基于Revit的二次開發(fā)在給排水管道優(yōu)化中的研究

趙強(qiáng)，李玉成，蘇紅超，張鵬

（安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

Autodesk公司的Revit軟件因其強(qiáng)大的建模能力，而被廣泛地應(yīng)用于BIM建模等協(xié)同工作中。由于Revit軟件是國外引進(jìn)軟件，隨著工程項(xiàng)目愈發(fā)復(fù)雜，其本身的應(yīng)用功能并不能滿足所有設(shè)計(jì)人員的工作需求。為此，Revit軟件為設(shè)計(jì)人員提供了軟件的二次開發(fā)接口，以便設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際工作需求進(jìn)行功能插件開發(fā)。

給排水工程是建筑工程項(xiàng)目中的重要部分，運(yùn)用Revit軟件可以實(shí)現(xiàn)給排水工程三維可視化、施工模擬、材料設(shè)備統(tǒng)計(jì)等功能。李正農(nóng)等人開發(fā)出了能夠在Revit平臺中智能創(chuàng)建滿足實(shí)際工程需求的腳手架模型插件，張慎等人基于Revit平臺開發(fā)出了能夠批量布置滿足規(guī)范要求的消防噴頭插件；李桐開發(fā)出基于Revit軟件的管道自動(dòng)標(biāo)注插件。

Revit軟件在建筑給排水中比較重要的應(yīng)用是碰撞檢測，施工前就發(fā)現(xiàn)管線碰撞問題并及時(shí)作出設(shè)計(jì)調(diào)整，提高了設(shè)計(jì)單位和施工單位的工作效率。然而面對碰撞檢測后大量的管線優(yōu)化調(diào)整工作，純靠人工手動(dòng)操作，工作量巨大，不利于設(shè)計(jì)人員的工作效率。為此市面上出現(xiàn)了橄欖山、管綜易、AGI模盒等能夠?qū)崿F(xiàn)管道優(yōu)化自動(dòng)避讓的商業(yè)插件，這極大地減輕了設(shè)計(jì)人員的工作量。然而管綜易等插件的管線避讓條件方式還比較簡單，多需要輔以人工逐個(gè)避讓，對于同管徑不同管道系統(tǒng)類型之間的管線避讓，由于不同單位的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，系統(tǒng)類型命名方式不盡相同，所以商業(yè)插件不能實(shí)現(xiàn)管線的精確避讓。

為此，本文對Revit二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行深入研究，結(jié)合管線碰撞優(yōu)化的基本原則，設(shè)置精確的管線優(yōu)化的過濾條件，以及自動(dòng)避讓的方法，開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)批量管線自動(dòng)避讓的Revit插件。管道自動(dòng)優(yōu)化插件極大地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，同時(shí)也補(bǔ)充了一些商業(yè)插件管線優(yōu)化的原則，豐富了管線自動(dòng)優(yōu)化的方法，為Revit二次開發(fā)技術(shù)在給排水工程中的應(yīng)用提供了參考。并且插件可以自由修改相關(guān)程序參數(shù)，使得插件能夠更加適應(yīng)實(shí)際工程項(xiàng)目的需求。

1 Revit二次開發(fā)功能介紹

Revit API是一種已經(jīng)編輯好的、能夠直接聯(lián)系外部程序的類庫。一方面Revit API實(shí)現(xiàn)了Revit軟件對已有功能的覆蓋，進(jìn)行建筑信息模型的創(chuàng)建，并更深入多層次地對整個(gè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和優(yōu)化調(diào)整；另一方面，它也給設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)插件開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目需求來對Revit創(chuàng)建新的功能模塊，使之能夠滿足用戶更多功能上的需求，大大拓展了Revit功能，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ㄖ畔⒛Ｐ偷囊曈X效果、建筑工程模型的屬性信息數(shù)據(jù)、構(gòu)件相關(guān)的信息參數(shù)進(jìn)行更為有效地利用，以及對建筑信息模型構(gòu)件進(jìn)行創(chuàng)建、修改、刪除等應(yīng)用操作；結(jié)合外部數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等第三方外部應(yīng)用平臺進(jìn)行工程項(xiàng)目的分析應(yīng)用。

