水利工程三維BIM鋼筋標(biāo)注二次開發(fā)技術(shù)研究

徐 鵬，吝江峰，左威龍，車金玲（江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

水利工程三維BIM鋼筋標(biāo)注二次開發(fā)技術(shù)研究

徐 鵬，吝江峰，左威龍，車金玲
（江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

三維協(xié)同設(shè)計(jì)BIM具有直觀可視性、協(xié)調(diào)多個(gè)專業(yè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰等優(yōu)點(diǎn) ，被譽(yù)為是設(shè)計(jì)行業(yè)的一次變革，也終將成為未來設(shè)計(jì)行業(yè)一種趨勢。目前BIM軟件對建筑領(lǐng)域支持性比較好，對水利工程特別是施工圖紙繪制支持性較差，繪制出圖樣式不符合水利工程設(shè)計(jì)習(xí)慣和規(guī)范，有些水利設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)人員因?yàn)槠滗摻罾L制和鋼筋標(biāo)注方式不便而放棄三維協(xié)同設(shè)計(jì)。因此，將基于Revit平臺(tái)介紹水利工程三維BIM鋼筋標(biāo)注二次開發(fā)成果，為Revit在水利行業(yè)和其它行業(yè)領(lǐng)域的二次開發(fā)需求提供參考與借鑒。圖8幅。

水利工程；三維信息模型 （BIM）；鋼筋注釋 ；Revit；二次開發(fā)

0　引 言

建筑信息模型 （Building Information Modeling，簡稱 “BIM”）技術(shù)是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)建造方式向三維數(shù)字化設(shè)計(jì)建造方式轉(zhuǎn)變的革命性技術(shù)。三維BIM具有直觀可視性，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)乃至多個(gè)單位在項(xiàng)目方案調(diào)整、決策、設(shè)計(jì)、實(shí)施等過程產(chǎn)生的碰撞，協(xié)調(diào)多個(gè)專業(yè)和相關(guān)單位訴求，運(yùn)用三維模型加項(xiàng)目的發(fā)展時(shí)間在招投標(biāo)和施工階段可以進(jìn)行4D模擬等。推行BIM技術(shù)應(yīng)用，發(fā)揮其可視化、虛擬化、協(xié)同管理、成本和進(jìn)度控制等優(yōu)勢 ，將極大地提升工程決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的管理水平，減少返工浪費(fèi)，有效縮短工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。

2014年10月上海市政府正式發(fā)布 《關(guān)于本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，2015年5月深圳市建筑工務(wù)署發(fā)布了全國首個(gè)政府公共工程BIM實(shí)施綱要和實(shí)施管理標(biāo)準(zhǔn)——《深圳市建筑工務(wù)署政府公共工程BIM應(yīng)用實(shí)施綱要》和《深圳市建筑工務(wù)署B(yǎng)IM實(shí)施管理標(biāo)準(zhǔn)》。BIM將會(huì)給國內(nèi)建筑業(yè)帶來一次巨大變革，水利行業(yè)三維BIM技術(shù)運(yùn)用將是科技時(shí)代發(fā)展趨勢。

BIM技術(shù)底層支持是三維信息模型的建立，Autodesk公司以創(chuàng)建的智能模型為基礎(chǔ)提供Revit軟件產(chǎn)品，具有較好兼容性，而且同MicroStation、CATIA/Digital三維平臺(tái)比較價(jià)格適中，有通用性更強(qiáng)、適合中小型企業(yè)用戶等優(yōu)點(diǎn)。由于Revit主要側(cè)重于建筑領(lǐng)域，鋼筋繪制和鋼筋標(biāo)注方式僅符合建筑繪圖規(guī)范，為了使Revit更完美適應(yīng)水利工程設(shè)計(jì)和工作流程，亟需對Revit進(jìn)行二次開發(fā)，使其操作和所繪制工程圖符合水利繪圖習(xí)慣及規(guī)范，縮短利用Revit平臺(tái)設(shè)計(jì)水利項(xiàng)目的工作周期。本文將基于Revit平臺(tái)介紹水利工程三維BIM鋼筋標(biāo)注二次開發(fā)成果，為其他三維軟件平臺(tái)鋼筋標(biāo)注及二次開發(fā)提供參考與借鑒。

