史修府 楊猛 杰德爾別克·馬迪尼葉提 艾合麥提江·馬穆提 買合木提·買買提明

摘要：近年來，BIM技術(shù)越來越多地應(yīng)用于水利水電工程項(xiàng)目。介紹了BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、計(jì)算、模擬及繪圖方面的優(yōu)勢。以Revit軟件為主，闡明了參數(shù)化模型的建模步驟，提出了建立水工建筑物參數(shù)化族的合理方法及思路。研究表明，引進(jìn)BIM技術(shù)建立參數(shù)化水工建筑物族可使復(fù)雜模型簡單化，同時(shí)也可提高后期工作效率。

關(guān)鍵詞：水利工程;BIM技術(shù);Revit軟件;參數(shù)化族

中圖法分類號：TV222文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.03.015

文章編號：1006 - 0081（2021）03 - 0085 - 04

1 研究背景

BIM技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，經(jīng)歷了萌芽、產(chǎn)生和發(fā)展3個(gè)階段，目前，BIM技術(shù)已經(jīng)在全世界得到了廣泛應(yīng)用。BIM技術(shù)具有可視化溝通平臺、模擬、檢查及參數(shù)化等特點(diǎn)，并且節(jié)能環(huán)保。在水利水電工程中，BIM技術(shù)貫穿工程的全生命周期[1-2]，設(shè)計(jì)人員可以憑借參數(shù)化模型中包含的工程建筑物信息，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，將此結(jié)果作為依據(jù)，減少資源浪費(fèi)，避免重復(fù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施工，提高作業(yè)效率。

2 存在的問題

當(dāng)前，由于不同的地形和生產(chǎn)要求，某一水利工程可能涉及到多個(gè)水工建筑物，再加上水工建筑物形態(tài)多樣，因此，現(xiàn)有的族庫中可供使用的建筑物占比不高，完全參數(shù)化的族更少。此外，我國目前使用的BIM設(shè)計(jì)軟件依賴國外輸入，沒有成熟的參數(shù)化族庫和完整的政策環(huán)境支持，導(dǎo)致技術(shù)人員仍舊依賴傳統(tǒng)的施工思維及設(shè)計(jì)方案[3]。因此，在水利工程中，BIM技術(shù)多應(yīng)用于局部設(shè)計(jì)，缺乏總體規(guī)劃[4]。在水利水電工程全過程中引進(jìn)BIM技術(shù)可拓寬設(shè)計(jì)者的思路與方法，建立參數(shù)化水工建筑物族可使復(fù)雜模型簡單化、便捷化，同時(shí)也可提高后期工作效率。

3引入BIM的技術(shù)優(yōu)勢

3.1 相對于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢

BIM技術(shù)是依靠Revit軟件，基于3D數(shù)字技術(shù)，集成建設(shè)工程全生命周期相關(guān)參數(shù)的一個(gè)數(shù)字化共享模型[5]。作為一種共享資源，該技術(shù)為水利工程建設(shè)項(xiàng)目各參與方提供準(zhǔn)確、互通的完整信息，形成一個(gè)全面的信息庫。相對于傳統(tǒng)技術(shù)，BIM技術(shù)有以下幾個(gè)方面優(yōu)勢。

（1）設(shè)計(jì)優(yōu)勢。BIM技術(shù)可存儲海量有利用價(jià)值的資訊信息，然后以此為基準(zhǔn)，構(gòu)建完整、合理的信息模型，為水利水電工程項(xiàng)目創(chuàng)造有利條件。因此，在水利工程實(shí)踐應(yīng)用過程中，技術(shù)人員可通過BIM技術(shù)熟悉整個(gè)項(xiàng)目，并進(jìn)行下一步優(yōu)化建筑信息模型，確保模型中所涵蓋的各類數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性，做到各族間的緊密聯(lián)絡(luò)。

（2）計(jì)算優(yōu)勢。與傳統(tǒng)方法相比，BIM技術(shù)具有形象直觀、簡單高效、適應(yīng)性強(qiáng)、計(jì)算精度高[6]、方便調(diào)整等優(yōu)勢，還能用作方案對比分析，提供了一種新思路。

（3）模擬優(yōu)勢。BIM 技術(shù)利用計(jì)算機(jī)建立虛擬的三維模型[7]，進(jìn)行施工前模擬，考核建筑物是否可以蓄涵水分，也可排除各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，保障施工人員安全[8]。

3.2 相對于傳統(tǒng)制圖軟件的優(yōu)勢

Revit是Autodesk公司一套系列軟件，專用于BIM技術(shù)，可幫助建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)“質(zhì)量更優(yōu)、能效更高”的建筑。本研究主要用到了Revit以下3個(gè)優(yōu)勢。

