基于Revit API的裝配式構件族庫管理系統設計與實現

祝連波 石振群 林家南 林陵娜 黃一雷

(1.蘇州科技大學 土木工程學院，蘇州 215004； 2.宋都房地產集團有限公司，杭州 311400；3.美國南達科他州立大學，南達科他州 美國 SSO 202B)

引言

近年來，在國務院和地方各級政府出臺多項激勵措施下，裝配式混凝土建筑(Prefabricated Concrete，以下簡稱PC)在國內發展迅速。目前，PC建筑常見的預制構件有樓板、墻板、陽臺板、樓梯等。這些構件種類龐雜，數量較大，對構件批量加工造成較大的影響。

族是Revit中某一類別中圖元的類，包含了豐富的信息，如材質、尺寸等。在現澆建筑BIM模型中，用戶可以利用豐富的族類型創建模型，基本上滿足用戶的需求。論文將族概念引入裝配式建筑構件管理體系內，實現對預制構件的族管理。

國內外學者對PC建筑和族庫的研究，可歸為兩類，一是基于BIM 技術的PC項目管理，二是PC構件研究。 如Bortolini[1]采用 BIM-4D 建模方法，建立了訂單式PC構件現場安裝與物流控制模型，解決了生產、運輸、現場安裝等環節的沖突。Mostafa[2]分析了澳大利亞PC行業 BIM 應用的機會和障礙。Opoko[3]調查了尼日利亞使用 BIM技術進行PC項目管理的現狀。Mikkola[4]等對PC構件工業化生產管理進行了研究。Du[5]建立了生命周期評價模型，模擬了PC構件從生產至安裝過程中的碳排放。賽菡[6]從族庫結構、管理和激勵機制對族庫管理進行了分析，提出了具體的分類方法。余芳強[7]對BIM 施工模型構件分類進行了研究，提出了一種有利于施工管理的 BIM 構件分類標準，開發了用于企業內部族管理和交流的平臺。白碩[8]通過研究，提出了水利 BIM 模型標準的制定，根據族樣板開發了能夠調整參數的專業族，解決了在族建造和應用時可能產生的無法布置、標高不一致等問題。馬淮亮[9]應用WPF(Windows Presentation Foundation)技術開發插件平臺，初步建立預制構件庫及管理平臺。韓同銀[10]等研究BIM技術在裝配式建筑項目設計階段的正向設計方法，此舉能夠提高建筑構件重復率，減少裝配式建筑構件類型。

從以上研究成果可以看到，PC構件族庫研究尚處于起步階段，基于Revit軟件接口編制PC構件族庫管理系統的研究還較少。Revit應用程序接口，即 Revit Application Programming Interface，Revit系列的Architecture、Structure、MEP 三個產品都有對應的應用程序接口，統稱為Revit API。論文將從PC構件族庫管理系統需求出發，基于Revit API，設計PC構件族庫管理系統，為提高裝配式構件管理水平、構件拆分效率及裝配式建筑正向設計提供科學工具。

1 PC構件族庫管理系統性能需求分析

為了保證PC構件族庫管理系統運行的穩定、安全，以及增強用戶的體驗感，需對PC構件族庫管理系統進行性能需求分析，PC構件族庫管理系統需要滿足以下的性能需求：

(1)快速性

PC構件族庫管理系統的響應速度與用戶的體驗有著緊密的聯系，系統對用戶操作的響應時間應該是秒級的，在用戶進行檢索等數據量較少的操作時，響應時間達到毫秒級別。

(2)安全性

PC構件族庫管理系統采用 C/S 架構，即PC構件族庫管理系統任務一部分由客戶端處理，一部分由服務器處理。因為服務器或者用戶終端設備的資源都是有限的，這種分配方式可以降低PC構件族庫管理系統對資源的消耗，而且這種架構具有極高的安全性。數據是最寶貴的資源，PC構件族庫管理系統管理員根據用戶角色劃分權限，特定角色只能在權限內使用、操作PC構件族庫管理系統，防止數據的誤刪、泄露。PC構件族庫管理系統使用數據庫時，SQL SERVER 2008提供角色驗證，數據庫的安全性能夠得到保障。

