梁建波，李 德，董 平

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070)

近年來(lái)，水利水電行業(yè)的BIM應(yīng)用正在穩(wěn)步推進(jìn)，但隨著應(yīng)用的深入，僅僅利用BIM軟件的現(xiàn)有功能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)不足以最大程度地體現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)的效率優(yōu)勢(shì)。目前，水利水電行業(yè)的BIM正向設(shè)計(jì)中存在如增強(qiáng)設(shè)計(jì)各專業(yè)之間的協(xié)同性、復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維模型的參數(shù)化、族模型的批量定位、不同平臺(tái)之間數(shù)據(jù)格式和接口的轉(zhuǎn)化等一些痛點(diǎn)，嚴(yán)重影響B(tài)IM正向設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，由于水利水電行業(yè)的BIM應(yīng)用較建筑、鐵路、交通等行業(yè)相比起步稍晚[1- 2]，且各BIM平臺(tái)的軟件功能主要面向于建筑行業(yè)，對(duì)于水利水電工程建筑物設(shè)計(jì)的針對(duì)性不強(qiáng)?；贐IM軟件API進(jìn)行有針對(duì)性地開(kāi)展二次開(kāi)發(fā)是BIM正向設(shè)計(jì)深入應(yīng)用的有效途徑。將利用BIM軟件API開(kāi)發(fā)的相關(guān)功能模塊包裝為功能插件，可以系統(tǒng)有效地為水利水電工程BIM設(shè)計(jì)提供便利，具有現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

本文主要基于Revit軟件開(kāi)展水工參數(shù)化建模的二次開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，旨在解決水工參數(shù)化建模中的一些常見(jiàn)問(wèn)題，從而提高BIM正向設(shè)計(jì)效率。

1 問(wèn)題提出

Revit軟件是Autodesk平臺(tái)的一款主流BIM設(shè)計(jì)軟件，直接面向建筑行業(yè)的BIM設(shè)計(jì)，對(duì)于水利水電工程設(shè)計(jì)中很多需求難以直接實(shí)現(xiàn)，本文旨在解決幾個(gè)常見(jiàn)的水工建筑物設(shè)計(jì)問(wèn)題[3- 4]。

(1)泵站和水電站是水利水電工程的特有建筑物，其流道均屬于異型曲面，利用Revit進(jìn)行流道異型曲面建模的一般思路是：先制作參數(shù)化斷面族，在公制常規(guī)族模板中手動(dòng)創(chuàng)建每個(gè)輪廓族斷面所要放置的工作平面，將參數(shù)化輪廓族導(dǎo)入后手動(dòng)定位至各個(gè)工作平面上，再依次修改每個(gè)斷面族參數(shù)，最后依次放樣生成流道曲面。要得到較高精度的流道模型，就需要很多參數(shù)化輪廓斷面，手動(dòng)對(duì)每個(gè)斷面輪廓進(jìn)行定位及其參數(shù)修改，不僅工作量很大，同時(shí)也很難保證其位置和參數(shù)的準(zhǔn)確性。

(2)引調(diào)水類工程中一般都會(huì)進(jìn)行長(zhǎng)距離輸水管道布置，根據(jù)工程需要，輸水管道沿線往往會(huì)布置數(shù)量較多的排氣閥井、檢修閥井、放空閥井、鎮(zhèn)墩等附屬建筑物[5]，在Revit中進(jìn)行建模的一般思路是：先進(jìn)行主管線的設(shè)計(jì)，建立各附屬建筑物的參數(shù)族，將參數(shù)族導(dǎo)入到主文件后進(jìn)行手動(dòng)定位，考慮到按照BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑物管理，還需手動(dòng)對(duì)各附屬建筑物分別進(jìn)行編號(hào)。對(duì)于長(zhǎng)距離輸水管道，其沿線附屬建筑物數(shù)量很多，加之管道軸線一般為三維空間曲線，其樁號(hào)位置點(diǎn)很難定位，手動(dòng)對(duì)所有附屬建筑物族實(shí)例進(jìn)行定位并編號(hào)是一件極其繁瑣的工作，同時(shí)也很難保證各附屬建筑物位置的準(zhǔn)確性。

(3)在山地地貌進(jìn)行引調(diào)水類工程建設(shè)，一般都需要進(jìn)行輸水隧洞的設(shè)計(jì)，根據(jù)圍巖類別，通過(guò)鉆爆法施工的輸水隧洞開(kāi)挖過(guò)程中往往需要利用噴錨等工程措施進(jìn)行初期支護(hù)。支護(hù)錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)包括錨桿長(zhǎng)度、直徑、間距及布置形式等，由于隧洞沿線錨桿數(shù)量非常多，且其垂直于曲面巖壁，利用Revit軟件現(xiàn)有功能對(duì)創(chuàng)建的隧洞模型進(jìn)行支護(hù)錨桿的布置并批量修改錨桿參數(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的。

