基于Revit軟件二次開發的塔吊深化設計系統開發

謝中原，黃鑫，張坤，李義毫

（中建交通建設集團有限公司，北京 100141）

0 引言

Revit是Autodesk公司一套系列軟件的名稱，也是我國建筑業BIM體系中使用最廣泛的軟件之一［1］。Revit系列軟件是為建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）構建而開發的，能夠更好地設計、建造和維護建筑。在施工階段，Revit系列軟件可以輔助施工技術人員進行施工深化設計［2］。

塔吊深化設計是施工深化設計的重要組成部分，具有重要意義，原因如下：（1）塔吊是建筑工程施工階段最主要的垂直運輸設備，其選型、布置直接關系到建筑工程是否能夠按期完工；（2）群塔作業是建筑工程施工階段重大風險源；（3）塔吊基礎設計是塔吊安全使用的保證。

目前，Revit軟件沒有內嵌塔吊深化設計系統，為了進一步提高塔吊深化設計的效率、準確性及標準化程度，需要在Revit軟件基礎上進行二次開發。Revit軟件提供豐富的應用程序編輯接口（Application Programming Interface，API）。一方面，用戶可通過API集成其他應用程序，或使用API進行二次開發，從而更加便捷高效地操作和訪問Revit［3］；另一方面，API可以把瑣碎的建模工作自動化，自動檢查Revit文件中的錯誤，借助API將其他軟件功能繼承或鏈接到Revit中，在1個平臺上滿足用戶需求［4］。

1 系統開發目標

塔吊深化設計系統開發包括2個目標：

（1）為施工深化設計提供一種一站式、可視化、智能化的解決方案。傳統施工深化設計大多基于二維CAD技術，需要Word、Excel、CAD、力學計算工具等多種軟件協作才能形成解決方案［5］，而通過塔吊深化設計系統開發，可實現在1個平臺上完成深化設計，形成可視化3D成果，并可對方案合理性進行智能化分析。

（2）整合多種類型信息，為施工提供最佳實踐范例。傳統深化設計過程中，信息往往是離散的，深化設計的好壞通常受到設計參與者對信息掌握情況的制約［6］。然而，Revit塔吊深化設計系統可以將塔吊參數信息、造價信息、規范信息及塔吊施工方案的最佳實踐信息等多種類型信息高效整合到一起，大幅度提高深化設計程度和效率［7-8］。

2 系統整體設計

2.1 功能結構

基于Revit軟件的塔吊及塔吊基礎深化設計平臺的系統功能結構見圖1，其重要功能包括塔吊初步設計、塔吊深化設計、塔吊功能分析、塔吊基礎設計、成本分析和施工方案，共計6項。其中塔吊初步設計包括創建草圖、草圖設計2項子功能；塔吊深化設計包括創建塔吊、塔吊設計、塔吊清單3項子功能；塔吊功能分析包括吊次分析、吊重分析、碰撞分析3項子功能；基礎設計包括創建基礎、基礎信息、基礎復核3項子功能；成本分析包括塔吊租賃成本分析、塔吊基礎成本分析2項子功能［9］。

圖1 塔吊深化設計系統功能結構

根據系統功能結構，主頁面創建選項卡頁（Ribbon Tab）1個，名稱為“塔吊深化設計”（見圖2）；在塔吊深化設計選項卡中創建面板（Ribbon Panel）6個，每個面板中，有命令按鈕若干（Push Button）。

圖2 塔吊深化設計系統Ribbon界面

2.2 業務流程

塔吊深化設計系統業務流程見圖3。

圖3 塔吊深化設計系統業務流程

2.3 運行環境

系統程序運行環境見表1。

表1 程序運行環境一覽表

3 功能模塊設計

3.1 初步設計模塊

初步設計模塊主要任務是利用新增的放置塔吊草圖功能，在平面視圖上創建塔吊草圖族實例。塔吊草圖族是圓柱體參數化模型（見圖4），用來模擬塔吊覆蓋范圍，在創建過程中，塔吊草圖族實例將識別項目文件中的最高標高及最低標高，塔吊草圖族實例的頂面將自動調整為高于最高標高1.5 m，底面自動調整為低于最低標高1.5 m，確保每個標高的平面視圖均能看到塔吊草圖族實例。塔吊草圖族實例設置完畢后，設置塔吊草圖族實例的設計參數（見圖5），包括塔吊型號、編號、臂長。

圖4 塔吊草圖族模型

圖5 塔吊草圖信息編輯界面

3.2 深化設計模塊

（1）建立塔吊模型族實例。通過生成塔吊模型功能，將過濾出項目中所有的塔吊草圖族實例，遍歷塔吊草圖族實例中的參數值，根據塔吊型號參數值，確定使用的塔吊模型族類型；同時根據塔吊草圖族實例的坐標、塔吊型號、臂長等參數值，生成塔吊模型族實例（見圖6）。每次對塔吊草圖族實例進行修改后，重復使用生成塔吊功能，可以刷新塔吊模型族實例。選擇單個塔吊模型族實例，設置塔吊模型族實例的設計參數（見圖7），包括塔節數量、基礎標高、安裝日期、拆除日期等。

