基于Revit的地鐵圍護(hù)樁自動(dòng)生成算法研究

王 博，陳亞暉

（1.中國中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司 設(shè)計(jì)研究院 ，北京 100166；2. 天津歐派集成家居有限公司，天津 301600 ）

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）技術(shù)以三維模型為載體，收集建設(shè)工程項(xiàng)目從籌劃到拆除的全生命周期內(nèi)的相關(guān)信息，為項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的活動(dòng)提供信息基礎(chǔ)，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1-2]。BIM作為工程領(lǐng)域一種新的技術(shù)和工作管理方法[3-4]，其實(shí)現(xiàn)需要一系列軟件支持，主要有：核心建模軟件（Revit等）、BIM分析軟件（Robot結(jié)構(gòu)分析等）、文件共享和協(xié)同軟件（Buzzsaw、Constructware）等[5]。

Revit是一款應(yīng)用較為廣泛的BIM建模軟件，它提供了較多的編程接口，具有良好的拓展性，程序員可以基于Revit進(jìn)行二次開發(fā)，拓展其功能[6]?，F(xiàn)階段Revit建模主要還是通過“鏈接CAD”，將二維的CAD圖紙作為底圖進(jìn)行建模，二維圖紙的利用率并不高[7]。對(duì)于規(guī)模較大，構(gòu)件數(shù)量較多的工程，手動(dòng)建模效率低下，準(zhǔn)確性也無法保證[8]。因此，可以利用Revit良好的拓展性，對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)快速、精確建模。目前，市場(chǎng)上存在一些快速建模插件，但由于不同專業(yè)領(lǐng)域構(gòu)件的差別較大，針對(duì)某一專業(yè)的插件很難適用于其他專業(yè)。因此，有必要基于不同領(lǐng)域做有針對(duì)性的插件[9]。本文基于Revit的二次開發(fā)，研究地鐵圍護(hù)樁自動(dòng)生成算法，實(shí)現(xiàn)地鐵圍護(hù)樁的快速布置。

1 開發(fā)準(zhǔn)備

圖1所示為地鐵圍護(hù)樁布置圖（局部），可以看出，樁的數(shù)量較多且沿樁定位線等間距分布，Revit建模過程中，可以通過 “復(fù)制”、“移動(dòng)”、“陣列”等功能來實(shí)現(xiàn)圍護(hù)樁的建模，但效率較低。因此，本文通過分析地鐵圍護(hù)樁分布規(guī)律，基于Revit進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)圍護(hù)樁的快速建模。

圖1 地鐵圍護(hù)樁布置圖（局部）

1.1 樁族的創(chuàng)建

利用函數(shù)NewFamilyInstance(XYZ location,FamilySymbol symbol,Level level, StructuralType structuralType)創(chuàng)建樁族實(shí)例模型，其中，location為族實(shí)例放置點(diǎn)坐標(biāo)，symbol為族類型，level為標(biāo)高，structuralType為結(jié)構(gòu)類型。由此可見，樁自動(dòng)生成的關(guān)鍵是計(jì)算樁定位點(diǎn)坐標(biāo)，下文將重點(diǎn)介紹。

1.2 對(duì)話框窗口與Revit數(shù)據(jù)的交互

利用窗口（Form類）及一些控件：文本框（TextBox）、組合框（ComboBox）、按鈕（Button）等，按下述方法實(shí)現(xiàn)Revit數(shù)據(jù)與窗口的交互。

窗口類中定義UIDocument、FamilySymbol等字段，重載窗口類的構(gòu)造函數(shù)。這樣，窗口對(duì)象即可讀寫Revit當(dāng)前文檔數(shù)據(jù)，外部命令接口也可獲得窗口的數(shù)據(jù)。部分代碼如下：

根據(jù)地鐵圍護(hù)樁排布規(guī)律以及構(gòu)造參數(shù)要求，設(shè)置如圖2所示的對(duì)話框窗口與Revit進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲取生成樁的參數(shù)。

圖2 生成樁程序窗口

2 生成樁

Revit可以讀取CAD文件并且CAD工程圖紙繪制的過程中會(huì)將不同的構(gòu)件分圖層表示。因此，可以通過相關(guān)算法（見參考文獻(xiàn)[10]）識(shí)別以“鏈接CAD”的方式鏈接進(jìn)Revit中的CAD圖紙，獲得定位線并對(duì)其排序；判斷定位線走向，將其修正為沿順時(shí)針方向的有向線段；將順時(shí)針方向的樁定位線向外偏移樁直徑的一半并延長(zhǎng)，使其相交，即得到圍護(hù)樁布置中心線；以圍護(hù)樁布置中心線為基線，計(jì)算出每根樁中心點(diǎn)并生成樁。

