基于Revit的預制板BIM智能創建與拆分軟件開發

畢天平 趙小偉

（沈陽建筑大學管理學院，沈陽 110168）

0 引言

近年來，隨著社會的不斷發展，科學技術在國內建筑行業的應用越來越成熟。雖然目前的BIM軟件越來越專業化、精細化，但由于這些軟件往往是針對市場環境所開發，就會造成特定使用功能的減弱［1］。然而裝配式建筑的發展受制于建筑信息化發展，建筑信息化的發展將依賴于BIM的發展［2］。裝配式建筑與傳統建造方式的區別在于預制構件的工廠生產和現場安裝，所以預制構件的設計生產水平很大程度直接決定了裝配式建筑的發展水平［3］，通過BIM軟件的二次開發解決預制構件的智能化應用是裝配式建筑信息化發展的重要推動力。

1 智能創建與拆分軟件開發

1.1 開發環境

本次開發所需的條件有Visual Studio 2015、Autodesk Revit 2018、Revit SDK（Software Development Kit）等，是基于Revit的開發。由于現今建筑業信息化的普及，Revit建模高效、快速、便捷的優勢使其逐漸取代了傳統的CAD建模。許多設計院也正在推行正向設計，但由于Revit缺乏智能創建、智能拆分預制板的功能，所以為了適應建筑業主流發展，選擇基于Revit進行二次開發，通過創建動態鏈接庫，將VS中編輯的程序載入到Revit中，便于接下來預制板的智能創建和拆分［4］。

1.2 程序基本原理

該軟件的開發主要引用Revit API自行開發項目所需功能，滿足工作需求，實現預制板的智能創建與拆分，保證裝配式建筑構件生產的高效性，通過搭建Revit二次開發環境［5］，為預制板的智能創建、拆分奠定操作基礎。

由于目前市場上預制板拆分軟件都有一定程度的不足，無法全面完成預制板的智能拆分，也無法完成后續預制板結構（桁架、鋼筋、吊點、吊環等）的布置，Revit API便成為打通各款軟件實現數據交互的重要工具，它能夠自動分析BIM模型信息等幾乎所有Revit操作［6］。Revit API提供了功能豐富且可以被C#調用的接口，通過Visual Studio等集成開發環境可以滿足預制構件的深化［7］。圖1為基于Revit的預制板BIM智能創建與拆分軟件的開發思路。

圖1 軟件開發思路圖Fig.1 The software development roadmap

1.3 開發流程

預制板智能創建與拆分軟件開發的流程主要包括：可行性分析、架構設計、編寫代碼、注冊加載、調試等步驟［8］。首先對項目進行需求分析，主要是為了在裝配式建筑中實現預制板的智能創建和拆分，通過參數化設置能更好地實現施工過程中批量拆分，再對拆分后的預制板進行結構（吊點、吊環、桁架、鋼筋及凹槽）布置，快速地將預制板布置到工程框架中，以此加快裝配式建筑工程的設計效率［9-10］。

Revit API調用類庫是以External Application（外部應用）的形式來實現，生成動態鏈接庫文件載入到Revit中，來創建和設計與Revit界面一致的工作面板，一個外部應用可以包含多個外部命令，Revit插件的調用須通過.addin文件來完成［11］。圖2為開發完成的軟件功能面板。

圖2 軟件功能面板Fig.2 The software function panel

2 主要功能及效果

2.1 預制板智能創建

2.1.1 預制板智能創建與合并

預制板的智能創建主要是為實現快捷高效地生產參數化構件，省去繪圖過程中重新調參的步驟。目前Revit只是能夠創建普通的板，不具備復雜的參數化創建，基于Revit智能創建環境要求能根據項目特點需要自動匹配參數創建預制板。此外，還可以在框架墻、梁、柱上直接創建整塊板，然后使整塊預制板與框架梁、柱合并，也就表明預制板參數相同的情況下能夠智能地實現Revit中預制板與其他預制構件的合并，間接地達到板的整體拆分效果。此次參數化創建的板主要有預應力混凝土疊合板、鋼筋桁架疊合板、無肋底板疊合板（多種）及預應力雙T疊合板四種類型［12］。圖3為預制板創建的部分源代碼，參數化創建的板為20*15。

