喬保娟 鄧正賢 張洪磊

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建研科技股份有限公司，北京100013)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Model，BIM)技術(shù)，是近年在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，BIM是一次真正的信息革命，推進(jìn)BIM技術(shù)研究與應(yīng)用亟不可待[1]。

BIM技術(shù)，自2002年由Autodesk公司率先提出后，逐漸得到世界建筑行業(yè)的普遍認(rèn)可，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用，美國(guó)60%的建筑設(shè)計(jì)和施工企業(yè)應(yīng)用BIM。在我國(guó)，水立方、上海中心大廈及上海世博會(huì)場(chǎng)館對(duì)BIM的應(yīng)用[2]使其名聲鵲起，不過(guò)就BIM應(yīng)用廣度和深度而言，其在中國(guó)的應(yīng)用還只是剛剛開始，BIM技術(shù)在工程運(yùn)用中還存在諸多障礙[3]。

在國(guó)內(nèi)，隨著建筑業(yè)對(duì)信息化要求的不斷提高、國(guó)家科研投入不斷增多及在基于BIM技術(shù)的軟件開發(fā)商宣傳下，相關(guān)機(jī)構(gòu)和各部門已開始著手研究和應(yīng)用BIM技術(shù)[4-9]，但是目前對(duì)BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用僅處于起步階段，各研究機(jī)構(gòu)對(duì)BIM技術(shù)的研究相對(duì)分散，尚未形成一套完整的技術(shù)體系，各企業(yè)單位也只是將BIM技術(shù)應(yīng)用到某一個(gè)或某幾個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的部分建設(shè)過(guò)程中，還不能在建筑設(shè)計(jì)、施工管理及運(yùn)營(yíng)等全生命周期連續(xù)應(yīng)用BIM技術(shù)。

目前，以Revit為代表的國(guó)外主流BIM設(shè)計(jì)軟件已進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，但尚不能很好地適應(yīng)我國(guó)規(guī)范要求，使得結(jié)構(gòu)專業(yè)在整個(gè)三維信息鏈中成了孤島，導(dǎo)致近十年來(lái)國(guó)內(nèi)大量結(jié)構(gòu)計(jì)算模型無(wú)法協(xié)同應(yīng)用。PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件與國(guó)家規(guī)范緊密結(jié)合，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，因此開發(fā)PKPM和Revit接口軟件意義重大。

Revit的平臺(tái)是開放的，它具有強(qiáng)大的二次開發(fā)端口，這為編程人員根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行二次開發(fā)提供了便利條件。作為PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)人員，作者在 Revit平臺(tái)下通過(guò)調(diào)用 Revit API[4]提取Revit模型數(shù)據(jù)、創(chuàng)建Revit模型，開發(fā)了PKPM與Revit雙向接口軟件，本文將深入探討PKPM和Re-vit接口軟件開發(fā)過(guò)程中關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案。

2 接口軟件簡(jiǎn)介

PKPM與Revit接口軟件在Autodesk Revit平臺(tái)下開發(fā)，支持 Revit 2012、Revit 2013、Revit 2014 32/64位中文/英文版本，在Revit下以插件形式調(diào)用。支持Windows XP 32/64位和Windows 7 32/64位操作系統(tǒng)。接口軟件安裝簡(jiǎn)單，操作方便。PKPM與Revit接口軟件實(shí)現(xiàn)了Revit模型數(shù)據(jù)和PM模型數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換:實(shí)現(xiàn)了Revit直軸線、弧軸線、標(biāo)高、豎直柱、斜柱、直梁、弧梁、直墻、弧墻、普通樓板、斜板、墻洞、板洞、豎井、材料、族截面等向PKPM的轉(zhuǎn)換;實(shí)現(xiàn)了PKPM直軸線、弧軸線、樓層、豎直柱、支撐、直梁、弧梁、直墻、弧墻、普通樓板、斜板、墻洞、板洞、材料、截面等向Revit的轉(zhuǎn)換。

3 族與截面轉(zhuǎn)換問(wèn)題

接口軟件根據(jù)PMCAD中的截面類型，預(yù)先制作了族文件，放在接口軟件安裝文件PKPMFamily文件夾中，以下簡(jiǎn)稱PKPM族。PMCAD模型轉(zhuǎn)Revit模塊能夠自動(dòng)根據(jù)PMCAD中的使用的截面加載PKPM族并創(chuàng)建族類型，便于后續(xù)生成柱、梁實(shí)例。如圖1為PMCAD中多種截面柱轉(zhuǎn)換到Revit中的例子。

