基于Revit API的装配式构件族库管理系统设计与实现

祝连波 石振群 林家南 林陵娜 黄一雷

(1.苏州科技大学 土木工程学院，苏州 215004； 2.宋都房地产集团有限公司，杭州 311400；3.美国南达科他州立大学，南达科他州 美国 SSO 202B)

引言

近年来，在国务院和地方各级政府出台多项激励措施下，装配式混凝土建筑(Prefabricated Concrete，以下简称PC)在国内发展迅速。目前，PC建筑常见的预制构件有楼板、墙板、阳台板、楼梯等。这些构件种类庞杂，数量较大，对构件批量加工造成较大的影响。

族是Revit中某一类别中图元的类，包含了丰富的信息，如材质、尺寸等。在现浇建筑BIM模型中，用户可以利用丰富的族类型创建模型，基本上满足用户的需求。论文将族概念引入装配式建筑构件管理体系内，实现对预制构件的族管理。

国内外学者对PC建筑和族库的研究，可归为两类，一是基于BIM 技术的PC项目管理，二是PC构件研究。 如Bortolini[1]采用 BIM-4D 建模方法，建立了订单式PC构件现场安装与物流控制模型，解决了生产、运输、现场安装等环节的冲突。Mostafa[2]分析了澳大利亚PC行业 BIM 应用的机会和障碍。Opoko[3]调查了尼日利亚使用 BIM技术进行PC项目管理的现状。Mikkola[4]等对PC构件工业化生产管理进行了研究。Du[5]建立了生命周期评价模型，模拟了PC构件从生产至安装过程中的碳排放。赛菡[6]从族库结构、管理和激励机制对族库管理进行了分析，提出了具体的分类方法。余芳强[7]对BIM 施工模型构件分类进行了研究，提出了一种有利于施工管理的 BIM 构件分类标准，开发了用于企业内部族管理和交流的平台。白硕[8]通过研究，提出了水利 BIM 模型标准的制定，根据族样板开发了能够调整参数的专业族，解决了在族建造和应用时可能产生的无法布置、标高不一致等问题。马淮亮[9]应用WPF(Windows Presentation Foundation)技术开发插件平台，初步建立预制构件库及管理平台。韩同银[10]等研究BIM技术在装配式建筑项目设计阶段的正向设计方法，此举能够提高建筑构件重复率，减少装配式建筑构件类型。

从以上研究成果可以看到，PC构件族库研究尚处于起步阶段，基于Revit软件接口编制PC构件族库管理系统的研究还较少。Revit应用程序接口，即 Revit Application Programming Interface，Revit系列的Architecture、Structure、MEP 三个产品都有对应的应用程序接口，统称为Revit API。论文将从PC构件族库管理系统需求出发，基于Revit API，设计PC构件族库管理系统，为提高装配式构件管理水平、构件拆分效率及装配式建筑正向设计提供科学工具。

1 PC构件族库管理系统性能需求分析

为了保证PC构件族库管理系统运行的稳定、安全，以及增强用户的体验感，需对PC构件族库管理系统进行性能需求分析，PC构件族库管理系统需要满足以下的性能需求：

(1)快速性

PC构件族库管理系统的响应速度与用户的体验有着紧密的联系，系统对用户操作的响应时间应该是秒级的，在用户进行检索等数据量较少的操作时，响应时间达到毫秒级别。

(2)安全性

PC构件族库管理系统采用 C/S 架构，即PC构件族库管理系统任务一部分由客户端处理，一部分由服务器处理。因为服务器或者用户终端设备的资源都是有限的，这种分配方式可以降低PC构件族库管理系统对资源的消耗，而且这种架构具有极高的安全性。数据是最宝贵的资源，PC构件族库管理系统管理员根据用户角色划分权限，特定角色只能在权限内使用、操作PC构件族库管理系统，防止数据的误删、泄露。PC构件族库管理系统使用数据库时，SQL SERVER 2008提供角色验证，数据库的安全性能够得到保障。

(3)易用性

PC构件族库管理系统的用户主要是从事装配式建筑的设计师、BIM 工程师，PC构件族库管理系统的设计要易于使用、不需要单独培训。

(4)适用性

PC构件族库管理系统具有很强的适用性，系统能够适用不同的环境，主要功能能够在Windows 系列操作PC构件族库管理系统上进行使用。但是 Windows XP 等较低版本的PC构件族库管理系统可能在视觉、动画上的体验感较差。

2 PC构件族库管理系统设计

2.1 族库管理系统功能模块设计

PC构件族库管理系统主要有系统管理、族构件调用、族构件入库、数据库4 个主要功能，PC构件族库管理系统共有4 层技术架构：用户层、功能层、处理层和数据层。用户层也称最上层，用于显示和接收各类信息，为用户提供一种交互式的界面，使用该PC构件族库管理系统的各类用户可以通过网络与功能层进行数据交换完成所需工作。基于前文分析出的用户需求，根据技术和资源的可行性边界确定PC构件族库管理系统的具体功能形成功能层，族库管理系统主要有系统管理、用户管理、族构件调用以及族构件上传。待用户执行相关功能操作时产生的信息将进入处理层，将用户指令转为机器可识别的语言进行信息传达。待用户指令处理结束后，PC构件族库管理系统将进入数据层。通过与数据库的连接，执行数据库语言，实现对数据库内信息的增、删、改、查等命令。PC构件族库管理系统技术架构图如图1所示。

