基于Revit的网架参数化建模

(1.中国汽车工业工程有限公司，天津 300113； 2.西安工程大学，西安 710048)

引言

BIM模型的创建是一个参数化的设计过程，构件通过调整参数进行参变，衍生成设计模型。参数化设计是BIM建模软件的一个重要核心思想，因此软件的参数化能力是衡量一款BIM软件实用性最为重要的标准之一。在目前国内外的主流BIM软件中，Autodesk公司的Revit拥有非常强大的参数化设计能力，Revit通过族能参变生成各式各样的构件。

然而现阶段Revit也并没有专门的模块来创建空间网架结构模型。网架结构由网架球和杆件组成，通常模型构件数量巨大，即使是一般规模的小网架项目也包含成百上千个网架球和杆件。同时，实际项目中网架球的大小和杆件的类型没有规律，所以通过常规的手工建模几乎是难以完成的。如果采用Revit的概念体量创建网架，其网架球的大小和杆件的规格类型均相同，与工程项目实际不相符，难以保证网架模型的精度和质量。在网架的结构计算软件中，网架模型是自动生成的，同理也可以在Revit上采用二次开发的手段，编写自动创建网架的插件来实现。但是对于编程经验不足的设计人员来说，二次开发困难较大，因此探索其他相对易于掌握的方法，非常迫切。

在此情况下，本文研究探索了两个方案来解决Revit空间网架建模的问题。介绍了Revit Extensions插件基于Excel生成模型的方法，重点阐述了采用Dynamo程序实现网架自动建模的解决方案。希望本文介绍的BIM项目实践能为同行提供一些参考。

1 Revit网架建模准备工作

Revit建模依赖于族构件，因此首先需要建立网架结构用的Revit网架族。网架结构由网架球、上弦杆、下弦杆和腹杆组成，网架的杆件有螺栓连接和焊接，为了方便使用，利用Revit强大的族功能，将杆件做成一个可以通用的族构件。经Revit族的构思，本文建立的网架球和网架杆件两种族即可满足网架构件的多样性。

1.1 网架球

网架球族，Revit的构件类别为结构柱，使用的是结构柱的族样板，球中心锁定在底标高上，主要控制参数为球直径，如图1所示为网架球族模型。

1.2 网架杆件

网架杆件族，Revit的构件类别为结构框架，使用的是结构框架的族样板。将杆件锥头、封闭和焊接三种连接节点情况整合成一个通用的族，通过参变可以变化成相应的网架杆件族。网架杆件族的主要控制参数为杆件直径、杆件壁厚、网架球的直径、杆端的连接形式等，如图2所示为网架杆件族及杆端的细部构造，与实际情况相符。

图4 DAT文本格式的网架数据

图1 网架球族

图2 网架杆件及杆端细部

2 基于Revit Extensions的解决方案

Revit Extensions提供——基于Excel生成模型的工具，通过该工具可以读取网架的excel数据自动生成网架模型。此处注意，该工具并非存在于所有的Revit版本，其中2013、2016版有此模块。

如图3所示，“基于Excel生成模型”，打开后见图5模型生成器的数据输入界面。该工具只能生成以下5种Revit图元：标高、结构柱、梁、墙、基础。因此按照Revit类别，本文将网架球定为结构柱类别，网架杆件定为结构框架类别(梁)。

图3 Extensions工具

图5 模型生成器中的网架数据

使用该工具创建网架主要需要解决的是，网架球节点和杆件的坐标数据处理。具体的解决思路：

(1)从网架计算软件中导出DAT文本的网架数据，如图4所示，该数据为MST(浙江大学空间结构计算软件)和AMDE(中国汽车工业工程有限公司网架结构计算软件)的DAT网架数据格式，这两款软件可以直接另存为DAT格式网架数据； 该数据格式记录了网架球节点坐标、球直径、网架杆件两端的球节点编号、杆件规格等等。

(2)处理DAT文本获取节点球和杆件的坐标、尺寸类型等数据； 根据Revit Extensions模型生成器的Excel数据格式，需要的是网架球和杆件的尺寸规格和坐标点，此数据从DAT文本中批量整理得到，此处不再赘述。

(3)将处理的数据输入到基于Excel的模型生成器中，如图5所示。

(4)校核数据； 此为Revit Extensions模型生成器的功能，用于校核数据格式的正确性，避免模型生成过程中出错。

(5)模型生成。

(6)完成。

3 基于Dynamo的可视化编程方案

3.1 Dynamo网架建模思路

Dynamo是一款可视化编程软件，能独立运行或者运行于Revit上。通过基于节点的可视化编程界面，Dynamo可以极大地提升Revit的参数化设计能力，实现计算式设计模型或者其它自动化处理过程。Dynamo可以在BIM环境(Revit平台)中自动处理运算，并且与Revit进行实时的交互。同时最为重要的是，对于没有编程基础的设计人员来说，Dynamo相对容易上手掌握，可以让设计师灵活使用Revit的参数化设计，丰富BIM模型，极大地提升模型的应用效率。

