基于Revit的預(yù)制板BIM智能創(chuàng)建與拆分軟件開發(fā)

畢天平 趙小偉

（沈陽建筑大學(xué)管理學(xué)院，沈陽 110168）

0 引言

近年來，隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在國內(nèi)建筑行業(yè)的應(yīng)用越來越成熟。雖然目前的BIM軟件越來越專業(yè)化、精細(xì)化，但由于這些軟件往往是針對市場環(huán)境所開發(fā)，就會造成特定使用功能的減弱［1］。然而裝配式建筑的發(fā)展受制于建筑信息化發(fā)展，建筑信息化的發(fā)展將依賴于BIM的發(fā)展［2］。裝配式建筑與傳統(tǒng)建造方式的區(qū)別在于預(yù)制構(gòu)件的工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝，所以預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計生產(chǎn)水平很大程度直接決定了裝配式建筑的發(fā)展水平［3］，通過BIM軟件的二次開發(fā)解決預(yù)制構(gòu)件的智能化應(yīng)用是裝配式建筑信息化發(fā)展的重要推動力。

1 智能創(chuàng)建與拆分軟件開發(fā)

1.1 開發(fā)環(huán)境

本次開發(fā)所需的條件有Visual Studio 2015、Autodesk Revit 2018、Revit SDK（Software Development Kit）等，是基于Revit的開發(fā)。由于現(xiàn)今建筑業(yè)信息化的普及，Revit建模高效、快速、便捷的優(yōu)勢使其逐漸取代了傳統(tǒng)的CAD建模。許多設(shè)計院也正在推行正向設(shè)計，但由于Revit缺乏智能創(chuàng)建、智能拆分預(yù)制板的功能，所以為了適應(yīng)建筑業(yè)主流發(fā)展，選擇基于Revit進(jìn)行二次開發(fā)，通過創(chuàng)建動態(tài)鏈接庫，將VS中編輯的程序載入到Revit中，便于接下來預(yù)制板的智能創(chuàng)建和拆分［4］。

1.2 程序基本原理

該軟件的開發(fā)主要引用Revit API自行開發(fā)項目所需功能，滿足工作需求，實現(xiàn)預(yù)制板的智能創(chuàng)建與拆分，保證裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)的高效性，通過搭建Revit二次開發(fā)環(huán)境［5］，為預(yù)制板的智能創(chuàng)建、拆分奠定操作基礎(chǔ)。

由于目前市場上預(yù)制板拆分軟件都有一定程度的不足，無法全面完成預(yù)制板的智能拆分，也無法完成后續(xù)預(yù)制板結(jié)構(gòu)（桁架、鋼筋、吊點、吊環(huán)等）的布置，Revit API便成為打通各款軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的重要工具，它能夠自動分析BIM模型信息等幾乎所有Revit操作［6］。Revit API提供了功能豐富且可以被C#調(diào)用的接口，通過Visual Studio等集成開發(fā)環(huán)境可以滿足預(yù)制構(gòu)件的深化［7］。圖1為基于Revit的預(yù)制板BIM智能創(chuàng)建與拆分軟件的開發(fā)思路。

圖1 軟件開發(fā)思路圖Fig.1 The software development roadmap

1.3 開發(fā)流程

預(yù)制板智能創(chuàng)建與拆分軟件開發(fā)的流程主要包括：可行性分析、架構(gòu)設(shè)計、編寫代碼、注冊加載、調(diào)試等步驟［8］。首先對項目進(jìn)行需求分析，主要是為了在裝配式建筑中實現(xiàn)預(yù)制板的智能創(chuàng)建和拆分，通過參數(shù)化設(shè)置能更好地實現(xiàn)施工過程中批量拆分，再對拆分后的預(yù)制板進(jìn)行結(jié)構(gòu)（吊點、吊環(huán)、桁架、鋼筋及凹槽）布置，快速地將預(yù)制板布置到工程框架中，以此加快裝配式建筑工程的設(shè)計效率［9-10］。