管道自動(dòng)避讓Revit二次開發(fā)插件，基于功能強(qiáng)大的Revit軟件，參考RevitAPI使用C#語言進(jìn)行軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)交互操作和插件程序控制的有機(jī)結(jié)合。充分利用Revit API，參考Revit SDK文檔，以編程的方式完成一些工作量較大、規(guī)律性較強(qiáng)的工作，比如管道自動(dòng)避讓工作。通過程序算法，能夠大大簡化這些重復(fù)性建模操作，快速、高效地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能需求，進(jìn)而顯著提升建模效率。

管道自動(dòng)避讓的功能插件首先添加了RevitAPI和RevitAPIUI兩個(gè)程序集引用，然后通過外部應(yīng)用程序繼承接口外部命令（IExternal Command），并再次加載其中的程序運(yùn)行主函數(shù)Execute()，最后進(jìn)行編譯程序代碼來實(shí)現(xiàn)插件的開發(fā)。通過外部命令方式開發(fā)的過程流程，如圖1所示。

圖1 外部命令方式開發(fā)流程圖

2 管道自動(dòng)避讓插件開發(fā)

基于Microsoft Visual Studio 2015、Microsoft.NET Framework4.5、Autodesk Revit 2016以及Revit SDK 2016的開發(fā)環(huán)境，使用C#語言進(jìn)行插件程序的開發(fā)研究。

2.1 插件主體程序分析

管線避讓插件程序的主要流程，如圖2所示。首先對所有模型元素運(yùn)用Filtered Element Collector函數(shù)進(jìn)行過濾，獲得所需要的管道或風(fēng)管或電纜橋架。然后進(jìn)行碰撞檢測，通過使用Element Intersects Element Filter（硬碰撞）函數(shù)或者Element Intersects Solid Filter（軟碰撞，需要設(shè)置范圍參數(shù)）函數(shù)能夠判斷構(gòu)件是否發(fā)生空間上的構(gòu)件沖突碰撞，本插件采用函數(shù)Element Intersects Element Filter進(jìn)行碰撞檢測。緊接著程序獲取碰撞構(gòu)件的類別、系統(tǒng)類型和管徑等參數(shù)，結(jié)合交互界面輸入的系統(tǒng)類型參數(shù)定義系統(tǒng)類型常量，進(jìn)行各種條件的判斷過濾獲得需要避讓的管道。最后結(jié)合管道避讓的方法，生成立管，避讓橫管和彎頭連接件，從而完成管道的自動(dòng)避讓。對所有碰撞點(diǎn)進(jìn)行遍歷循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)碰撞管線一鍵批量自動(dòng)避讓。

圖2 碰撞管道自動(dòng)避讓程序流程圖

自動(dòng)避讓插件的關(guān)鍵代碼如下所示：

Transform transform=Transform.CreateTranslation（dir）；

double length=Math.Tan（angle）*heigth；

XYZ res= transform.OfPoint（point）；

XYZ result=new XYZ（res.X，res.Y，res.Z+heigth）；

return result；

2.2 管線避讓原則

依據(jù)《建筑給排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015-2019）和工程實(shí)例的研究得出管線碰撞避讓的基本原則如下：從操作性考慮，管徑小的避讓管徑大的，支線管道避讓主線管道，金屬材質(zhì)管避讓非金屬材質(zhì)管，低壓讓高壓，附件少的讓附件多的，在空間上電最上風(fēng)居中水最下；有壓流讓無壓流管，因?yàn)闊o壓流管是重力流管需要一定的坡度才能排水順暢，一旦翻彎避讓則水流難以順利排出，所以本文插件需要規(guī)定翻彎避讓管線都是有壓流系統(tǒng)管道，且同系統(tǒng)管道不發(fā)生碰撞。從工藝和造價(jià)上考慮得出：能夠彎曲管避讓不能彎曲管，消防水避讓冷凍水，給水管讓熱水管，熱水管讓冷凍水管，技術(shù)要求低的管道讓技術(shù)要求高的管道，優(yōu)先滿足規(guī)范要求及檢修空間，凈空最大化，美觀次之。