图1 PC构件族库管理系统技术架构

2.2 族库管理系统序列图设计

PC构件族库管理系统的序列图(Sequence Diagram)又称为时序图、序列图，是一种 UML(Unified Modeling Language，统一建模语言)交互图，用来描述对象之间按照时间顺序发送信息的动态过程。本节对PC构件族库管理系统中系统管理、族构件调用、族库管理中的序列图进行设计。

PC构件族库管理系统管理员可以对普通用户的基本信息进行增、删、改的操作，也可以对PC构件族库管理系统的基本信息进行增、删、改的操作。其中管理序列图中管理员增加用户含义为：管理员登录PC构件族库管理系统→对身份进行验证→验证通过后PC构件族库管理系统将弹出新增用户的界面→管理员在界面中填写用户的信息，例如账号、密码、部门等→信息传递至数据库→数据库将成功创建用户的信息传递至PC构件族库管理系统→PC构件族库管理系统弹出创建成功提示窗。PC构件族库管理系统管理的序列图如图2所示。

图2 PC构件族库管理系统管理序列图

3 PC构件族库管理系统功能及实现

3.1 用户登录功能的实现

登录功能的主要目的是保证PC构件族库管理系统的安全性。登录功能实现的流程如下：用户打开本PC构件族库管理系统的图标，回弹出登录界面，用户输入自己的用户名和密码，单击登录按钮后，接收界面传入的用户名和密码，连接数据库，比较用户名和密码是否一致，登录界面如图3 所示。

图3 用户登录界面

3.2 用户注册功能的实现

当需要新增用户时，可以通过注册功能添加PC构件族库管理系统用户。注册功能实现的流程如下：用户单击注册按钮，界面会弹出注册页面，PC构件族库管理系统会判断用户是否将每条信息都输入，然后判断两次密码是否一致，然后连接数据库，将用户注册信息增加到数据库中，注册界面如图4所示。

图4 用户注册界面

3.3 族构件调用的实现

3.3.1 构件参数预览功能实现

构件参数预览主要包括构件二维图预览和构件详细参数预览。构件二维图预览在窗台加载时通过绑定数据库地址加载至PC构件族库管理系统界面。构件详细参数则是通过用户单击 GroupBox，PC构件族库管理系统接收命令后，弹出详细信息窗体，然后通过判断用户单击 GroupBox 的名称查询数据库中的信息，分条展示，构件参数预览界面如图5所示。

图5 构件参数预览界面

3.3.2 构件加载至项目功能实现

构件加载至项目是当用户浏览的构件符合需求时，用户通过单击按钮触发加载至项目的事件，然后用户即可在 Revit 内调用该构件。具体实现的流程是：用户单击按钮，将按钮值传至PC构件族库管理系统，PC构件族库管理系统通过检索构件在数据库中的地址，然后传递给事务，然后执行该事务即可。

3.3.3 构件全文检索功能实现

全文检索的目的是使用户快速找到符合需求的构件，提高用户的工作效率。检索功能实现的流程是：判断用户是否输入需要查询构件的名称，然后将输入的字符串传递到PC构件族库管理系统，PC构件族库管理系统通过数据库检索的结果判断是否存在该构件，然后显示检索结果界面，该界面包含构件名称、图片、族详细参数信息等。此外，为了实现在 Winform 中的多窗体传值，在该工程中添加了一个类，用来传递如用户名、选择构件的名称等数据。

3.4 数据库维护的实现

数据库维护功能是面向管理员的功能，包括数据的备份和恢复、重复数据清理两个功能，它们的具体实现方法如下：

3.4.1 数据的备份和恢复

数据的备份和恢复主要是将预制构件管理PC构件族库管理系统的所有信息进行备份和恢复。当管理员点击数据备份时，可以进行数据备份。当PC构件族库管理系统或数据库出现不抗因素导致数据发生错误时，可以通过备份文件对数据库进行恢复，保证企业数据资产的安全。

(1)数据备份实现

当管理员登录PC构件族库管理系统后，点击数据备份按钮后，系统将调用程序，PC构件族库管理系统将数据库进行备份。

(2)数据恢复实现

由于数据恢复会覆盖当前数据库内的内容，需要管理员谨慎操作。因此，当管理员点击数据恢复时，会要求管理员输入口令确认，然后PC构件族库管理系统会将备份的数据库恢复到数据库中，完成数据的恢复。

3.4.2 重复数据清理

数据清理这个功能主要是将数据库中重复存在的预制构件信息删除、普通用户信息删除。

数据清理的实现过程如下：管理员登录PC构件族库管理系统后，点击重复构件清理按钮后，PC构件族库管理系统将检索数据库中重复的构件信息，然后调用程序弹出重复构件数据窗口，用户点击选择要清理的数据表，完成重复数据的清理。PC构件族库管理系统接收用户选择的信息，形成 SQL 语句，在数据库中将用户选择的构件删除，然后提示用户清理成功。

4 结论

传统的设计方法无法实现装配式建筑正向设计，阻碍了我国装配式建筑的发展，为了解决上述问题，本文引入族的概念，利用Revit API，结合软件开发平台，为设计单位、构件生产厂家等用户提供了装配式构件族库管理系统。该系统实现了根据构件种类进行系统性管理、修改、应用、维护等功能。此外，随着装配式项目的积累、数据库内构件丰富度的提高以及系统数据互通性的增强，用户可以实现装配式建筑的正向设计。但是，本管理系统只能在Revit系统界面与SQL SERVER数据互通，与MES、ERP等企业管理系统的数据互通性并未展开研究，如有需要，将在今后的工作中进一步展开研究。