基于BIM的抗震支吊架編碼體系與智能設(shè)計(jì)研究

趙全斌 程 浩 于欣玉

(1.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，濟(jì)南 250101； 2.德州黃河河務(wù)局，齊河 251100)

引言

我國(guó)屬于受地震災(zāi)害影響較大的國(guó)家，地震出現(xiàn)的頻率高、強(qiáng)度大、分布范圍廣?？拐鹬У跫苁窍拗茩C(jī)電管線設(shè)備移動(dòng)并抵抗水平地震力的支撐裝置，在地震來臨時(shí)將機(jī)電管線設(shè)施所受的地震力傳遞給建筑結(jié)構(gòu)[1]，從而保證機(jī)電管線設(shè)備系統(tǒng)不被破壞。應(yīng)用BIM技術(shù)建立三維模型能夠模擬地震時(shí)的受損程度[2]，通過BIM技術(shù)的二次開發(fā)可有效解決設(shè)計(jì)重復(fù)性多、效率低等問題[3]。BIM技術(shù)的核心是信息數(shù)據(jù)的傳遞共享，對(duì)抗震支吊架分類和編碼是信息傳遞共享的基礎(chǔ)，基于BIM模型數(shù)據(jù)建立抗震支吊架編碼體系，以BIM模型作為編碼的載體能夠高效傳遞信息，對(duì)抗震支吊架進(jìn)行分類和編碼是必要的[4]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)支吊架設(shè)計(jì)研究和建筑部品信息分類及編碼頗多，而未有基于Revit的抗震支吊架智能設(shè)計(jì)及編碼體系研究。如滿延磊等[5]和陳達(dá)[6]基于AutoCAD研發(fā)了支吊架輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)； 馬勇軍等[7]和劉濟(jì)凡等[8]基于Revit開發(fā)了管道支吊架布置程序； 吳雙月[9]和董政民[10]對(duì)建筑設(shè)施進(jìn)行分類及編碼，提出科學(xué)規(guī)范的編碼體系。因此，在建筑工業(yè)化和信息化推動(dòng)下，對(duì)抗震支吊架進(jìn)行編碼與智能設(shè)計(jì)具有必要性。

1 抗震支吊架分類與編碼體系

《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》[11]是2017年發(fā)布的一套比較成熟的建筑信息分類體系，其中按照建設(shè)成果中的元素類目，供熱通風(fēng)與空調(diào)和電氣已有支吊架分類編碼，給排水系統(tǒng)缺少支吊架分類編碼，在標(biāo)準(zhǔn)中并未準(zhǔn)確對(duì)抗震支吊架進(jìn)行分類編碼。建立科學(xué)性、可擴(kuò)展性的抗震支吊架編碼標(biāo)準(zhǔn)體系具有現(xiàn)實(shí)意義[12]。

為解決抗震支吊架從工程設(shè)計(jì)到建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等不同階段、不同參與方之間傳遞的信息更新不及時(shí)、文件不兼容等問題，統(tǒng)一信息編碼標(biāo)準(zhǔn)能夠有效地解決這一問題。在設(shè)計(jì)階段各專業(yè)間信息表達(dá)準(zhǔn)確、高效傳遞，以便信息在設(shè)計(jì)方和生產(chǎn)方雙向流通，生產(chǎn)廠商充分了解設(shè)備功能做出生產(chǎn)準(zhǔn)備，提高生產(chǎn)效率，為業(yè)主在運(yùn)營(yíng)管理中，對(duì)抗震支吊架安全、維修等方面實(shí)時(shí)監(jiān)控。建立抗震支吊架分類編碼體系，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等方面編碼的使用有效統(tǒng)一，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗震支吊架系統(tǒng)化和智慧化的管理。

1.1 抗震支吊架的分類

抗震支吊架的分類主要是依據(jù)系統(tǒng)屬性和特征等，其基本方法有：線分類法、面分類法、混合分類法[13]。本文遵循科學(xué)性、可擴(kuò)延性原則對(duì)抗震支吊架采用線分類法進(jìn)行分類，分類清單如表1所示。

表1 抗震支吊架分類清單

1.2 抗震支吊架的編碼體系設(shè)計(jì)

1.2.1 設(shè)計(jì)原理與思路

抗震支吊架的編碼按元素進(jìn)行分類，編碼采用10位純數(shù)字的形式，增加中類、小類和細(xì)類的方式，遵循合理性、可擴(kuò)充性和規(guī)范性等原則。

1.2.2 編碼結(jié)構(gòu)

