賈盈平　李春祥

(上海大學(xué)土木工程系，上?！?00072)

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Revit三維顯示技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

賈盈平李春祥

(上海大學(xué)土木工程系，上海200072)

建筑模型的可視化，是數(shù)字化建模技術(shù)在各個(gè)專業(yè)之間信息交換與共享的重要途徑，直觀、高效、準(zhǔn)確的模型顯示是項(xiàng)目順利進(jìn)行的有力保障。目前，Revit通過“剖面框”功能實(shí)現(xiàn)基于區(qū)域的模型三維顯示，但此功能受模型大小、硬件配置的制約，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還存在反復(fù)旋轉(zhuǎn)模型視圖、不斷伸縮剖面框邊界、重復(fù)操作、工作效率低下的問題?；诖嘶A(chǔ)，論文分析了Revit模型可視化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，假設(shè)出一種新的基于區(qū)域的三維模型顯示功能，并且結(jié)合RevitAPI開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了此功能的研發(fā)。最后介紹了研發(fā)的關(guān)鍵流程，同時(shí)以一裝配式鋼結(jié)構(gòu)為應(yīng)用實(shí)例，展示應(yīng)用效果，為推動(dòng)BIM軟件其他技術(shù)的發(fā)展提供參考。

BIM； 可視化； 剖面框； 區(qū)域顯示

引言

BIM思想來源于卡耐基梅隆大學(xué)的 Chuck Eastman，是計(jì)算機(jī)數(shù)字信息技術(shù)與圖形技術(shù)的結(jié)合。BIM本質(zhì)上是一個(gè)包含建筑工程生命全周期的數(shù)據(jù)庫(kù)，在項(xiàng)目不同階段，模型信息能夠沿著項(xiàng)目鏈雙向傳遞、動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)、實(shí)時(shí)共享與轉(zhuǎn)化，保證了信息技術(shù)在整個(gè)項(xiàng)目中的唯一性，實(shí)現(xiàn)了造價(jià)咨詢，設(shè)計(jì)、施工各個(gè)參與方的協(xié)同合作，避免了“孤島現(xiàn)象”的產(chǎn)生[1-3]。另一方面它通過三維圖形技術(shù)將模型信息可視化，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維施工圖紙到三維空間模型的轉(zhuǎn)變，使得模型能夠直觀地展示各種構(gòu)件之間的關(guān)系。同時(shí)，BIM模型附帶工藝設(shè)備屬性、建筑材料材質(zhì)、模型環(huán)境、燈光渲染等信息，使得模型具有真實(shí)性[4-5]。

BIM可視化技術(shù)在投資方、設(shè)計(jì)方以及施工各方有重要應(yīng)用意義。在Revit中它不僅可以實(shí)時(shí)展示各種設(shè)備、構(gòu)件的空間布局，為初步建模提供設(shè)計(jì)依據(jù)，還可以對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造、相鄰構(gòu)件的位置、尺寸信息進(jìn)行全方位展示，大大提高了后期碰撞檢查的效率。

BIM技術(shù)是建筑協(xié)同設(shè)計(jì)[6-7]的有力手段，由于各個(gè)專業(yè)技術(shù)軟件都有自己的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式，自己的命名規(guī)則與映射關(guān)系，故如何準(zhǔn)確高效地實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的信息互通成為BIM技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)。目前，基于Revit軟件插件的研發(fā)大多集中在研發(fā)插件使得不同專業(yè)的信息能夠互通共享。高效準(zhǔn)確地顯示項(xiàng)目工作人員所要的模型信息，豐富視圖顯示功能，真正實(shí)現(xiàn)所想即所現(xiàn)，同樣是BIM技術(shù)得到更全面的應(yīng)用的關(guān)鍵。而對(duì)于可視化技術(shù)方面的研究，大多數(shù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者也只是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化圖層以及三維模型的視圖管理實(shí)施方法進(jìn)行了研究[8-12]，并未實(shí)現(xiàn)技術(shù)的二次開發(fā)，創(chuàng)新實(shí)用性不大。雖然市面上個(gè)別軟件研發(fā)公司開發(fā)了相關(guān)視圖顯示功能，但基于研發(fā)公司的性質(zhì)，不會(huì)對(duì)后臺(tái)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)步驟作闡述，理論背景不足，廣大研發(fā)學(xué)子找不到任何頭緒進(jìn)行深入學(xué)習(xí)研究，因此學(xué)術(shù)研究意義并不大。

