基于Revit的網(wǎng)架參數(shù)化建模

(1.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113； 2.西安工程大學(xué)，西安 710048)

引言

BIM模型的創(chuàng)建是一個(gè)參數(shù)化的設(shè)計(jì)過程，構(gòu)件通過調(diào)整參數(shù)進(jìn)行參變，衍生成設(shè)計(jì)模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)是BIM建模軟件的一個(gè)重要核心思想，因此軟件的參數(shù)化能力是衡量一款BIM軟件實(shí)用性最為重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。在目前國內(nèi)外的主流BIM軟件中，Autodesk公司的Revit擁有非常強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)能力，Revit通過族能參變生成各式各樣的構(gòu)件。

然而現(xiàn)階段Revit也并沒有專門的模塊來創(chuàng)建空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由網(wǎng)架球和桿件組成，通常模型構(gòu)件數(shù)量巨大，即使是一般規(guī)模的小網(wǎng)架項(xiàng)目也包含成百上千個(gè)網(wǎng)架球和桿件。同時(shí)，實(shí)際項(xiàng)目中網(wǎng)架球的大小和桿件的類型沒有規(guī)律，所以通過常規(guī)的手工建模幾乎是難以完成的。如果采用Revit的概念體量創(chuàng)建網(wǎng)架，其網(wǎng)架球的大小和桿件的規(guī)格類型均相同，與工程項(xiàng)目實(shí)際不相符，難以保證網(wǎng)架模型的精度和質(zhì)量。在網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中，網(wǎng)架模型是自動生成的，同理也可以在Revit上采用二次開發(fā)的手段，編寫自動創(chuàng)建網(wǎng)架的插件來實(shí)現(xiàn)。但是對于編程經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)人員來說，二次開發(fā)困難較大，因此探索其他相對易于掌握的方法，非常迫切。

在此情況下，本文研究探索了兩個(gè)方案來解決Revit空間網(wǎng)架建模的問題。介紹了Revit Extensions插件基于Excel生成模型的方法，重點(diǎn)闡述了采用Dynamo程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)架自動建模的解決方案。希望本文介紹的BIM項(xiàng)目實(shí)踐能為同行提供一些參考。

1 Revit網(wǎng)架建模準(zhǔn)備工作

Revit建模依賴于族構(gòu)件，因此首先需要建立網(wǎng)架結(jié)構(gòu)用的Revit網(wǎng)架族。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由網(wǎng)架球、上弦桿、下弦桿和腹桿組成，網(wǎng)架的桿件有螺栓連接和焊接，為了方便使用，利用Revit強(qiáng)大的族功能，將桿件做成一個(gè)可以通用的族構(gòu)件。經(jīng)Revit族的構(gòu)思，本文建立的網(wǎng)架球和網(wǎng)架桿件兩種族即可滿足網(wǎng)架構(gòu)件的多樣性。

1.1 網(wǎng)架球

網(wǎng)架球族，Revit的構(gòu)件類別為結(jié)構(gòu)柱，使用的是結(jié)構(gòu)柱的族樣板，球中心鎖定在底標(biāo)高上，主要控制參數(shù)為球直徑，如圖1所示為網(wǎng)架球族模型。

1.2 網(wǎng)架桿件

網(wǎng)架桿件族，Revit的構(gòu)件類別為結(jié)構(gòu)框架，使用的是結(jié)構(gòu)框架的族樣板。將桿件錐頭、封閉和焊接三種連接節(jié)點(diǎn)情況整合成一個(gè)通用的族，通過參變可以變化成相應(yīng)的網(wǎng)架桿件族。網(wǎng)架桿件族的主要控制參數(shù)為桿件直徑、桿件壁厚、網(wǎng)架球的直徑、桿端的連接形式等，如圖2所示為網(wǎng)架桿件族及桿端的細(xì)部構(gòu)造，與實(shí)際情況相符。

圖4 DAT文本格式的網(wǎng)架數(shù)據(jù)

圖1 網(wǎng)架球族

圖2 網(wǎng)架桿件及桿端細(xì)部

2 基于Revit Extensions的解決方案

Revit Extensions提供——基于Excel生成模型的工具，通過該工具可以讀取網(wǎng)架的excel數(shù)據(jù)自動生成網(wǎng)架模型。此處注意，該工具并非存在于所有的Revit版本，其中2013、2016版有此模塊。

如圖3所示，“基于Excel生成模型”，打開后見圖5模型生成器的數(shù)據(jù)輸入界面。該工具只能生成以下5種Revit圖元：標(biāo)高、結(jié)構(gòu)柱、梁、墻、基礎(chǔ)。因此按照Revit類別，本文將網(wǎng)架球定為結(jié)構(gòu)柱類別，網(wǎng)架桿件定為結(jié)構(gòu)框架類別(梁)。

圖3 Extensions工具

圖5 模型生成器中的網(wǎng)架數(shù)據(jù)

