賈盈平　李春祥

摘要： 為改進目前構件級建模過程存在的效率低問題，提出面向屬性的參數化建模過程.此方法使建模師不需要重復傳統(tǒng)建模操作，通過設置模型屬性參數就可以實現(xiàn)相關數據的統(tǒng)計和計算從而快速建模.以球面網格結構為例，將參數化建模思想融入到Revit 二次開發(fā)技術中，借用VS開發(fā)工具實現(xiàn)三維模型的快速生成.在操作時，用戶只需通過用戶界面輸入矢高、跨度和環(huán)數等結構參數即可以完成模型的快速建立.通過此程序，還可以實現(xiàn)肋環(huán)形和施威德勒型2種類型的選擇，實時監(jiān)測設置的參數是否滿足規(guī)范要求.

關鍵詞： 建筑信息模型； 參數化建模； Revit API； 網格結構； 快速建模

中圖分類號： TU391文獻標志碼： B

Abstract： To improve the low efficiency problem of the component modeling process， an attribute-oriented parametrization modeling process is proposed. By the method， the model architect do not need to repeat the traditional steps. By setting some property arguments， all the related data can be calculated to realize the rapid modeling. Taking a spherical grid structure as the example， combining the parametrization modeling with the secondary development in Revit， the rapid creation of a 3D model is implemented by the VS development tools. During the model generation， the user only needs to input some parameters through user interface， such as vector height， span and ring number. By the program， the structure types can be chosen between the ribbed type and the Schwedler type. It can also monitor whether the parameters meet the requirements of the specification at real-time.

Key words： building information model； parametrization modeling； Revit API； grid structure； rapid modeling

0引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是計算機輔助設計與數字技術的結合，其使得建筑模型從獨立的二維CAD圖紙轉化為帶有參數信息的三維模型.雖然BIM設計具有數字建模、數據庫共享等優(yōu)點，然而設計師創(chuàng)建一個模型結構時，必須對墻、梁、板等構件級依次單獨建模，需要反復進行剪切、拉伸等低級操作，影響模型創(chuàng)建質量與效率.高效高質量地完成BIM模型的創(chuàng)建，是BIM技術應用中的重要環(huán)節(jié)之一.

本文闡述空間球面網格結構BIM模型創(chuàng)建過程中的問題，結合Revit二次開發(fā)技術和參數化建模思想，研發(fā)快速建模程序，實現(xiàn)可想即可現(xiàn)的創(chuàng)作過程.

1二次開發(fā)背景

1.1BIM技術

BIM是現(xiàn)今建筑行業(yè)信息化發(fā)展中備受關注的概念，包含建筑物所有信息.BIM使得工程設計具有數字建模、數據庫共享、模擬現(xiàn)實、協(xié)同性好等諸多優(yōu)點，同時減少設計過程中的錯誤和疏漏，從而提高工程設計的質量，縮短工程設計變更的時間，節(jié)約成本.[1-2]

BIM技術成為建筑業(yè)的寵兒.一方面，BIM技術已經發(fā)展到五維數據庫模型，可建立與成本相關的時間、空間、工序維度關系，數據粒度處理能力達到構件級，使實際成本數據的高效分析成為可能.另一方面，近幾年我國不斷出臺新的政策，號召BIM技術的推廣應用.2015年6月16日，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于推進建筑信息模型應用指導意見》，指明BIM應用的重要意義和發(fā)展方向，提出“十三五”期間BIM的發(fā)展目標：到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑、申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)新立項項目，BIM集成應用的項目比率達到90%.

1.2參數化設計

參數化設計是將建筑構件的各種真實屬性通過參數的形式進行模擬，并進行相關數據統(tǒng)計和計算.參數化建模就是通過分析結構自身的構成規(guī)律，通過若干控制參數快速生成結構模型[3]，是由參數（變量）而不是由數字建立的模型，僅簡單改變模型中的參數值就能建立新的模型.

