族和體量在建筑模型創(chuàng)建過程中的應用
——以某學院教學樓為例

高 將 ，董紫妍 ，張寶軍 ，3

（1. 江蘇建筑職業(yè)技術學院 建筑智能學院， 江蘇 徐州 221116；2. 中國礦業(yè)大學 環(huán)境與測繪學院， 江蘇 徐州 221116； 3. 徐州市水處理工程技術研究中心， 江蘇 徐州 221116）

近年來，隨著BIM 技術在建筑行業(yè)的推廣應用[1]，設計師不再局限于傳統(tǒng)的二維平面及剖面繪圖，而是借助于相關軟件進行三維模型創(chuàng)建，更便于項目案例展示，以及后期機電管線的綜合、施工過程的管理甚至項目的運行維護。Revit軟件建模已廣泛應用于建筑設計與工程管理[2]，該軟件由歐特克（Autodesk）公司研發(fā)，其應用原理是在Auto CAD 原有三維建模功能的基礎上，引入項目、族、參數管理等概念，并提供功能強大的系統(tǒng)族，專用于構建建筑信息模型（BIM）。但是，對于復雜或特殊的構件，系統(tǒng)族無法直接創(chuàng)建模型，需要在常規(guī)建模的基礎上，借助軟件提供的族和體量工具，自主創(chuàng)建模型族庫，這已成為趨勢，也是Revit 軟件建模應用的難點和研究熱點。

1 項目概況

某學院教學樓主要由六棟相對獨立的子教學樓經中間連廊相連而成。教學樓地上五層，局部地下一層，東西長124.6 m，南北寬99.2 m，分為A、B、C、D、E 五個不同的結構功能體，A、B、C 高19.15 m，D、E 高20.65 m。整體采用現澆鋼筋混凝土框架結構，獨立基礎，地勢南高北低，起伏較大。

教學樓有大量獨特的建筑構件，如大面積組合窗、教室木質門、入口處臺階、課桌、講臺等。這些構件無法用傳統(tǒng)的建模方法創(chuàng)建模型，需要應用建模軟件提供的族和體量工具建模。模型創(chuàng)建思路為“常規(guī)模型+族和體量模型”（見圖1），由兩人協(xié)作完成。墻體、樓梯、樓板、梁和柱等構件屬于常規(guī)模型，由一人在平面視圖中利用系統(tǒng)族庫設置相應參數進行創(chuàng)建；教室門窗、講臺、室外臺階等特殊構件，由另一人在三維空間中借助族和體量工具進行模型創(chuàng)建，并將創(chuàng)建的模型建成自定義族庫，便于后期類似構件建模時直接載入使用，保證建模精度，提高建模效率。

圖1 模型創(chuàng)建流程

2 族模型創(chuàng)建

2.1 族的概念

族是一類東西的總稱，諸如門族、窗族、墻族等。族可以分為系統(tǒng)族和可載入族[3]，族又分不同的類別和不同的類型。例如系統(tǒng)族中，門有單扇門、雙扇門、平開門，窗有單扇窗、雙扇窗、外飄窗，墻有疊層墻、基本墻、幕墻等。門、窗、墻等建筑構件有不同的尺寸。門族中，M1521 和M1021同屬于單扇門系統(tǒng)族，但分屬不同的族類型；同樣，單扇窗系統(tǒng)族中C0915、C1219 也分屬不同的族類型。Revit 軟件中族類別、族類型構成如圖2所示。

圖2 族類別、族類型構成

Revit 軟件中族編輯器可創(chuàng)建一類建筑構件，僅需通過不同的屬性修改即可創(chuàng)建一類不同的圖元。具體步驟為：首先，以內建構件或新建族文件的形式進入族編輯狀態(tài)；其次，通過系統(tǒng)提供的拉伸、放樣、融合等命令創(chuàng)建所需模型，并對模型構件的尺寸、材質、可見性等進行參數化控制；最后，按類別載入項目后即可與原系統(tǒng)族一起使用。這也是族區(qū)別于體量的重要特征，即族編輯器創(chuàng)建的圖元可以修改參數，體量更像是CAD 中的“塊”，僅是單個圖元。

2.2 門族創(chuàng)建

教學樓階梯教室采用外部帶飾面板、內部鑲玻璃的雙扇平開門，該模型無法用軟件自帶的系統(tǒng)族創(chuàng)建，需設計利用族編輯工具進行繪制，創(chuàng)建流程如圖3 所示。

圖3 族模型的創(chuàng)建流程

采用10 m 鋼卷尺實際測量，獲得其細部尺寸，如表1 所示。

表1 門測量尺寸 mm

（1）族類別與族參數設定

分析門的實體構造，擬采用從外到內、從上到下的創(chuàng)建思路，利用尺寸標注實時將尺寸進行參數化固定。選擇“基于墻的公制常規(guī)模型”族樣板，創(chuàng)建一個新的族文件，進入族編輯器狀態(tài)，設定族類別為門，根據表1 的有關內容，設置門洞、門框、門扇、嵌板等需要關聯(lián)的參數信息。