运用Dynamo创建网架模型，主要需要解决三个技术难点：

(1)如何读取标准格式的DAT格式的网架数据；

(2)获取DAT数据转换为Dynamo中的坐标点；

(3)Dynamo中根据坐标点和三维线，如何生成网架球和网架杆件。

Dynamo网架建模的流程，如图6所示。

图6 Dynamo网架建模流程

3.2 建模的主要Dynamo节点

Dynamo中的每个命令块称为节点，每个节点自动运算实现数据的处理、运算、获取数据以及创建图元等各种功能。本文编写的Dynamo网架建模程序需要用到的部分主要节点介绍如下：

(1)File Path。允许用户选择本电脑上的文件以获得其文件名； 此节点用于用户打开本机上的DAT网架数据文件，程序将读取该文件路径，并获取该文件名。

(2)File.FromPath。从路径创建文件对象； 此节点读入[File Path]节点的文件路径，并向下一节点输出文件对象。

(3)Excel.ReadFromFile。从Excel表格中读取数据； 此节点读入[File.FromPath]节点的Excel文件对象，同时需要输入该文件对象中“工作表名称”，并向下一节点输出Excel文件的数据。

(4)List.GetItemAtIndex。返回给定列表中的项； 此节点读入上一节点的Excel数据列表，输入要提取数据列表的项次，输出该项次的数据。

(5)List.DropItems。删除列表中某些项； 此节点用于删除数据列表中的多余项。

(6)Point.ByCoordinates。通过给定的3个笛卡尔坐标形成一个点； 此节点输入X、Y、Z三个坐标值，输出坐标点，此处坐标值为列表，输出的坐标点也相应为列表。

(7)Line.ByStartPointEndPoint。在输入的两点之间创建一条线； 此节点输入起点和终点的坐标点，输出创建线段。

(8)FamilyType.ByFamilyNameAndTypeName。根据族名称和类型名称选择族类型； 此节点输入族名称和类型名称，向下一节点输出该族类型。

(9)StructuralFraming.ColumnByCurve。创建柱； 此节点输入线、标高及柱族类型，输出创建结构柱模型，此处是生成了网架球。

(10)StructuralFraming.BeamByCurve。创建梁；此节点输入线、标高及结构框架族类型，输出创建结构梁模型，此处是生成了网架杆件。

以上介绍详细用法请参见3.3节Dynamo程序的运行，给出了网架杆件的创建过程。

3.3 Dynamo程序的运行

Dynamo程序的运行是将Dynamo的各个节点连接在一起，形成的完整电池图即能实现相应的功能。上一节中节点1到6用于处理网架数据的坐标点，如图7和图8所示。节点7到10用于生成直线路径，并创建网架球和网架杆件，如图9所示为创建网架杆件的节点电池图。

图7 读取网架的原始坐标数据

图9 创建网架杆件

4 工程实例

本工程为某汽车工业厂房，该项目为EPC总承包项目，业主对于该项目定位高要求严。从项目的方案阶段就使用了BIM技术，借助BIM的可视化在方案探讨交流中提高了方案评审的效率。在设计阶段创建了设计BIM模型，通过Dynamo创建Revit网架结构模型，提高了建模效率，网架尺寸和定位均与实际相符，提高了碰撞检查的精确度，同时辅助出图提高了图纸质量。

本项目为四角锥空间网架结构，网架平面尺寸为32×51m，矢高2.5m，屋面设置3%找坡。采用空间结构设计软件MST和AMDE分别进行计算，网架球数量300个，球类型4种，网架杆件数量1 092个，杆件类型6种。如果采用常规的手工建模方式，将需要大量的时间且难以保证建模的准确性和模型的精度。通过Dynamo编写的程序，能自动参数化建模，整个网架结构的创建过程不到5分钟即完成，而且网架球和杆件均与实际情况一致，不仅保证了模型质量，同时节约了大量的建模时间。完成后的网架模型如图10所示。

图10 网架模型

5 总结

本文研究了运用Revit Extensions模型生成器和基于Dynamo可视化编程来创建Revit的网架结构模型，解决了Revit网架建模的难题。通过在某汽车工业厂房中的项目实践，验证了这两种方法的可行性，取得了良好的应用效果。得出以下结论：

(1)运用Revit Extensions模型生成器能创建网架模型，并且网架球和杆件与实际情况一致，但是由于该插件要求的数据格式与原始数据格式差别较大，因此需要处理数据。同时该插件运行的稳定性有待提高，容易崩溃。

(2)借助Dynamo可视化编程工具，能自动生成网架模型，网架尺寸与实际情况相符，且建模效率很高，提高了模型的精度和质量，减少了网架建模的时间。

(3)与二次开发相比，对没有编程经验的设计人员，Dynamo相对容易掌握，能解决复杂形体和复杂功能的参数化设计，参数化几何形体可直接转换成Revit构件。

(4)本文的研究给出了Revit网架建模的解决方案和具体操作方法，经工程项目论证具有实际应用价值。