2.1 樁定位線排序

模型線（對(duì)應(yīng)ModelLine類）的GeometryCurve屬性是Line類型對(duì)象，表示直線的信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)等）。將選中的模型線的直線信息存于鏈表lineList中，對(duì)lineList中儲(chǔ)存的元素進(jìn)行排序，使其成為連續(xù)有向的“多段線”，即第i+1個(gè)元素起點(diǎn)與第i個(gè)元素終點(diǎn)重合（i=1，2…）。實(shí)現(xiàn)的方法為：（1）定義新鏈表newList，取出lineList第1個(gè)元素L1添加到newList，找到終點(diǎn)與L1起點(diǎn)重合的元素，將其添加到newList頭部，循環(huán)找到L1前面的直線；（2）找到起點(diǎn)與L1終點(diǎn)重合的元素，將其添加到newList尾部，循環(huán)找到L1后面的直線；（3）最終得到的newList即為排序后的定位線。

2.2 判定并修正樁定位線走向

將樁定位線向外偏移得到樁中心線的前提是樁定位線是沿順時(shí)針方向的有向線段，如圖3a所示。

對(duì)于有向多段線，取直線Li，其起點(diǎn)坐標(biāo)為（x起，y起)，終點(diǎn)坐標(biāo)為 (x終，y終)。例如，將Li與x軸以及直線x=xa、x=xb圍成的四邊形面積記為Ai（可為負(fù)），則Ai=1/2(x終i-x起i)·(y終i+y起i)。將所有定位線對(duì)應(yīng)的Ai疊加，記為∑Ai，i=1，2，…，4。若∑Ai＞0，則定位線為順時(shí)針，若∑Ai<0，則判定其為逆時(shí)針。以圖3a為例，圖3a為在第1象限的順時(shí)針有向4段線，L1的起點(diǎn)坐標(biāo)為（xa,yb），終點(diǎn)坐標(biāo)為（xb,yb），則：A1=1/2(xb-xa) · (yb+yb)=yb(xb-xa)＞0，同理，A2=A4=0，A3=1/2(xa-xb) · (ya+ya)=ya(xa-xb)<0，∑Ai=yb(xb-xa)+ya(xa-xb)＞0，滿足判定條件；圖3b顯示為逆時(shí)針有向4段線，∑Ai<0，滿足該判定條件。對(duì)于任意多邊形n，以上算法均適用，該判定條件均能滿足。

圖3 有向4段線

將上述逆時(shí)針排布的樁定位線鏈表中每條有向線段的方向反轉(zhuǎn)，即得到按順時(shí)針排布的樁定位線，保證所有樁定位線是沿順時(shí)針方向排布。

2.3 獲取樁中心線

將樁定位線向外偏移樁直徑的一半即可得到樁中心線。如圖4a所示，L1、L2、Li、Ln為沿順時(shí)針方向的樁定位線。（1）將每一根直線如Li沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 90°，即得到a→i；（2）將Li沿著a→偏移樁直徑的一半得到圖示的有向線段M1、M2、Mi、Mn，即為部分樁中心線；（3）通過方程組求兩相鄰直線的交點(diǎn)，如圖4b所示的P1、P2、Pi、Pn，按順序連接上述交點(diǎn)即得到完整的樁中心線P1P2PiPn。

圖4 樁中心線

2.4 計(jì)算樁中心點(diǎn)坐標(biāo)并生成樁

在得到樁中心線后，對(duì)于其中每條長(zhǎng)度為L(zhǎng)的線段，從起點(diǎn)開始按間距d（交互界面輸入?yún)?shù)：樁間距）生成樁中心點(diǎn)，若L/d為整數(shù)，則得到L/d個(gè)樁中心點(diǎn)，樁間距相等；若L/d不為整數(shù)，則得到的樁中心點(diǎn)的個(gè)數(shù)為（L+d）/d的整數(shù)部分，最后一個(gè)中心點(diǎn)平分剩余長(zhǎng)度（詳見參考文獻(xiàn)[10]）。通過上述方法便可獲取樁中心線對(duì)應(yīng)的樁中心點(diǎn)坐標(biāo)。

將上述樁中心點(diǎn)坐標(biāo)逐個(gè)傳遞到樁生成函數(shù)NewFamilyInstance，即可生成所有樁。

3 測(cè)試

3.1 算法測(cè)試

針對(duì)本文所述算法，利用Visual Studio 2015開發(fā)工具以及C#語言，基于.NET平臺(tái)編寫程序，程序流程如圖5所示。

3.2 程序測(cè)試

圖5 程序流程圖

在Revit2018環(huán)境下運(yùn)行上述程序，導(dǎo)入工程圖紙進(jìn)行測(cè)試，生成地鐵圍護(hù)樁效果圖，如圖6所示。通過與Revit傳統(tǒng)建模方式對(duì)比發(fā)現(xiàn)，利用本程序自動(dòng)生成樁建模速度較快，準(zhǔn)確性高，能夠滿足工程需求。

圖6 測(cè)試效果圖

4 結(jié)束語

綜上所述，本文所述算法以及程序可以提高建模效率，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本文僅針對(duì)線性排布的圍護(hù)樁提出其自動(dòng)生成算法，工程項(xiàng)目中還普遍存在有區(qū)域布置的群樁，另外對(duì)于樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、樁鋼筋、冠梁等，其自動(dòng)生成算法是今后的研究方向。