基于Revit的正向设计族库建设研究

(广东省建筑设计研究院，广州 510010)

1 背景

Revit软件的主要功能是在三维模型环境中，充分利用Revit族搭建可视化三维模型。从Revit的建模角度和最终CAD二维图纸成果出发，实现BIM正向设计，不仅需要设置Revit样板文件(包括对线样式，对象样式，管道颜色和图层颜色等)[1]，而且还要准备充足的族构件，便于在设计过程能够实时调用。

族是构成Revit文件的基础元素，在Revit软件中，族的类型包括系统族和外载入族两种形式，如图1所示。系统族存放在Revit项目文件或项目样板中，主要用于创建项目的基本图元，如标高、轴网、视图、墙、楼板、天花板等。外载入族可作为一种独立格式的文件存放，包括体量族、模型类别族和注释类别族，并有独立的族编辑工具，允许软件使用者自定义创建。

族的管理对象包括系统族和外载入族，系统族只能依托于项目和样板文件存在，对于这一类型的族主要通过样板定制过程中，进行存储和设置，不同类型的工程设计项目可以对样板文件独立设置，在项目实施过程中可以直接调用。外载入族的存储管理同样可以利用Revit样板文件进行存储，但由于族类的种类繁多，后期导致样板文件比较繁重，可利用族库管理工具进行归档存储。下文主要就族库的应用管理展开分析，分析建设BIM正向设计族库工具的功能需求，以及系统架构。

图1 Revit族类型

2 常见族库工具的功能

目前，国内常见的族库主要有Revit自带族库和第三方插件族库，如天正族库、鸿业族库、探索者族库、构件坞、族库大师等。软件自带的族库通过划分专业类型，利用文件夹归类存储，满足基本的建模需求。

第三方族库插件主要利用Revit SDK对Revit进行二次开发，在Revit中主要通过继承接口类IExternalCommand和IExternalApplication实现外部命令和外部应用的加载[2]，开发族库插件，通过项目文件调用工具命令，实现族构件的集成管理。对比现有的几个族库的管理功能，基本功能有归类、存储、检索、三维预览、族编辑等。如图2所示。

1)归类：以树状列表或文件夹目录架构，按照专业类型，工程实施阶段，类型进行划分归类；

2)存储：存储的方式包括云存储和本地计算机存储，根据已有分类排序方式，软件使用者可将族构件存储到对应类型的目录文件中。

3)检索：族库插件通过搜索引擎技术，软件使用者可通过搜索工具查找需要的族构件。

4)三维预览：通过Revit API开发接口，软件使用者在调用和下载族构件的同时，可通过预览窗口功能筛选适用的族构件。

5)族编辑：通过Revit API开发接口，软件使用者可通过相应的命令按钮，跳转至Revit“族编辑器”，查看族的参数信息和编辑族；

图2 族库基本功能

3 常见族库工具存在的问题

实现Revit平台下的BIM正向设计，从实施的主体元素和最终的成果表达分析，主要包括两个方面，分别为各专业的三维模型以及二维CAD图面表达。各专业的三维模型通过族搭接形成，且各设计阶段模型的精细度不同，要求构件族能以不同的模型精度进行表达。而各专业的二维CAD图纸主要通过Revit软件导出，在模型的平面视图中需要添加注释族[1]，用于图面表达的注释功能。如房间定位信息、注释信息和机械设备安装定位信息等内容。

因此，不同于以往采用翻模形式的逆向BIM设计过程，整个正向设计实施过程需要用到的族构件比较多，族构件的集中式管理[3]显得更加重要。现有的分散的族构件可能存在以下问题：

1) 分散的族构件在维护和更新过程只能通过设计人员打开对应的文件，逐一排查现有族构件的时效性，效率较低；

2) 不同的项目有不同的BIM实施标准，模型的应用深度不一致，设计人员就同一族构件多次建模，耗费较长的时间和工作量；

3) 不同设计人员建模习惯不一致，相互理解对方族库较为困难，不便于族共享；

4) 不同设计人员由于个人专业类型不同，对于族构件的类型需求不同，独立建设自身专业的数据库，不利于族的集成管理；

5) 常规的文件夹分类管理，难以支撑日后以BIM三维设计工作为主的设计模式下，对族构件的需求，设计人员无法高效的检索到需求的族构件；

6) 逆向设计的BIM实施过程并不完全要求最终的模型成果满足传统的二维CAD图面表达深度需求，现有精度族构件要在正向设计过程延续使用，需要继续深化；传统的CAD设计，设计人员需要在二维图面上补充相关设备信息，族采取实体和设备参数信息分开表达，难以保证设计人员出现遗漏或编写错误的情况。