（1）Revit族庫。Revit將大量模型按照特性、參數(shù)等屬性分類歸檔，形成使用者熟知的Revit族庫。常用Revit軟件的設(shè)計(jì)公司或設(shè)計(jì)師，大都會隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，形成個(gè)人獨(dú)有的族庫。在日后的工作中，只要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目要求修改相關(guān)參數(shù)，便可再次應(yīng)用。

（2）參數(shù)化。相對于傳統(tǒng)制圖軟件CAD，對于圖紙修改，只需利用Revit參數(shù)化，在Revit軟件中修改相關(guān)參數(shù)，便可將項(xiàng)目中所有相關(guān)聯(lián)參數(shù)一同更改，隨一個(gè)參數(shù)的改變，所有視角的圖紙都能實(shí)現(xiàn)成比例的統(tǒng)一更改[9]。

（3）三維表達(dá)。Revit的三維表達(dá)不僅適用于設(shè)計(jì)人員，也適用于施工人員[10]。在Revit軟件中，通過三維分析和解剖，結(jié)合可視化的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)和施工人員可快速有效辨別“平立剖”等復(fù)雜問題，還可根據(jù)施工實(shí)際情況，制定下一個(gè)實(shí)施步驟[11]。

傳統(tǒng)軟件在參數(shù)化建立時(shí)，當(dāng)更改一個(gè)項(xiàng)目模型的某個(gè)組件時(shí)，所對應(yīng)的組件發(fā)生改變，而Revit模型進(jìn)行參數(shù)化后，只需更改其中任意一個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)則會自動協(xié)調(diào)整個(gè)項(xiàng)目中的所有模型進(jìn)行變更。例如，改變圓管涵底部寬度，相應(yīng)的角度與高程都將保持連續(xù)。利用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、計(jì)算和模擬等方面的優(yōu)勢[12]，充分利用Revit自帶的系統(tǒng)族模型，并結(jié)合水利工程施工的特點(diǎn)，創(chuàng)建基于BIM技術(shù)的水利工程數(shù)字化模型，探索BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，可為后期的計(jì)算分析和運(yùn)行維護(hù)奠定基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)水利工程信息化管理[13]。

4 參數(shù)化族庫的建立

水工建筑物異型構(gòu)件較多，形狀復(fù)雜，導(dǎo)致制作完全參數(shù)化的模型難度較大，因此，在建模過程中盡量細(xì)化模型，使小部件模型達(dá)到完全參數(shù)化。例如，在建立水閘消力池參數(shù)化模型時(shí)，只有先建立了池底、護(hù)坦，趾墩等組成構(gòu)件的參數(shù)化模型后，才可通過拼裝的方式組成消力池完全參數(shù)化模型。

根據(jù)不同水工建筑物的分類情況，創(chuàng)建類似的族庫。例如，創(chuàng)建水電站整體的參數(shù)化模型時(shí)，主要分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)基本上是框架結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)中異性構(gòu)件較多，通過這種分類方式方便歸納所創(chuàng)建的族。創(chuàng)建渠系建筑物時(shí)，主要分分水閘段和渠段族等。

圖1為通過Revit軟件創(chuàng)建的渠道扭面參數(shù)化族成果圖，以下將以扭面作為實(shí)例，說明參數(shù)化族創(chuàng)建的過程與技巧。

4.1 族創(chuàng)建技巧比較

Revit建立參數(shù)化的方法很多，Revit使用者建立參數(shù)化族的過程步驟有所不同[14-15]，同時(shí)也存在一些問題，如創(chuàng)建步驟比較粗略，或者在創(chuàng)建過程中忽略關(guān)聯(lián)參照平面等重要步驟。本文總結(jié)了一套參數(shù)化族建立的方法及思路。

在族的建立過程中，在完成參數(shù)化的情況下改變相關(guān)參數(shù)，得到的結(jié)果往往并不準(zhǔn)確。應(yīng)在此時(shí)加入適當(dāng)?shù)膮⒄掌矫妫⒋_定參照平面的改變方向，關(guān)聯(lián)圖元后即可達(dá)到預(yù)期效果。例如，建立一個(gè)簡單的矩形梁，經(jīng)過參數(shù)化設(shè)置后，改變“長”參數(shù)，得到的改變是向右延伸，但實(shí)際情況下向左延伸會帶來較大便利，此時(shí)就可在矩形梁的左邊建立參照平面，或者建立參照平面的順序顛倒，再與矩形梁關(guān)聯(lián)，便可實(shí)現(xiàn)向右延伸效果。

4.2 模型參數(shù)化設(shè)立過程

族是Revit項(xiàng)目中的基礎(chǔ)元素，由Revit中的模型圖元、注釋圖元及其他各種類型構(gòu)件構(gòu)成[16]。通過系統(tǒng)的研究，此次項(xiàng)目中創(chuàng)建參數(shù)化族分為以下4步。

