基于Revit的輕鋼龍骨復合墻參數化建模研究

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(1.同濟大學土木工程學院，上海 200092； 2.同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092)

引言

冷彎薄壁型鋼房屋建筑結構體系是將冷彎薄壁型鋼構件通過自攻螺釘連接形成輕鋼骨架，而后在輕鋼骨架上覆以建筑板材從而形成主體結構。與傳統建筑結構體系相比，冷彎薄壁型鋼房屋建筑結構具有抗震性能好、用鋼量省、預制裝配化程度高、施工周期短、鋼材可回收利用等特點，適合工業化生產，符合綠色建筑要求[1]。在新型建筑工業化政策的推動下，工業化建造成為建筑企業競相爭奪的高地，輕鋼龍骨體系工業化住宅是目前建筑領域最接近制造業產品生產方式的建筑，并且其建造管理也最有可能應用制造業先進的全過程信息化管理理念和技術[2]。

建筑信息模型(BIM)是對建筑物物理和功能的數字化表達。積極響應BIM等新興技術，使用信息化手段，促進我國新型工業化發展是我國建筑業走向可持續發展的必然選擇[3]。Revit作為當前主流的BIM軟件和平臺，在民用建筑的BIM應用中處于主導地位。模塊化和參數化的設計理念、全面的建筑信息和友好的操作界面符合當前工業化發展的需要。

本文在Revit 2016和Revit API類庫[4]的基礎上，使用Visual Studio 2017軟件和C#語言，結合《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》[5](GB 50018-2002)和《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程》[6](JGJ 227- 2011)開發輕鋼龍骨復合墻體的參數化建模插件，對輕鋼龍骨復合墻體建筑建造中BIM技術的應用具有一定意義。

1 輕鋼龍骨復合墻參數化建模要求

1.1 輕鋼龍骨復合墻組成

低層冷彎薄壁型鋼建筑的墻體，是由冷彎薄壁型鋼骨架、墻體結構面板、填充保溫材料等通過螺釘連接組合而成的復合體，其中鋼骨架由立柱、頂導梁和底導梁、撐桿、結構面板、螺釘等組成如圖1所示。非承重墻可不設置支撐、拉條和撐桿。如墻體包含洞口，則需要在洞口上方設置過梁，洞口兩邊設置洞口柱。

1.2 輕鋼龍骨復合墻構造

立柱構造：立柱采用C型卷邊冷彎槽鋼構件，立柱間距為400 mm～600 mm； 洞口處，立柱加強，當洞口寬度<3 m時，洞口柱為2根，當洞口寬度>=3 m時，洞口柱為3根，如圖2所示； 墻相交處，立柱加強，立柱形式如圖3所示。

圖1 輕鋼龍骨復合墻組成

(a)洞口寬度<3 m (b)洞口寬度>=3 m
2 洞口處立柱構造

(a)L型相交 (b)T型相交 (c)十字型相交圖3 墻相交處立柱構造

導梁構造：頂導梁和底導梁采用U型冷彎槽鋼構件，構件壁厚不小于立柱壁厚。

撐桿構造：在立柱間均采用剛性支撐，即使用U型冷彎槽鋼構件作為支撐，支撐的垂直間距通過參數控制。

過梁構造：過梁包括上下兩根U型冷彎槽鋼構件和左右兩根C型冷彎槽鋼構件，構造形式如圖4所示，過梁與洞口柱的連接形式如圖5所示。

圖4 過梁構造 圖5 過梁與洞口柱的連接

結構板和螺釘構造：結構板左右邊緣搭接在豎向立柱上，上下邊緣搭接在導梁上或立柱間的剛性支撐上； 結構面板與立柱連接的螺釘間距不大于300 mm。

1.3 復雜輕鋼龍骨復合墻

1.1和1.2中介紹了一般輕鋼龍骨墻體組成和各部分構造要求。實際中需考慮更加復雜的情況，如不規則輪廓的墻體和弧形墻體等，如圖6所示。

圖6 復雜輕鋼龍骨復合墻

2 輕鋼龍骨復合墻參數化建模插件實現流程

RevitAPI類庫通過實現外部命令接口IExternalCommand來實現構件創建功能，通過實現外部應用接口IExternalApplication來定制功能面板。