(4)輸水建筑物如渠道、渡槽、暗涵、管道、隧洞等都有沿線或局部沿線等截面的特點(diǎn)，對(duì)于此類建筑物通過(guò)Revit軟件建模的思路一般有兩種，一是利用模型線構(gòu)造斷面，通過(guò)構(gòu)建的斷面和軸線放樣生成線性建筑物模型；二是先構(gòu)建公制輪廓族，將構(gòu)建的輪廓族導(dǎo)入主族文件后與軸線放樣生成線性建筑物模型?，F(xiàn)有功能很難實(shí)現(xiàn)快速的輪廓參數(shù)化和并線數(shù)量的參數(shù)化。

2 解決思路

針對(duì)以上問(wèn)題，考慮到工程設(shè)計(jì)人員的工作習(xí)慣，并最大程度地體現(xiàn)BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)的便捷，盡可能采用帶有圖例的參數(shù)化對(duì)話框的方式實(shí)現(xiàn)，直接采用設(shè)定參數(shù)的“傻瓜”式操作方式。

(1)對(duì)于在Revit中流道異型曲面的建模問(wèn)題，由于流道模型各放樣斷面的參數(shù)一般由生產(chǎn)廠家提供，考慮將斷面族實(shí)例參數(shù)和每個(gè)族實(shí)例的定位平面與電子表格數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配，通過(guò)族文件與電子表格文件融合后，一鍵生成流道模型。本文研究通過(guò)Revit二次開(kāi)發(fā)，利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)流道參數(shù)化輪廓斷面批量自動(dòng)定位及批量族參數(shù)賦值。

(2)對(duì)于引調(diào)水類工程中眾多族實(shí)例沿線路定位布置問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)習(xí)慣，考慮兩種功能，一是針對(duì)族實(shí)例數(shù)量和種類較少的情況，通過(guò)輸入樁號(hào)直接放置和定位，二是針對(duì)族實(shí)例數(shù)量和種類眾多的情況，通過(guò)包含族實(shí)例編碼和樁號(hào)信息的電子表格批量放置定位和自動(dòng)添加族實(shí)例編碼。本論文研究通過(guò)Revit二次開(kāi)發(fā)，利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)沿管線附屬建筑物的批量放置并自動(dòng)編號(hào)。

(3)對(duì)于輸水隧洞中支護(hù)錨桿的設(shè)計(jì)布置問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨桿布置方式為梅花形布置，錨桿長(zhǎng)度、直徑、布置間距均設(shè)定為設(shè)計(jì)布置參數(shù)。由于錨桿數(shù)量往往很多，考慮軟件運(yùn)行流暢性，錨桿模型采用兩種方式顯示，一是只顯示錨桿軸線，即線框模式，二是顯示錨桿實(shí)體，即真實(shí)模式，可根據(jù)需要選自顯示模式。本論文研究通過(guò)Revit二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)隧洞支護(hù)錨桿的批量自動(dòng)定位及錨桿參數(shù)賦值。

(4)對(duì)于渠道、渡槽、暗涵、管道、隧洞等沿線或局部沿線等截面的輸水建筑物建模問(wèn)題，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況和設(shè)計(jì)工作習(xí)慣，將不同型式建筑物斷面形狀尺寸和并線數(shù)量作為模型設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行快速建模。本論文研究通過(guò)Revit二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)水利工程線型輸水建筑物“一鍵”建模并實(shí)現(xiàn)并線數(shù)量的參數(shù)化。

3 技術(shù)路線及功能實(shí)現(xiàn)

針對(duì)上述所提出的具體實(shí)際問(wèn)題，基于Revit2020 API，在Visual Studio 2015開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，依托.NET Framework4.6框架，采用 C# 編程語(yǔ)言進(jìn)行針對(duì)性的Revit二次開(kāi)發(fā)研究[6- 8]。

(1)通過(guò)泵站流道參數(shù)化輪廓斷面批量自動(dòng)定位及批量族參數(shù)賦值，實(shí)現(xiàn)流道的快速建模，工作流程包括：創(chuàng)建參數(shù)化流道斷面族文件、用戶交互對(duì)話框中選擇流道斷面族文件(.rfa)和族參數(shù)數(shù)據(jù)文件(.xlsx)、生成斷面輪廓并定位、創(chuàng)建流道模型，如圖1—6所示。

圖2 流道參數(shù)化建模用戶交互界面

圖3 流道參數(shù)化斷面族

圖4 流道參數(shù)化斷面族參數(shù)數(shù)據(jù)

