基于Revit API的水工參數(shù)化模型二次開發(fā)

梁建波，李 德，董 平

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070)

近年來(lái)，水利水電行業(yè)的BIM應(yīng)用正在穩(wěn)步推進(jìn)，但隨著應(yīng)用的深入，僅僅利用BIM軟件的現(xiàn)有功能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)不足以最大程度地體現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)的效率優(yōu)勢(shì)。目前，水利水電行業(yè)的BIM正向設(shè)計(jì)中存在如增強(qiáng)設(shè)計(jì)各專業(yè)之間的協(xié)同性、復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維模型的參數(shù)化、族模型的批量定位、不同平臺(tái)之間數(shù)據(jù)格式和接口的轉(zhuǎn)化等一些痛點(diǎn)，嚴(yán)重影響B(tài)IM正向設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，由于水利水電行業(yè)的BIM應(yīng)用較建筑、鐵路、交通等行業(yè)相比起步稍晚[1- 2]，且各BIM平臺(tái)的軟件功能主要面向于建筑行業(yè)，對(duì)于水利水電工程建筑物設(shè)計(jì)的針對(duì)性不強(qiáng)。基于BIM軟件API進(jìn)行有針對(duì)性地開展二次開發(fā)是BIM正向設(shè)計(jì)深入應(yīng)用的有效途徑。將利用BIM軟件API開發(fā)的相關(guān)功能模塊包裝為功能插件，可以系統(tǒng)有效地為水利水電工程BIM設(shè)計(jì)提供便利，具有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

本文主要基于Revit軟件開展水工參數(shù)化建模的二次開發(fā)與應(yīng)用，旨在解決水工參數(shù)化建模中的一些常見問題，從而提高BIM正向設(shè)計(jì)效率。

1 問題提出

Revit軟件是Autodesk平臺(tái)的一款主流BIM設(shè)計(jì)軟件，直接面向建筑行業(yè)的BIM設(shè)計(jì)，對(duì)于水利水電工程設(shè)計(jì)中很多需求難以直接實(shí)現(xiàn)，本文旨在解決幾個(gè)常見的水工建筑物設(shè)計(jì)問題[3- 4]。

(1)泵站和水電站是水利水電工程的特有建筑物，其流道均屬于異型曲面，利用Revit進(jìn)行流道異型曲面建模的一般思路是：先制作參數(shù)化斷面族，在公制常規(guī)族模板中手動(dòng)創(chuàng)建每個(gè)輪廓族斷面所要放置的工作平面，將參數(shù)化輪廓族導(dǎo)入后手動(dòng)定位至各個(gè)工作平面上，再依次修改每個(gè)斷面族參數(shù)，最后依次放樣生成流道曲面。要得到較高精度的流道模型，就需要很多參數(shù)化輪廓斷面，手動(dòng)對(duì)每個(gè)斷面輪廓進(jìn)行定位及其參數(shù)修改，不僅工作量很大，同時(shí)也很難保證其位置和參數(shù)的準(zhǔn)確性。

(2)引調(diào)水類工程中一般都會(huì)進(jìn)行長(zhǎng)距離輸水管道布置，根據(jù)工程需要，輸水管道沿線往往會(huì)布置數(shù)量較多的排氣閥井、檢修閥井、放空閥井、鎮(zhèn)墩等附屬建筑物[5]，在Revit中進(jìn)行建模的一般思路是：先進(jìn)行主管線的設(shè)計(jì)，建立各附屬建筑物的參數(shù)族，將參數(shù)族導(dǎo)入到主文件后進(jìn)行手動(dòng)定位，考慮到按照BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑物管理，還需手動(dòng)對(duì)各附屬建筑物分別進(jìn)行編號(hào)。對(duì)于長(zhǎng)距離輸水管道，其沿線附屬建筑物數(shù)量很多，加之管道軸線一般為三維空間曲線，其樁號(hào)位置點(diǎn)很難定位，手動(dòng)對(duì)所有附屬建筑物族實(shí)例進(jìn)行定位并編號(hào)是一件極其繁瑣的工作，同時(shí)也很難保證各附屬建筑物位置的準(zhǔn)確性。

(3)在山地地貌進(jìn)行引調(diào)水類工程建設(shè)，一般都需要進(jìn)行輸水隧洞的設(shè)計(jì)，根據(jù)圍巖類別，通過鉆爆法施工的輸水隧洞開挖過程中往往需要利用噴錨等工程措施進(jìn)行初期支護(hù)。支護(hù)錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)包括錨桿長(zhǎng)度、直徑、間距及布置形式等，由于隧洞沿線錨桿數(shù)量非常多，且其垂直于曲面巖壁，利用Revit軟件現(xiàn)有功能對(duì)創(chuàng)建的隧洞模型進(jìn)行支護(hù)錨桿的布置并批量修改錨桿參數(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的。