1.3二次開發(fā)的必要性

Revit系列是由Autodesk公司研發(fā)的一款三維模型創(chuàng)建軟件，能夠準確實現(xiàn)模型的參數化和可視化，是BIM技術應用的主要軟件之一，包括：Revit Architecture（建筑），Revit MEP（機電）和Revit Structure（結構）.Revit Structure可以實現(xiàn)三維實體的創(chuàng)建和顯示，并且可以通過參數模型整合各種項目的數據信息使其在項目的全生命周期過程中進行共享和傳遞，避免后期工程計算、施工管理、工程運營維護等方面的重復建模，實現(xiàn)項目各參與方的協(xié)同合作.[4]

空間網格結構在大跨度、大剛度、桿件材料單一的工程中廣泛應用.單層球面網殼結構是空間曲面結構類型之一，主要分為6種，見圖1.由于空間曲面復雜，單元和節(jié)點數量龐大，節(jié)點與單元的連接繁瑣，因此運用Revit進行結構建模的過程中，工程師不得不耗費大量的時間和精力，不能將工作的重點集中在對計算結果和方案性能的分析優(yōu)化上.[5]

Revit通常通過創(chuàng)建體量模型的方式創(chuàng)建網格結構，關鍵步驟如下.

（1）創(chuàng)建公制體量rft模型.首先在需要的參照平面上創(chuàng)建圓形模型線，然后創(chuàng)建形狀，可選擇空心形狀，外形選擇球形.

（2）劃分網格.單擊“分割表面”進行UV網格的劃分.通過網格屬性，可以分別設置U和V網格的數量、間距和旋轉角度.

（3）載入項目.填充圖案，添加材質將模型載入到相關項目中.

利用此方法，除操作步驟復雜外，模型質量還存在以下幾方面的問題：（1）實際的空間網格結構是由一根根桿系所組成的實體，并不是光滑的彎曲界面；（2）UV網格的劃分只有2條交錯線，不能直接實現(xiàn)斜肋第3種線的添加；（3）在UV網格的工作平面下，頂點為水平面分布，雖然網格方向可以改變，但都是基于平面內角度的旋轉，而實際情況卻需要垂直面方向.Revit UV網格視圖見圖2.

針對上述情況，基于Revit開發(fā)平臺，對球面網殼結構的建模過程進行二次開發(fā)，研發(fā)一款快速生成球面網格結構的程序.利用本程序建?？蓴[脫繁瑣重復的構件編輯，由物理坐標建模轉化為功能建模，由組件級別的單一數據計算轉化為整體模型數據庫的后臺計算，真正實現(xiàn)滿足功能的可想即可現(xiàn)的創(chuàng)作過程.另一方面，程序將規(guī)范要求和構件之間的約束限制自動加入到模型創(chuàng)建過程中.以往的結構模型的創(chuàng)建完成后，除受力計算分析外，還需要再次檢查是否滿足構造要求，若設計不合理需要重復設計，浪費時間與精力.本文設計將各個參數的限制條件編進程序后臺，當不滿足條件限制時立即報錯，實時確保設計規(guī)范合理.這種設計模式不僅節(jié)約時間、減少疏漏錯誤，而且使得整個創(chuàng)作過程簡潔明了，設計師創(chuàng)作目的明確，也為非專業(yè)建模人員帶來便利.

2系統(tǒng)需求和運行環(huán)境

用戶可以通過Revit的API，借助Visual Basic.NET，C#以及C++/CLI等任何與.NET兼容的編程語言進行編程，實現(xiàn)應用程序的開發(fā).[6-7]

Revit主要通過2種方式擴展其功能.一種方式是添加外部應用（ExternalApplication），這種方式需要新建一個類實現(xiàn)IExternalApplication接口，此接口通過2個抽象函數OnStartup和OnShoutdown分別制定在Revit啟動和關閉時所需的功能.采用此方法需要設計界面編程，添加一個菜單或工具條，涉及到Button，Panel和RibbonTab等控件，最后通過C：＼ProgramData＼Autodesk＼Revit＼Addin目錄下的addin文件加載程序命令.另一種方式是創(chuàng)建外部命令（ExternalCommand），這種方式由用戶點擊添加的命令按鈕啟動二次開發(fā)生成的相應命令.這種方法可以隨時進行代碼的調試，無須重啟軟件，方便快捷，創(chuàng)建外部命令流程見圖3，關鍵步驟為重載Execute（）函數.本文采用第二種方法，借用Microsoft Visual Studio 2012平臺，以Revit API 2015為依據，采用C#編程語言以及Microsoft .NET Framework 4.5和Revit 2014系列軟件.

