装配式结构模型自动生成的二次开发研究

装配式结构模型自动生成的二次开发研究

李翔

湖南省第二工程有限公司 410015

摘要：Revit作为BIM最常用的软件，广泛应用于土木工程的设计施工过程。采用C#语言通过Visual Stdio平台对Revit进行二次开发，创建装配式预制构件族库及参数化建模插件，一方面实现预制柱、预制梁、预制板、预制剪力墙、预制楼梯等预制构件的快速绘制和标准化建模，另一方面在模型的建立上，通过插件实现参数化建模，减少了重复性工作，改善建模效率低下的现状。

关键词：装配式建筑；BIM；二次开发；族库；参数化建模

[中图分类号] TU378.5    [文献标识码]  A

Secondary development of automatic model generation for assembled structures

Ding Hao1, Li Ying1,Cheng Huoyan1,Qu Feng1

(School of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan,Hunan,411201, China;

Abstract:Revit, the most commonly used software for BIM, is widely used in the design and construction process of civil engineering. The secondary development of Revit through Visual Stdio platform using C# language to create a family library of assembled prefabricated components and parametric modelling plug-ins, on the one hand to achieve rapid drawing and standardised modelling of prefabricated components such as prefabricated columns, prefabricated beams, prefabricated slabs, prefabricated shear walls and prefabricated staircases, on the other hand in the establishment of the model, through plug-ins is ah parametric modelling, reducing repetitive work and improve modelling inefficiencies.

Keywords：Prefabricated buildings; BIM; Secondary development; Family of library; Parametric modeling

0. 引言

2020年“十四五”建筑业发展规划中指出：要大力发展装配式建筑，构建装配式建筑标准化设计和生产体系，推动生产和施工智能化升级，扩大标准化构件和部品部件使用规模，提高装配式建筑综合效益，建立智能建造与新型建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系，装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上，而装配式建筑的智能化升级离不开 BIM 技术的应用。

BIM 技术的迅速普及的同时，一些弊端也暴露出来，如 BIM 模型由于模型精度低在工程全生命周期的实际参与度不高，高精度模型的建模效率低，国内模型标准不统一，BIM 模型建筑信息不能得到充分应用等。国内的 Revit 二次开发以橄榄山软件为基础，功能包括批量创建楼层、轴网、墙、梁等构件，提供了建筑、结构精细化翻模功能。基于此，开发了预制构件模型的族库管理[1][2]、工程量计算[3]。在设计方面，主要体现在预制构件深化设计上，如预制构件的拆分设计[4][5]；剪力墙[6][7]、叠合板[8]的深化设计；配筋率的优化[9]等。为满足更多设计要求，基于 IFC 标准研究 Revit 与 Etabs[10]、ANSYS[11]、MIDAS[12]、ABAQUS[13]结构分析软件转换接口。

为解决装配式建筑设计工作复杂、设计效率低、设计过程智能化程度低、模型信息利用不充分等问题，本文通过分析现阶段装配式设计方法和 BIM 技术的特点，将 BIM技术应用到装配式结构设计中，开发预制构件族库及参数化建模插件，将生成的 BIM结构模型导入到计算软件中进行计算复核。

1. 预制构件族库的搭建

1.1预制构建族模型

Revit族作为族库的基本单元，相比于现浇结构，预制构件的族模型需包含更多参数设置。工业化的进程下，建筑行业实现产业化关键在于统一标准，标准化是建筑工业化发展的基础，对于装配式建筑而言，利用 BIM 技术进行正向设计的基础在于建立一套适用于符合设计标准及国家相关规范的装配式预制构件族，通过参数化设置预制构件族模型的元素之间的空间关系，实现预制构件族模型的参数化。通过更改参数值来控制预制构件的几何形状和属性。本文所建立的预制族类别如表1所示，部分预制族模型如图1所示。