(4)輸水建筑物如渠道、渡槽、暗涵、管道、隧洞等都有沿線或局部沿線等截面的特點(diǎn)，對(duì)于此類建筑物通過Revit軟件建模的思路一般有兩種，一是利用模型線構(gòu)造斷面，通過構(gòu)建的斷面和軸線放樣生成線性建筑物模型；二是先構(gòu)建公制輪廓族，將構(gòu)建的輪廓族導(dǎo)入主族文件后與軸線放樣生成線性建筑物模型。現(xiàn)有功能很難實(shí)現(xiàn)快速的輪廓參數(shù)化和并線數(shù)量的參數(shù)化。

2 解決思路

針對(duì)以上問題，考慮到工程設(shè)計(jì)人員的工作習(xí)慣，并最大程度地體現(xiàn)BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)的便捷，盡可能采用帶有圖例的參數(shù)化對(duì)話框的方式實(shí)現(xiàn)，直接采用設(shè)定參數(shù)的“傻瓜”式操作方式。

(1)對(duì)于在Revit中流道異型曲面的建模問題，由于流道模型各放樣斷面的參數(shù)一般由生產(chǎn)廠家提供，考慮將斷面族實(shí)例參數(shù)和每個(gè)族實(shí)例的定位平面與電子表格數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配，通過族文件與電子表格文件融合后，一鍵生成流道模型。本文研究通過Revit二次開發(fā)，利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)流道參數(shù)化輪廓斷面批量自動(dòng)定位及批量族參數(shù)賦值。

(2)對(duì)于引調(diào)水類工程中眾多族實(shí)例沿線路定位布置問題，根據(jù)設(shè)計(jì)習(xí)慣，考慮兩種功能，一是針對(duì)族實(shí)例數(shù)量和種類較少的情況，通過輸入樁號(hào)直接放置和定位，二是針對(duì)族實(shí)例數(shù)量和種類眾多的情況，通過包含族實(shí)例編碼和樁號(hào)信息的電子表格批量放置定位和自動(dòng)添加族實(shí)例編碼。本論文研究通過Revit二次開發(fā)，利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)沿管線附屬建筑物的批量放置并自動(dòng)編號(hào)。

(3)對(duì)于輸水隧洞中支護(hù)錨桿的設(shè)計(jì)布置問題，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨桿布置方式為梅花形布置，錨桿長(zhǎng)度、直徑、布置間距均設(shè)定為設(shè)計(jì)布置參數(shù)。由于錨桿數(shù)量往往很多，考慮軟件運(yùn)行流暢性，錨桿模型采用兩種方式顯示，一是只顯示錨桿軸線，即線框模式，二是顯示錨桿實(shí)體，即真實(shí)模式，可根據(jù)需要選自顯示模式。本論文研究通過Revit二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)隧洞支護(hù)錨桿的批量自動(dòng)定位及錨桿參數(shù)賦值。

(4)對(duì)于渠道、渡槽、暗涵、管道、隧洞等沿線或局部沿線等截面的輸水建筑物建模問題，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況和設(shè)計(jì)工作習(xí)慣，將不同型式建筑物斷面形狀尺寸和并線數(shù)量作為模型設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行快速建模。本論文研究通過Revit二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)水利工程線型輸水建筑物“一鍵”建模并實(shí)現(xiàn)并線數(shù)量的參數(shù)化。

3 技術(shù)路線及功能實(shí)現(xiàn)

針對(duì)上述所提出的具體實(shí)際問題，基于Revit2020 API，在Visual Studio 2015開發(fā)平臺(tái)上，依托.NET Framework4.6框架，采用 C# 編程語(yǔ)言進(jìn)行針對(duì)性的Revit二次開發(fā)研究[6- 8]。

(1)通過泵站流道參數(shù)化輪廓斷面批量自動(dòng)定位及批量族參數(shù)賦值，實(shí)現(xiàn)流道的快速建模，工作流程包括：創(chuàng)建參數(shù)化流道斷面族文件、用戶交互對(duì)話框中選擇流道斷面族文件(.rfa)和族參數(shù)數(shù)據(jù)文件(.xlsx)、生成斷面輪廓并定位、創(chuàng)建流道模型，如圖1—6所示。

圖2 流道參數(shù)化建模用戶交互界面

圖3 流道參數(shù)化斷面族

圖4 流道參數(shù)化斷面族參數(shù)數(shù)據(jù)