使用該工具創(chuàng)建網(wǎng)架主要需要解決的是，網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)和桿件的坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理。具體的解決思路：

(1)從網(wǎng)架計(jì)算軟件中導(dǎo)出DAT文本的網(wǎng)架數(shù)據(jù)，如圖4所示，該數(shù)據(jù)為MST(浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件)和AMDE(中國汽車工業(yè)工程有限公司網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件)的DAT網(wǎng)架數(shù)據(jù)格式，這兩款軟件可以直接另存為DAT格式網(wǎng)架數(shù)據(jù)； 該數(shù)據(jù)格式記錄了網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、球直徑、網(wǎng)架桿件兩端的球節(jié)點(diǎn)編號、桿件規(guī)格等等。

(2)處理DAT文本獲取節(jié)點(diǎn)球和桿件的坐標(biāo)、尺寸類型等數(shù)據(jù)； 根據(jù)Revit Extensions模型生成器的Excel數(shù)據(jù)格式，需要的是網(wǎng)架球和桿件的尺寸規(guī)格和坐標(biāo)點(diǎn)，此數(shù)據(jù)從DAT文本中批量整理得到，此處不再贅述。

(3)將處理的數(shù)據(jù)輸入到基于Excel的模型生成器中，如圖5所示。

(4)校核數(shù)據(jù)； 此為Revit Extensions模型生成器的功能，用于校核數(shù)據(jù)格式的正確性，避免模型生成過程中出錯(cuò)。

(5)模型生成。

(6)完成。

3 基于Dynamo的可視化編程方案

3.1 Dynamo網(wǎng)架建模思路

Dynamo是一款可視化編程軟件，能獨(dú)立運(yùn)行或者運(yùn)行于Revit上。通過基于節(jié)點(diǎn)的可視化編程界面，Dynamo可以極大地提升Revit的參數(shù)化設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)計(jì)算式設(shè)計(jì)模型或者其它自動化處理過程。Dynamo可以在BIM環(huán)境(Revit平臺)中自動處理運(yùn)算，并且與Revit進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互。同時(shí)最為重要的是，對于沒有編程基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員來說，Dynamo相對容易上手掌握，可以讓設(shè)計(jì)師靈活使用Revit的參數(shù)化設(shè)計(jì)，豐富BIM模型，極大地提升模型的應(yīng)用效率。

運(yùn)用Dynamo創(chuàng)建網(wǎng)架模型，主要需要解決三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：

(1)如何讀取標(biāo)準(zhǔn)格式的DAT格式的網(wǎng)架數(shù)據(jù)；

(2)獲取DAT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Dynamo中的坐標(biāo)點(diǎn)；

(3)Dynamo中根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)和三維線，如何生成網(wǎng)架球和網(wǎng)架桿件。

Dynamo網(wǎng)架建模的流程，如圖6所示。

圖6 Dynamo網(wǎng)架建模流程

3.2 建模的主要Dynamo節(jié)點(diǎn)

Dynamo中的每個(gè)命令塊稱為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)自動運(yùn)算實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)算、獲取數(shù)據(jù)以及創(chuàng)建圖元等各種功能。本文編寫的Dynamo網(wǎng)架建模程序需要用到的部分主要節(jié)點(diǎn)介紹如下：

(1)File Path。允許用戶選擇本電腦上的文件以獲得其文件名； 此節(jié)點(diǎn)用于用戶打開本機(jī)上的DAT網(wǎng)架數(shù)據(jù)文件，程序?qū)⒆x取該文件路徑，并獲取該文件名。

(2)File.FromPath。從路徑創(chuàng)建文件對象； 此節(jié)點(diǎn)讀入[File Path]節(jié)點(diǎn)的文件路徑，并向下一節(jié)點(diǎn)輸出文件對象。

(3)Excel.ReadFromFile。從Excel表格中讀取數(shù)據(jù)； 此節(jié)點(diǎn)讀入[File.FromPath]節(jié)點(diǎn)的Excel文件對象，同時(shí)需要輸入該文件對象中“工作表名稱”，并向下一節(jié)點(diǎn)輸出Excel文件的數(shù)據(jù)。

(4)List.GetItemAtIndex。返回給定列表中的項(xiàng)； 此節(jié)點(diǎn)讀入上一節(jié)點(diǎn)的Excel數(shù)據(jù)列表，輸入要提取數(shù)據(jù)列表的項(xiàng)次，輸出該項(xiàng)次的數(shù)據(jù)。

(5)List.DropItems。刪除列表中某些項(xiàng)； 此節(jié)點(diǎn)用于刪除數(shù)據(jù)列表中的多余項(xiàng)。

(6)Point.ByCoordinates。通過給定的3個(gè)笛卡爾坐標(biāo)形成一個(gè)點(diǎn)； 此節(jié)點(diǎn)輸入X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)值，輸出坐標(biāo)點(diǎn)，此處坐標(biāo)值為列表，輸出的坐標(biāo)點(diǎn)也相應(yīng)為列表。