1　鋼筋標(biāo)注二次開發(fā)必要性

目前在 Revit軟件互交界面下 （以下簡稱“UI”）可以通過兩種方式實(shí)現(xiàn)鋼筋標(biāo)注。

1.1第一種方法

第一種方法是通過 “注釋”菜單下 “多鋼筋標(biāo)注”，選定被注釋對象進(jìn)行注釋，剖面點(diǎn)鋼筋和鋼筋網(wǎng)注釋效果如下所示 （見圖1）。

圖1　UI“多鋼筋標(biāo)注”鋼筋標(biāo)注效果

1.1.1優(yōu)點(diǎn)

無需手動(dòng)輸入鋼筋信息 ，軟件本身能自動(dòng)獲取鋼筋指定信息，尤其智能的是鋼筋信息變化鋼筋標(biāo)注內(nèi)容會(huì)自動(dòng)更改。

1.1.2缺點(diǎn)

（1）需要點(diǎn)選多鋼筋標(biāo)注，選擇鋼筋，放置鋼筋標(biāo)注位置，放置引線位置，操作略顯繁瑣。

（2）剖面點(diǎn)鋼筋引線全部繪制出，既不能修改鋼筋引線傾斜角度，也不能修改顯示引線數(shù)量。

（3）顯示鋼筋信息冗雜 ，顯得圖紙雜亂，鋼筋文字信息不能直接修改，圖紙需要多次多鋼筋標(biāo)注時(shí)，鋼筋信息會(huì)重疊在一起。

（4）標(biāo)注出圖樣式不符合現(xiàn)行水利工程繪圖習(xí)慣和制圖規(guī)范。

1.2第二種方法

第二種方法是通過 “注釋”菜單下利用 “詳圖線”結(jié)合 “文字”工具完成注釋，即先繪制所需鋼筋引線、插入文字并輸入相應(yīng)內(nèi)容，再繪制文字下引線。這種方法如同在現(xiàn)有二維CAD中標(biāo)注鋼筋一樣。

1.2.1優(yōu)點(diǎn)

鋼筋信息放置位置靈活、引線數(shù)量可控制，鋼筋信息修改方便。

1.2.2缺點(diǎn)

（1）鋼筋引線都需通過 “詳圖線”逐一繪制，后繪制引線還要與前一條引線保持平行，在點(diǎn)鋼筋標(biāo)注中引線需要十幾條或上百條，操作重復(fù)。

（2）鋼筋信息放置位置更改，所涉及多條引線需要重新調(diào)整或繪制。

（3）繪制鋼筋文字豎直放置時(shí)，需要對文字進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

（4）鋼筋數(shù)量，間距、直徑、類型等關(guān)鍵信息不能從鋼筋圖元中獲得，需要人工甄別手動(dòng)填寫。

（5）設(shè)計(jì)人員機(jī)械重復(fù)簡單繪制工作、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率極低。

綜上所述，雖然Revit軟件能通過UI完成大部分尺寸標(biāo)注、高程標(biāo)注和一些常規(guī)標(biāo)注、注釋；但是UI中鋼筋標(biāo)注功能不符合水利工程習(xí)慣及制圖規(guī)范，通過替代方式操作繁瑣效率低，有些設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)人員因?yàn)镽evit鋼筋繪制和鋼筋標(biāo)注方式不便而放棄使用Revit進(jìn)行施工圖繪制。因此，亟需通過二次開發(fā)使Revit鋼筋標(biāo)注符合專業(yè)繪制習(xí)慣、要求和規(guī)范 ，提高標(biāo)注效率，彌補(bǔ)Revit在施工圖繪制方面的缺陷和不足。