圖1 PMCAD截面與Revit族轉(zhuǎn)換實(shí)例

圖2 Revit模型轉(zhuǎn)PKPM設(shè)置

在Revit模型轉(zhuǎn)PMCAD模型模塊，用戶可以自行指定Revit族對(duì)應(yīng)的PMCAD截面，可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行截面匹配:1)單個(gè)匹配:對(duì)于Revit族類型，用戶選擇希望匹配的PMCAD截面類型，手動(dòng)輸入PMCAD截面參數(shù);2)批量匹配:對(duì)于Revit族，用戶選擇希望匹配的PMCAD截面類型，手動(dòng)輸入PMCAD截面參數(shù)對(duì)應(yīng)的Revit族參數(shù)，即可將該族的所有族類匹配。所有族類型匹配完成后，點(diǎn)擊[保存設(shè)置]按鈕可以將此次截面匹配設(shè)置保存到文本文件中，下次轉(zhuǎn)換此工程時(shí)可通過(guò)[讀取設(shè)置]讀取截面匹配設(shè)置。對(duì)于常用的Revit系統(tǒng)族和PKPM族，程序能夠自動(dòng)識(shí)別，給出默認(rèn)匹配，減少了用戶的工作量。如圖2為截面匹配對(duì)話框。

4 偏心問(wèn)題的處理

對(duì)于原始模型為PM數(shù)據(jù)的模型，接口軟件運(yùn)用Revit擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)PMCAD偏心信息。PMCAD模型轉(zhuǎn)換為Revit模型時(shí)，將梁柱墻偏心信息存儲(chǔ)到構(gòu)件擴(kuò)展數(shù)據(jù)中，這樣再轉(zhuǎn)回PMCAD模型時(shí)就能保留原來(lái)的偏心信息及節(jié)點(diǎn)位置，很好地解決了PMCAD圍板時(shí)周圍梁線不閉合問(wèn)題，使樓板不會(huì)丟失，PMCAD模型轉(zhuǎn)Revit模型，再轉(zhuǎn)PM模型，模型保持原樣，如圖3所示。

圖3 帶有偏心的模型轉(zhuǎn)換

對(duì)于原始模型為Revit數(shù)據(jù)的模型，無(wú)法從Revit數(shù)據(jù)庫(kù)中提取梁、墻、柱偏心信息，只能得到構(gòu)件中心線/點(diǎn)位置。Revit梁、墻、柱轉(zhuǎn)到PMCAD中按梁、墻、柱實(shí)際位置中心線/點(diǎn)生成網(wǎng)線及節(jié)點(diǎn)。若Revit中圍成某個(gè)板的梁、墻中心線端點(diǎn)搭不上，則轉(zhuǎn)到PMCAD中不能圍成板。若梁、墻中心線端點(diǎn)與柱中心點(diǎn)搭不上，則轉(zhuǎn)到PMCAD中柱懸空。這樣可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)到PMCAD中的模型無(wú)法計(jì)算或與建模初衷不符。初步解決方案有:1)若梁端點(diǎn)在柱截面內(nèi)，把梁端點(diǎn)挪到柱節(jié)點(diǎn)上;這樣做的缺點(diǎn)是，可能會(huì)造成梁傾斜，模型效果不好;2)若梁端點(diǎn)在柱截面內(nèi)，把柱節(jié)點(diǎn)移到端點(diǎn)落到該柱截面內(nèi)的幾根梁的中心線延長(zhǎng)線交點(diǎn)上。這樣做的缺點(diǎn)是，各層同一位置的柱子可能節(jié)點(diǎn)上下對(duì)不上，對(duì)于同一根柱子上有兩根梁中心線平行的情況轉(zhuǎn)換效果有時(shí)不太好。接口軟件融合了以上兩種解決方案，對(duì)于帶有偏心的Revit模型，轉(zhuǎn)換到PMCAD時(shí)，根據(jù)梁、墻、柱的實(shí)際位置并結(jié)合軸線自動(dòng)做出處理，計(jì)算偏心，對(duì)于大部分的情況能夠處理得比較好，但不是所有情況都能盡善盡美，有時(shí)需要用戶在PMCAD中做些后續(xù)調(diào)整。為此，建議用戶在Revit中建模時(shí)，盡量使梁端點(diǎn)、墻端點(diǎn)、柱中心點(diǎn)搭上。

5 標(biāo)高、樓層、軸線問(wèn)題的處理

5.1 標(biāo)高樓層轉(zhuǎn)換問(wèn)題

Revit模型轉(zhuǎn)PMCAD模型模塊根據(jù)Revit的標(biāo)高在PMCAD中創(chuàng)建樓層并組裝，Revit模型中一個(gè)標(biāo)高(除底標(biāo)高外)對(duì)應(yīng)PMCAD一個(gè)樓層。用戶可以在Revit轉(zhuǎn)PM設(shè)置對(duì)話框手動(dòng)選擇想要轉(zhuǎn)換到PMCAD的標(biāo)高，如圖2左側(cè)所示，選擇框底部顯示了用戶選擇的要轉(zhuǎn)換的標(biāo)高總數(shù)，轉(zhuǎn)到PMCAD后的樓層數(shù)即為總標(biāo)高數(shù)減1。

PMCAD模型轉(zhuǎn)Revit模型模塊，把PMCAD模型中樓層轉(zhuǎn)為Revit標(biāo)高，Revit標(biāo)高數(shù)為 PMCAD樓層數(shù)加一，同時(shí)根據(jù)標(biāo)高自動(dòng)創(chuàng)建樓層平面視圖和3D視圖。