由于各設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，所以每個(gè)設(shè)計(jì)師對系統(tǒng)名稱的命名不一定完全相同，為了適應(yīng)系統(tǒng)類型名稱的變化，管道自動(dòng)避讓插件提供交互界面以便設(shè)計(jì)人員按項(xiàng)目情況修改系統(tǒng)名稱。由于無壓流系統(tǒng)的管道不能進(jìn)行管道翻彎避讓，如果程序判斷出發(fā)生碰撞的兩個(gè)管道的系統(tǒng)類型有一個(gè)不屬于有壓流系統(tǒng)，則另一個(gè)管道自動(dòng)作為避讓管道，所以本插件主要是對有壓流系統(tǒng)進(jìn)行判斷。根據(jù)對《建筑給排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015-2019）的研究發(fā)現(xiàn)有壓流系統(tǒng)有：冷凍水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)以及生活給水系統(tǒng)；無壓流系統(tǒng)是：污水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、通氣系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)。

所以本插件規(guī)定各系統(tǒng)優(yōu)先級別從高到低分別是：風(fēng)電構(gòu)件、無壓流系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)。管道自動(dòng)避讓插件工作界面，如圖3所示?？紤]到實(shí)際廠家生產(chǎn)管件的能力，本插件交互界面僅定義了4種類型的角度選擇，因?yàn)槌Ｒ姷膹濐^類型為30度彎、45度彎、60度彎以及90度彎。

圖3 管線自動(dòng)避讓插件工作界面圖

2.3 避讓管道過濾

通常，Revit開發(fā)平臺通過Filtered Element Collector類的使用來過濾元素，它具備對文檔中的對象進(jìn)行過濾的全部功能，而在實(shí)際的過濾操作過程中時(shí)還需要添加一個(gè)或多個(gè)判斷過濾條件以過濾得到需要操作的構(gòu)件，并且為了實(shí)現(xiàn)插件功能往往需要對構(gòu)建的參數(shù)類別進(jìn)行條件判斷過濾，所以要在Revit中開發(fā)管道自動(dòng)避讓插件應(yīng)根據(jù)管線避讓優(yōu)化原則設(shè)置條件過濾得到需要進(jìn)行避讓的管道[14]。

如圖4所示，獲取到需要進(jìn)行避讓的管道的過濾條件如下：首先獲取到碰撞兩個(gè)構(gòu)件的類別、管徑、系統(tǒng)類型等參數(shù)信息，判斷構(gòu)件的類別（Category）是否均為管道（OST_PipeCurves），如果是則進(jìn)行下一步的條件判斷，如若不是則將類別為管道的構(gòu)件進(jìn)行向下避讓操作；構(gòu)件均為管道時(shí)判斷管道的管徑參數(shù)（Parameter type）是否相同，不同管徑時(shí)遵循小管讓大管的原則，小管應(yīng)進(jìn)行避讓；當(dāng)管徑相同時(shí)，進(jìn)一步判斷碰撞管道的系統(tǒng)類型參數(shù)（PipingSystemType），判斷名稱（name）是否為有壓流管道系統(tǒng)，若不是，則直接選擇不做判斷的管道作為避讓管道；若是有壓流系統(tǒng)則判斷是否是冷凍水管系統(tǒng)，若存在冷凍水管系統(tǒng)則跳出后續(xù)判斷循環(huán)，返回系統(tǒng)為非冷凍水管系統(tǒng)的管道，進(jìn)行后續(xù)翻彎避讓操作；若不存在冷凍水管，則判斷是否是熱水管系統(tǒng)，若為熱水管，則跳出后續(xù)判斷返回另一非熱水管系統(tǒng)進(jìn)行避讓操作；若不存在熱水管，則判斷管道系統(tǒng)是否是生活給水管系統(tǒng)，因?yàn)橄李惞艿乐匾员容^高，應(yīng)優(yōu)先考慮，所以選擇生活給水管系統(tǒng)進(jìn)行避讓；由于消火栓系統(tǒng)附件比自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)附件多，所以應(yīng)選擇消火栓系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)避讓。經(jīng)過上述多重條件判斷返回元素，即可得到需要進(jìn)行避讓的管道。