2　Revit鋼筋標(biāo)注技術(shù)

2.1鋼筋圖要求

二維鋼筋圖是在三維BIM模型某位置處定義一個(gè)剖面或剖視圖，讓附近的鋼筋在剖面或剖視圖上表現(xiàn)出二維的形式。鋼筋的二維表現(xiàn)形式主要有點(diǎn)筋和線筋：點(diǎn)筋用來表示與剖面不平行且被切中的某鋼筋；線筋用來表示與剖面平行且最近的某根或某組鋼筋。鋼筋標(biāo)注就是對點(diǎn)鋼筋、線鋼筋的鋼筋根數(shù)、鋼筋強(qiáng)度等級、鋼筋直徑、鋼筋間距等鋼筋信息真實(shí)用文字方式標(biāo)示出來。鋼筋標(biāo)注通常包含引線、標(biāo)注文字等。

2.2鋼筋圖標(biāo)注類型

鋼筋標(biāo)注是對局部區(qū)域一批同類鋼筋或者單根鋼筋的信息標(biāo)注，分為點(diǎn)筋標(biāo)注和線筋標(biāo)注。

點(diǎn)鋼筋標(biāo)注通常是對一組相同鋼筋種類、長度、間距的點(diǎn)鋼筋進(jìn)行注釋說明，點(diǎn)鋼筋根據(jù)結(jié)構(gòu)邊投影在二維圖中方向主要成水平排列、垂直排列、傾斜排列、弧形排列 （見圖2中a～d），相應(yīng)標(biāo)注基線分為水平基線、垂直基線、傾斜基線、弧形基線；文字放置方向?yàn)樗?、垂直、傾斜。如果這組鋼筋較多，通常兩端引線呈平行排列 ，若鋼筋較少引線一般集中到基線一端 （見圖2中f）。

線筋標(biāo)注分為線鋼筋標(biāo)注和鋼筋網(wǎng)標(biāo)注等。線鋼筋在二維圖中顯示與點(diǎn)鋼筋相同，分為水平線鋼筋、垂直線鋼筋、傾斜線鋼筋和弧形線鋼筋 （見圖2中a～d）；鋼筋網(wǎng)在二維圖中主要分為弧形鋼筋網(wǎng)和矩形鋼筋網(wǎng) （見圖3）。

圖2　點(diǎn)鋼筋標(biāo)注類型

圖3　鋼筋網(wǎng)類型

2.3實(shí)現(xiàn)鋼筋標(biāo)注方案及流程圖

Revit的應(yīng)用程序編程接口 （Application Program Interface以下簡稱 “API”）可用Visual Basic.NET、C#以及C++/CLI等任何與.NET兼容的編程語言進(jìn)行編程。Revit提供兩種方式來擴(kuò)展其功能：一種方式是創(chuàng)建一個(gè)外部命令 （External Command），這種方式由用戶點(diǎn)擊添加的命令按鈕來啟動(dòng)二次開發(fā)生成的相應(yīng)命令；另一種方式是添加一個(gè)外部應(yīng)用 （External Application），即添加1個(gè)菜單或工具條，二次開發(fā)生成的插件在啟動(dòng)和關(guān)閉Revit時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，經(jīng)綜合比較選用創(chuàng)建一個(gè)外部命令來實(shí)現(xiàn)鋼筋標(biāo)注。

對于剖面點(diǎn)鋼筋和線鋼筋，因在模型空間中引出線和鋼筋信息顯示都與現(xiàn)行水利工程繪圖習(xí)慣和制圖規(guī)范相悖，故二次開發(fā)方案采用前文陳述的第二種方法通過編程實(shí)現(xiàn)；對于鋼筋網(wǎng)標(biāo)注，因引線鋼筋標(biāo)注方式都與現(xiàn)有水利習(xí)慣相契合，僅鋼筋文字信息顯示方式不同，開發(fā)方案采用前文陳述的第一種方法通過編程實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)途徑：建立過濾器讓用戶只選擇鋼筋圖元，找到所要標(biāo)注線鋼筋或點(diǎn)鋼筋所在操作視圖中位置，獲取鋼筋信息通過對話框反饋給用戶校核，插入實(shí)例標(biāo)識族，修改插入族相應(yīng)參數(shù)為用戶校核完畢的鋼筋信息 ，根據(jù)用戶所需引線數(shù)量繪制引線，繼而實(shí)現(xiàn)鋼筋標(biāo)注 （見圖4）。