結(jié)合上述情況，本文對(duì)Revit模型可視化應(yīng)用作了分析，結(jié)合Revit二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維顯示技術(shù)的二次開發(fā)，并對(duì)關(guān)鍵研發(fā)技術(shù)做了闡述。

1　三維顯示技術(shù)應(yīng)用分析

Revit中將各個(gè)圖元對(duì)象按照不同類別，族，類型進(jìn)行分類如圖1。不同的類別按照對(duì)象自身功能屬性的不同進(jìn)行類別大類的分類如：墻、梁、板、柱、門、櫥柜等為模型類別； 參照線、參照點(diǎn)、剖面則歸屬于注釋類別。每個(gè)類別按照對(duì)象材質(zhì)、外形構(gòu)造、參數(shù)定義、施工工藝等方面的不同又分為不同的族。對(duì)族的進(jìn)一步實(shí)例化，如尺寸大小的不同又將族分為不同的類型。因此，Revit中“可見性圖形”、“過濾器”等基本的構(gòu)件三維視圖顯示命令，都是基于這種歸類原則的。

圖1　Revit 圖元分類

然而以Revit自帶的建筑樣板一層廚房中的廚房家具模型為例(位置信息，構(gòu)件類型信息圖2， 3所示)，可以看出同一個(gè)模型構(gòu)件可能包含不同的類別信息，因此Revit中引入“剖面框”命令，通過不斷伸縮剖面框邊界，確定要顯示的空間，使模型能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域顯示。

圖2　廚房家具模型在當(dāng)前視圖中的位置

2　二次開發(fā)效果的提出

雖然Revit實(shí)現(xiàn)了基于區(qū)域的三維顯示功能，但是實(shí)際操作中會(huì)發(fā)現(xiàn)，確定剖面框的位置需要反復(fù)旋轉(zhuǎn)整個(gè)模型，若是模型信息量較大，硬件配置一般，無疑需要一定的等待時(shí)間。除此之外，對(duì)于模型組合復(fù)雜的區(qū)域，很難將剖面框伸縮到恰當(dāng)位置，建模師通常還會(huì)借助顯隱功能將不需要的類型隱藏起來，操作過于繁瑣。

圖3　模型的圖元類型信息

如何快速確定剖面框的邊界？能否根據(jù)當(dāng)前視圖中的對(duì)象直接確定剖面框的位置、尺寸，實(shí)現(xiàn)如下圖4所示的功能？

當(dāng)選擇任意一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象區(qū)域內(nèi)全部類型被顯示，如圖4(a)，由于①、②兩處沒有選擇，因此剖面框?qū)⒅苯忧懈顓^(qū)域以外的部分。當(dāng)選擇多個(gè)對(duì)象時(shí)，如圖4(b)，由于④被選中，而剖面框又是平行六面體，故顯示區(qū)域在(a)的基礎(chǔ)上沿Y方向增加了部分龍頭高度，③處也被顯示。

(a)

(b)圖4　三維實(shí)體顯示效果對(duì)比圖

本文在以上需求下，借助Revit二次開發(fā)平臺(tái)，對(duì)三維區(qū)域顯示技術(shù)進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了上述功能效果。

3　技術(shù)研發(fā)要點(diǎn)

3.1開發(fā)工具

Revit具有完善的二次開發(fā)平臺(tái)，用戶可以通過Revit的應(yīng)用程序編程接口(Application Program Interface，簡(jiǎn)稱“API”)，參考Revit SDK手冊(cè)，借助Visual Basic.NET、C#以及C++/CLI等任何與.NET兼容的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的開發(fā)[13]。本技術(shù)研發(fā)依托Revit2016版本，借助VS2012開發(fā)程序，C#編程語(yǔ)言。

