一個集成的過程，設計人員很難在一定的時間段內繪制出所有的族構件，且需要保證族構件的實時更新，以替代過時和不需要的族構件。因此更新和維護族庫，要求族庫工具能夠批量上傳族構件。

4.3 便捷下載

族文件集成管理后，為保證BIM設計項目的順利實施，設計人員應能調用族庫中的族構件，以及防止族構件調用過程文件的損壞。因此調用族構件，不僅要求族庫工具能夠下載文件到本地，同時也需要合理的緩存空間，提高下載的速度和質量。

4.4 二、三維族關聯

為保證工程設計項目的實際需求，以及滿足各個設計階段的模型應用深度需求，族庫工具中提供的符合設計模型表達的族構件，既要滿足三維模型的可視化表達，也需要滿足二維圖面表達。要求族庫工具擁有三維的模型族庫和二維圖塊族庫，且兩者之間存在相互連接關系，在查詢三維族構件的同時能索引到相關的二維族構件，提過設計過程族構件的調用和切換效率。

4.5 數據統計

Revit中族類型眾多，每一種族包含有較多的幾何信息和參數等屬性信息，高效的族構件繪制方式就是利用參數化的編輯功能，通過參數驅動尺寸、形狀、材質等內容變換族的類型，實現一模多用。且相關參數信息將編輯在對應的族構件中，要求族庫工具在調用族構件的同時能夠實時查詢族構件的相關技術參數，以滿足設計人員快速調用合適的族構件。

4.6 快捷檢索

族庫中除了含有三維族庫，還包括輔助性的二維圖庫，按照專業和類型存儲歸檔，種類繁多，不利于設計人員下載調用。要求族庫工具能有相應的族構件檢索功能，通過類別、名稱、屬性等多種條件或組合對族進行檢索，以滿足設計人員實現族構件的快速查找。

5 族庫應用拓展

BIM技術的深入應用在于能夠實現工程項目各個階段模型向下繼承性[4]，滿足于正向設計的族庫體系建設，除了完成工程設計階段族的應用功能外，對于各類機械設備在工程項目施工和運維階段也有一個比較重要的作用。關鍵在于如何將設備廠商的機械設備族深入應用到工程項目各個階段中去。因此，建議族庫管理系統能夠對接主流設備廠家的族庫管理系統，完善BIM設計模型，推動工程項目后期施工和運維階段的精細化實施。兩者的對接主要有以下優勢：

1) 設備廠商擁有各類機械設備的參數，具備建立及更新自己的族庫基本條件，由設備廠商搭建的機械設備族精細化程度高，便以設計師、工程師實時調用，增加使用者的簡便性及準確性；

2) 正向設計技術的推進，對族的要求比較高，要求各類機械設備的族構件有更高的模型精度，且具備二維審圖與三維表達的兩面性。而對于各專業設計師而言，本身工作強度大，族參數資料采集困難，因此只能完成LOD300深度的族文件，由設計人員完成全部的族庫的創建是不現實的。由廠商提供設備模型，既能夠減低設計人員的多次建模的能耗，也能夠提高模型的精細度。

3) 由設備廠家提供的機械設備族，在引進工程項目前，可以優先查看相關的技術參數、外形尺寸和外觀造型，在三維模型完成預拼裝，形成設備廠商自身的技術流線，為企業產品的宣傳有正面的作用，設備廠商主要根據自身生產的設備類型，建立自己品牌的設備族庫。因此，針對設備的造價而言，族庫的維護更新費用不高。由設計人員最終對接的設備廠家不止一家單位，由此消耗的人力物力資源相對而言較高。因此由設備廠商創建族庫，設計師下載使用并建庫，創建設計院與廠家的數據庫聯動非常有必要。

6 正向設計族庫運行架構

正向設計族庫建設的主要目的，從族的使用者角度分析，在于實現族構件的共享和高效利用，減低設計人員重復勞作，避免浪費資源。對于這一點，特別是在大的設計院中，工程設計類型多樣、專業設計人員配置齊全和人員較多的環境下，族構件的共享顯得更加重要。另外，在設備廠家不一，產品類型的多樣化的環境下，族庫的建設作用也不容小覷。族庫使用者需要借助合適的平臺架構達到這些目的。對于正向設計族庫運行系統架構的建設，主要從以下幾個方面展開分析：

從族構件信息存儲的方式分析：在推進正向設計的過程中，以三維模型為主的設計路線，族構件的數量變得越來越多，加上族構件本身需具備反映構件參數的信息，對于族構件的存儲空間有要求更高。因此，建議考慮利用數據庫存儲相關數據，簡化存儲空間。

從族構件調用搭建模型的方法分析：族構件是在Revit項目文件中使用，調用非本項目內的族構件，需要通過外部載入，這就要求族庫管理工具需要有滿足于在Revit項目中運行的功能。需要考慮利用Revit API提供的二次開發接口，實現在項目中的族庫管理。

從族庫管理工具與設備廠商對接的方式方法分析：設計人員對族構件的使用，可以通過企業內部局域網的形式，實現設計人員之間的內部協同，提高族構件的安全性。與設備廠商族庫的對接需要有獨立于內部族庫數據的數據空間，避免與內部的數據空間交叉，實現遠程的數據連接。雙方設計人員可利用互聯網，通過上傳發布的形式，實現族構件的共享，并將族下載到本地族庫工具中。

綜合以上三點內容的分析，正向設計族庫運行架構如圖4所示。

圖4 正向設計族庫運行架構

7 工程應用

某商業辦公項目，運用BIM技術實現工程項目全過程管理，其中，在機械設備族BIM技術應用方面推廣較為深入，主要是針對大型機械設備。在建設單位明確設備廠商采購單位后，為落實工程運維階段的BIM模型精度的實施要求。設備廠商需求結合設計圖紙基本參數要求，搭建LOD400的機械設備族。各類機械設備需要按照實際尺寸進行繪制，并補充相關技術參數信息，以便在利用模型運維管理過程，能夠實時查看相關的設備信息。主要實施方案如下：

1) 在設計階段由設計單位利用常規機械設備族放置在整體工程模型中，滿足管線綜合和機房設備預安裝的需要；

2) 在落實設備采購商后，明確要求對主要的機械設備需要提供BIM三維模型，包括相關的技術參數信息也需要在模型中表達，如圖5所示。

圖5 水泵族和參數

3) 設備廠商在繪制完設備模型時，同時需要提交設備模型與管線的預拼裝效果，用于檢驗模型安裝的可行性，如圖6所示：

圖6 風機盤管預拼裝

4) 最后提交到建設單位和BIM顧問單位進行模型審核，最終替換原先的設備模型。

8 總結

族作為Revit軟件的基本組成元素[5]，核心是正確創建，有序管理、快速檢索、高效調用和定期更新。本文主要分析現階段部分族庫工具的應用功能和分散式族管理對促進正向設計技術發展的影響，對族庫的建設提出以下三點：

1) 族構件建議采用集中式管理。整個族庫管理功能包括基本功能、獨享數據空間、批量上傳、便捷下載、二三維族關聯等內容。集中式族管理將有利于工程設計人員，在以BIM正向設計為主導的工作中提高工作效率，帶動BIM技術的發展。

2) 對接全專業族庫的廠家及軟件商的族庫，形成數據互補及有效管理，以此促進工程項目運維階段的BIM技術應用發展。

3) 族庫管理工具的運行架構包括底層的族存儲數據庫，實現設計人員內部運行的Revit接口和與設備廠商對接的Web接口。