圖4 元素過濾流程

2.4 管道自動(dòng)避讓原理

為了分析管道自動(dòng)避讓原理，對管道避讓后管道各點(diǎn)位置標(biāo)記，如圖5所示。圖中Height表示交互界面的輸入的避讓高度，角度α表示交互界面輸入的避讓角度，A`點(diǎn)和B`點(diǎn)為兩個(gè)碰撞點(diǎn)偏移一定距離后的位置，A點(diǎn)和B點(diǎn)表示應(yīng)當(dāng)避讓立管（以下避讓管道簡稱L1，發(fā)生碰撞的另一構(gòu)件簡稱L2）的起點(diǎn)，E點(diǎn)、F點(diǎn)表示L1的起始點(diǎn)，直線CD表示提升起來的避讓橫管（以下簡稱L3）。

圖5 避讓管道各點(diǎn)實(shí)況圖

通過在Revit軟件中手動(dòng)進(jìn)行管道優(yōu)化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如圖6（a）所示，當(dāng)CD等于2倍L1直徑時(shí)，發(fā)生了線太短的錯(cuò)誤，即L3太短無法連接彎頭。如圖6（b）所示，當(dāng)CD等于3倍L1直徑時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)正常的管道連接。這是因?yàn)閷?shí)際操作中彎頭直徑與管道直徑相同，避讓橫管上連接有兩個(gè)彎頭，則其長度必須大于其2倍的管徑才能安裝，所以從實(shí)際安裝可操作性考慮，本插件將避讓橫管長度設(shè)置為3倍以上L1的直徑。

圖6 L3為不同長度時(shí)的管道避讓比較

如圖7所示，管道自動(dòng)避讓的原理如下：首先輸入發(fā)生碰撞的兩個(gè)構(gòu)件L1、L2，判斷L2的類型（Category）是否為管道，若為管道則獲取L1和L2管徑參數(shù)（get_Parameter）N1、N2，若不是管道則分別獲取L1的管徑N1和L2的寬度N2；然后獲取到碰撞中心點(diǎn)的XYZ值，結(jié)合L1方向（direction）函數(shù)和N1、N2利用式1和式（2）的關(guān)系得到A`點(diǎn)和B`點(diǎn)；結(jié)合輸入的避讓高度Height參數(shù)，在A`和B`的基礎(chǔ)上進(jìn)行坐標(biāo)Z值的變化得到C和D點(diǎn)；基于A`點(diǎn)和B`點(diǎn)的XYZ值結(jié)合輸入的角度α值和避讓高度和L1的方向函數(shù)的值利用式（3）的關(guān)系得到A點(diǎn)和B點(diǎn)的XYZ值；分別在A、B、E和A、B、F的點(diǎn)集數(shù)組中獲得距離端點(diǎn)最近的點(diǎn)m1和m2；分別以EA、AC、CD、DB、BF創(chuàng)建管道，并且根據(jù)管道的位置關(guān)系創(chuàng)建連接管道的連接件彎頭。

圖7 生成避讓管道流程

2.5 插件主要函數(shù)和插件相關(guān)文件

為實(shí)現(xiàn)管道的自動(dòng)優(yōu)化功能，基于Revit軟件，參考RevitAPI.chm幫助文檔，應(yīng)用和編寫了一些函數(shù)，主要使用到的函數(shù)如表1所示。

表1 插件主要函數(shù)

管道自動(dòng)避讓功能插件的.addin文件如下所示：

＜RevitAddIns＞

＜AddIn Type="Command"＞

＜Assembly＞pipeoptimization.dll＜/Assembly＞

＜ClientId＞321f927d-c7cc-4cdf-8900-b99495c2579d＜/ClientId＞＜FullClassName＞pipeoptimization.pipeadjust＜/FullClassName＞

