基于Revit的高樁碼頭快速建模軟件開發(fā)研究

洪亞東

摘 要：站在2021年這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上再談?wù)揃IM技術(shù)的重要性已經(jīng)是毋庸置疑的，盡管經(jīng)過十多年發(fā)展BIM技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但在一些工程領(lǐng)域上仍然有很多發(fā)展的空間。就高樁碼頭工程而言，盡管revit軟件是實(shí)現(xiàn)高樁碼頭BIM建模的較為成熟的解決方案，但目前其操作過程仍然較為復(fù)雜。研究以高樁碼頭領(lǐng)域BIM建模技術(shù)較為成熟為前提，通過對現(xiàn)有建模流程梳理、族構(gòu)件分類及優(yōu)化、計(jì)算機(jī)建模流程梳理、不同專業(yè)和規(guī)范整合、GUI界面設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行較為深入地研究和分析，探討了基于Revit軟件的高樁碼頭快速建模軟件的實(shí)現(xiàn)方式。通過研究表明，通過二次開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)高樁碼頭BIM模型的快速建模是可行的。

關(guān)鍵詞：revit;高樁碼頭;二次開發(fā);BIM

中圖分類號：TU203? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0082-03

2021年是“十四五規(guī)劃”的啟航之年，尤其對于國家各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃和發(fā)展非常重要。站在2021年這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上再談?wù)揃IM技術(shù)的重要性已然毫無意義，無論是中央還是地方，陸陸續(xù)續(xù)出臺的各項(xiàng)政策已經(jīng)表明了BIM技術(shù)在未來建筑、交通、市政等行業(yè)發(fā)展中的重要地位。本文將以高樁碼頭領(lǐng)域BIM建模技術(shù)較為成熟為前提，研究通過計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)高樁碼頭快速建模的方法。

1 研究背景和意義

1.1 研究背景

近年來，國家和地方的住建、交通等部門接連出臺了大量推廣BIM技術(shù)應(yīng)用的政策文件突出地表現(xiàn)出BIM技術(shù)在行業(yè)發(fā)展中的重要地位[1]。

就高樁碼頭工程中的BIM應(yīng)用而言，雖然整體應(yīng)用推廣程度不如公路、建筑、橋梁、管廊等領(lǐng)域，但相關(guān)研究及應(yīng)用已經(jīng)在高樁碼頭工程中展開[2-3]，并且已經(jīng)取得部分成果。其中，個(gè)別領(lǐng)先的設(shè)計(jì)院及軟件供應(yīng)商已經(jīng)出臺定制化的建模軟件。

軟件平臺方面，經(jīng)過對比Autodesk、Bentley、Catia等重要的BIM平臺發(fā)現(xiàn)，在高樁碼頭領(lǐng)域真正決定BIM推廣性的不是能否實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，而是BIM平臺的拓展能力和行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可度。顯然在此方面Autodesk家族中以revit為核心的系列軟件更加適合。因此這也是選擇revit軟件作為本研究的基礎(chǔ)平臺的原因。

1.2 研究目的

本研究的目的旨在提高BIM設(shè)計(jì)的質(zhì)量及效率，推動BIM在正向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過對revit中設(shè)計(jì)功能的整合，使之更加適用于高樁碼頭工程的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更加簡單、快捷。同時(shí)，將繁瑣的操作轉(zhuǎn)化為簡單的輸入輸出，大大減少建模過程中出現(xiàn)的錯漏，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.3研究意義

高樁碼頭BIM模型快速建模軟件的根本思路是希望將繁瑣而重復(fù)的手動建模過程交給計(jì)算機(jī)區(qū)完成，利用計(jì)算機(jī)高效的數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)人工的節(jié)約合理利用[4-5]。本軟件的開發(fā)在實(shí)現(xiàn)以上功能的同時(shí)，也大大拓展了高樁碼頭領(lǐng)域中BIM技術(shù)的應(yīng)用面和適用性。

2主要研究內(nèi)容

2.1現(xiàn)有建模流程梳理

目前使用手動對高樁碼頭項(xiàng)目進(jìn)行BIM建模的流程和相關(guān)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，梳理現(xiàn)有的高樁碼頭項(xiàng)目手動建模流程是對快速建模軟件的重要參考[6]。手動建模的流程有別于項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程，更傾向于軟件使用流程。通過梳理手動建模的流程可以使可優(yōu)化或可由計(jì)算機(jī)替代的繁雜步驟暴露出來，是后續(xù)工作的重要前提。