（2）模型創(chuàng)建

整個門族模型包括門洞、門框、門扇及玻璃嵌板等四部分。具體創(chuàng)建流程為：在族編輯器界面，選擇不同的立面視圖，使用“參照平面”“標注—對齊”“添加參數”等命令對構件尺寸進行約束，結合“拉伸”“放樣”“旋轉”等命令進行模型創(chuàng)建；使用“注釋—對齊”命令對模型的長度、高度進行標注，通過“添加參數”功能和族類型中設置的“寬度”“高度”進行參數關聯(lián)；改變模型寬度和高度值，查看參數關聯(lián)效果。采用族編輯器創(chuàng)建的教學樓門模型如圖4 所示。

圖4 門族模型示意

（3）模型載入

為便于創(chuàng)建完成的族文件經載入項目后直接調用，且能在項目文件中更好地展示使用，需要再設置幾種常見的族類型。在平面視圖中為其添加控件，并繪制門在項目平面視圖中的顯示樣式等，最后通過“插入”菜單欄下的“載入”命令將繪制的族文件載入項目。教學樓模型中的門族放置完成，其渲染效果如圖5 所示。

圖5 門族渲染效果

2.3 其他構件族創(chuàng)建

建筑物中部分窗構件及教室內部的桌椅均采用族工具進行模型創(chuàng)建，效果如圖6 所示。

圖6 窗及桌構件族模型

利用族工具也可對結構構件內的鋼筋進行布置，如其中某一段梁的內部鋼筋布置如圖7 所示。

圖7 梁構件族模型

從圖7 可看出，梁底縱向受力鋼筋采用2 根直徑12 mm 的一級鋼，支座負筋采用1 根直徑14 mm 的二級鋼，架立筋為2 根直徑6 mm 的一級鋼，箍筋直徑為6 mm，加密區(qū)間距為50 mm，非加密區(qū)間距為150 mm。

3 體量模型創(chuàng)建

3.1 體量的概念

Revit 軟件中的體量，也稱為概念體量[4]，是建筑師在項目規(guī)劃和初步設計階段快速將設計思路進行模型化展示的一種工具。在初步設計階段，業(yè)主對建筑內部細節(jié)要求不高，更多關注建筑外形、層高、場地位置等信息，此時，建筑師可以利用體量和場地工具中的空心形狀、實心形狀進行快速建模。

體量有內建體量和外部體量兩種形式：內建體量僅在當前項目中使用，外部體量則可以在不同項目中進行載入。創(chuàng)建異形體和復雜曲面是體量的重要應用，也是傳統(tǒng)建模無法實現的。載入項目的體量還可通過體量樓層、體量屋頂、體量面墻等工具快速實現“面”向“體”的轉變，從而將體量模型轉變成建筑模型。

3.2 講臺體量模型創(chuàng)建

體量工具主要用于室外臺階、教室講臺及桌椅等模型的建立。本文以講臺為例闡述體量模型的創(chuàng)建過程，具體流程如圖8 所示。

圖8 體量模型的創(chuàng)建流程

（1）尺寸測量

講臺由底座和上部主體組成。經實地測量，講臺的尺寸數據如表2 所示。

表2 教室講臺測量尺寸 mm

（2）模型創(chuàng)建

講臺體量模型主要包括底座和上部主體兩部分。在體量編輯器界面，切換不同的視圖窗口，使用繪制工具欄中相應的繪圖命令繪制構件的輪廓：在三維視圖下選中繪制的輪廓，在“創(chuàng)建形狀”菜單中選取“實心形狀”或“空心形狀”命令即可完成模型的建立；選中實體模型，設置其材質為鋁材。

（3）模型載入

創(chuàng)建完整的體量模型，可以直接使用體量編輯器中“載入項目”命令進行載入，也可以保存為體量文件后通過項目文件中的“放置體量”命令進行布置。該樓模型中的講臺構件放置完成后，經渲染效果如圖9 所示。

圖9 講臺模型渲染效果

3.3 其他體量模型創(chuàng)建

建筑中的室外入口臺階及孔子像等構件在建模時均使用了體量工具，效果如圖10 所示。

圖10 入口臺階及孔子像體量模型

建筑屋頂做法通常在建筑圖紙中以文字表達，而利用體量工具可以對屋面防水、墻體保溫等施工做法進行三維立體化直觀表達。教學樓屋面做法模型表達效果如圖11 所示。

圖11 屋面防水做法

4 結論與展望

熟練使用族和體量工具是建模師必須掌握的基本技能。族工具可以創(chuàng)建一類具有相似或相同屬性的圖元，體量工具在異形和復雜曲面建模上有重要的應用。兩者的操作原理基本一致，使用功能卻有很大差別。利用Revit 軟件創(chuàng)建土建模型是BIM 技術的基礎[5]。在利用軟件自身提供的系統(tǒng)族建立模型時，經常遇到常規(guī)方法無法創(chuàng)建的情況，因此需借助族和體量工具，自主創(chuàng)建特殊構件的族庫。

不同視圖的切換和參照平面的設置是族和體量模型創(chuàng)建的重點、難點。過多載入的族和體量會造成項目在展示過程中運行過慢，且目前Revit軟件尚未提供低版本的保存功能，各專業(yè)間的協(xié)調和后期文件的渲染也是軟件的短板。但是，基于Revit 軟件的BIM 技術是建筑技術發(fā)展的必然趨勢[6]，因此需針對上述不足加強研究，不斷完善軟件功能，同時研發(fā)更多其他方便實用的國產建模軟件。