基于Revit的網架參數化建模

(1.中國汽車工業工程有限公司，天津 300113； 2.西安工程大學，西安 710048)

引言

BIM模型的創建是一個參數化的設計過程，構件通過調整參數進行參變，衍生成設計模型。參數化設計是BIM建模軟件的一個重要核心思想，因此軟件的參數化能力是衡量一款BIM軟件實用性最為重要的標準之一。在目前國內外的主流BIM軟件中，Autodesk公司的Revit擁有非常強大的參數化設計能力，Revit通過族能參變生成各式各樣的構件。

然而現階段Revit也并沒有專門的模塊來創建空間網架結構模型。網架結構由網架球和桿件組成，通常模型構件數量巨大，即使是一般規模的小網架項目也包含成百上千個網架球和桿件。同時，實際項目中網架球的大小和桿件的類型沒有規律，所以通過常規的手工建模幾乎是難以完成的。如果采用Revit的概念體量創建網架，其網架球的大小和桿件的規格類型均相同，與工程項目實際不相符，難以保證網架模型的精度和質量。在網架的結構計算軟件中，網架模型是自動生成的，同理也可以在Revit上采用二次開發的手段，編寫自動創建網架的插件來實現。但是對于編程經驗不足的設計人員來說，二次開發困難較大，因此探索其他相對易于掌握的方法，非常迫切。

在此情況下，本文研究探索了兩個方案來解決Revit空間網架建模的問題。介紹了Revit Extensions插件基于Excel生成模型的方法，重點闡述了采用Dynamo程序實現網架自動建模的解決方案。希望本文介紹的BIM項目實踐能為同行提供一些參考。

1 Revit網架建模準備工作

Revit建模依賴于族構件，因此首先需要建立網架結構用的Revit網架族。網架結構由網架球、上弦桿、下弦桿和腹桿組成，網架的桿件有螺栓連接和焊接，為了方便使用，利用Revit強大的族功能，將桿件做成一個可以通用的族構件。經Revit族的構思，本文建立的網架球和網架桿件兩種族即可滿足網架構件的多樣性。

1.1 網架球

網架球族，Revit的構件類別為結構柱，使用的是結構柱的族樣板，球中心鎖定在底標高上，主要控制參數為球直徑，如圖1所示為網架球族模型。

1.2 網架桿件

網架桿件族，Revit的構件類別為結構框架，使用的是結構框架的族樣板。將桿件錐頭、封閉和焊接三種連接節點情況整合成一個通用的族，通過參變可以變化成相應的網架桿件族。網架桿件族的主要控制參數為桿件直徑、桿件壁厚、網架球的直徑、桿端的連接形式等，如圖2所示為網架桿件族及桿端的細部構造，與實際情況相符。

圖4 DAT文本格式的網架數據

圖1 網架球族

圖2 網架桿件及桿端細部

2 基于Revit Extensions的解決方案

Revit Extensions提供——基于Excel生成模型的工具，通過該工具可以讀取網架的excel數據自動生成網架模型。此處注意，該工具并非存在于所有的Revit版本，其中2013、2016版有此模塊。

如圖3所示，“基于Excel生成模型”，打開后見圖5模型生成器的數據輸入界面。該工具只能生成以下5種Revit圖元：標高、結構柱、梁、墻、基礎。因此按照Revit類別，本文將網架球定為結構柱類別，網架桿件定為結構框架類別(梁)。

圖3 Extensions工具

圖5 模型生成器中的網架數據

使用該工具創建網架主要需要解決的是，網架球節點和桿件的坐標數據處理。具體的解決思路：

(1)從網架計算軟件中導出DAT文本的網架數據，如圖4所示，該數據為MST(浙江大學空間結構計算軟件)和AMDE(中國汽車工業工程有限公司網架結構計算軟件)的DAT網架數據格式，這兩款軟件可以直接另存為DAT格式網架數據； 該數據格式記錄了網架球節點坐標、球直徑、網架桿件兩端的球節點編號、桿件規格等等。

(2)處理DAT文本獲取節點球和桿件的坐標、尺寸類型等數據； 根據Revit Extensions模型生成器的Excel數據格式，需要的是網架球和桿件的尺寸規格和坐標點，此數據從DAT文本中批量整理得到，此處不再贅述。

(3)將處理的數據輸入到基于Excel的模型生成器中，如圖5所示。

(4)校核數據； 此為Revit Extensions模型生成器的功能，用于校核數據格式的正確性，避免模型生成過程中出錯。

(5)模型生成。

(6)完成。

3 基于Dynamo的可視化編程方案

3.1 Dynamo網架建模思路

Dynamo是一款可視化編程軟件，能獨立運行或者運行于Revit上。通過基于節點的可視化編程界面，Dynamo可以極大地提升Revit的參數化設計能力，實現計算式設計模型或者其它自動化處理過程。Dynamo可以在BIM環境(Revit平臺)中自動處理運算，并且與Revit進行實時的交互。同時最為重要的是，對于沒有編程基礎的設計人員來說，Dynamo相對容易上手掌握，可以讓設計師靈活使用Revit的參數化設計，豐富BIM模型，極大地提升模型的應用效率。