圖5 流道斷面族實(shí)例自動(dòng)定位及參數(shù)賦值

圖6 生成流道模型

(2)利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)沿管線附屬建筑物的批量放置并自動(dòng)編號(hào)。工作流程包括：將創(chuàng)建的附屬建筑物族導(dǎo)入主文件、用戶交互對(duì)話框中選擇附屬建筑物族類型、導(dǎo)入族定位樁號(hào)數(shù)據(jù)文件(.xlsx)、選擇軸線自動(dòng)完成族實(shí)例定位放置和族實(shí)例自動(dòng)編號(hào)，如圖7—11所示。

圖7 族實(shí)例定位流程圖

圖8 族實(shí)例定位用戶交互界面

圖9 族實(shí)例定位樁號(hào)及編號(hào)數(shù)據(jù)

圖10 族實(shí)例定位

圖11 族實(shí)例自動(dòng)編號(hào)

(3)利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)隧洞支護(hù)錨桿的批量自動(dòng)定位及錨桿參數(shù)賦值[9]。工作流程包括：用戶交互對(duì)話框中輸入錨桿全部設(shè)計(jì)參數(shù)、勾選是否實(shí)體顯示或只顯示錨桿軸線、批量生成錨桿模型，如圖12—14所示。

圖12 錨桿設(shè)計(jì)流程圖

圖13 錨桿設(shè)計(jì)用戶交互界面

圖14 錨桿設(shè)計(jì)模型

(4)以輸水箱涵為例，利用對(duì)話框的形式與用戶交互，實(shí)現(xiàn)水利工程線型輸水建筑物“一鍵”建模并實(shí)現(xiàn)并線數(shù)量的參數(shù)化[10- 11]。工作流程包括：用戶交互對(duì)話框中輸入錨桿全部設(shè)計(jì)參數(shù)、選擇并線數(shù)量、選擇軸線自動(dòng)完成模型創(chuàng)建，如圖15—17所示。

圖15 箱涵設(shè)計(jì)流程圖

圖16 箱涵設(shè)計(jì)用戶交互界面

圖17 箱涵設(shè)計(jì)模型

(5)除了實(shí)現(xiàn)上述功能外，對(duì)于Revit實(shí)體幾何數(shù)據(jù)的提取、將通過(guò).dwg文件導(dǎo)入到Revit中的ImportInstance線元素轉(zhuǎn)換為ModelCurve類以及按.dwg文件中圖層進(jìn)行ImportInstance元素的隱藏和隔離等功能也通過(guò)Revit二次開(kāi)發(fā)全部得到實(shí)現(xiàn)，將這些在水利水電工程BIM設(shè)計(jì)中常用的功能打包，形成水工Revit參數(shù)化模型工具集插件，如圖18所示。

圖18 水工Revit參數(shù)化模型工具集插件面板

4 應(yīng)用案例

水工Revit參數(shù)化模型工具集插件在鹽卡泵站工程、鄂北水資源配置熊河分水工程等均得到了較好的應(yīng)用。在鹽卡泵站的設(shè)計(jì)中，采用“流道設(shè)計(jì)”功能模塊實(shí)現(xiàn)了泵站建筑物的快速建模(如圖19—20所示)。在鄂北水資源配置熊河分水工程的設(shè)計(jì)中，通過(guò)“樁號(hào)布置”功能模塊對(duì)27km輸水管道沿線的檢修閥井、放空閥井、進(jìn)排氣閥井及鎮(zhèn)墩等附屬建筑物實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)定位及自動(dòng)編號(hào)(如圖21—23所示)。

圖19 鹽卡泵站流道模型

圖20 鹽卡泵站模型

圖21 熊河分水工程檢修閥族

圖22 熊河分水工程放空閥族

圖23 熊河分水工程附屬建筑物自動(dòng)定位(局部)

5 結(jié)論與展望

針對(duì)水工建筑物設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本文開(kāi)展了Revit參數(shù)化建模的二次開(kāi)發(fā)初步研究，解決了水工建筑物設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾類問(wèn)題，對(duì)水利水電行業(yè)BIM設(shè)計(jì)的深入應(yīng)用具有一定的借鑒意義。由于本文中所述二次開(kāi)發(fā)功能的程序未進(jìn)行充分優(yōu)化，導(dǎo)致工程線路較長(zhǎng)時(shí)某些功能運(yùn)行很慢，在后續(xù)工作中應(yīng)著重優(yōu)化程序，使功能運(yùn)行更加流暢。

隨著水利水電行業(yè)BIM技術(shù)的深入應(yīng)用，BIM設(shè)計(jì)的核心競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)由設(shè)計(jì)方案的BIM實(shí)現(xiàn)程度轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)方案的BIM實(shí)現(xiàn)程度與BIM設(shè)計(jì)效率并重。開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)軟件的二次開(kāi)發(fā)，對(duì)于提高水利水電行業(yè)BIM設(shè)計(jì)深度、拓展應(yīng)用廣度以及提高工作效率意義深遠(yuǎn)。