3開發(fā)思路

3.1參數設計

球面網殼的主要幾何參數為：矢高H，m；跨度S，m；節(jié)點的環(huán)數M，個；每環(huán)的網格數N，個.對任意節(jié)點先按照一定規(guī)則進行編號Pk i（Xk i，Yk i，Zk），其中i和k都為整數，k為網格環(huán)數的序號，i則代表第k個網格環(huán)中的各節(jié)點順序；然后根據參數確定節(jié)點的坐標位置[8-9]，見圖4.

3.2功能實現(xiàn)

開發(fā)的主要工作為網殼模型的創(chuàng)建和窗體界面數據的綁定.網殼模型創(chuàng)建的編寫思路如下.

第一步，生成三維點P（x，y，z）.根據界面輸入參數，調用函數Math.Sin（）和Math.Cos（）.由于球面網殼結構各個節(jié)點分布具有一定規(guī)律性，此過程需要調用2次嵌套循環(huán).

第二步，創(chuàng)建點點連接，涉及到緯向連接、縱向連接和斜肋連接.首先創(chuàng)建線的集合List curves = new List（），利用上一步生成的P（x，y，z），通過函數 curves.Add（）實現(xiàn)各個節(jié)點的連接.

第三步，創(chuàng)建整體模型.調用類Creatcure中方法public static ListDrawModelCurves （Document revitDoc， List curves， Transform Trf = null）實現(xiàn)網殼整體的創(chuàng)建.

窗體界面主要實現(xiàn)用戶界面輸入數據與后臺網格計算數據參數的綁定.完成核心代碼的編寫后，實現(xiàn)IExternal Command接口，重載Execute（）方法.Execute（）調用方法如下.

try

{

Form1 mainwindow = new Form1（）；

mainwindow.Show（）；

}

catch （Exception ex）

{

message = ex.Message；

return Result.Failed；

}

4程序運用

程序的設置界面見圖5.利用本程序可以實現(xiàn)快速生成空間網格結構模型，真正實現(xiàn)可想即可現(xiàn)的設計理念.用戶通過“附加模塊”命令加載本程序，設置參數值，點擊“生成”，完成結構的快速創(chuàng)建.系統(tǒng)參數設置中的跨度、矢高單位為“米”，環(huán)數即徑向桿件數和每環(huán)的網格數即緯向桿件數單位為“個”.勾選添加斜桿生成施威德勒型球面網殼，反之則為肋環(huán)型球面網殼.

所有參數值必須經過計算確定，滿足矢跨比和穩(wěn)定性等各項設計規(guī)范.例如JGJ 7—2010《空間網格結構技術規(guī)程》3.3.1規(guī)定，球面網殼的矢跨比不宜小于1/7，單層球面網殼的跨度（平面直徑）不宜大于80 m[10].因此，當輸入跨度為50，矢高為7時會彈出警示，見圖6.

5結束語

本文以球面網格結構為例，分析目前構件級別建模中存在的問題，結合目前參數化建模技術的應用，提出面向屬性的參數化級建模思路.利用Revit API技術，研發(fā)通過界面參數實現(xiàn)快速創(chuàng)建網格結構的程序.該程序不僅可以實現(xiàn)施威德勒型和肋環(huán)型2種類型網殼的創(chuàng)建，同時還可以實時監(jiān)測參數是否滿足規(guī)范要求.使用本程序，專業(yè)建模師可以提高建模效率，跨專業(yè)人員也可以根據需求快速建模.本文研發(fā)思想，可為Revit在其他方面的二次開發(fā)提供借鑒.參考文獻：

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（編輯于杰）