3.2開發(fā)流程

每個(gè)視圖都有一個(gè)裁剪盒，它的作用就是決定模型在視圖中顯示哪部分。BoundingBox XYZ定義了一個(gè)三維的平行于坐標(biāo)軸的長(zhǎng)方體盒，空間位置由坐標(biāo)點(diǎn)Max(盒子的上-右-前角)，min(盒子的下-左-后角)兩個(gè)屬性參數(shù)確定。對(duì)于三維視圖來說，存在另一個(gè)概念-剖面框(SectionBox)，SectionBox屬性接受一個(gè)BoundingBox XYZ 實(shí)例，用來確定三維模型的可見部分[14-15]。雖然可以通過視圖的裁剪盒屬性(View，CropBox)定義視圖的邊界，但剖面框決定了模型的可見性，在剖面框外面的部分即使在裁剪盒內(nèi)部也無法顯示?；谏鲜隼碚摶A(chǔ)確定本文的關(guān)鍵研發(fā)流程。

1)創(chuàng)建一個(gè)新的裁剪盒BoundingBoxXYZ box，一個(gè)新的剖面框SectionBox box2；

2)在當(dāng)前三維視圖界面中選擇對(duì)象，并生成集合ListelementIds。box2通過存儲(chǔ)elementIds的位置信息，確定其位置參數(shù)Max()，min()；

3)將box2的空間位置參數(shù)傳遞到box；

4)將裁剪盒box空間位置參數(shù)更新到當(dāng)前三維視圖中，實(shí)現(xiàn)所選區(qū)域的三維顯示。

3.3編程要點(diǎn)介紹

由于本技術(shù)應(yīng)用前提是在三維視圖中，因此程序開始時(shí)要判斷doc.ActiveView是否為View3D，不滿足條件時(shí)跳出警告框。elementIds是用戶通過鼠標(biāo)單擊直接獲得的模型對(duì)象集合，因此需要首先定義一個(gè) IList集合存儲(chǔ)拾取到的對(duì)象。

本技術(shù)采用了擴(kuò)展存儲(chǔ)技術(shù)，需要引用Schema類。在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中，一個(gè)Schema好像是一個(gè)類，而一個(gè)Entity就是它的一個(gè)對(duì)象。利用此技術(shù)可以把任何的數(shù)據(jù)保存在Revit中的任何一個(gè)Entity上，并且可以設(shè)置訪問權(quán)限。本文首先創(chuàng)建了一個(gè)Schema，box2則是基于該架構(gòu)創(chuàng)建的一個(gè)Entity類型，當(dāng)box2的的Max()，min()參數(shù)值確定以后，將它與上步定義的裁剪盒box相對(duì)應(yīng)的參數(shù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了空間位置的傳遞，完成了局部對(duì)象的三維視圖顯示，此過程主要借助函數(shù) view.SetEntity(box2)實(shí)現(xiàn)。

4　工程應(yīng)用

4.1項(xiàng)目背景

圖5　項(xiàng)目模型圖

本工程是位于安徽省池州市的某宿舍樓。工程基底面積約500m2，總建筑面積約3 000m2，建筑為六層，高度18m。結(jié)構(gòu)類型為鋼結(jié)構(gòu)采用裝配式施工技術(shù)，如圖5所示。本工程嚴(yán)格按照Revit建模及加工圖要求、2015年9月28日項(xiàng)目裝配式BIM協(xié)調(diào)會(huì)會(huì)議紀(jì)要等相關(guān)要求，完成Revit模型創(chuàng)建以及加工圖設(shè)計(jì)說明。

4.2應(yīng)用效果

4.2.1快速展示區(qū)域模型

建模過程中，建模師一般選擇“三維視圖+平面視圖”的界面環(huán)境，平面視圖中建模，三維視圖中實(shí)時(shí)觀察模型效果。過大的整體模型會(huì)影響視圖瀏覽效果，因此三維視圖通常是區(qū)域模型視圖。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)BIM模型是完全按照結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行建模的，但有些節(jié)點(diǎn)的建模是按照施工圖節(jié)點(diǎn)詳圖大樣創(chuàng)建的，即加工圖必須要結(jié)合詳細(xì)的BIM模型圖與結(jié)構(gòu)施工圖，才能保證裝配式模塊順利安裝。所以本項(xiàng)目中需要大量使用區(qū)域模型視圖。