4 正向设计族库管理功能建议

从使用功能分析，现阶段搭建的各类族库工具难以满足BIM三维设计过程族的使用深度要求。从族库的管理需求分析，现阶段的族构件的分散式管理，缺乏及时的更新和维护，降低了族构件的重复利用率，耗费资源。而族构件作为Revit的基本元素，实现Revit的正向设计，族构件管理显得极为重要。族库工具的功能建议增加以下内容，如图3所示：

4.1 独享数据空间

同一套集成的族构件包括不同的专业和种类，各专业是设计人员每次都需要对整套族构件检索和调用，这并非明智之举。各专业设计人员拥有自己的独立账户，根据自己的专业类型和工作习惯，创建自己的族库数据空间，实现族构件的快速检索和调用。

图3 族库管理功能

4.2 批量上传

族库的建立是一个集成的过程，设计人员很难在一定的时间段内绘制出所有的族构件，且需要保证族构件的实时更新，以替代过时和不需要的族构件。因此更新和维护族库，要求族库工具能够批量上传族构件。

4.3 便捷下载

族文件集成管理后，为保证BIM设计项目的顺利实施，设计人员应能调用族库中的族构件，以及防止族构件调用过程文件的损坏。因此调用族构件，不仅要求族库工具能够下载文件到本地，同时也需要合理的缓存空间，提高下载的速度和质量。

4.4 二、三维族关联

为保证工程设计项目的实际需求，以及满足各个设计阶段的模型应用深度需求，族库工具中提供的符合设计模型表达的族构件，既要满足三维模型的可视化表达，也需要满足二维图面表达。要求族库工具拥有三维的模型族库和二维图块族库，且两者之间存在相互连接关系，在查询三维族构件的同时能索引到相关的二维族构件，提过设计过程族构件的调用和切换效率。

4.5 数据统计

Revit中族类型众多，每一种族包含有较多的几何信息和参数等属性信息，高效的族构件绘制方式就是利用参数化的编辑功能，通过参数驱动尺寸、形状、材质等内容变换族的类型，实现一模多用。且相关参数信息将编辑在对应的族构件中，要求族库工具在调用族构件的同时能够实时查询族构件的相关技术参数，以满足设计人员快速调用合适的族构件。

4.6 快捷检索

族库中除了含有三维族库，还包括辅助性的二维图库，按照专业和类型存储归档，种类繁多，不利于设计人员下载调用。要求族库工具能有相应的族构件检索功能，通过类别、名称、属性等多种条件或组合对族进行检索，以满足设计人员实现族构件的快速查找。

5 族库应用拓展

BIM技术的深入应用在于能够实现工程项目各个阶段模型向下继承性[4]，满足于正向设计的族库体系建设，除了完成工程设计阶段族的应用功能外，对于各类机械设备在工程项目施工和运维阶段也有一个比较重要的作用。关键在于如何将设备厂商的机械设备族深入应用到工程项目各个阶段中去。因此，建议族库管理系统能够对接主流设备厂家的族库管理系统，完善BIM设计模型，推动工程项目后期施工和运维阶段的精细化实施。两者的对接主要有以下优势：

1) 设备厂商拥有各类机械设备的参数，具备建立及更新自己的族库基本条件，由设备厂商搭建的机械设备族精细化程度高，便以设计师、工程师实时调用，增加使用者的简便性及准确性；

2) 正向设计技术的推进，对族的要求比较高，要求各类机械设备的族构件有更高的模型精度，且具备二维审图与三维表达的两面性。而对于各专业设计师而言，本身工作强度大，族参数资料采集困难，因此只能完成LOD300深度的族文件，由设计人员完成全部的族库的创建是不现实的。由厂商提供设备模型，既能够减低设计人员的多次建模的能耗，也能够提高模型的精细度。