表1 预制构件族模型分类

Table 1 Prefabricated component family model classification

图2预制构件族模型((a)预制剪力墙；(b)预制柱；(c)预制梁；(d)预制板；(e)预制楼梯；(f)预制围护

Fig. 2Prefabricated component family models ((a) prefabricated shear walls; (b) prefabricated columns; (c) prefabricated beams; (d) prefabricated slabs; (e) prefabricated staircases; (f) prefabricated fenestration

1.2族库平台搭建

各项目间装配式建筑信息的共享通过预制构件族库来实现，族库的作用主要体现在为BIM设计师在设计过程中实现标准化、规范化的设计。预制构件族库的设计应遵循标准化原则、实用性原则、易用性原则。通过查阅相关文献归纳总结，结合当前研究现状，本文的预制构件族库由三个功能组成，分别是预制构件入库功能、预制构件预览功能、预制构件加载功能。

1.2.1预制构件族的入库及预览

预制构件入库即将族模型保存在程序中设置好的路径文件夹中，为不占用计算机运行内存，路径设置为计算机D盘下的族库文件夹，再根据预制构件分类建立子文件夹，如图2，将各预制构件族模型按类别存放于对应子文件夹中，以此实现预制构件族文件的入库。

图2预制构件族入库

Fig. 2Prefabricated component families in stock

构件预览主要为设计师提供无需加载族模型即可看到模型的三维图功能，方便设计师选择族，避免选择错误预制构件的情况，减少项目的占用内存。预制构件族的三维预览图在窗台加载时通过链接地址加载至族库平台界面，如图3所示。

图3预制构件族库平台

Fig. 3Prefabricated component family library platform

1.2.2预制构件族的载入

族库平台最重要的功能在于将预制构件族模型载入到项目中，设计师在族库平台中找到需要的预制构件族模型后，点击载入项目，即可在项目中使用该族。平台识别到载入到项目指令后，平台查询该族本地资源库的路径地址，然后再将其传递给事务，最后执行载入命令，如图4所示。

图4预制构件族载入

Fig. 4Prefabricated component families are loaded

2. 参数化建模插件的编写

本文所涉及到的参数化建模程序包含建筑模型轴网生成功能、柱生成功能、梁生成功能、建筑墙附着结构梁功能、建筑墙荷载信息统计功能这五项功能，分开用 Add-In Manager 插件进行使用比较繁琐，因此在Revit中新建“结构建模”选项卡，并将上述五个功能通过按钮链接程序集，如图5。

图5参数化建模界面

Fig. 5Parametric modelling interface

2.1模型参数化建模

2.1.1轴网生成程序

在建筑模型中拾取需要绘制轴线的墙体，获取墙体图层数据，主要为墙的线位置信息，结合 Revit 中轴线建模的方法，完成轴网的自动建模过程。具体实现的流程是：设计师单击“生成轴网”按钮，提示所用轴网的族类型及轴网所放置的标高，将按钮值传至系统，系统读取所选标高的墙体的线信息，并存储于集合中，将命令传递给事务，程序遍历模型中所有墙模型，然后执行生成轴网的命令。

2.1.2柱生成程序

识别视图中的轴网交点，结合 Revit 中柱建模的方法，并结合结构设计原则判断柱尺寸，选择建模标高及族类型，完成柱自动生成过程。具体实现的流程是：设计师单击“生成柱”按钮，提示所用柱的族类型及柱所放置的标高，柱顶标高默认为上层结构标高，将按钮值传至系统，程序读取该标高处轴网的所有交点并收集，将命令传递给事务，程序执行柱生成命令

2.1.3梁生成程序

识别视图中的轴网，结合 Revit 中梁建模的方法，并结合结构设计原则判断梁尺寸，选择建模标高及族类型，完成梁自动生成过程。梁生成的具体流程与柱相似。

2.1.4墙齐梁底程序

选取所需要齐梁底的墙，墙顶标高自动降至梁底标高。具体实现的流程是：设计师单击“墙齐梁底”按钮，框选所需齐梁底的墙，将按钮值传至系统，系统通过读取该标高处梁的高度信息并收集，将墙的顶标高减去梁高，程序传递给事务，执行修改标高命令。