(3)易用性

PC構件族庫管理系統的用戶主要是從事裝配式建筑的設計師、BIM 工程師，PC構件族庫管理系統的設計要易于使用、不需要單獨培訓。

(4)適用性

PC構件族庫管理系統具有很強的適用性，系統能夠適用不同的環境，主要功能能夠在Windows 系列操作PC構件族庫管理系統上進行使用。但是 Windows XP 等較低版本的PC構件族庫管理系統可能在視覺、動畫上的體驗感較差。

2 PC構件族庫管理系統設計

2.1 族庫管理系統功能模塊設計

PC構件族庫管理系統主要有系統管理、族構件調用、族構件入庫、數據庫4 個主要功能，PC構件族庫管理系統共有4 層技術架構：用戶層、功能層、處理層和數據層。用戶層也稱最上層，用于顯示和接收各類信息，為用戶提供一種交互式的界面，使用該PC構件族庫管理系統的各類用戶可以通過網絡與功能層進行數據交換完成所需工作。基于前文分析出的用戶需求，根據技術和資源的可行性邊界確定PC構件族庫管理系統的具體功能形成功能層，族庫管理系統主要有系統管理、用戶管理、族構件調用以及族構件上傳。待用戶執行相關功能操作時產生的信息將進入處理層，將用戶指令轉為機器可識別的語言進行信息傳達。待用戶指令處理結束后，PC構件族庫管理系統將進入數據層。通過與數據庫的連接，執行數據庫語言，實現對數據庫內信息的增、刪、改、查等命令。PC構件族庫管理系統技術架構圖如圖1所示。

圖1 PC構件族庫管理系統技術架構

2.2 族庫管理系統序列圖設計

PC構件族庫管理系統的序列圖(Sequence Diagram)又稱為時序圖、序列圖，是一種 UML(Unified Modeling Language，統一建模語言)交互圖，用來描述對象之間按照時間順序發送信息的動態過程。本節對PC構件族庫管理系統中系統管理、族構件調用、族庫管理中的序列圖進行設計。

PC構件族庫管理系統管理員可以對普通用戶的基本信息進行增、刪、改的操作，也可以對PC構件族庫管理系統的基本信息進行增、刪、改的操作。其中管理序列圖中管理員增加用戶含義為：管理員登錄PC構件族庫管理系統→對身份進行驗證→驗證通過后PC構件族庫管理系統將彈出新增用戶的界面→管理員在界面中填寫用戶的信息，例如賬號、密碼、部門等→信息傳遞至數據庫→數據庫將成功創建用戶的信息傳遞至PC構件族庫管理系統→PC構件族庫管理系統彈出創建成功提示窗。PC構件族庫管理系統管理的序列圖如圖2所示。

圖2 PC構件族庫管理系統管理序列圖

3 PC構件族庫管理系統功能及實現

3.1 用戶登錄功能的實現

登錄功能的主要目的是保證PC構件族庫管理系統的安全性。登錄功能實現的流程如下：用戶打開本PC構件族庫管理系統的圖標，回彈出登錄界面，用戶輸入自己的用戶名和密碼，單擊登錄按鈕后，接收界面傳入的用戶名和密碼，連接數據庫，比較用戶名和密碼是否一致，登錄界面如圖3 所示。

圖3 用戶登錄界面

3.2 用戶注冊功能的實現

當需要新增用戶時，可以通過注冊功能添加PC構件族庫管理系統用戶。注冊功能實現的流程如下：用戶單擊注冊按鈕，界面會彈出注冊頁面，PC構件族庫管理系統會判斷用戶是否將每條信息都輸入，然后判斷兩次密碼是否一致，然后連接數據庫，將用戶注冊信息增加到數據庫中，注冊界面如圖4所示。