運用Dynamo創建網架模型，主要需要解決三個技術難點：

(1)如何讀取標準格式的DAT格式的網架數據；

(2)獲取DAT數據轉換為Dynamo中的坐標點；

(3)Dynamo中根據坐標點和三維線，如何生成網架球和網架桿件。

Dynamo網架建模的流程，如圖6所示。

圖6 Dynamo網架建模流程

3.2 建模的主要Dynamo節點

Dynamo中的每個命令塊稱為節點，每個節點自動運算實現數據的處理、運算、獲取數據以及創建圖元等各種功能。本文編寫的Dynamo網架建模程序需要用到的部分主要節點介紹如下：

(1)File Path。允許用戶選擇本電腦上的文件以獲得其文件名； 此節點用于用戶打開本機上的DAT網架數據文件，程序將讀取該文件路徑，并獲取該文件名。

(2)File.FromPath。從路徑創建文件對象； 此節點讀入[File Path]節點的文件路徑，并向下一節點輸出文件對象。

(3)Excel.ReadFromFile。從Excel表格中讀取數據； 此節點讀入[File.FromPath]節點的Excel文件對象，同時需要輸入該文件對象中“工作表名稱”，并向下一節點輸出Excel文件的數據。

(4)List.GetItemAtIndex。返回給定列表中的項； 此節點讀入上一節點的Excel數據列表，輸入要提取數據列表的項次，輸出該項次的數據。

(5)List.DropItems。刪除列表中某些項； 此節點用于刪除數據列表中的多余項。

(6)Point.ByCoordinates。通過給定的3個笛卡爾坐標形成一個點； 此節點輸入X、Y、Z三個坐標值，輸出坐標點，此處坐標值為列表，輸出的坐標點也相應為列表。

(7)Line.ByStartPointEndPoint。在輸入的兩點之間創建一條線； 此節點輸入起點和終點的坐標點，輸出創建線段。

(8)FamilyType.ByFamilyNameAndTypeName。根據族名稱和類型名稱選擇族類型； 此節點輸入族名稱和類型名稱，向下一節點輸出該族類型。

(9)StructuralFraming.ColumnByCurve。創建柱； 此節點輸入線、標高及柱族類型，輸出創建結構柱模型，此處是生成了網架球。

(10)StructuralFraming.BeamByCurve。創建梁；此節點輸入線、標高及結構框架族類型，輸出創建結構梁模型，此處是生成了網架桿件。

以上介紹詳細用法請參見3.3節Dynamo程序的運行，給出了網架桿件的創建過程。

3.3 Dynamo程序的運行

Dynamo程序的運行是將Dynamo的各個節點連接在一起，形成的完整電池圖即能實現相應的功能。上一節中節點1到6用于處理網架數據的坐標點，如圖7和圖8所示。節點7到10用于生成直線路徑，并創建網架球和網架桿件，如圖9所示為創建網架桿件的節點電池圖。

圖7 讀取網架的原始坐標數據

圖9 創建網架桿件

4 工程實例

本工程為某汽車工業廠房，該項目為EPC總承包項目，業主對于該項目定位高要求嚴。從項目的方案階段就使用了BIM技術，借助BIM的可視化在方案探討交流中提高了方案評審的效率。在設計階段創建了設計BIM模型，通過Dynamo創建Revit網架結構模型，提高了建模效率，網架尺寸和定位均與實際相符，提高了碰撞檢查的精確度，同時輔助出圖提高了圖紙質量。

本項目為四角錐空間網架結構，網架平面尺寸為32×51m，矢高2.5m，屋面設置3%找坡。采用空間結構設計軟件MST和AMDE分別進行計算，網架球數量300個，球類型4種，網架桿件數量1 092個，桿件類型6種。如果采用常規的手工建模方式，將需要大量的時間且難以保證建模的準確性和模型的精度。通過Dynamo編寫的程序，能自動參數化建模，整個網架結構的創建過程不到5分鐘即完成，而且網架球和桿件均與實際情況一致，不僅保證了模型質量，同時節約了大量的建模時間。完成后的網架模型如圖10所示。

圖10 網架模型

5 總結

本文研究了運用Revit Extensions模型生成器和基于Dynamo可視化編程來創建Revit的網架結構模型，解決了Revit網架建模的難題。通過在某汽車工業廠房中的項目實踐，驗證了這兩種方法的可行性，取得了良好的應用效果。得出以下結論：

(1)運用Revit Extensions模型生成器能創建網架模型，并且網架球和桿件與實際情況一致，但是由于該插件要求的數據格式與原始數據格式差別較大，因此需要處理數據。同時該插件運行的穩定性有待提高，容易崩潰。

(2)借助Dynamo可視化編程工具，能自動生成網架模型，網架尺寸與實際情況相符，且建模效率很高，提高了模型的精度和質量，減少了網架建模的時間。

(3)與二次開發相比，對沒有編程經驗的設計人員，Dynamo相對容易掌握，能解決復雜形體和復雜功能的參數化設計，參數化幾何形體可直接轉換成Revit構件。

(4)本文的研究給出了Revit網架建模的解決方案和具體操作方法，經工程項目論證具有實際應用價值。