以電梯間區(qū)域模型視圖為例，由于此整體模型信息量偏大，采用“剖面框”命令時(shí)，模型旋轉(zhuǎn)、剖面框拉伸過程中會(huì)出現(xiàn)停滯，視圖不流暢現(xiàn)象，而此過程需要反復(fù)幾次，使得效率大大降低。采用本文開發(fā)的技術(shù)，如圖6，在當(dāng)前視圖界面下選定4個(gè)對(duì)象(圖中標(biāo)記處)作為剖面框邊界條件，不需要旋轉(zhuǎn)視圖即可以生成相應(yīng)的模型視圖，一次操作既可以完成，為建模師節(jié)約大量時(shí)間。

圖6　電梯間區(qū)域模型顯示

4.2.2快速查看構(gòu)件間位置、尺寸

雖然建模人員是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙創(chuàng)建模型，但由于二維圖紙的局限性，避免不了三維模型中會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件位置尺寸設(shè)置不合理的情況。為了提高模型質(zhì)量，Revit模型完成后，進(jìn)入下一工作流程之前，建模人員首先會(huì)檢查復(fù)雜部位是否存在碰撞交叉，位置尺寸不合理現(xiàn)象。此項(xiàng)目中機(jī)電管線復(fù)雜，管線位置尺寸是否合理不容易查看。利用本文開發(fā)技術(shù)，如圖7(a)，在模型“上視圖”中確定剖面框的四個(gè)邊界，將會(huì)得到相應(yīng)區(qū)域的管線視圖，同時(shí)由于視圖內(nèi)模型信息量的減少，通過鼠標(biāo)“放大”、“縮小”、“拖動(dòng)”就可以快捷的查看任意關(guān)鍵部位，不會(huì)出現(xiàn)卡機(jī)不流暢等現(xiàn)象，如圖7(b)。

(a)

(b)圖7　復(fù)雜管線的位置、尺寸顯示

5　結(jié)論

可視化技術(shù)是一門語(yǔ)言，化抽象為具體，準(zhǔn)確流暢的溝通了不同專業(yè)之間的工程信息，基于區(qū)域的三維顯示技術(shù)在模型設(shè)計(jì)，項(xiàng)目交流方面發(fā)揮尤為重要的作用?！捌拭婵颉惫δ苁褂脮r(shí)，剖面框的位置、尺寸必須通過反復(fù)旋轉(zhuǎn)，伸縮操作才可以確定，效率低下。本文開發(fā)了一種通過選擇的實(shí)體對(duì)象作為邊界條件，直接確定剖面框位置尺寸的方法，一步到位，大大提高了工作效率，從而縮短項(xiàng)目周期，降低成本。

BIM軟件研發(fā)方面，研發(fā)公司具有雄厚的實(shí)力，但基于當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境，公司盈利性質(zhì)，研發(fā)技術(shù)保密性很強(qiáng)，不利于BIM技術(shù)的發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展需要社會(huì)各界共同努力，將更多的技術(shù)正確闡述出來，供更多學(xué)者技術(shù)人員學(xué)習(xí)研究，對(duì)推動(dòng)BIM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用有深遠(yuǎn)影響。

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Development and Application of Three-Dimensional Display Technology of Revit

Jia Yingping， Li Chunxiang

(DepartmentofCivilEngineering，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)

Visualization of building models is an important way for digital modeling technologies to realize information exchanges and sharing among different specialties, while direct, efficient and accurate model display is a powerful guarantee for the successful completion of the projects.At present，Revit realizes the 3D region model by the function of “section box”.But this function is affected by the size of the model and the limit of the configuration.In practical application process，we need to rotate the model view and stretch the boundaries of the section box repeatedly，which is inefficient.Based on those，the key points of the application of Revit model visualization technology are analysed.Based on the development of RevitAPI technology，a new way of displaing 3D view which is based on the spatial location is proposed.Then the key technologies are introduceed and some application examples of an assembly type steel structure are demonstrated.This method provides a reference for the development of other technologies about BIM software.

BIM； Visualization； Section Box； Region Display

賈盈平(1990-)，女，碩士研究生。主要研究方向：BIM技術(shù)應(yīng)用與研究。

李春祥(1964-)，男，博士，教授，博導(dǎo)。主要研究方向：超高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)抗震與抗風(fēng)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、BIM技術(shù)。

TU17

A

1674-7461(2016)01-0038-05

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.06