(7)Line.ByStartPointEndPoint。在輸入的兩點(diǎn)之間創(chuàng)建一條線； 此節(jié)點(diǎn)輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，輸出創(chuàng)建線段。

(8)FamilyType.ByFamilyNameAndTypeName。根據(jù)族名稱和類型名稱選擇族類型； 此節(jié)點(diǎn)輸入族名稱和類型名稱，向下一節(jié)點(diǎn)輸出該族類型。

(9)StructuralFraming.ColumnByCurve。創(chuàng)建柱； 此節(jié)點(diǎn)輸入線、標(biāo)高及柱族類型，輸出創(chuàng)建結(jié)構(gòu)柱模型，此處是生成了網(wǎng)架球。

(10)StructuralFraming.BeamByCurve。創(chuàng)建梁；此節(jié)點(diǎn)輸入線、標(biāo)高及結(jié)構(gòu)框架族類型，輸出創(chuàng)建結(jié)構(gòu)梁模型，此處是生成了網(wǎng)架桿件。

以上介紹詳細(xì)用法請參見3.3節(jié)Dynamo程序的運(yùn)行，給出了網(wǎng)架桿件的創(chuàng)建過程。

3.3 Dynamo程序的運(yùn)行

Dynamo程序的運(yùn)行是將Dynamo的各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一起，形成的完整電池圖即能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。上一節(jié)中節(jié)點(diǎn)1到6用于處理網(wǎng)架數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，如圖7和圖8所示。節(jié)點(diǎn)7到10用于生成直線路徑，并創(chuàng)建網(wǎng)架球和網(wǎng)架桿件，如圖9所示為創(chuàng)建網(wǎng)架桿件的節(jié)點(diǎn)電池圖。

圖7 讀取網(wǎng)架的原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)

圖9 創(chuàng)建網(wǎng)架桿件

4 工程實(shí)例

本工程為某汽車工業(yè)廠房，該項(xiàng)目為EPC總承包項(xiàng)目，業(yè)主對于該項(xiàng)目定位高要求嚴(yán)。從項(xiàng)目的方案階段就使用了BIM技術(shù)，借助BIM的可視化在方案探討交流中提高了方案評審的效率。在設(shè)計(jì)階段創(chuàng)建了設(shè)計(jì)BIM模型，通過Dynamo創(chuàng)建Revit網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型，提高了建模效率，網(wǎng)架尺寸和定位均與實(shí)際相符，提高了碰撞檢查的精確度，同時(shí)輔助出圖提高了圖紙質(zhì)量。

本項(xiàng)目為四角錐空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架平面尺寸為32×51m，矢高2.5m，屋面設(shè)置3%找坡。采用空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件MST和AMDE分別進(jìn)行計(jì)算，網(wǎng)架球數(shù)量300個(gè)，球類型4種，網(wǎng)架桿件數(shù)量1 092個(gè)，桿件類型6種。如果采用常規(guī)的手工建模方式，將需要大量的時(shí)間且難以保證建模的準(zhǔn)確性和模型的精度。通過Dynamo編寫的程序，能自動參數(shù)化建模，整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建過程不到5分鐘即完成，而且網(wǎng)架球和桿件均與實(shí)際情況一致，不僅保證了模型質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約了大量的建模時(shí)間。完成后的網(wǎng)架模型如圖10所示。

圖10 網(wǎng)架模型

5 總結(jié)

本文研究了運(yùn)用Revit Extensions模型生成器和基于Dynamo可視化編程來創(chuàng)建Revit的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型，解決了Revit網(wǎng)架建模的難題。通過在某汽車工業(yè)廠房中的項(xiàng)目實(shí)踐，驗(yàn)證了這兩種方法的可行性，取得了良好的應(yīng)用效果。得出以下結(jié)論：

(1)運(yùn)用Revit Extensions模型生成器能創(chuàng)建網(wǎng)架模型，并且網(wǎng)架球和桿件與實(shí)際情況一致，但是由于該插件要求的數(shù)據(jù)格式與原始數(shù)據(jù)格式差別較大，因此需要處理數(shù)據(jù)。同時(shí)該插件運(yùn)行的穩(wěn)定性有待提高，容易崩潰。

(2)借助Dynamo可視化編程工具，能自動生成網(wǎng)架模型，網(wǎng)架尺寸與實(shí)際情況相符，且建模效率很高，提高了模型的精度和質(zhì)量，減少了網(wǎng)架建模的時(shí)間。

(3)與二次開發(fā)相比，對沒有編程經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，Dynamo相對容易掌握，能解決復(fù)雜形體和復(fù)雜功能的參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化幾何形體可直接轉(zhuǎn)換成Revit構(gòu)件。

(4)本文的研究給出了Revit網(wǎng)架建模的解決方案和具體操作方法，經(jīng)工程項(xiàng)目論證具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。