錢 海 馬小軍 來(lái) 侃

(南京工業(yè)大學(xué) 電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院，南京 210000)

引言

BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、建筑能耗分析、設(shè)備管理、虛擬施工等專業(yè)已取得一定的研究成果［1］，然而目前針對(duì)BIM 技術(shù)中電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究相對(duì)較少。在BIM 應(yīng)用過(guò)程中，所產(chǎn)生的BIM模型有很多類型。目前針對(duì)特定的BIM 軟件平臺(tái)已經(jīng)出現(xiàn)了一些第三方BIM 模型構(gòu)件庫(kù)管理軟件工具［2］，但是①Revit 中只有少量電氣設(shè)備族，難以滿足電氣工程設(shè)計(jì)的需求;②電氣設(shè)計(jì)人員在建模時(shí)，需要從本地族庫(kù)載入想要的電氣設(shè)備族，工作效率低下;③Revit 明細(xì)表功能能實(shí)現(xiàn)具體實(shí)例及其屬性的統(tǒng)計(jì)，但需要花費(fèi)不少時(shí)間來(lái)設(shè)置參數(shù)。

本文基于開(kāi)放IFC 標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程參考模型，首先基于Revit 平臺(tái)研究電氣設(shè)備參數(shù)化模型，分析不同電氣設(shè)備族的共性與特性，并研究了BIM 電氣設(shè)備族的創(chuàng)建方法與使用現(xiàn)狀。接著分析Revit API 兩種外部功能擴(kuò)展方式，研究了Revit 對(duì)象的訪問(wèn)、過(guò)濾、編輯與創(chuàng)建等方法。然后研究Family API 關(guān)于族類型獲取、族創(chuàng)建和族編輯的方法。最后構(gòu)建基于Revit 二次開(kāi)發(fā)的電氣設(shè)備族平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)①項(xiàng)目已加載及本地電氣設(shè)備族的快速統(tǒng)計(jì)查詢，且電氣設(shè)備族可直接拖動(dòng)到項(xiàng)目中使用，大大提高建模效率;②對(duì)于協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)下存儲(chǔ)在云端的項(xiàng)目模型，通過(guò)本文開(kāi)發(fā)的族屬性導(dǎo)入模塊可將所有實(shí)例及其屬性導(dǎo)入到本地SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)，并統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)族實(shí)例和構(gòu)件族實(shí)例的個(gè)數(shù)。本文研究?jī)?nèi)容的技術(shù)路線圖如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線圖

1 電氣設(shè)備參數(shù)化模型

建立BIM 電氣設(shè)備族庫(kù)，需要對(duì)項(xiàng)目全生命周期電氣設(shè)計(jì)信息進(jìn)行整理，按照主要參數(shù)、關(guān)鍵屬性，結(jié)合實(shí)際電氣業(yè)務(wù)需要對(duì)電氣設(shè)備BIM 模型的資源進(jìn)行分類，完成對(duì)BIM 模型資源的通用化、系列化、模塊化整合，保證在BIM 模型族庫(kù)中存儲(chǔ)的模型及構(gòu)件在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中具有良好的通用性［3］，同時(shí)具備良好的可維護(hù)和可擴(kuò)展性，適應(yīng)建筑電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷發(fā)展的需要。

電氣設(shè)備參數(shù)化設(shè)計(jì)模型構(gòu)件整理的內(nèi)容主要有兩方面，一是電氣設(shè)備族的系列化整理;二是電氣設(shè)備族的模塊化整理。

(1)電氣設(shè)備族的系列化整理

系列化整理，通過(guò)對(duì)同一類電氣設(shè)備族規(guī)律性的分析研究，進(jìn)行合理的基礎(chǔ)建模，可根據(jù)模型主要參數(shù)的驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)生成該類構(gòu)件各類型尺寸的模型，并將其類型名稱、編碼、主要尺寸參數(shù)、關(guān)鍵屬性等從模型中剝離形成系列化構(gòu)件模型。

電氣設(shè)備族的基本參數(shù)是其基本性能或基本技術(shù)特性的標(biāo)志，是選擇或確定族功能范圍、規(guī)格、尺寸的基本依據(jù)［4］。電氣設(shè)備族基本參數(shù)系列化是系列化的首要環(huán)節(jié)，是進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于一類電氣設(shè)備族，選擇一個(gè)或幾個(gè)基本參數(shù)，并確定其上下限。