抗震支吊架采用5層代碼，由一層表編碼和四層分類編碼組成。大類編碼供熱通風(fēng)與空調(diào)包含細(xì)類代碼固定、活動(dòng)、導(dǎo)向等支吊架，未含有抗震支吊架代碼，因此增加細(xì)類代碼14-30.50.03.20表示供熱通風(fēng)與空調(diào)抗震支吊架； 大類編碼給水排水未含有中類代碼其他設(shè)備及小類代碼支吊架，因此增加14-40.70.00中類代碼其他設(shè)備、14-40.70.03小類代碼支吊架及14-40.70.03.20細(xì)類代碼抗震支吊架； 大類編碼電氣為含有抗震支吊架代碼，因此在第5層增加細(xì)類代碼14-50.50.06.05表示電氣橋架抗震支吊架，編碼示例如表2所示。

表2 編碼示例

1.2.3 編碼應(yīng)用

為了精確描述綜合支吊架，采用“+”、“/”、“<”、“>”運(yùn)算符號(hào)與編碼聯(lián)合使用。例如：表述給排水和電氣綜合抗震支吊架時(shí)，可利用運(yùn)算符號(hào)“+”把給排水抗震支吊架編碼和電氣橋架抗震支吊架編碼聯(lián)合起來，形成組合編碼：14-40.70.03.20+14-50.50.06.05。

在設(shè)計(jì)階段，通過BIM技術(shù)創(chuàng)建抗震支吊架參數(shù)化構(gòu)件庫，并將物料清單與編碼體系結(jié)合； 在生產(chǎn)階段，預(yù)設(shè)構(gòu)件二維碼，將構(gòu)件屬性與構(gòu)件編碼等信息錄入至二維碼中，為構(gòu)件賦予身份標(biāo)簽； 在施工階段，將施工信息對(duì)構(gòu)件進(jìn)行添加，實(shí)現(xiàn)編碼信息與二維碼構(gòu)件數(shù)據(jù)庫同步更新； 在運(yùn)維階段，對(duì)安全質(zhì)量等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，添加至BIM模型構(gòu)件與二維碼實(shí)時(shí)更新，通過編碼查詢其運(yùn)營(yíng)維護(hù)信息?？拐鹬У跫芫幋a體系設(shè)計(jì)貫穿于全生命周期，打通各階段信息共享，有助于對(duì)構(gòu)件統(tǒng)計(jì)、查詢與維護(hù)管理。

2 抗震支吊架智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，建立參數(shù)化部品庫，運(yùn)用C#語言作為開發(fā)語言，通過Revit API二次開發(fā)技術(shù)，對(duì)抗震支吊架進(jìn)行智能布置、自動(dòng)編碼，并導(dǎo)出物料清單，完成抗震支吊架智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，具體流程如圖1所示。

圖1 抗震支吊架智能設(shè)計(jì)流程圖

2.1 參數(shù)化構(gòu)件庫

由于水管管徑、風(fēng)管尺寸變化多樣，采用參數(shù)化建立構(gòu)建庫，將管束、管夾、螺母、膨脹螺栓、槽鋼、吊桿等族采用嵌套族的方式嵌入到抗震連接件族文件中，通過修改屬性參數(shù)，即可驅(qū)動(dòng)整個(gè)抗震支吊架模型，如圖2～3所示。

在構(gòu)件庫創(chuàng)建時(shí)，遵循的原則是：

1)精度達(dá)到LOD400級(jí)以上的三維可視化模型；

2)在公共建筑和住宅建筑中具有通用性；

3)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)部品尺寸，盡量減少尺寸不協(xié)調(diào)；

4)便于工程師的選擇和修改。

圖2 構(gòu)件配件

圖3 抗震支吊架庫

2.2 界面開發(fā)

通過C#語言實(shí)現(xiàn)外部接口命令創(chuàng)建“SSH系統(tǒng)”面板選項(xiàng)卡，完成Revit自定義插件按鈕的創(chuàng)建，如圖4所示。

圖4 面板界面

抗震支吊架智能布置計(jì)算間距計(jì)算公式和主要影響系數(shù)如圖5所示。風(fēng)管窗體主要參數(shù)有布置間隔、布置類型及支吊架族是否載入，風(fēng)管系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖5 計(jì)算間距窗體

圖6 風(fēng)管布置窗體

2.3 智能布置

2.3.1 管線信息獲取

為確定抗震支吊架位置，點(diǎn)選需要布置的管線，通過Element.Get_Paramenters獲取管道三維中心線、管線方向、中心線起始點(diǎn)等參數(shù)，設(shè)置抗震支吊架放置位置，在90°彎頭處0.6m以內(nèi)布置抗震支吊架。為此，先查詢獲得機(jī)電設(shè)備接口，再通過foreach循環(huán)來獲得連接件連接端管道的起點(diǎn)、管道定位線、管件連接端管道走向。