＜Text＞pipeadjust＜/Text＞

＜Description＞""＜/Description＞＜VisibilityMode＞AlwaysVisible＜/VisibilityMode＞＜VendorId＞ADSK＜/VendorId＞

＜VendorDescription＞Autodesk，www.autodesk.com＜/VendorDescription＞

＜/AddIn＞

＜/RevitAddIns＞

3 實(shí)驗(yàn)與分析

某綜合大廈建筑項(xiàng)目，總計(jì)有31層，地面兩層為商場超市，由于項(xiàng)目過大，本文以兩層商場超市的給排水工程Revit模型為研究對象，基于Revit軟件機(jī)械樣板文件構(gòu)建建筑給排水模型，該建筑的給排水系統(tǒng)有：生活給水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng) 、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、冷凝水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、通氣系統(tǒng)。

對該建筑構(gòu)建的Revit模型運(yùn)用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測，碰撞沖突如圖8（a）中標(biāo)記了1、2、3、4所示：分別發(fā)現(xiàn)了污水系統(tǒng)的管道與消火栓系統(tǒng)的管道的碰撞、消火栓系統(tǒng)管道（管徑為DN65）和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的管道（管徑為DN32）的碰撞、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的管道（管徑為DN25）與生活給水系統(tǒng)的管道（管徑為DN25）的碰撞、消火栓系統(tǒng)管道（管徑為DN65）和自動(dòng)噴水系統(tǒng)管道（管徑為DN100）的碰撞。

基于Revit軟件，使用管道自動(dòng)避讓插件，輸入避讓高度300，避讓角度90度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果如圖8（b）中標(biāo)記1、2、3、4所示：消火栓系統(tǒng)管道避讓污水系統(tǒng)管道、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道避讓消火栓系統(tǒng)管道、生活給水系統(tǒng)管道避讓自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道、消火栓系統(tǒng)管道避讓自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道。

圖8 綜合大廈的建筑給排水Revit三維模型

插件自動(dòng)完成的管道避讓結(jié)果確實(shí)符合管線避讓優(yōu)化原則：小管讓大管，有壓流管讓無壓流管，生活給水讓消防用水。

作者通過將該管道自動(dòng)避讓插件應(yīng)用于衛(wèi)生間風(fēng)管碰撞項(xiàng)目中，如圖9（a）所示，發(fā)生了兩根冷凝水系統(tǒng)管道以及三根生活給水系統(tǒng)的管道均與風(fēng)管發(fā)生碰撞。

在Revit軟件中使用管道自動(dòng)避讓插件進(jìn)行管道優(yōu)化，最終結(jié)果如圖9（b）所示，所有與風(fēng)管碰撞的冷凝水系統(tǒng)管道以及生活給水系統(tǒng)的管道均向下進(jìn)行避讓，該結(jié)果證明了管道自動(dòng)避讓插件遵循了管線避讓優(yōu)化原則：空間上電最上風(fēng)居中水最下。進(jìn)一步說明本文所開發(fā)出的管道自動(dòng)避讓插件具有一定的穩(wěn)定性和適用性，具有良好的工程實(shí)用價(jià)值。

圖9 Revit中某衛(wèi)生間局部三維模型

4 結(jié)論

本文基于Revit軟件使用C#語言進(jìn)行了插件程序開發(fā)，重點(diǎn)研究在BIM技術(shù)背景下的給排水管道自動(dòng)避讓的插件程序設(shè)計(jì)，通過實(shí)際項(xiàng)目測試，插件能夠正確地實(shí)現(xiàn)管道的自動(dòng)避讓。開發(fā)插件充分考慮了管道優(yōu)化避讓時(shí)的多種條件，提高了插件進(jìn)行自動(dòng)化避讓的準(zhǔn)確性。各設(shè)計(jì)單位由于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，導(dǎo)致系統(tǒng)類型名稱更加復(fù)雜，而本文提出的插件，為設(shè)計(jì)人員提供修改系統(tǒng)類型名稱的交互界面，進(jìn)一步提高了插件的工程適用性，豐富了管道自動(dòng)優(yōu)化的方法。