基于Revit二次曲面网壳参数化建模的研究

丁晓宇 王子茹

(大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024)

·计算机技术及应用·

基于Revit二次曲面网壳参数化建模的研究

丁晓宇 王子茹*

(大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024)

针对Revit二次开发的参数化设计技术问题，使用C#编程语言和API类库，结合JGJ 7—2010空间网格结构技术规程，开发出了单层二次曲面网壳结构的参数化设计插件，实现了二次曲面网壳结构在Revit视图中的自动生成。

Revit，二次开发，二次曲面网壳，参数化设计

0 引言

网壳是一种空间杆系结构，具有造型优美、受力合理、造价低等特点，备受建筑师青睐，多用于体育场馆、会展中心等公共建筑物中[1]。常见网壳结构形式有圆柱面网壳、球面网壳、双曲抛物面网壳、椭圆抛物面网壳等。该结构节点和杆件数量巨大，但传统的设计方法仍是以手工建模为主。近年来，随着信息技术的飞速发展，计算机及相关软件在网壳结构设计领域中的应用日益广泛[2,3]，尤其是建筑信息模型(BIM)技术的出现，大大提高了网壳设计及施工的效率[4]。

作为BIM重要建模软件之一的Revit，因具有友好的界面和便捷的使用性及参数化设计理念，成为应用研究的热点。文献[5]通过对Revit Structure进行二次开发，实现了单层球面网格的参数化生成。文献[6]阐述了如何利用概念体量进行空间网架的建模和工程量统计。从已有文献看，Revit二次曲面网壳设计主要是依赖于菜单栏命令，对于需要处理大量坐标数据的网壳模型工作量大且易出错。

本文在已有研究成果的基础上，结合网壳建模过程，应用Revit API实现具有对椭圆抛物面、双曲抛物面等网壳结构的快速建模功能。

1 程序开发设计流程

本文基于Visual Studio2010程序设计平台，使用C#编程语言，通过API 接口对建模功能实现扩展。程序开发主要分成两部分，建模功能的实现及用户界面的生成。

1.1 建模过程

Revit二次开发要遵循API的应用流程，程序设计步骤如图1所示。创建模型的过程在Execute()方法里实现。通过XYZ()确定节点坐标，ReferencePointArray()创建并储存节点和CurveByPoints()函数创建杆系轴线，完成基本模型的绘制。

1.2 界面生成

通过IExternal Command接口派生类，在OnStratup和OnShutup函数里创建Ribbon控件，实现在工具栏“附加模块”中添加下拉按钮功能。用户可以通过点击按钮输入控制参数完成网壳模型创建。

该插件共定义三种常用单层二次曲面网壳模型类，包括椭圆抛物面、双曲抛物面及对数抛物面(见图2)。因此在用户界面中创建三组下拉菜单，根据杆件布置的不同，每组菜单中包含2种～3种网壳形式。

2 二次曲面参数化模型构建

2.1 几何描述与控制参数

以双曲抛物面为例(如图3所示)，双曲抛物面是由一直母线(AD)沿两条交叉的两直导线(AB，CD)运动，运动中所有素线始终平行某一导平面(平面Q)而形成的曲面[7]。如果能在曲面上找到若干个等分点，取为节点，通过杆件连接就可以最大程度拟合双曲抛物面网壳骨架。

如图3所示，根据双曲抛物面的成形可知，控制一个双曲抛物面网壳的主要几何参数有：直导线水平投影ab长(a)、导线间距离水平投影宽ad(b)、矢高Aa，Cc(f1，f2)及划分网格数(Kn，Kx)。

2.2 模型构建

根据现行JGJ 7—2010空间网格技术规程，双曲抛物面分为杆件沿直纹布置和杆件沿主曲率布置两种，本文以杆件沿主曲率布置为例详细介绍该网壳几何建模方法。

2.2.1 节点坐标创建

根据规程单层双曲抛物面网壳跨度不宜大于60 m，限制两条导线长度及距离。以矢高为跨度1/2～1/4为设计基准控制基线空间表达式的斜率及节点坐标间距。

两条基线空间表达式为：

AB：z=k1x。

其中，k1=f1/a(0≤x≤a)。

CD：z=k2x+c。

其中，k2=-f2/a，c=f2(0≤x≤a)。

按照设计要求将AB，CD两条导线等分，等分数为Kn，则每条导线上节点数为Kn+1。其他节点可以通过导线上各节点依次连线后定量等分各线段得到。

for (xctr=0;xctr

{

for (yctr=0;yctr

{

z1=f1/a*xctr;

z2=-f2/a*xctr+f2;

zctr=(yctr-y1)*(z2-z1)/(y2-y1)+z1;