圖3 Revit二次開發代碼Fig.3 Secondary development code of Revit

圖4為預制板與梁、柱的合并后效果圖。

圖4 預制板創建Fig.4 Precast slab creation

2.1.2 板幾何造型一鍵成型

預制板智能創建完成后，選擇需要布置結構構件的板，該軟件智能調用后臺數據庫，可參數化設置構件，只需點擊相應的結構構件（吊點、吊環、桁架、鋼筋等）進行添加，一鍵應用即可。根據建筑工程需要，選擇參數化設置的桁架、吊點、吊環、鋼筋在預制板上布置，鋼筋可以在數據庫中進行各類型號鋼筋的整合，將工程中常用的鋼筋進行添加，在軟件操作界面可實現鋼筋的一步成型。圖5為布置幾何造型功能界面圖。

圖5 布置幾何造型Fig.5 Layout geometry

2.2 預制板智能拆分

預制板智能拆分主要是使構件標準、尺寸精確、減少現場施工作業［13］。此外，還可將特殊四邊形預制板分割成規則的矩形板，再根據需求拆分成各類參數化預制板，極大地避免了材料浪費。根據工程所需的不同構件，對預制板進行參數化設置，將整塊板拆分成滿足不同工程的單一構件，批量生成預制板，拆分后的預制板具有小型化、輕量化的特點［14］。首先，在Revit中選擇預制板，分析板的形狀是否是特殊四邊形，若是特殊四邊形板應優先規則化處理，若板的形狀為矩形板，即可開始對預制板進行拆分，可以根據工程需要選擇沿板跨度方向或者板寬度方向，輸入板拆分的間距就可以進行拆分。

預制板的拆分算法：分析預制板的形狀，對特殊四邊形板進行最大化規則處理，處理完成后再進行預制板的拆分。預制板模型在Revit中進行拆分時，可以將板跨、板寬轉換為坐標軸上的封閉區域［15］，預制板的四個板角對應坐標軸的四個坐標，如圖6所示，圖中X軸對應板跨度方向，Y軸對應板寬度方向。

圖6 特殊四邊形板Fig.6 Special quadrilateral plate

2.2.1 板規則化處理

拆分過程中，軟件通過板跨、板寬的夾角判斷出是否為規則的矩形板，夾角不等于90°，將會對板進行處理，沿著特殊四邊形板的頂點向平行邊做垂直線，選取最大區域范圍的板，極大地節約了原材料，圖7為規則化處理完成圖。

圖7 板規則化處理圖Fig.7 Plate regularization processing diagram

2.2.2 沿X軸方向進行拆分

（1）整體板拆分，具體拆分公式如下：

式中：n1為拆分板的數量；a為拆分板間距；（x2-x1）為未拆分前的板跨；L1為拆分后板的跨度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的跨度）。

圖8 為沿X軸拆分示意圖1。

圖8 X軸拆分示意圖1Fig.8 X-axis splitting diagram 1

（2）舍掉部分多余預制板后，進行拆分，舍掉長度為a0（0≤a0≤x2-x1）（從x1?x2方向進行舍掉），具體拆分公式如下：

式中：n2為拆分板的數量；a為拆分板間距；a0為預制板舍掉的部分；（x2-x1-a0）為未拆分前的板跨；L2為拆分后板的跨度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的跨度）。

圖9為沿X軸拆分示意圖2。

圖9 X軸拆分示意圖2Fig.9 X-axis splitting diagram 2

2.2.3 沿Y軸方向進行拆分

（1）整體板拆分，具體拆分公式如下：

式中：m1為拆分板的數量；b為拆分板間距；（y2-y1）為未拆分前的板寬；W1為拆分后板的寬度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的寬度）。