定制的功能面板如圖7所示。

圖7 功能面板

基于Revit輕鋼龍骨復合墻參數化建模插件實現過程如圖8所示。

2.1 龍骨族創建

龍骨族包含龍骨柱和龍骨梁，龍骨柱為C型卷邊薄壁槽鋼，龍骨梁為C型卷邊薄壁槽鋼和U型薄壁槽鋼兩種。

2.2 插件界面設計

插件界面使用WPF創建，如圖9所示。

圖8 輕鋼龍骨復合墻參數化建模插件實現過程

圖9 復合墻創建界面

其中，Vertical Stud為立柱類型； Vertical Spacing為立柱間距，區分直線墻和弧形墻； Horizontal Spacing為剛性支撐的間距； Studs Break Bridgings為是否創建剛性支撐，其他參數為無關設置，此處不作說明。部分參數由程序通過獲取模型信息自動生成，如導梁類型，會根據立柱類型進行匹配等。

2.3 獲取墻體幾何信息

此插件中需要獲取的墻體信息為墻體的定位線LocationCurve，墻體輪廓線(外部輪廓和洞口形成的內部輪廓)，墻體的相交信息。墻體輪廓線如圖10所示。墻體的相交信息為與該墻體相交的有哪幾面墻，在哪個地方相交，以及相交型式，考慮L型、T型和十字型三種型式，如圖3所示。

2.4 創建立柱

首先，處理墻體輪廓線，將其拆分為外部輪廓和內部輪廓，如圖11所示。

在外部輪廓中根據龍骨間距布置立柱，上下分別與外部輪廓相交，遇到內部輪廓則截斷； 在內部輪廓的邊緣，根據輪廓寬度布置洞口立柱； 如果墻體與其他墻體相交，則在相交部位布置如圖3所示的加強柱。生成立柱如圖12所示。

(a)墻實例 (b)墻輪廓圖10 墻體輪廓線

(a)墻輪廓 (b)外部輪廓 (c)內部輪廓圖11 輪廓拆分

2.5 創建導梁、過梁和支撐

根據外部輪廓的頂部和底部輪廓線創建頂部和底部導梁，若輪廓線為不規則形狀，則分段創建導梁，如圖6所示； 在內部輪廓的頂部創建過梁，過梁組成和構造如圖4-5所示； 在立柱間創建剛性支撐，如果遇到洞口則不創建。生龍骨如圖13所示。

圖12 創建立柱 圖13 創建導梁、過梁和撐桿

2.6 創建結構板和螺釘

結構板使用墻類型來創建，左右邊緣搭接在立柱上，上下邊緣搭接在剛性支撐或導梁上； 螺釘在創建族龍骨柱時，使用嵌套族在龍骨柱上創建，這樣既能保證復合墻的完整性，又不會使模型過于復雜而不易使用。

3 輕鋼龍骨復合墻參數化建模實例

圖14為一棟別墅模型中的墻體，選擇所有墻體，點擊生成龍骨按鈕，彈出如圖9所示界面，點擊確定，即可生成如圖15所示模型。

圖14 墻體模型

圖15 輕鋼龍骨模型

4 總結

本文介紹了Revit插件程序開發設計流程，通過RevitAPI類庫實現了輕鋼龍骨復合墻體的參數化建模插件。實例表明，通過參數化建模可以大大節省輕鋼龍骨結構建模過程，提高精度，檢查錯誤，且符合規范，讓設計人員更加專注于建筑本身的功能和結構性能。該插件在工業化建筑的推廣和應用中具有一定的意義。

參考文獻

[1] 葉紅繼， 陳偉.輕鋼龍骨復合剪力墻結構抗火研究進展[J].建筑鋼結構進展， 2017(6).

[2] 鄭華海， 劉勻，李元齊，秦雅菲.輕鋼龍骨體系工業化住宅部品信息模型[J].同濟大學學報(自然科學版)， 2016(2).

[3] 鄭正獻， 江珊.淺談BIM技術在工業化建筑中的應用[J].建設科技， 2017(12).

[4] 歐特克(中國)軟件研發有限公司.Autodesk Revit二次開發基礎教程[M].同濟大學出版社， 2015.8.

[5] GB 50018-2002.冷彎薄壁型鋼結構技術規范[S].北京：中國標準出版社， 2003.

[6] JGJ 227-2011.低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程[S].中國建筑工業出版社， 2011.