3) 由设备厂家提供的机械设备族，在引进工程项目前，可以优先查看相关的技术参数、外形尺寸和外观造型，在三维模型完成预拼装，形成设备厂商自身的技术流线，为企业产品的宣传有正面的作用，设备厂商主要根据自身生产的设备类型，建立自己品牌的设备族库。因此，针对设备的造价而言，族库的维护更新费用不高。由设计人员最终对接的设备厂家不止一家单位，由此消耗的人力物力资源相对而言较高。因此由设备厂商创建族库，设计师下载使用并建库，创建设计院与厂家的数据库联动非常有必要。

6 正向设计族库运行架构

正向设计族库建设的主要目的，从族的使用者角度分析，在于实现族构件的共享和高效利用，减低设计人员重复劳作，避免浪费资源。对于这一点，特别是在大的设计院中，工程设计类型多样、专业设计人员配置齐全和人员较多的环境下，族构件的共享显得更加重要。另外，在设备厂家不一，产品类型的多样化的环境下，族库的建设作用也不容小觑。族库使用者需要借助合适的平台架构达到这些目的。对于正向设计族库运行系统架构的建设，主要从以下几个方面展开分析：

从族构件信息存储的方式分析：在推进正向设计的过程中，以三维模型为主的设计路线，族构件的数量变得越来越多，加上族构件本身需具备反映构件参数的信息，对于族构件的存储空间有要求更高。因此，建议考虑利用数据库存储相关数据，简化存储空间。

从族构件调用搭建模型的方法分析：族构件是在Revit项目文件中使用，调用非本项目内的族构件，需要通过外部载入，这就要求族库管理工具需要有满足于在Revit项目中运行的功能。需要考虑利用Revit API提供的二次开发接口，实现在项目中的族库管理。

从族库管理工具与设备厂商对接的方式方法分析：设计人员对族构件的使用，可以通过企业内部局域网的形式，实现设计人员之间的内部协同，提高族构件的安全性。与设备厂商族库的对接需要有独立于内部族库数据的数据空间，避免与内部的数据空间交叉，实现远程的数据连接。双方设计人员可利用互联网，通过上传发布的形式，实现族构件的共享，并将族下载到本地族库工具中。

综合以上三点内容的分析，正向设计族库运行架构如图4所示。

图4 正向设计族库运行架构

7 工程应用

某商业办公项目，运用BIM技术实现工程项目全过程管理，其中，在机械设备族BIM技术应用方面推广较为深入，主要是针对大型机械设备。在建设单位明确设备厂商采购单位后，为落实工程运维阶段的BIM模型精度的实施要求。设备厂商需求结合设计图纸基本参数要求，搭建LOD400的机械设备族。各类机械设备需要按照实际尺寸进行绘制，并补充相关技术参数信息，以便在利用模型运维管理过程，能够实时查看相关的设备信息。主要实施方案如下：

1) 在设计阶段由设计单位利用常规机械设备族放置在整体工程模型中，满足管线综合和机房设备预安装的需要；

2) 在落实设备采购商后，明确要求对主要的机械设备需要提供BIM三维模型，包括相关的技术参数信息也需要在模型中表达，如图5所示。

图5 水泵族和参数

3) 设备厂商在绘制完设备模型时，同时需要提交设备模型与管线的预拼装效果，用于检验模型安装的可行性，如图6所示：

图6 风机盘管预拼装

4) 最后提交到建设单位和BIM顾问单位进行模型审核，最终替换原先的设备模型。

8 总结

族作为Revit软件的基本组成元素[5]，核心是正确创建，有序管理、快速检索、高效调用和定期更新。本文主要分析现阶段部分族库工具的应用功能和分散式族管理对促进正向设计技术发展的影响，对族库的建设提出以下三点：

1) 族构件建议采用集中式管理。整个族库管理功能包括基本功能、独享数据空间、批量上传、便捷下载、二三维族关联等内容。集中式族管理将有利于工程设计人员，在以BIM正向设计为主导的工作中提高工作效率，带动BIM技术的发展。

2) 对接全专业族库的厂家及软件商的族库，形成数据互补及有效管理，以此促进工程项目运维阶段的BIM技术应用发展。

3) 族库管理工具的运行架构包括底层的族存储数据库，实现设计人员内部运行的Revit接口和与设备厂商对接的Web接口。