Revit模型轉(zhuǎn)PMCAD模型模塊同時(shí)提供了部分轉(zhuǎn)換模型功能，用戶可以在Revit模型界面框選部分模型，在Revit轉(zhuǎn)PMCAD設(shè)置對(duì)話框勾選“只轉(zhuǎn)換鼠標(biāo)選中的模型”(見(jiàn)圖2左下角)，來(lái)將框選的部分Revit模型轉(zhuǎn)換到PMCAD中，便于對(duì)規(guī)模較大的工程進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)分析。

5.2 軸線轉(zhuǎn)換問(wèn)題

Revit模型中一根軸線是一個(gè)豎直面，可跨越多層標(biāo)高，而PMCAD中每層有自己的軸線，因此，轉(zhuǎn)換為PMCAD模型時(shí)，軟件自動(dòng)將Revit軸線復(fù)制到PMCAD各層。接口軟件自動(dòng)根據(jù)梁、墻、柱的定位線生成網(wǎng)線，參照Revit軸線計(jì)算構(gòu)件偏心，PMCAD軸線是和構(gòu)件相關(guān)的，可能會(huì)比Revit軸線多。

PMCAD中各層均有軸線，若直接轉(zhuǎn)換到Revit中將會(huì)有多根軸線重合，造成圖面繁雜，軟件解決辦法是，將重合的軸線刪去，并將軸線兩端外延3米，以免PMCAD模型轉(zhuǎn)到Revit后軸線兩端緊貼墻、梁外邊緣。

6 墻、板的轉(zhuǎn)換與剖分

6.1 墻與墻洞轉(zhuǎn)換問(wèn)題

Revit模型轉(zhuǎn) PMCAD模塊能夠轉(zhuǎn)換直墻、弧墻、上節(jié)點(diǎn)高不同的山墻，其中直墻、弧墻采用拉伸墻創(chuàng)建方式，山墻采用多邊形創(chuàng)建方式。墻在PMCAD中會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)布置自動(dòng)拆分。圖2為直墻、弧墻、山墻及墻洞轉(zhuǎn)換實(shí)例。

對(duì)于Revit模型中跨越多個(gè)標(biāo)高的墻，轉(zhuǎn)到PM時(shí)能夠根據(jù)樓層自動(dòng)剖分，如果墻上的洞口跨樓層也會(huì)剖分，剖分效果如圖5所示。對(duì)于結(jié)構(gòu)柱和斜撐也會(huì)同樣按樓層剖分。

6.2 板與板洞轉(zhuǎn)換問(wèn)題

Revit模型轉(zhuǎn)PMCAD模塊能夠轉(zhuǎn)換水平樓板、斜板、圓弧邊界板，Revit模型中的大板轉(zhuǎn)到PMCAD后能夠自動(dòng)根據(jù)網(wǎng)線布置拆分成小板，挑出的部分會(huì)生成懸挑板。由于PMCAD不支持跨越兩個(gè)板的板洞，因此Revit中這類板洞會(huì)被過(guò)濾掉，并在生成信息中做出位置提示。PMCAD中零厚度板轉(zhuǎn)到Revit后為板洞。Revit模型轉(zhuǎn)PMCAD模型模塊能夠轉(zhuǎn)換矩形、圓形、自定義多邊形板洞及豎井洞口，如圖6所示。

圖4 墻轉(zhuǎn)換實(shí)例

圖5 墻剖分實(shí)例

圖6 板洞轉(zhuǎn)換實(shí)例

7 接口軟件轉(zhuǎn)換實(shí)例

PKPM與Revit接口軟件實(shí)現(xiàn)了Revit模型數(shù)據(jù)和PM模型數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換，直軸線、弧軸線、標(biāo)高、樓層、豎直柱、斜柱、直梁、弧梁、直墻、弧墻、普通樓板、斜板、墻洞、板洞、豎井、材料、截面等均能正確轉(zhuǎn)換。如圖7為某博物館模型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體量大，由PMCAD模型轉(zhuǎn)為Revit模型，轉(zhuǎn)換前后模型完全一致。如圖8為某高層建筑結(jié)構(gòu)模型，包含大量弧墻、弧梁、斜撐、圓弧邊界板等，由 Revit模型轉(zhuǎn)為PMCAD模型，轉(zhuǎn)換前后模型完全一致。

8 小結(jié)

PKPM與Revit接口軟件能夠滿足用戶對(duì)PKPM與Revit數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換的需要，經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試，可靠性得到了保證。用戶在用Revit建模后，可以直接使用接口軟件將模型轉(zhuǎn)到PKPM中做計(jì)算分析，再把做完計(jì)算分析后的模型使用接口軟件轉(zhuǎn)到Revit，做后續(xù)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。有了PKPM與Revit接口軟件，結(jié)構(gòu)專業(yè)不再是BIM三維信息鏈中的孤島，用戶可以真正實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、施工、設(shè)備等多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，省去了再次建模的工作量，大大縮短了設(shè)計(jì)工期，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。

圖7 某博物館模型轉(zhuǎn)換實(shí)例

圖8 某高層建筑模型轉(zhuǎn)換實(shí)例

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