2.2荷载信息统计

由于Revit墙模型在进行门窗创建后软件会自动计算开洞后墙的体积，如图6，基于此提出以拾取建筑墙体积参数的方式与结构荷载系数相结合导出线荷载的方法，计算公式见式（1）。

线荷载=墙体积/墙长度×荷载系数    （1）

图6墙体积

Fig. 6Wall volume

程序收集墙的体积和长度信息，并通过墙的材质，根据计算输入荷载系数，自动计算所有建筑墙的线荷载。具体实现的流程是：设计师单击“线荷载统计”按钮，提示输入线荷载系数，系统收集所有墙的ID、体积、长度参数，然后传递给事务，最后执行计算命令并设置excel导出的路径。

3. 装配式建筑案例应用

本工程案例为某一教学楼工程，为地上四层，地下一层装配式框架结构，装配式预制构件主要采用预制围护墙、钢筋桁架叠合楼板。为探究族库内各预制构件的可用性，再模型的建立过程中采用部分预制柱，预制梁。

2.1结构模型的参数化建模

在完成建筑模型的建立后，采用本文开发的参数化建模程序结合预制族库建立结构部分的模型，主要包括轴网生成、柱生成、梁生成及墙齐梁底四部分，分别如图7-图9所示。

图7生成轴网

Fig. 7  evit architectural models

图8生成柱

Fig. 8Generating column

图9生成梁

Fig. 9Generating beam

图10墙齐梁底

Fig. 10The wall is at the bottom of the beam

2.2结构模型转换

由于结构模型是通过建筑模型参数化生成，因此模型中拥有建筑和结构两个专业，为保证结构模型顺利转换成计算模型，需对模型进行拆分，主要用到 Revit 的图元可见性功能。

将调整好的 Revit 结构模型，通过 Revit-YJK 接口程序导入到 YJK 中进行结构分析，根据国家规范输入相关参数和荷载，计算完成后若模型存在问题，在 Revit 中先进行模型的修改，再导入 YJK 中计算，最终 YJK 模型如图11。

图11YJK模型

Fig. 11The wall is at the bottom of the beam

在建筑模型中的建筑墙附着于结构梁底后，选择线荷载统计功能，设置墙的容重和导出路径，程序会自动计算每片墙的线荷载，并导出excel文件，本文墙的容重设置为18KN/m3，如图12、13。通过在 Revit 中查询构件ID所需墙的线荷载。

图12模型线荷载导出

Fig. 12Model line load derivation

图13墙线荷载查找

Fig. 13Wall line load finding

4. 结论

（1）根据相关规范及图集建立标准化的预制构件族模型，在 Revit 中进行装配式建筑模型的建立时，可以直接调用族库中的预制构件进行建模，以此提高装配式建筑建模的标准化，并提高建模速度。相比于 Revit 自带的族模型，预制构件族模型包含更多模型参数信息，且通过修改参数形成多种实例，方便预制构件信息的统计。

（2）针对于结构模型建模，通过开发参数化建模的三个程序，实现由建筑模型到轴网，再由轴网生成结构模型的柱，梁，以此达到参数化建结构模型的目的。通过参数化建模实现了装配式建筑结构模型的快速建模。由于结构模型是由建筑模型生成，在充分利用建筑模型的同时，实现了 BIM 技术中“一模多用”的理念。

（3）在参数化建模的基础上开发了建筑墙齐梁底及建筑墙线荷载信息统计这两个程序，通过这两个程序的功能实现建筑-结构模型自动调整优化，由于将建筑模型中的墙换算成线荷载并导出excel，为结构计算提供了便捷，将建筑模型的信息充分利用到结构模型中，充分利用 BIM 模型中的信息。

（4）通过在实际工程项目的应用，基于上述研究内容，将结构模型通过接口插件导入 YJK 计算模型中，并在 YJK 软件验证了使用了预制构件族及参数化建模的结构模型的可用性，验证了程序及插件在装配式建筑正向设计应用的可行性。

参考文献:

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