圖10 為沿Y軸拆分示意圖1。

圖10 Y軸拆分示意圖1 Fig.10 Y-axis splitting diagram

（2）舍掉部分多余預制板后，進行拆分，舍掉長度為b0（0≤b0≤y2-y1）（從y1?y2方向進行舍掉），具體拆分公式如下：式中：m2為拆分板的數量；b為拆分板間距；b0為預制板舍掉的部分；（y2-y1-b0）為未拆分前的板寬；W2為拆分后板的寬度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的寬度）。

圖11為沿Y軸拆分示意圖2。

圖11 Y軸拆分示意圖2Fig.11 Y-axis splitting diagram 2

Revit中預制板自定義拆分參數設置及拆分后效果圖如圖12所示。

圖12 預制板拆分效果圖Fig.12 Split effect drawing of precast slab

2.3 軟件應用前后對比

相較于傳統預制板設計過程中預制板繪制復雜、無法拆分等劣勢，預制板智能創建與拆分軟件的研發解決了板參數化創建，可以智能化匹配預制板所需的構件，并根據工程需要對預制板進行規則化拆分，以此滿足生產需求，極大地節約了生產時間，提高了生產效率。表1為預制板智能創建與拆分軟件應用前后的對比。

表1 軟件應用前對比Table 1 Comparison before and after software application

3 預制板生產的效果

在裝配式建筑工程項目中，對預制板的設計使用基于Revit的BIM智能開發軟件。項目采用Revit建模技術對預制板進行三維可視化剖析，其中預制板的創建合并、智能拆分均是在Revit二次開發技術條件下進行的。

預制板的前期設計是在Revit智能創建界面進行布置的，直接根據裝配式工程的需要，參數化設置創建預制板，節約了設計時間，提高了預制板布置效率。根據項目中工程框架的尺寸，在預制板BIM智能拆分環境下，使用預制板的拆分功能對創建完成的預制板進行拆分，輸入拆分間距就可以批量獲得預制板，對預制板進行結構（鋼筋、桁架、吊點、吊環及凹槽等）布置，以此滿足工程項目中的預制板真正需求。將設計完成的預制板的圖紙根據預制板布置圖和預制板結構圖分別完成出圖，并交付預制構件生產廠商。圖13為在工廠中完成拆分生產的鋼筋桁架預制樓承板。

圖13 鋼筋桁架預制樓承板Fig.13 The precast floor bearing plate with steel truss

裝配式建筑工程預制板是批量生產的，不同的單位采購不同的預制構件，只需依照工程要求進行設計即可。設計院將預制板的圖紙交付給預制工廠，根據圖紙要求采用流水線生產，在預制板的指定位置切割，接著分別布置幾何造型（桁架、凹槽、配筋、吊點及吊環等）。對加工批量生產的預制板，應由專業的質檢人員對板進行檢查，避免由于失誤造成切割或者結構布置達不到要求。

4 結 語

基于BIM技術自主研發裝配式建筑工程中預制板在Revit里的智能創建與拆分，為其余預制構件的智能創建和拆分提供了借鑒。智能創建與拆分技術的實現，使預制板的深化達到了相輔相成的結果。從Revit的開源性和規范性出發，進行科學的開發是可行的。該項技術主要是通過Revit API這一開放型程序接口，實現了C#編程語言對Revit軟件的開發利用，解決了工程項目中預制板深化復雜的難題，同時提高了預制板的設計水平，降低了設計的難度，提高了預制板的設計效率。基于Revit的預制板BIM智能創建與拆分軟件的開發為裝配式建筑工程中預制構件的智能化發展提供了堅實的基礎，更有助于工業化生產，提高了建筑工程的集成化程度，能更好地引領建筑業走向更高水平。