圖5 流道斷面族實(shí)例自動(dòng)定位及參數(shù)賦值

圖6 生成流道模型

(2)利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)沿管線附屬建筑物的批量放置并自動(dòng)編號(hào)。工作流程包括：將創(chuàng)建的附屬建筑物族導(dǎo)入主文件、用戶交互對(duì)話框中選擇附屬建筑物族類型、導(dǎo)入族定位樁號(hào)數(shù)據(jù)文件(.xlsx)、選擇軸線自動(dòng)完成族實(shí)例定位放置和族實(shí)例自動(dòng)編號(hào)，如圖7—11所示。

圖7 族實(shí)例定位流程圖

圖8 族實(shí)例定位用戶交互界面

圖9 族實(shí)例定位樁號(hào)及編號(hào)數(shù)據(jù)

圖10 族實(shí)例定位

圖11 族實(shí)例自動(dòng)編號(hào)

(3)利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)隧洞支護(hù)錨桿的批量自動(dòng)定位及錨桿參數(shù)賦值[9]。工作流程包括：用戶交互對(duì)話框中輸入錨桿全部設(shè)計(jì)參數(shù)、勾選是否實(shí)體顯示或只顯示錨桿軸線、批量生成錨桿模型，如圖12—14所示。

圖12 錨桿設(shè)計(jì)流程圖

圖13 錨桿設(shè)計(jì)用戶交互界面

圖14 錨桿設(shè)計(jì)模型

(4)以輸水箱涵為例，利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)水利工程線型輸水建筑物“一鍵”建模并實(shí)現(xiàn)并線數(shù)量的參數(shù)化[10- 11]。工作流程包括：用戶交互對(duì)話框中輸入錨桿全部設(shè)計(jì)參數(shù)、選擇并線數(shù)量、選擇軸線自動(dòng)完成模型創(chuàng)建，如圖15—17所示。

圖15 箱涵設(shè)計(jì)流程圖

圖16 箱涵設(shè)計(jì)用戶交互界面

圖17 箱涵設(shè)計(jì)模型

(5)除了實(shí)現(xiàn)上述功能外，對(duì)于Revit實(shí)體幾何數(shù)據(jù)的提取、將通過.dwg文件導(dǎo)入到Revit中的ImportInstance線元素轉(zhuǎn)換為ModelCurve類以及按.dwg文件中圖層進(jìn)行ImportInstance元素的隱藏和隔離等功能也通過Revit二次開發(fā)全部得到實(shí)現(xiàn)，將這些在水利水電工程BIM設(shè)計(jì)中常用的功能打包，形成水工Revit參數(shù)化模型工具集插件，如圖18所示。

圖18 水工Revit參數(shù)化模型工具集插件面板

4 應(yīng)用案例

水工Revit參數(shù)化模型工具集插件在鹽卡泵站工程、鄂北水資源配置熊河分水工程等均得到了較好的應(yīng)用。在鹽卡泵站的設(shè)計(jì)中，采用“流道設(shè)計(jì)”功能模塊實(shí)現(xiàn)了泵站建筑物的快速建模(如圖19—20所示)。在鄂北水資源配置熊河分水工程的設(shè)計(jì)中，通過“樁號(hào)布置”功能模塊對(duì)27km輸水管道沿線的檢修閥井、放空閥井、進(jìn)排氣閥井及鎮(zhèn)墩等附屬建筑物實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)定位及自動(dòng)編號(hào)(如圖21—23所示)。

圖19 鹽卡泵站流道模型

圖20 鹽卡泵站模型

圖21 熊河分水工程檢修閥族

圖22 熊河分水工程放空閥族

圖23 熊河分水工程附屬建筑物自動(dòng)定位(局部)

5 結(jié)論與展望

針對(duì)水工建筑物設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本文開展了Revit參數(shù)化建模的二次開發(fā)初步研究，解決了水工建筑物設(shè)計(jì)中常見的幾類問題，對(duì)水利水電行業(yè)BIM設(shè)計(jì)的深入應(yīng)用具有一定的借鑒意義。由于本文中所述二次開發(fā)功能的程序未進(jìn)行充分優(yōu)化，導(dǎo)致工程線路較長(zhǎng)時(shí)某些功能運(yùn)行很慢，在后續(xù)工作中應(yīng)著重優(yōu)化程序，使功能運(yùn)行更加流暢。

隨著水利水電行業(yè)BIM技術(shù)的深入應(yīng)用，BIM設(shè)計(jì)的核心競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)由設(shè)計(jì)方案的BIM實(shí)現(xiàn)程度轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)方案的BIM實(shí)現(xiàn)程度與BIM設(shè)計(jì)效率并重。開展BIM設(shè)計(jì)軟件的二次開發(fā)，對(duì)于提高水利水電行業(yè)BIM設(shè)計(jì)深度、拓展應(yīng)用廣度以及提高工作效率意義深遠(yuǎn)。