XYZ hyp_xyz=new XYZ(xctr,yctr,zctr);

yctr=yctr+b/M;

ReferencePoint ep=doc.FamilyCreate.NewReferencePoint(hyp_xyz);

a[i, j]=ep;

}

xctr=xctr+a/N;

}

2.2.2 杆件创建

自适应构件是一种可以灵活变形而又保持构件之间相互关系的族模型。通过自适应族手动创建自适应杆件。杆件参数包括：钢管厚度t，内径d，外径D，钢管型号及材料特性等信息。杆件模型如图4所示。

杆件沿主曲率布置的杆件类型分为：左斜杆件、右斜杆件及沿曲率方向杆件，如图5所示。在生成节点程序中，已经通过a[i,j]记录节点坐标并将各节点编号。

1)左斜杆件，首先判断该节点是否为第i行最后一个节点，判断为否，则a[i,j]节点与a[i,j+1]节点相连。判断为是，循环跳到i+1行重复命令。

2)右斜杆件，判断该节点是否为第j列最后一个节点，判断为否，则a[i,j]节点与a[i+1,j]节点相连。判断为是，循环跳到j+1列重复命令。

3)沿曲率方向杆件，从第i行第二个节点开始，a[i,j]节点与a[i+1,j-1]节点相连。若不是最后一行，循环跳到i+1行重复命令。

3 应用实例

3.1 基本设计资料

某体育馆屋盖结构设计中采用了双曲抛物面单层网壳结构体系。根据JGJ 7—2010空间网格结构技术规程以及以往的设计经验，结构模型初选选用材料如下：网壳中杆件为P48×3规格无缝钢管，材料Q345B；网壳节点取D120×10空心钢球，材料Q345B；边梁AB,CD的水平投影为8 m，BC,AD梁为7 m。A点标高为5 m，C点为3.5 m，B和D都为1.5 m(矢高f1=3.5 m，f2=2 m)。

3.2 参数化生成

启动Revit 2014，新建概念体量。在“附加模块”选项板上选择已经加载完成的二次曲面网壳插件，点击“双曲抛物面网壳”(如图6所示)。将设计参数输入到弹出的对话框中(如图7所示)。

待程序运行加载后生成双曲抛物面单层网壳结构模型，如图8所示。该结构模型可以通过“族编辑器”载入到项目中，进而可生成施工图，完成设计。

4 结语

本文介绍了Revit插件程序开发的设计流程，以及通过使用API接口实现了双曲抛物面单层网壳结构模型在Revit视图中参数化生成。实例表明，该插件具有界面操作便捷、设计符合各项规范要求的特点；弥补了软件本身对曲面建模的欠缺；与以往传统建模方式相比，该插件提高生产效率，使设计人员从繁琐的建模过程中解放出来，有更多的精力用于网壳优化。该插件在设计大型公用设施上具有一定应用价值。

[1] 董石麟，赵 阳.论空间结构的形式和分类[J].土木工程学报,2004,37(1):7-12.

[2] 吴 静，鹿晓阳.基于ANSYS的四种典型施威德勒型球面网壳参数化建模[J].山东建筑大学学报,2012(6):584-587.

[3] 潘建军，赵永福，黄希民，等.基于AutoCAD2002的网壳三维建模[J].新疆石油科技,2004(4):52-55.

[4] 张 泳.建筑信息模型(BIM)的概念框架[J].价值工程,2012(8):33-34.

[5] 薛忠华，谢步瀛.Revit在空间网格结构参数化建模中的应用[J].计算机辅助工程,2013(2):58-63.

[6] 李忠富，付 超.BIM技术在空间网架建模与快速估价中的应用[J].工程管理学报,2014(8):94-97.

[7] 王子茹，贾艾晨.画法几何及工程制图[M].北京:人民交通出版社,2001：82-84.

Abstract: This paper developes a plug-in for parametric design of single quadratic reticulated shell structure, especially solving the lack of curve modeling in Revit. Based on C# programming language, Revit API class library and JGJ 7—2010SpatialGridStructureTechnicalSpecification.

Key words: Revit， secondary development， quadratic reticulated shell， parametric design

Second development realize parametric modeling of reticulated shell based on Revit

Ding Xiaoyu Wang Ziru*

(FacultyofInfrastructureEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)

1009-6825(2016)15-0256-03

2016-03-03

丁晓宇(1991- )，女，在读硕士

王子茹(1955- )，女，博士，博士生导师，教授

TP317.4

A