管線信息獲取的主要命令如下：

Var curve=(ele.Location as LocationCurve).Curve；

Var normLine=(curve as Line).Direction；

2.3.2 參數(shù)化族調(diào)入

利用收集器FilteredElementCollector，過濾當(dāng)前活動(dòng)項(xiàng)目是否存在名字為“支吊架”族，若過濾結(jié)果為0，則需要載入抗震支吊架族。

支吊架載入的主要命令如下：

Var filter=new FilterElementCollector(doc).OfCategory(BuiltInCategory.OST_GenericModel).WhereElementIsElementType().Where(o=>o.Name==”支吊架”)；

IsFamily.Count=”支吊架族是否已載入：是”；

2.3.3 間距計(jì)算與自動(dòng)布置

根據(jù)操作界面的設(shè)計(jì)，首先確定輸入值為數(shù)值，將各參數(shù)輸入到計(jì)算間距窗體中，進(jìn)而通過計(jì)算水平地震力綜合系數(shù)，在根據(jù)輸入的調(diào)整系數(shù)，判斷斜撐角度K的取值，最后算得抗震支吊架的計(jì)算間距，并完成自動(dòng)布置。

2.3.4 一鍵編碼

通過代碼的方式將“構(gòu)件編碼”寫入到屬性中，進(jìn)行抗震支吊架一鍵編碼。計(jì)算機(jī)根據(jù)構(gòu)件屬性，對(duì)抗震支吊架進(jìn)行過濾區(qū)分，通過遍歷的方法將編碼自動(dòng)寫入到抗震支吊架屬性中，如圖7所示。便于工程量統(tǒng)計(jì)，能夠快速對(duì)分類構(gòu)件生成明細(xì)表，為工廠加工、施工管理、運(yùn)維管理等提供基礎(chǔ)，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等階段有效統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、信息化、系統(tǒng)化管理。

圖7 風(fēng)管抗震支吊架

一鍵編碼的主要命令如下：

nt a=Convert.ToInt32(instance.LookupParameter(“構(gòu)件編碼”).AsValueString())；

Instance.LookupParameter(“構(gòu)建編碼”).Set(“14-30.50.03.20”ToString)；

2.3.5 生成二維碼

在整個(gè)全生命周期管理中，為有效解決各參與方信息孤島問題。根據(jù)抗震支吊架模型構(gòu)件編碼生成QR Code格式的二維碼(如圖8所示)，保證項(xiàng)目精益化管理，掃描結(jié)果如圖9所示。

生成二維碼的主要命令如下：

QRCodeEncoder qrd=new QRCodeEncoder()；

Var qrcode=qrd.Encode(str， Encoding.UTF8)；

pictureBox1.Image=qrcode；

圖8 二維碼對(duì)話框

圖9 掃描結(jié)果

2.3.6 工程量統(tǒng)計(jì)

完成抗震支吊架智能布置和一鍵編碼后，可直接提取抗震支吊架參數(shù)，并調(diào)用RevitAPI.dll和RevitAPIUI.dll文件獲取明細(xì)表視圖(ViewShedule)，通過GetTableData()方法，獲取明細(xì)表視圖中的數(shù)據(jù)(TableSectionData)。最后，一鍵導(dǎo)出抗震支吊架清單到Excel表單中，如圖10所示。

圖10 抗震支吊架明細(xì)表

導(dǎo)出抗震支吊架清單主要命令如下：

string path=@"C：SSHOutput抗震支吊架明細(xì)表.xlsx"；

EXCEL.Worksheet excelWorkSheet=excelWorkBook.抗震支吊架明細(xì)表 as EXCEL.Worksheet。

3 結(jié)語

基于建筑信息模型的分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)抗震支吊架編碼體系進(jìn)行研究，建立科學(xué)規(guī)范的抗震支吊架編碼體系，確?？拐鹬У跫茉诟鱾€(gè)階段數(shù)據(jù)信息的銜接。采用BIM技術(shù)建立抗震支吊架參數(shù)化構(gòu)件庫，利用C#編程語言自主開發(fā)抗震支吊架智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，完成了抗震支吊架智能布置、一鍵編碼、生成二維碼、導(dǎo)出物料清單等功能，可以很大程度地提高設(shè)計(jì)效率。今后，基于BIM技術(shù)的抗震支吊架編碼體系和智能設(shè)計(jì)，需要與物聯(lián)網(wǎng)IoT、人工智能AI和云計(jì)算等技術(shù)交叉融合，推動(dòng)工程走向智慧化。