基于Revit API的裝配式構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

祝連波 石振群 林家南 林陵娜 黃一雷

(1.蘇州科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，蘇州 215004； 2.宋都房地產(chǎn)集團(tuán)有限公司，杭州 311400；3.美國南達(dá)科他州立大學(xué)，南達(dá)科他州 美國 SSO 202B)

引言

近年來，在國務(wù)院和地方各級政府出臺多項激勵措施下，裝配式混凝土建筑(Prefabricated Concrete，以下簡稱PC)在國內(nèi)發(fā)展迅速。目前，PC建筑常見的預(yù)制構(gòu)件有樓板、墻板、陽臺板、樓梯等。這些構(gòu)件種類龐雜，數(shù)量較大，對構(gòu)件批量加工造成較大的影響。

族是Revit中某一類別中圖元的類，包含了豐富的信息，如材質(zhì)、尺寸等。在現(xiàn)澆建筑BIM模型中，用戶可以利用豐富的族類型創(chuàng)建模型，基本上滿足用戶的需求。論文將族概念引入裝配式建筑構(gòu)件管理體系內(nèi)，實現(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件的族管理。

國內(nèi)外學(xué)者對PC建筑和族庫的研究，可歸為兩類，一是基于BIM 技術(shù)的PC項目管理，二是PC構(gòu)件研究。 如Bortolini[1]采用 BIM-4D 建模方法，建立了訂單式PC構(gòu)件現(xiàn)場安裝與物流控制模型，解決了生產(chǎn)、運輸、現(xiàn)場安裝等環(huán)節(jié)的沖突。Mostafa[2]分析了澳大利亞PC行業(yè) BIM 應(yīng)用的機(jī)會和障礙。Opoko[3]調(diào)查了尼日利亞使用 BIM技術(shù)進(jìn)行PC項目管理的現(xiàn)狀。Mikkola[4]等對PC構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)管理進(jìn)行了研究。Du[5]建立了生命周期評價模型，模擬了PC構(gòu)件從生產(chǎn)至安裝過程中的碳排放。賽菡[6]從族庫結(jié)構(gòu)、管理和激勵機(jī)制對族庫管理進(jìn)行了分析，提出了具體的分類方法。余芳強(qiáng)[7]對BIM 施工模型構(gòu)件分類進(jìn)行了研究，提出了一種有利于施工管理的 BIM 構(gòu)件分類標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了用于企業(yè)內(nèi)部族管理和交流的平臺。白碩[8]通過研究，提出了水利 BIM 模型標(biāo)準(zhǔn)的制定，根據(jù)族樣板開發(fā)了能夠調(diào)整參數(shù)的專業(yè)族，解決了在族建造和應(yīng)用時可能產(chǎn)生的無法布置、標(biāo)高不一致等問題。馬淮亮[9]應(yīng)用WPF(Windows Presentation Foundation)技術(shù)開發(fā)插件平臺，初步建立預(yù)制構(gòu)件庫及管理平臺。韓同銀[10]等研究BIM技術(shù)在裝配式建筑項目設(shè)計階段的正向設(shè)計方法，此舉能夠提高建筑構(gòu)件重復(fù)率，減少裝配式建筑構(gòu)件類型。

從以上研究成果可以看到，PC構(gòu)件族庫研究尚處于起步階段，基于Revit軟件接口編制PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的研究還較少。Revit應(yīng)用程序接口，即 Revit Application Programming Interface，Revit系列的Architecture、Structure、MEP 三個產(chǎn)品都有對應(yīng)的應(yīng)用程序接口，統(tǒng)稱為Revit API。論文將從PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)需求出發(fā)，基于Revit API，設(shè)計PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)，為提高裝配式構(gòu)件管理水平、構(gòu)件拆分效率及裝配式建筑正向設(shè)計提供科學(xué)工具。

1 PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)性能需求分析

為了保證PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、安全，以及增強(qiáng)用戶的體驗感，需對PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)進(jìn)行性能需求分析，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)需要滿足以下的性能需求：

(1)快速性

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的響應(yīng)速度與用戶的體驗有著緊密的聯(lián)系，系統(tǒng)對用戶操作的響應(yīng)時間應(yīng)該是秒級的，在用戶進(jìn)行檢索等數(shù)據(jù)量較少的操作時，響應(yīng)時間達(dá)到毫秒級別。

(2)安全性

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)采用 C/S 架構(gòu)，即PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)任務(wù)一部分由客戶端處理，一部分由服務(wù)器處理。因為服務(wù)器或者用戶終端設(shè)備的資源都是有限的，這種分配方式可以降低PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)對資源的消耗，而且這種架構(gòu)具有極高的安全性。數(shù)據(jù)是最寶貴的資源，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)管理員根據(jù)用戶角色劃分權(quán)限，特定角色只能在權(quán)限內(nèi)使用、操作PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)，防止數(shù)據(jù)的誤刪、泄露。PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫時，SQL SERVER 2008提供角色驗證，數(shù)據(jù)庫的安全性能夠得到保障。