（1）新建族，選擇合適的族樣版。族的類型可分為系統(tǒng)族、可載入族、內(nèi)建族，按照類別可分為獨(dú)立個(gè)體族和基于主體的族。在制作模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)族類型在界面中選擇合適的樣板，若沒有合適的，可選擇公制常規(guī)模型樣板。在族樣板中系統(tǒng)會規(guī)定默認(rèn)的兩個(gè)正交參照平面和其他常規(guī)設(shè)置。

（2）制作族。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套創(chuàng)建水工建筑物參數(shù)化族的有效方法，包括以下3個(gè)重點(diǎn)：①參照平面的創(chuàng)建，參照平面的選擇和建立是難點(diǎn)之一，只有選擇正確的參照平面才能真正實(shí)現(xiàn)模型按參數(shù)的變化。否則，參數(shù)將失去約束作用，變成一個(gè)不可變的標(biāo)注。②參數(shù)的創(chuàng)建?；谥谱髯宓慕?jīng)驗(yàn)，最優(yōu)的選擇是在屬性欄中建立參數(shù)，比其他建立參數(shù)方法更加全面，使參數(shù)專業(yè)化，全面化。③圖形的創(chuàng)建。在族樣板中系統(tǒng)會規(guī)定默認(rèn)的2個(gè)正交參照平面，一般圍繞樣本中心線創(chuàng)建圖形。Revit軟件給使用者提供了幾種簡便的圖形，建立方法（拉伸，融合，旋轉(zhuǎn)，放樣，放樣融合，空心形狀）。熟練運(yùn)用這幾種方法可簡化建立族的過程，創(chuàng)建很多的復(fù)雜模型。

（3）參數(shù)與參照平面關(guān)聯(lián)（注釋）。參數(shù)是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的關(guān)鍵一步，要想使參數(shù)達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的變化，參數(shù)必須與選擇或建立好的參數(shù)平面相關(guān)聯(lián)。

（4）參照平面與形體的關(guān)聯(lián)（點(diǎn)擊鎖定圖標(biāo)）。建立參照平面時(shí)，參照平面必須與形體建立相關(guān)聯(lián)，否則與參照平面相關(guān)聯(lián)的參數(shù)將無法約束圖形。

4.3 扭面制作實(shí)例

（1）在Revit的主界面中點(diǎn)擊新建族，選擇公制常規(guī)模型樣板創(chuàng)建扭面，在屬性中創(chuàng)建好參數(shù)，如扭面長、寬、高等，如圖2所示。

（2）首先選擇創(chuàng)建扭面翼墻，因扭面翼墻的前后部形狀不同，所以選擇放樣融合命令創(chuàng)建扭面翼墻。（放樣融合：用于創(chuàng)建一個(gè)融合，以便沿定義的路徑進(jìn)行放樣。放樣融合的形狀由起始形狀，最終形狀和指定的二維路徑確定）

（3）在參照標(biāo)高中，中心線上繪制放樣路徑，并沿中心線建立參照平面，命名為“寬參照”。將放樣路徑與寬參照關(guān)聯(lián)，此時(shí)標(biāo)注放樣路徑并設(shè)置等分約束，且關(guān)聯(lián)參數(shù)“扭面長”。完成繪制路徑。關(guān)聯(lián)關(guān)鍵步驟如圖3所示。

（4）選擇編輯輪廓1，打開前立面視圖為工作平面，繪制扭面翼墻前部為直角梯形，標(biāo)注直角梯形，并關(guān)聯(lián)寬參照。將所有標(biāo)注都與相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（5）編輯輪廓2，打開后立面視圖為工作平面，繪制扭面翼墻后部輪廓為平行四邊形，標(biāo)注平行四邊形，并關(guān)聯(lián)寬參照。將所有標(biāo)注都與相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（6）完成放樣融合命令，創(chuàng)建出扭面翼墻一邊。因?yàn)榕っ嬉韷蛇呁耆嗤梢赃x擇鏡像命令，創(chuàng)建扭面翼墻第二邊。

（7）前6步已經(jīng)完成了扭面翼墻的創(chuàng)建，接下來進(jìn)行扭面底部的創(chuàng)建。扭面底部選擇拉伸創(chuàng)建，拾取創(chuàng)建拉伸形形狀，完成拉伸命令。

（8）打開前立面視圖，作為工作平面，在拉伸底部創(chuàng)建參照平面，并與圖元鎖定，同時(shí)將扭面翼墻與扭面底部鎖定。標(biāo)注扭面底部，并與對應(yīng)參數(shù)相關(guān)聯(lián)。修改各個(gè)參數(shù)，檢查各參數(shù)是否正常運(yùn)行。

5 結(jié) 語

本研究主要基于Revit軟件創(chuàng)建水工建筑物常見模型的參數(shù)化族庫，通過Revit軟件參數(shù)化模塊優(yōu)勢，提出了一種適合于水利水電工程參數(shù)化建模的方法。BIM技術(shù)在制圖過程以及可視化展示等方面體現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢，對水利水電工程信息化建設(shè)與發(fā)展有一定參考價(jià)值。

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（編輯：李 慧）