建立電氣設(shè)備族的參數(shù)系列表。先基于模型構(gòu)件的基本參數(shù)，形成該類構(gòu)件的參數(shù)系列，之后增加其他所需的屬性(如類型名稱、編碼、關(guān)鍵屬性等)。

完成電氣設(shè)備族的參數(shù)化建模過(guò)程，基于基本參數(shù)，并充分考慮到尺寸系列變化可能對(duì)模型產(chǎn)生的影響，通過(guò)公式的方式描述其他幾何參數(shù)，逐步完成模型構(gòu)件的建模［5］。之后對(duì)參數(shù)系列表中的各項(xiàng)逐一生成模型，檢查模型造型是否正確。

系列化整理流程如圖1 所示。

圖2 電氣設(shè)備模型構(gòu)件的系列化整理

(2)電氣設(shè)備族的模塊化整理

模塊化整理，按照標(biāo)準(zhǔn)化原則，基于實(shí)際電氣業(yè)務(wù)需要，對(duì)已有的電氣設(shè)備模型進(jìn)行拆分、整理，將電氣設(shè)備模型的部分構(gòu)件組合在一起，最終形成一系列通用性較強(qiáng)的電氣設(shè)備模型單元。

2 電氣設(shè)備族創(chuàng)建與分析

以格柵吊燈為例，在Revit 基礎(chǔ)上說(shuō)明照明設(shè)備族的創(chuàng)建思路、其他參數(shù)設(shè)置及創(chuàng)建過(guò)程。格柵吊燈族為嵌套族。

2.1 照明設(shè)備族的創(chuàng)建思路

(1)創(chuàng)建幾何形體:用公制照明設(shè)備族樣板創(chuàng)建燈罩(含吊桿、吊桿法蘭)，并作為主體族。用公制常規(guī)模型族樣板創(chuàng)建內(nèi)置格柵，并作為嵌套族裝在燈罩中，并且運(yùn)用“陣列”功能，將內(nèi)置格柵沿長(zhǎng)度方向陣列，同時(shí)將吊燈“長(zhǎng)度”和“格柵片數(shù)”兩個(gè)參數(shù)值通過(guò)公式相關(guān)聯(lián)。

(2)吊燈類型設(shè)置:根據(jù)要求，創(chuàng)建三種不同的吊燈透光類型:上部透光、下部透光和上下部均透光。根據(jù)遮罩的不同材質(zhì)進(jìn)行設(shè)置。

(3)添加照明設(shè)備參數(shù):照明設(shè)備參數(shù)的設(shè)置用來(lái)滿足設(shè)備工程師對(duì)燈具參數(shù)的要求，重點(diǎn)配置電氣連接件和選擇相對(duì)應(yīng)的光域網(wǎng)文件［6］。

2.2 照明設(shè)備族的創(chuàng)建步驟

Revit 中格柵吊燈族創(chuàng)建過(guò)程主要有:第1 步，創(chuàng)建格柵嵌套族;第2 步，創(chuàng)建格柵吊燈族;第3 步，添加照明設(shè)備參數(shù);第4 步，保存并應(yīng)用于項(xiàng)目文件。具體創(chuàng)建過(guò)程如圖2 所示。

圖3 格柵吊燈創(chuàng)建過(guò)程

2.3 電氣設(shè)備族分析

初步整理出電氣設(shè)計(jì)中基本需要的族有:消防端子箱-明裝;配電箱-暗裝;三管格柵熒光燈;疏散指示燈;三聯(lián)開(kāi)關(guān);二三孔插座;感煙探測(cè)器;感溫探測(cè)器;火警電話插孔;消防廣播;消防報(bào)警電話;消防啟泵按鈕;半球形攝像機(jī);電視插孔;電話和網(wǎng)絡(luò)插孔等［4］。

3 Revit API 方法

3.1 Revit API 功能擴(kuò)展方式

Revit API 通過(guò)兩種方式擴(kuò)展Revit 功能，External Command 和External Application。External Command 實(shí)現(xiàn)外部命令的功能，使用外部工具加載，External Application 實(shí)現(xiàn)外部應(yīng)用的功能，都需要引用Revit API.dll 和RevitAPIUI.dll 文件。Revit API.dll包含了在數(shù)據(jù)庫(kù)層控制Revit 的應(yīng)用、文檔、對(duì)象和參數(shù)的方法，而Revit APIUI.dll 包含了在操作和Revit 用戶界面層的所有自定義API 接口。