(3)易用性

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的用戶主要是從事裝配式建筑的設(shè)計師、BIM 工程師，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的設(shè)計要易于使用、不需要單獨培訓(xùn)。

(4)適用性

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適用性，系統(tǒng)能夠適用不同的環(huán)境，主要功能能夠在Windows 系列操作PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)上進(jìn)行使用。但是 Windows XP 等較低版本的PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)可能在視覺、動畫上的體驗感較差。

2 PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 族庫管理系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)主要有系統(tǒng)管理、族構(gòu)件調(diào)用、族構(gòu)件入庫、數(shù)據(jù)庫4 個主要功能，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)共有4 層技術(shù)架構(gòu)：用戶層、功能層、處理層和數(shù)據(jù)層。用戶層也稱最上層，用于顯示和接收各類信息，為用戶提供一種交互式的界面，使用該PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的各類用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)與功能層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換完成所需工作?；谇拔姆治龀龅挠脩粜枨?，根據(jù)技術(shù)和資源的可行性邊界確定PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的具體功能形成功能層，族庫管理系統(tǒng)主要有系統(tǒng)管理、用戶管理、族構(gòu)件調(diào)用以及族構(gòu)件上傳。待用戶執(zhí)行相關(guān)功能操作時產(chǎn)生的信息將進(jìn)入處理層，將用戶指令轉(zhuǎn)為機(jī)器可識別的語言進(jìn)行信息傳達(dá)。待用戶指令處理結(jié)束后，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)將進(jìn)入數(shù)據(jù)層。通過與數(shù)據(jù)庫的連接，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫語言，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息的增、刪、改、查等命令。PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

2.2 族庫管理系統(tǒng)序列圖設(shè)計

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的序列圖(Sequence Diagram)又稱為時序圖、序列圖，是一種 UML(Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言)交互圖，用來描述對象之間按照時間順序發(fā)送信息的動態(tài)過程。本節(jié)對PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)中系統(tǒng)管理、族構(gòu)件調(diào)用、族庫管理中的序列圖進(jìn)行設(shè)計。

PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)管理員可以對普通用戶的基本信息進(jìn)行增、刪、改的操作，也可以對PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的基本信息進(jìn)行增、刪、改的操作。其中管理序列圖中管理員增加用戶含義為：管理員登錄PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)→對身份進(jìn)行驗證→驗證通過后PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)將彈出新增用戶的界面→管理員在界面中填寫用戶的信息，例如賬號、密碼、部門等→信息傳遞至數(shù)據(jù)庫→數(shù)據(jù)庫將成功創(chuàng)建用戶的信息傳遞至PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)→PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)彈出創(chuàng)建成功提示窗。PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)管理的序列圖如圖2所示。

圖2 PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)管理序列圖

3 PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

3.1 用戶登錄功能的實現(xiàn)

登錄功能的主要目的是保證PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的安全性。登錄功能實現(xiàn)的流程如下：用戶打開本PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的圖標(biāo)，回彈出登錄界面，用戶輸入自己的用戶名和密碼，單擊登錄按鈕后，接收界面?zhèn)魅氲挠脩裘兔艽a，連接數(shù)據(jù)庫，比較用戶名和密碼是否一致，登錄界面如圖3 所示。

圖3 用戶登錄界面

3.2 用戶注冊功能的實現(xiàn)

當(dāng)需要新增用戶時，可以通過注冊功能添加PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)用戶。注冊功能實現(xiàn)的流程如下：用戶單擊注冊按鈕，界面會彈出注冊頁面，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)會判斷用戶是否將每條信息都輸入，然后判斷兩次密碼是否一致，然后連接數(shù)據(jù)庫，將用戶注冊信息增加到數(shù)據(jù)庫中，注冊界面如圖4所示。

圖4 用戶注冊界面

3.3 族構(gòu)件調(diào)用的實現(xiàn)

3.3.1 構(gòu)件參數(shù)預(yù)覽功能實現(xiàn)

構(gòu)件參數(shù)預(yù)覽主要包括構(gòu)件二維圖預(yù)覽和構(gòu)件詳細(xì)參數(shù)預(yù)覽。構(gòu)件二維圖預(yù)覽在窗臺加載時通過綁定數(shù)據(jù)庫地址加載至PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)界面。構(gòu)件詳細(xì)參數(shù)則是通過用戶單擊 GroupBox，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)接收命令后，彈出詳細(xì)信息窗體，然后通過判斷用戶單擊 GroupBox 的名稱查詢數(shù)據(jù)庫中的信息，分條展示，構(gòu)件參數(shù)預(yù)覽界面如圖5所示。