Revit API調(diào)用類庫是以External Application（外部應(yīng)用）的形式來實現(xiàn)，生成動態(tài)鏈接庫文件載入到Revit中，來創(chuàng)建和設(shè)計與Revit界面一致的工作面板，一個外部應(yīng)用可以包含多個外部命令，Revit插件的調(diào)用須通過.addin文件來完成［11］。圖2為開發(fā)完成的軟件功能面板。

圖2 軟件功能面板Fig.2 The software function panel

2 主要功能及效果

2.1 預(yù)制板智能創(chuàng)建

2.1.1 預(yù)制板智能創(chuàng)建與合并

預(yù)制板的智能創(chuàng)建主要是為實現(xiàn)快捷高效地生產(chǎn)參數(shù)化構(gòu)件，省去繪圖過程中重新調(diào)參的步驟。目前Revit只是能夠創(chuàng)建普通的板，不具備復(fù)雜的參數(shù)化創(chuàng)建，基于Revit智能創(chuàng)建環(huán)境要求能根據(jù)項目特點需要自動匹配參數(shù)創(chuàng)建預(yù)制板。此外，還可以在框架墻、梁、柱上直接創(chuàng)建整塊板，然后使整塊預(yù)制板與框架梁、柱合并，也就表明預(yù)制板參數(shù)相同的情況下能夠智能地實現(xiàn)Revit中預(yù)制板與其他預(yù)制構(gòu)件的合并，間接地達(dá)到板的整體拆分效果。此次參數(shù)化創(chuàng)建的板主要有預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板、鋼筋桁架疊合板、無肋底板疊合板（多種）及預(yù)應(yīng)力雙T疊合板四種類型［12］。圖3為預(yù)制板創(chuàng)建的部分源代碼，參數(shù)化創(chuàng)建的板為20*15。

圖3 Revit二次開發(fā)代碼Fig.3 Secondary development code of Revit

圖4為預(yù)制板與梁、柱的合并后效果圖。

圖4 預(yù)制板創(chuàng)建Fig.4 Precast slab creation

2.1.2 板幾何造型一鍵成型

預(yù)制板智能創(chuàng)建完成后，選擇需要布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件的板，該軟件智能調(diào)用后臺數(shù)據(jù)庫，可參數(shù)化設(shè)置構(gòu)件，只需點擊相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（吊點、吊環(huán)、桁架、鋼筋等）進(jìn)行添加，一鍵應(yīng)用即可。根據(jù)建筑工程需要，選擇參數(shù)化設(shè)置的桁架、吊點、吊環(huán)、鋼筋在預(yù)制板上布置，鋼筋可以在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行各類型號鋼筋的整合，將工程中常用的鋼筋進(jìn)行添加，在軟件操作界面可實現(xiàn)鋼筋的一步成型。圖5為布置幾何造型功能界面圖。

圖5 布置幾何造型Fig.5 Layout geometry

2.2 預(yù)制板智能拆分

預(yù)制板智能拆分主要是使構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)、尺寸精確、減少現(xiàn)場施工作業(yè)［13］。此外，還可將特殊四邊形預(yù)制板分割成規(guī)則的矩形板，再根據(jù)需求拆分成各類參數(shù)化預(yù)制板，極大地避免了材料浪費。根據(jù)工程所需的不同構(gòu)件，對預(yù)制板進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，將整塊板拆分成滿足不同工程的單一構(gòu)件，批量生成預(yù)制板，拆分后的預(yù)制板具有小型化、輕量化的特點［14］。首先，在Revit中選擇預(yù)制板，分析板的形狀是否是特殊四邊形，若是特殊四邊形板應(yīng)優(yōu)先規(guī)則化處理，若板的形狀為矩形板，即可開始對預(yù)制板進(jìn)行拆分，可以根據(jù)工程需要選擇沿板跨度方向或者板寬度方向，輸入板拆分的間距就可以進(jìn)行拆分。