圖4　鋼筋標(biāo)注程序流程

2.4鋼筋標(biāo)注技術(shù)要點(diǎn)

2.4.1鋼筋的選擇

在剖面視圖眾多圖元中，從眾多鋼筋中選擇所需要標(biāo)注的鋼筋是鋼筋標(biāo)注的基礎(chǔ)，快速選定被標(biāo)注鋼筋是影響鋼筋標(biāo)注效率最為關(guān)鍵的因素。

（1）創(chuàng)建一個(gè)過濾鋼筋類。通過在三維模型空間創(chuàng)建剖面生成二維空間，所有視圖中圖元信息都會(huì)顯示在剖面視圖，圖元類型多，圖元要素復(fù)雜，誤選模型圖元會(huì)導(dǎo)致因?yàn)槟Ｐ透露泳忞娔X響應(yīng)時(shí)間，為了避免在選定標(biāo)注鋼筋時(shí)選定其他圖元，需要在實(shí)施鋼筋標(biāo)注命令時(shí)建立一個(gè)過濾條件，限定用戶只能選擇視圖中的鋼筋。

（2）根據(jù)標(biāo)注對象選擇不同Revit命令。在Revit提供API接口中，選定對象、圖元提供了Pick-Object、PickObjects、PickBox等命令。對于線鋼筋標(biāo)注采用PickObject即可；對于鋼筋標(biāo)注對象為點(diǎn)鋼筋水平排列、點(diǎn)鋼筋垂直排列、鋼筋網(wǎng)為矩形等一組鋼筋且可以利用鼠標(biāo)框選的對象通過PickBox 和PickObjects來實(shí)現(xiàn)；對于點(diǎn)鋼筋傾斜排列、點(diǎn)鋼筋弧形排列、弧形鋼筋網(wǎng)等一組鋼筋通過PickBox 和PickObjects來選定時(shí)，需要用戶一一甄別選取，容易造成多選、漏選、錯(cuò)選，用戶操作費(fèi)事費(fèi)力難度較大。針對這種情況，經(jīng)過深入研究，可通過選擇結(jié)構(gòu)投影面、邊線、繪制輔助詳圖線，并計(jì)算鋼筋與結(jié)構(gòu)面、邊線、輔助線相對位置關(guān)系來快速選定需要標(biāo)注的鋼筋。

2.4.2鋼筋位置獲取

二維圖紙的生成通常是在三維信息模型上所要表達(dá)位置上建立剖面、選擇合適視圖范圍，剖面建立后包括鋼筋圖元在內(nèi)的所有圖元在視圖中的投影坐標(biāo)位置就固定下來。要獲得鋼筋的坐標(biāo)位置第一步先要知道剖面視圖在三維模型中的信息。首先使用ActiveView的屬性O(shè)rigin、ViewDirectio、UPDirection、RightDirection建立相應(yīng)視圖平面方程，而后獲得鋼筋的Curve屬性建立直線方程；對于點(diǎn)鋼筋通過高等數(shù)學(xué)求解空間直線和平面交點(diǎn)來獲得鋼筋位置信息；對于線鋼筋通過鋼筋Curve起始點(diǎn)求得鋼筋Curve在當(dāng)前視圖中的投影。