2.2族構(gòu)件分類

通常的族構(gòu)件分類主要是按照族構(gòu)件類型、建模深度、構(gòu)件使用類型等原則進(jìn)行分類，但在計(jì)算機(jī)輔助建模的前提下，需將族構(gòu)件按照計(jì)算機(jī)語言容易識別和計(jì)算機(jī)編程的規(guī)則進(jìn)行分類。本次研究首先進(jìn)行一級分類，將族構(gòu)件分為自定義類型構(gòu)件和固定類型構(gòu)件兩大類。自定義類型構(gòu)件主要指的是構(gòu)件族在被模型調(diào)用后需要根據(jù)實(shí)際尺寸進(jìn)行長度、寬度、高度等尺寸信息調(diào)整的構(gòu)件。固定類型構(gòu)件主要是指尺寸信息不需要調(diào)整的固定大小的構(gòu)件。一級分類之下會根據(jù)構(gòu)件使用類型進(jìn)行二級分類，例如自定義類型構(gòu)件有樁、橫梁、靠船構(gòu)件等，固定類型構(gòu)件有系船柱、橡膠護(hù)舷等。二級分類構(gòu)件又可根據(jù)具體的型號或類型進(jìn)行三級分類。

2.3族構(gòu)件優(yōu)化

由于計(jì)算機(jī)數(shù)字化建模是基于計(jì)算機(jī)語言，要求各組成構(gòu)件需具有一定規(guī)律性，因此手動建模時(shí)生成的參數(shù)化族構(gòu)件并不一定可以直接用于計(jì)算機(jī)建模，因此需要對族構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化。本次研究中族構(gòu)件優(yōu)化方式為將自定義類型構(gòu)件全部轉(zhuǎn)化為以基于線的公制常規(guī)模型進(jìn)行建模，固定類型構(gòu)件全部轉(zhuǎn)化為公制常規(guī)模型進(jìn)行建模，且將定位點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的識別和定位。

2.4梳理計(jì)算機(jī)建模流程

以高樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路為基礎(chǔ)，在充分考慮計(jì)算機(jī)語言的特殊性前提下，結(jié)合前期對手動建模梳理的問題，探索可通過編程語言實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)建模流程。主要思路是先對模型進(jìn)行總體定位，再依次進(jìn)行樁、橫梁、縱梁、面板等主體構(gòu)件建模，最后進(jìn)行系船柱、護(hù)輪坎等次要構(gòu)件的建模。

2.5不同專業(yè)整合、規(guī)范整合

高樁碼頭BIM建模主要是以水工結(jié)構(gòu)專業(yè)建模為主體。手動建模時(shí)通常是通過協(xié)同設(shè)計(jì)的方式實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)的整合。而計(jì)算機(jī)建模除了可以后期進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)外，還可通過三種方式更好地實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)的整合。對于設(shè)備和固定構(gòu)件類可以通過將族構(gòu)件導(dǎo)入到軟件中進(jìn)行快速建模。對于管道類的構(gòu)件可以通過統(tǒng)一的開孔進(jìn)行建模。對于其他構(gòu)件模型上預(yù)留接口的形式完善模型。

相對于手動建模的毫無約束，計(jì)算機(jī)建?？梢岳糜?jì)算機(jī)信息輸入的特殊方式實(shí)現(xiàn)規(guī)范的整合。例如自定義類型構(gòu)件可通過約束其尺寸的方式、固定類型構(gòu)件可通過信息輸入時(shí)限制選項(xiàng)的方式、一些特殊的情況可以通過彈窗報(bào)錯的方式等。

2.6形成快速建模軟件

有了上述研究作為基礎(chǔ)，那么形成快速建模軟件只剩下最后兩個(gè)問題：一個(gè)是編程手段的實(shí)現(xiàn);另一個(gè)是GUI軟件用戶界面設(shè)計(jì)。通過對revit軟件相兼容的編程語言，包括Visual Basic.NET、C#、C++/CLI等，進(jìn)行對比后確定本次研究通過C#語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。具體編程過程與專業(yè)無關(guān)，此處不加贅述。GUI軟件用戶界面在設(shè)計(jì)時(shí)主要遵循的原則是盡可能地接近高樁碼頭設(shè)計(jì)工作者的設(shè)計(jì)和使用邏輯，同時(shí)將同類功能集中設(shè)置并盡量使界面簡潔化。設(shè)計(jì)過程中借鑒了高樁碼頭設(shè)計(jì)師常用的商用軟件的用戶界面形態(tài)，力求為初次使用快速建模軟件的高樁碼頭設(shè)計(jì)者提供更加熟悉的操作環(huán)境，從而降低上手難度。

2.7形成軟件用戶手冊

軟件用戶手冊是軟件開發(fā)完成后，對軟件的組成及使用進(jìn)行詳細(xì)說明的文字材料。本軟件用戶手冊是在前期研究和軟件開發(fā)的基礎(chǔ)之上整理形成的，主要是對高樁碼頭快速建模軟件用戶界面各組成部分進(jìn)行介紹，并根據(jù)使用順序深入介紹各組成部分的具體功能，包括建模功能、模型修改功能、族構(gòu)件導(dǎo)入功能等。