圖6 塔吊草圖族與模型族

圖7 塔吊草圖族信息編輯界面

（2）開發塔吊清單功能。Revit軟件雖然自帶明細表功能，但自行建立的族參數（如塔吊模型族的塔吊型號、臂長、塔節數量等）提取較為復雜（需通過共享參數功能進行提取），通過開發塔吊清單功能，可直接獲取塔吊明細表（見圖8），明細表包含塔吊相關的關鍵參數，以便操作。

圖8 塔吊明細表界面

3.3 功能分析模塊

（1）吊次分析。選擇工程結構類型、每日工時，過濾出項目中所有的塔吊模型族實例，遍歷每臺塔吊模型族實例的塔吊型號、安裝時間、拆除時間等參數，通過上述參數計算出塔吊在使用期間能夠完成的結構總面積；篩選出項目中全部結構樓板實例，計算結構樓板實例總面積；兩者相比較，得出吊次是否滿足的結論及相關建議（見圖9）。

圖9 吊次測算結論界面

（2）吊重分析。過濾項目中的塔吊草圖族實例，根據塔吊草圖族實例相關參數以及塔吊在不同范圍內的吊重能力，依次生成吊重分析族實例（見圖10）。吊重分析族為可以參數化的圓環體，用來模擬塔吊某個吊重范圍，過濾出與吊重分析族實例相碰撞的所有鋼結構構件族實例。若鋼結構構件族實例的質量小于吊重分析族實例的吊重參數，吊重滿足要求，反之則不滿足要求。對不能吊起的構件信息進行收集，分析完畢后刪除所有吊重分析族實例，根據收集的信息生成成果清單（見圖11）。

圖10 吊重分析族實例

圖11 吊重分析結論界面

（3）碰撞分析。過濾出項目中的塔吊模型族實例，遍歷塔吊模型族實例，根據塔吊模型族實例的相關參數，依次創建碰撞檢測族實例（見圖12）。碰撞檢測族由可以參數化的長方體（用來模擬塔身）和圓柱體（用來模擬塔臂）組成。過濾出與碰撞檢測族實例相碰撞的模型實例，并對其進行信息收集和分析，分析完畢后刪除碰撞檢測族實例，根據收集的信息生成成果清單（見圖13）。

圖12 碰撞檢測族實例

圖13 碰撞檢測結論界面

3.4 基礎設計模塊

生成塔吊基礎及其參數查詢。過濾項目中的塔吊模型族實例，遍歷所有塔吊模型族實例，根據塔吊模型族實例的相關參數，依次創建塔吊基礎族實例（見圖14）。塔吊模型族實例發生變化后，使用生成塔吊基礎功能可對塔吊基礎族實例進行更新，塔吊基礎族實例的相關參數均引自塔吊生產廠家發布的塔吊施工說明書。選擇單個塔吊模型族實例，使用塔吊基礎參數查詢功能，可查詢塔吊基礎相關參數。

圖14 塔吊基礎族實例

3.5 成本測算模塊

（1）塔吊租賃成本測算。過濾出項目中的塔吊模型族實例，遍歷每個塔吊模型族實例，獲取塔吊型號、安裝時間、拆除時間等參數值，從企業數據庫獲取對應塔吊型號的租賃單價及進出場費用的相關信息，計算出塔吊租賃費用總和，形成成果清單（見圖15）。

圖15 塔吊租賃及進出場成本測算界面

（2）塔吊基礎成本測算。過濾出項目中的塔吊基礎模型實例，遍歷每個塔吊基礎族實例，獲取塔吊基礎的混凝土工程量及鋼筋工程量等參數值，從企業數據庫獲取混凝土施工綜合單價及鋼筋施工綜合單價的相關信息，計算出塔吊基礎施工成本，形成成果清單。

3.6 施工方案模塊

構建企業級塔吊施工方案范本數據庫，數據庫包括工程概況、施工工藝、施工安全控制措施、施工質量控制措施等部分，通過企業級塔吊施工方案范本數據庫及Revit項目中的相關信息，自動生成表單化的塔吊施工方案（見圖16），提高方案編制效率及準確性。

圖16 自動生成的塔吊方案部分截圖

4 結束語

通過基于Revit軟件二次開發的塔吊深化設計系統開發，抽象出一種“BIM軟件平臺二次開發+企業數據庫+算法”的方法。即在完成模型創建的情況下，通過企業數據庫及算法，形成施工所需的方案、圖紙、計算書、清單、合同、技術交底等信息及成果。研究成果有助于突破部門之間的信息傳遞瓶頸，提高施工所需文件的編制水平及編制效率，助推項目履約創效。