圖4 用戶注冊界面

3.3 族構件調用的實現

3.3.1 構件參數預覽功能實現

構件參數預覽主要包括構件二維圖預覽和構件詳細參數預覽。構件二維圖預覽在窗臺加載時通過綁定數據庫地址加載至PC構件族庫管理系統界面。構件詳細參數則是通過用戶單擊 GroupBox，PC構件族庫管理系統接收命令后，彈出詳細信息窗體，然后通過判斷用戶單擊 GroupBox 的名稱查詢數據庫中的信息，分條展示，構件參數預覽界面如圖5所示。

圖5 構件參數預覽界面

3.3.2 構件加載至項目功能實現

構件加載至項目是當用戶瀏覽的構件符合需求時，用戶通過單擊按鈕觸發加載至項目的事件，然后用戶即可在 Revit 內調用該構件。具體實現的流程是：用戶單擊按鈕，將按鈕值傳至PC構件族庫管理系統，PC構件族庫管理系統通過檢索構件在數據庫中的地址，然后傳遞給事務，然后執行該事務即可。

3.3.3 構件全文檢索功能實現

全文檢索的目的是使用戶快速找到符合需求的構件，提高用戶的工作效率。檢索功能實現的流程是：判斷用戶是否輸入需要查詢構件的名稱，然后將輸入的字符串傳遞到PC構件族庫管理系統，PC構件族庫管理系統通過數據庫檢索的結果判斷是否存在該構件，然后顯示檢索結果界面，該界面包含構件名稱、圖片、族詳細參數信息等。此外，為了實現在 Winform 中的多窗體傳值，在該工程中添加了一個類，用來傳遞如用戶名、選擇構件的名稱等數據。

3.4 數據庫維護的實現

數據庫維護功能是面向管理員的功能，包括數據的備份和恢復、重復數據清理兩個功能，它們的具體實現方法如下：

3.4.1 數據的備份和恢復

數據的備份和恢復主要是將預制構件管理PC構件族庫管理系統的所有信息進行備份和恢復。當管理員點擊數據備份時，可以進行數據備份。當PC構件族庫管理系統或數據庫出現不抗因素導致數據發生錯誤時，可以通過備份文件對數據庫進行恢復，保證企業數據資產的安全。

(1)數據備份實現

當管理員登錄PC構件族庫管理系統后，點擊數據備份按鈕后，系統將調用程序，PC構件族庫管理系統將數據庫進行備份。

(2)數據恢復實現

由于數據恢復會覆蓋當前數據庫內的內容，需要管理員謹慎操作。因此，當管理員點擊數據恢復時，會要求管理員輸入口令確認，然后PC構件族庫管理系統會將備份的數據庫恢復到數據庫中，完成數據的恢復。

3.4.2 重復數據清理

數據清理這個功能主要是將數據庫中重復存在的預制構件信息刪除、普通用戶信息刪除。

數據清理的實現過程如下：管理員登錄PC構件族庫管理系統后，點擊重復構件清理按鈕后，PC構件族庫管理系統將檢索數據庫中重復的構件信息，然后調用程序彈出重復構件數據窗口，用戶點擊選擇要清理的數據表，完成重復數據的清理。PC構件族庫管理系統接收用戶選擇的信息，形成 SQL 語句，在數據庫中將用戶選擇的構件刪除，然后提示用戶清理成功。

4 結論

傳統的設計方法無法實現裝配式建筑正向設計，阻礙了我國裝配式建筑的發展，為了解決上述問題，本文引入族的概念，利用Revit API，結合軟件開發平臺，為設計單位、構件生產廠家等用戶提供了裝配式構件族庫管理系統。該系統實現了根據構件種類進行系統性管理、修改、應用、維護等功能。此外，隨著裝配式項目的積累、數據庫內構件豐富度的提高以及系統數據互通性的增強，用戶可以實現裝配式建筑的正向設計。但是，本管理系統只能在Revit系統界面與SQL SERVER數據互通，與MES、ERP等企業管理系統的數據互通性并未展開研究，如有需要，將在今后的工作中進一步展開研究。