2.4.3引線、文字下畫線繪制

引線的繪制起始點(diǎn)是鋼筋引出點(diǎn) ，終點(diǎn)是用戶選擇放置點(diǎn)，這種情況通過Line.CreateBound命令完成。由于鋼筋文字下畫線的長度根據(jù)標(biāo)注文字長度、文字樣式、視圖比例而變化，這樣就要求沿文字水平、垂直、傾斜放置方向根據(jù)線起點(diǎn)坐標(biāo) （一般為用戶指定位置）推求線終點(diǎn)坐標(biāo)。Line.CreateBound命令還規(guī)定所要生成的線必須在當(dāng)前視圖中，即需要把放置點(diǎn)三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為當(dāng)前視圖下坐標(biāo)，推求出線當(dāng)前視圖終點(diǎn)坐標(biāo)后再轉(zhuǎn)化為三維坐標(biāo)點(diǎn)。Revit應(yīng)用程序中，運(yùn)用3×4的坐標(biāo)變換 （Matrix），確定圖元在模型空間中的相對坐標(biāo)位置，對點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)用變換如下：

3　鋼筋標(biāo)注二次開發(fā)成果

根據(jù)鋼筋類別和標(biāo)注文字放置方向編制線鋼筋水平標(biāo)注、線鋼筋垂直標(biāo)注、點(diǎn)鋼筋水平標(biāo)注、點(diǎn)鋼筋垂直標(biāo)注、點(diǎn)鋼筋集中水平標(biāo)注、鋼筋網(wǎng)標(biāo)注等6種類型鋼筋標(biāo)注插件 （見圖5、圖6）。每種插件都能通過程序自動(dòng)讀取鋼筋型號、直徑、間距信息進(jìn)行標(biāo)注，也可以通過本程序界面輸入更改這些信息；在修改鋼筋信息時(shí)窗體顯示的鋼筋信息默認(rèn)是程序自動(dòng)讀取的鋼筋信息。

圖5　鋼筋標(biāo)注主窗體

圖6　鋼筋信息修改和校核窗體

圖7　鋼筋插件繪制鋼筋標(biāo)注效果

圖8　鋼筋插件繪制鋼筋標(biāo)注效果

插件成果在江蘇省蘇北某節(jié)制閘拆除重建工程翼墻部分進(jìn)行工程運(yùn)用，圖7和圖8為利用插件繪制的水利常規(guī)直線型翼墻和圓弧型翼墻的鋼筋施工圖 （見圖7、圖8）。從繪制效果來看完全符合水利繪圖習(xí)慣和規(guī)范滿足施工圖要求。

4　結(jié) 論

本文以開發(fā)符合水利規(guī)范的鋼筋標(biāo)注為出發(fā)點(diǎn)，詳細(xì)闡述了BIM應(yīng)用程序二次開發(fā)的必要性、鋼筋標(biāo)注要求、鋼筋標(biāo)注流程圖和其中一些關(guān)鍵技術(shù)，通過編制鋼筋標(biāo)注插件，自動(dòng)讀取鋼筋型號、直徑、間距等信息進(jìn)行標(biāo)注，也可通過本程序界面手動(dòng)更改鋼筋型號、直徑、間距等信息進(jìn)行標(biāo)注。利用鋼筋標(biāo)注插件可以快速、便捷的對鋼筋進(jìn)行標(biāo)注，能夠提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］ 宦國勝，王海俊 ，沈國華.水利工程中三維信息模型技術(shù)平臺(tái)的比選和應(yīng)用［J］.江蘇水利，2015（1）：40_43.

［2］ 吝江峰，徐 鵬，左威龍.基于Revit在水利工程中常規(guī)注釋、標(biāo)識二次開發(fā)［J］.河南科技，2015（2）：64_67.

［3］ 蔣海峰，王金鋒，鄭建華.ReStation系統(tǒng)的鋼筋抽圖技術(shù)介紹［J］.水力發(fā)電，2014（8）：72_74.

責(zé)任編輯 吳 昊

2016-04-06

江蘇省水利科技項(xiàng)目 （2015090）

徐 鵬 （1981-），男，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

E_mail：390829722@qq.com