External Command 和External Application 的實(shí)現(xiàn)方法是不同的。External Command 通過(guò)重載Execute()方法實(shí)現(xiàn)，而External Application 是通過(guò)On-Startup()和OnShutdown()方法的配合使用，才能實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展［7］。

本文使用IExternal Application 完成電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)人機(jī)界面面板的功能。族屬性導(dǎo)入模塊不添加面板，直接用外部工具加載實(shí)現(xiàn)。使用IExternal Command 完成電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)及族屬性導(dǎo)入的功能。

使用External Command 和External Application兩種方式進(jìn)行編譯與測(cè)試時(shí)，Revit.exe 啟動(dòng)后，.addin 文件中的命令會(huì)被加載。本文構(gòu)建的電氣設(shè)備族平臺(tái)的.addin 文件如下:

3.2 Revit API 對(duì)象訪問(wèn)

Revit API 中有兩種方式根據(jù)標(biāo)識(shí)來(lái)識(shí)別區(qū)分和訪問(wèn)不同對(duì)象。第一種方式，只使用類名來(lái)判斷，能容納其它對(duì)象或特定用途的類，如:Wall、Floor、Cont.Footing、Ceiling 等系統(tǒng)族的實(shí)例。第二種方式，如果通過(guò)類名無(wú)法分別出來(lái)，需聯(lián)合對(duì)象的類別(Category)來(lái)判斷。但是，門、窗、柱等對(duì)象沒(méi)有專用的類來(lái)表示，都是FamilyInstance 的實(shí)例。

本文采用Category 來(lái)判斷其類別，用枚舉型的BuiltInCategory 來(lái)創(chuàng)建ElementCategoryFilter 對(duì)象。

3.3 Revit API 對(duì)象過(guò)濾

Revit 平臺(tái)中所有的對(duì)象遍歷都必須要使用FilteredElementCollector 類，它提供了對(duì)文檔中的對(duì)象過(guò)濾的所有功能，在過(guò)濾操作時(shí)至少需要添加一個(gè)過(guò)濾條件，也可被賦予多個(gè)過(guò)濾條件。添加過(guò)濾條件后，滿足條件的對(duì)象集合立即就可以從這個(gè)類訪問(wèn)。Revit 可以通過(guò)三種用法實(shí)現(xiàn)FilteredElementCollector 過(guò)濾，過(guò)濾的方法、條件、范圍、特點(diǎn)及實(shí)例如表1 所示。

表1 FilteredElementCollector 的三種方法

4 Family API 方法

4.1 加載族、創(chuàng)建族實(shí)例

LoadFamily()加載整個(gè)族和族所有的類型或者標(biāo)簽到項(xiàng)目中。文檔類別提供類似的方法LoadFamilySymbol()，加載特定的族標(biāo)簽。LoadFamilySymbol()只從族文件中加載特定的族標(biāo)簽到項(xiàng)目中。

4.2 族、類別、族文檔創(chuàng)建

Revit API 中Family Creation 函數(shù)可以創(chuàng)建和編輯族和族類型，但是Revit API 不能編輯系統(tǒng)族。如果外部系統(tǒng)有已存可用的數(shù)據(jù)要傳入到Revit 族庫(kù)中，可以使用此函數(shù)有效地實(shí)現(xiàn)。

(1)獲取族類別

FamilyBase.FamilyCategory 屬性表示族的類別，如Columns、Furniture、Structural Framing、Windows。通過(guò)如下代碼確定一個(gè)開(kāi)放的Revit 族文件的族類別:

string categoryName=familyDoc.OwnerFamily.FamilyCategory.Name;

(2)獲取族參數(shù)

可以通過(guò)族文檔的OwnerFamily 屬性得到族參數(shù)，代碼如下:

(3)創(chuàng)建族文檔

由IsFamilyDocument()屬性確定文檔是否是族文檔。如果文檔是族文檔，修改Revit 族文檔、獲取族類型和參數(shù)可通過(guò)族文檔類別獲取。在一個(gè)項(xiàng)目文檔中編輯一個(gè)已有族，可以使用文檔類別的EditFamily()函數(shù)，編輯完成之后，使用LoadFamily()重新加載族到所有者文檔。本文使用Application.NewFamilyDocument()創(chuàng)建一個(gè)新族文檔，代碼如下:

(4)嵌套族標(biāo)簽

使用Family Symbol 從族文檔中過(guò)濾族標(biāo)簽，獲取加載到族中的所有族標(biāo)簽。

5 基于BIM 的電氣設(shè)備族平臺(tái)構(gòu)建

使用IExternal Application 完成添加電氣項(xiàng)目視圖、電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)兩個(gè)模塊人機(jī)界面面板的功能。族屬性導(dǎo)入模塊不添加面板，直接用外部工具加載實(shí)現(xiàn)。

5.1 電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)與拖動(dòng)

本模塊使用IExternal Command 的繼承類DragAndDropCommand 實(shí)現(xiàn)，使用Revit API 過(guò)濾器獲取項(xiàng)目已加載的電氣設(shè)備族和本地族庫(kù)中電氣設(shè)備族的類別，并做相關(guān)顯示處理。筆者選用電氣項(xiàng)目文件“某建筑地下二層變電室.rvt”作為案例，對(duì)平臺(tái)的可行性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

項(xiàng)目已加載的電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)模塊顯示項(xiàng)目中所有用到的電氣設(shè)備族，如圖4 左邊部分。本地電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)模塊顯示本地族庫(kù)中所有的電氣設(shè)備族，如圖4 右邊部分。

圖4 電氣設(shè)備族統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目已加載的電氣設(shè)備族拖動(dòng)模塊可以從已統(tǒng)計(jì)出的項(xiàng)目電氣設(shè)備族列表視圖中，拖動(dòng)相關(guān)族直接放置于當(dāng)前項(xiàng)目中，方便電氣設(shè)計(jì)中設(shè)備族的加載與使用，提高工作效率。

5.2 族屬性導(dǎo)入

本模塊用外部命令方式實(shí)現(xiàn)。將.addin 文件放置于C:ProgramDataAutodeskRevitAddins2014。

首先，歸納Revit 2014 系統(tǒng)族有:門、窗、柱、屋頂、樓板、天花板、Cont.Footing、風(fēng)管、風(fēng)管附件、管件、管路附件。接著，過(guò)濾出族實(shí)例，提取屬性，插入數(shù)據(jù)表。然后，找出模型中的系統(tǒng)族和構(gòu)件族的實(shí)例，分別提取系統(tǒng)族實(shí)例的屬性和構(gòu)件族實(shí)例的屬性。最后，分別插入到系統(tǒng)族表和構(gòu)件族表。

打開(kāi)SQL Server 2008 數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，保證外部數(shù)據(jù)可以插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中已建立的表SystemFamily 和ComponentFamily［8］。執(zhí)行外部命令“FamilyProperties”，族屬性導(dǎo)入入口位置如圖5(a)所示。

插件完成當(dāng)前項(xiàng)目的族屬性數(shù)據(jù)插入后，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出已插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中的系統(tǒng)族實(shí)例個(gè)數(shù)為141，構(gòu)件族實(shí)例的個(gè)數(shù)為813，如圖5(b)所示。

圖5 族屬性導(dǎo)入入口與結(jié)果

查詢數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)族表和構(gòu)件族表。分別對(duì)表SystemFamily 和表Component-Family 進(jìn)行查詢。使用查詢語(yǔ)句如下:

圖6 構(gòu)件族表查詢結(jié)果

(1)select instanceName，categoryName，categoryName from SystemFamily;

(2)select instanceName，categoryName，categoryName from ComponentFamily。

查詢結(jié)果如圖6 所示，表SystemFamily 中有141行屬性數(shù)據(jù)，表ComponentFamily 中有813 行屬性數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比之前的族實(shí)例插入個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，族屬性導(dǎo)入模塊在對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目的族屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入是可靠的。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)的電氣設(shè)備族平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目相關(guān)項(xiàng)統(tǒng)計(jì)、電氣設(shè)備族的統(tǒng)計(jì)與拖動(dòng)是可行的，可以提高工作效率。經(jīng)過(guò)與SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)查詢結(jié)果的對(duì)比，表明族屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能是可靠的。由于Revit API 數(shù)量和功能隨著版本的更新越來(lái)越豐富和完善，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法將其功能充分發(fā)揮，因此可以進(jìn)一步加強(qiáng)Revit API 的應(yīng)用研究。

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