預(yù)制板的拆分算法：分析預(yù)制板的形狀，對特殊四邊形板進(jìn)行最大化規(guī)則處理，處理完成后再進(jìn)行預(yù)制板的拆分。預(yù)制板模型在Revit中進(jìn)行拆分時，可以將板跨、板寬轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)軸上的封閉區(qū)域［15］，預(yù)制板的四個板角對應(yīng)坐標(biāo)軸的四個坐標(biāo)，如圖6所示，圖中X軸對應(yīng)板跨度方向，Y軸對應(yīng)板寬度方向。

圖6 特殊四邊形板Fig.6 Special quadrilateral plate

2.2.1 板規(guī)則化處理

拆分過程中，軟件通過板跨、板寬的夾角判斷出是否為規(guī)則的矩形板，夾角不等于90°，將會對板進(jìn)行處理，沿著特殊四邊形板的頂點向平行邊做垂直線，選取最大區(qū)域范圍的板，極大地節(jié)約了原材料，圖7為規(guī)則化處理完成圖。

圖7 板規(guī)則化處理圖Fig.7 Plate regularization processing diagram

2.2.2 沿X軸方向進(jìn)行拆分

（1）整體板拆分，具體拆分公式如下：

式中：n1為拆分板的數(shù)量；a為拆分板間距；（x2-x1）為未拆分前的板跨；L1為拆分后板的跨度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的跨度）。

圖8 為沿X軸拆分示意圖1。

圖8 X軸拆分示意圖1Fig.8 X-axis splitting diagram 1

（2）舍掉部分多余預(yù)制板后，進(jìn)行拆分，舍掉長度為a0（0≤a0≤x2-x1）（從x1?x2方向進(jìn)行舍掉），具體拆分公式如下：

式中：n2為拆分板的數(shù)量；a為拆分板間距；a0為預(yù)制板舍掉的部分；（x2-x1-a0）為未拆分前的板跨；L2為拆分后板的跨度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的跨度）。

圖9為沿X軸拆分示意圖2。

圖9 X軸拆分示意圖2Fig.9 X-axis splitting diagram 2

2.2.3 沿Y軸方向進(jìn)行拆分

（1）整體板拆分，具體拆分公式如下：

式中：m1為拆分板的數(shù)量；b為拆分板間距；（y2-y1）為未拆分前的板寬；W1為拆分后板的寬度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的寬度）。

圖10 為沿Y軸拆分示意圖1。

圖10 Y軸拆分示意圖1 Fig.10 Y-axis splitting diagram

（2）舍掉部分多余預(yù)制板后，進(jìn)行拆分，舍掉長度為b0（0≤b0≤y2-y1）（從y1?y2方向進(jìn)行舍掉），具體拆分公式如下：式中：m2為拆分板的數(shù)量；b為拆分板間距；b0為預(yù)制板舍掉的部分；（y2-y1-b0）為未拆分前的板寬；W2為拆分后板的寬度（實際為拆分后的板放置在框架墻、梁的寬度）。

圖11為沿Y軸拆分示意圖2。

圖11 Y軸拆分示意圖2Fig.11 Y-axis splitting diagram 2

Revit中預(yù)制板自定義拆分參數(shù)設(shè)置及拆分后效果圖如圖12所示。

圖12 預(yù)制板拆分效果圖Fig.12 Split effect drawing of precast slab

2.3 軟件應(yīng)用前后對比

相較于傳統(tǒng)預(yù)制板設(shè)計過程中預(yù)制板繪制復(fù)雜、無法拆分等劣勢，預(yù)制板智能創(chuàng)建與拆分軟件的研發(fā)解決了板參數(shù)化創(chuàng)建，可以智能化匹配預(yù)制板所需的構(gòu)件，并根據(jù)工程需要對預(yù)制板進(jìn)行規(guī)則化拆分，以此滿足生產(chǎn)需求，極大地節(jié)約了生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。表1為預(yù)制板智能創(chuàng)建與拆分軟件應(yīng)用前后的對比。