圖5 構(gòu)件參數(shù)預(yù)覽界面

3.3.2 構(gòu)件加載至項目功能實現(xiàn)

構(gòu)件加載至項目是當(dāng)用戶瀏覽的構(gòu)件符合需求時，用戶通過單擊按鈕觸發(fā)加載至項目的事件，然后用戶即可在 Revit 內(nèi)調(diào)用該構(gòu)件。具體實現(xiàn)的流程是：用戶單擊按鈕，將按鈕值傳至PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)通過檢索構(gòu)件在數(shù)據(jù)庫中的地址，然后傳遞給事務(wù)，然后執(zhí)行該事務(wù)即可。

3.3.3 構(gòu)件全文檢索功能實現(xiàn)

全文檢索的目的是使用戶快速找到符合需求的構(gòu)件，提高用戶的工作效率。檢索功能實現(xiàn)的流程是：判斷用戶是否輸入需要查詢構(gòu)件的名稱，然后將輸入的字符串傳遞到PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫檢索的結(jié)果判斷是否存在該構(gòu)件，然后顯示檢索結(jié)果界面，該界面包含構(gòu)件名稱、圖片、族詳細(xì)參數(shù)信息等。此外，為了實現(xiàn)在 Winform 中的多窗體傳值，在該工程中添加了一個類，用來傳遞如用戶名、選擇構(gòu)件的名稱等數(shù)據(jù)。

3.4 數(shù)據(jù)庫維護(hù)的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能是面向管理員的功能，包括數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)、重復(fù)數(shù)據(jù)清理兩個功能，它們的具體實現(xiàn)方法如下：

3.4.1 數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)

數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)主要是將預(yù)制構(gòu)件管理PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)的所有信息進(jìn)行備份和恢復(fù)。當(dāng)管理員點擊數(shù)據(jù)備份時，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。當(dāng)PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)不抗因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時，可以通過備份文件對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行恢復(fù)，保證企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的安全。

(1)數(shù)據(jù)備份實現(xiàn)

當(dāng)管理員登錄PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)后，點擊數(shù)據(jù)備份按鈕后，系統(tǒng)將調(diào)用程序，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份。

(2)數(shù)據(jù)恢復(fù)實現(xiàn)

由于數(shù)據(jù)恢復(fù)會覆蓋當(dāng)前數(shù)據(jù)庫內(nèi)的內(nèi)容，需要管理員謹(jǐn)慎操作。因此，當(dāng)管理員點擊數(shù)據(jù)恢復(fù)時，會要求管理員輸入口令確認(rèn)，然后PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)會將備份的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫中，完成數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

3.4.2 重復(fù)數(shù)據(jù)清理

數(shù)據(jù)清理這個功能主要是將數(shù)據(jù)庫中重復(fù)存在的預(yù)制構(gòu)件信息刪除、普通用戶信息刪除。

數(shù)據(jù)清理的實現(xiàn)過程如下：管理員登錄PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)后，點擊重復(fù)構(gòu)件清理按鈕后，PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)將檢索數(shù)據(jù)庫中重復(fù)的構(gòu)件信息，然后調(diào)用程序彈出重復(fù)構(gòu)件數(shù)據(jù)窗口，用戶點擊選擇要清理的數(shù)據(jù)表，完成重復(fù)數(shù)據(jù)的清理。PC構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)接收用戶選擇的信息，形成 SQL 語句，在數(shù)據(jù)庫中將用戶選擇的構(gòu)件刪除，然后提示用戶清理成功。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的設(shè)計方法無法實現(xiàn)裝配式建筑正向設(shè)計，阻礙了我國裝配式建筑的發(fā)展，為了解決上述問題，本文引入族的概念，利用Revit API，結(jié)合軟件開發(fā)平臺，為設(shè)計單位、構(gòu)件生產(chǎn)廠家等用戶提供了裝配式構(gòu)件族庫管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了根據(jù)構(gòu)件種類進(jìn)行系統(tǒng)性管理、修改、應(yīng)用、維護(hù)等功能。此外，隨著裝配式項目的積累、數(shù)據(jù)庫內(nèi)構(gòu)件豐富度的提高以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通性的增強(qiáng)，用戶可以實現(xiàn)裝配式建筑的正向設(shè)計。但是，本管理系統(tǒng)只能在Revit系統(tǒng)界面與SQL SERVER數(shù)據(jù)互通，與MES、ERP等企業(yè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通性并未展開研究，如有需要，將在今后的工作中進(jìn)一步展開研究。