3 快速建模軟件

3.1快速建模軟件操作界面

高樁碼頭BIM模型快速建模軟件操作界面主要由身份驗(yàn)證區(qū)、項(xiàng)目基本信息區(qū)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)區(qū)、工藝布置區(qū)、模型管理區(qū)等五個(gè)部分組成，如圖1所示。身份驗(yàn)證區(qū)主要負(fù)責(zé)用戶登錄和退出登錄的功能，若未登錄時(shí)，本軟件其余所有功能均不可使用。項(xiàng)目基本信息區(qū)負(fù)責(zé)項(xiàng)目基本信息的錄入，以及通過提取項(xiàng)目定位信息確定項(xiàng)目模型主要參照標(biāo)高和參照線。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)區(qū)主要是針對高樁碼頭BIM模型水工結(jié)構(gòu)部分的建模工作。工藝布置區(qū)主要是針對除水工結(jié)構(gòu)模型以外的，以工藝部分為主的建模工作。模型管理區(qū)是針對模型構(gòu)件間的交融問題、族構(gòu)件的導(dǎo)入、模型數(shù)據(jù)的輸出等服務(wù)于建模的其他功能。

3.2 快速建模軟件使用流程

本軟件的使用流程主要是以手動建模的流程為基礎(chǔ)，充分考慮高樁碼頭工程傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和計(jì)算機(jī)運(yùn)行邏輯融合整理而成。與高樁碼頭設(shè)計(jì)思路保持基本同步。主要流程如圖2所示。具體來說就是三點(diǎn)：

（1）由大到小。即先進(jìn)行項(xiàng)目模型的定位，后進(jìn)行具體構(gòu)件的載入。

（2）由下到上。即按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，遵循樁基、橫梁、縱梁、面板等的順序，先基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)后上部結(jié)構(gòu)。

（3）由整體到局部。即先進(jìn)行樁基、梁系等框架部分的建模，再進(jìn)行系船柱、護(hù)輪坎等細(xì)節(jié)構(gòu)件的建模。

3.3 快速建模軟件主要功能

高樁碼頭BIM模型快速建模軟件主要是圍繞高樁碼頭快速建模這一核心功能展開，結(jié)合服務(wù)建模過程的各項(xiàng)功能，形成高樁碼頭快速建模、已建模型快速修改和族構(gòu)件導(dǎo)入三大主要功能。

3.3.1高樁碼頭快速建模

作為本軟件的核心功能，高樁碼頭快速建模功能可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)高樁碼頭項(xiàng)目的快速建模工作，且主要結(jié)構(gòu)的建模操作過程僅需要通過參數(shù)輸入的形式即可完成，建模思路基本與傳統(tǒng)高樁碼頭設(shè)計(jì)思路相同，因此更加易于上手，操作難度基本與商用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件難度相當(dāng)。

3.3.2已建模型快速修改

快速建模是對建模過程中的重復(fù)操作問題提出了很好的解決方案，通常是通過相同設(shè)置重復(fù)使用實(shí)現(xiàn)的。但實(shí)際設(shè)計(jì)中常常會出現(xiàn)局部設(shè)計(jì)參數(shù)不符合整體參數(shù)規(guī)律的情況，因此就需要對已建模型進(jìn)行局部的修改和調(diào)整。本軟件對此同樣提出了快速解決的方案。其思路是與快速建模相結(jié)合，通過細(xì)化參數(shù)和同類合并的方式，可以準(zhǔn)確定位每一個(gè)族構(gòu)件，從而實(shí)現(xiàn)模型的快速修改功能。

3.3.3族構(gòu)件導(dǎo)入

本軟件在初始狀態(tài)默認(rèn)包含高樁碼頭建模常用族，但真正使用過程中必然會出現(xiàn)族構(gòu)件不夠用的情況。為方便本軟件后期的拓展，軟件在設(shè)計(jì)過程中加入族構(gòu)件導(dǎo)入功能。在滿足前期研究的族構(gòu)件分類規(guī)則和不同分類的建模規(guī)則的前提下，可將新建族構(gòu)件導(dǎo)入軟件中，實(shí)現(xiàn)與默認(rèn)構(gòu)件相同的尺寸調(diào)整、參數(shù)信息輸入、實(shí)時(shí)預(yù)覽等功能。

4 結(jié)論

目前雖然revit軟件是實(shí)現(xiàn)高樁碼頭BIM建模的較為成熟的解決方案，但其操作過程仍然較為復(fù)雜。本文以高樁碼頭領(lǐng)域BIM建模技術(shù)較為成熟為前提，通過對現(xiàn)有建模流程梳理、族構(gòu)件分類及優(yōu)化、計(jì)算機(jī)建模流程梳理、不同專業(yè)和規(guī)范整合、GUI界面設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行較為深入地研究和分析，探討了基于Revit軟件的高樁碼頭快速建模軟件的實(shí)現(xiàn)方式。通過研究表明，通過二次開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)高樁碼頭BIM模型的快速建模是可行的。

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