表1 軟件應(yīng)用前對比Table 1 Comparison before and after software application

3 預(yù)制板生產(chǎn)的效果

在裝配式建筑工程項目中，對預(yù)制板的設(shè)計使用基于Revit的BIM智能開發(fā)軟件。項目采用Revit建模技術(shù)對預(yù)制板進(jìn)行三維可視化剖析，其中預(yù)制板的創(chuàng)建合并、智能拆分均是在Revit二次開發(fā)技術(shù)條件下進(jìn)行的。

預(yù)制板的前期設(shè)計是在Revit智能創(chuàng)建界面進(jìn)行布置的，直接根據(jù)裝配式工程的需要，參數(shù)化設(shè)置創(chuàng)建預(yù)制板，節(jié)約了設(shè)計時間，提高了預(yù)制板布置效率。根據(jù)項目中工程框架的尺寸，在預(yù)制板BIM智能拆分環(huán)境下，使用預(yù)制板的拆分功能對創(chuàng)建完成的預(yù)制板進(jìn)行拆分，輸入拆分間距就可以批量獲得預(yù)制板，對預(yù)制板進(jìn)行結(jié)構(gòu)（鋼筋、桁架、吊點、吊環(huán)及凹槽等）布置，以此滿足工程項目中的預(yù)制板真正需求。將設(shè)計完成的預(yù)制板的圖紙根據(jù)預(yù)制板布置圖和預(yù)制板結(jié)構(gòu)圖分別完成出圖，并交付預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠商。圖13為在工廠中完成拆分生產(chǎn)的鋼筋桁架預(yù)制樓承板。

圖13 鋼筋桁架預(yù)制樓承板Fig.13 The precast floor bearing plate with steel truss

裝配式建筑工程預(yù)制板是批量生產(chǎn)的，不同的單位采購不同的預(yù)制構(gòu)件，只需依照工程要求進(jìn)行設(shè)計即可。設(shè)計院將預(yù)制板的圖紙交付給預(yù)制工廠，根據(jù)圖紙要求采用流水線生產(chǎn)，在預(yù)制板的指定位置切割，接著分別布置幾何造型（桁架、凹槽、配筋、吊點及吊環(huán)等）。對加工批量生產(chǎn)的預(yù)制板，應(yīng)由專業(yè)的質(zhì)檢人員對板進(jìn)行檢查，避免由于失誤造成切割或者結(jié)構(gòu)布置達(dá)不到要求。

4 結(jié) 語

基于BIM技術(shù)自主研發(fā)裝配式建筑工程中預(yù)制板在Revit里的智能創(chuàng)建與拆分，為其余預(yù)制構(gòu)件的智能創(chuàng)建和拆分提供了借鑒。智能創(chuàng)建與拆分技術(shù)的實現(xiàn)，使預(yù)制板的深化達(dá)到了相輔相成的結(jié)果。從Revit的開源性和規(guī)范性出發(fā)，進(jìn)行科學(xué)的開發(fā)是可行的。該項技術(shù)主要是通過Revit API這一開放型程序接口，實現(xiàn)了C#編程語言對Revit軟件的開發(fā)利用，解決了工程項目中預(yù)制板深化復(fù)雜的難題，同時提高了預(yù)制板的設(shè)計水平，降低了設(shè)計的難度，提高了預(yù)制板的設(shè)計效率。基于Revit的預(yù)制板BIM智能創(chuàng)建與拆分軟件的開發(fā)為裝配式建筑工程中預(yù)制構(gòu)件的智能化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)，更有助于工業(yè)化生產(chǎn)，提高了建筑工程的集成化程度，能更好地引領(lǐng)建筑業(yè)走向更高水平。