基于Revit软件二次开发的塔吊深化设计系统开发

谢中原，黄鑫，张坤，李义毫

（中建交通建设集团有限公司，北京 100141）

0 引言

Revit是Autodesk公司一套系列软件的名称，也是我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件之一［1］。Revit系列软件是为建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）构建而开发的，能够更好地设计、建造和维护建筑。在施工阶段，Revit系列软件可以辅助施工技术人员进行施工深化设计［2］。

塔吊深化设计是施工深化设计的重要组成部分，具有重要意义，原因如下：（1）塔吊是建筑工程施工阶段最主要的垂直运输设备，其选型、布置直接关系到建筑工程是否能够按期完工；（2）群塔作业是建筑工程施工阶段重大风险源；（3）塔吊基础设计是塔吊安全使用的保证。

目前，Revit软件没有内嵌塔吊深化设计系统，为了进一步提高塔吊深化设计的效率、准确性及标准化程度，需要在Revit软件基础上进行二次开发。Revit软件提供丰富的应用程序编辑接口（Application Programming Interface，API）。一方面，用户可通过API集成其他应用程序，或使用API进行二次开发，从而更加便捷高效地操作和访问Revit［3］；另一方面，API可以把琐碎的建模工作自动化，自动检查Revit文件中的错误，借助API将其他软件功能继承或链接到Revit中，在1个平台上满足用户需求［4］。

1 系统开发目标

塔吊深化设计系统开发包括2个目标：

（1）为施工深化设计提供一种一站式、可视化、智能化的解决方案。传统施工深化设计大多基于二维CAD技术，需要Word、Excel、CAD、力学计算工具等多种软件协作才能形成解决方案［5］，而通过塔吊深化设计系统开发，可实现在1个平台上完成深化设计，形成可视化3D成果，并可对方案合理性进行智能化分析。

（2）整合多种类型信息，为施工提供最佳实践范例。传统深化设计过程中，信息往往是离散的，深化设计的好坏通常受到设计参与者对信息掌握情况的制约［6］。然而，Revit塔吊深化设计系统可以将塔吊参数信息、造价信息、规范信息及塔吊施工方案的最佳实践信息等多种类型信息高效整合到一起，大幅度提高深化设计程度和效率［7-8］。

2 系统整体设计

2.1 功能结构

基于Revit软件的塔吊及塔吊基础深化设计平台的系统功能结构见图1，其重要功能包括塔吊初步设计、塔吊深化设计、塔吊功能分析、塔吊基础设计、成本分析和施工方案，共计6项。其中塔吊初步设计包括创建草图、草图设计2项子功能；塔吊深化设计包括创建塔吊、塔吊设计、塔吊清单3项子功能；塔吊功能分析包括吊次分析、吊重分析、碰撞分析3项子功能；基础设计包括创建基础、基础信息、基础复核3项子功能；成本分析包括塔吊租赁成本分析、塔吊基础成本分析2项子功能［9］。

图1 塔吊深化设计系统功能结构

根据系统功能结构，主页面创建选项卡页（Ribbon Tab）1个，名称为“塔吊深化设计”（见图2）；在塔吊深化设计选项卡中创建面板（Ribbon Panel）6个，每个面板中，有命令按钮若干（Push Button）。

图2 塔吊深化设计系统Ribbon界面

2.2 业务流程

塔吊深化设计系统业务流程见图3。

图3 塔吊深化设计系统业务流程

2.3 运行环境

系统程序运行环境见表1。

表1 程序运行环境一览表

3 功能模块设计

3.1 初步设计模块

初步设计模块主要任务是利用新增的放置塔吊草图功能，在平面视图上创建塔吊草图族实例。塔吊草图族是圆柱体参数化模型（见图4），用来模拟塔吊覆盖范围，在创建过程中，塔吊草图族实例将识别项目文件中的最高标高及最低标高，塔吊草图族实例的顶面将自动调整为高于最高标高1.5 m，底面自动调整为低于最低标高1.5 m，确保每个标高的平面视图均能看到塔吊草图族实例。塔吊草图族实例设置完毕后，设置塔吊草图族实例的设计参数（见图5），包括塔吊型号、编号、臂长。

图4 塔吊草图族模型

图5 塔吊草图信息编辑界面

3.2 深化设计模块

（1）建立塔吊模型族实例。通过生成塔吊模型功能，将过滤出项目中所有的塔吊草图族实例，遍历塔吊草图族实例中的参数值，根据塔吊型号参数值，确定使用的塔吊模型族类型；同时根据塔吊草图族实例的坐标、塔吊型号、臂长等参数值，生成塔吊模型族实例（见图6）。每次对塔吊草图族实例进行修改后，重复使用生成塔吊功能，可以刷新塔吊模型族实例。选择单个塔吊模型族实例，设置塔吊模型族实例的设计参数（见图7），包括塔节数量、基础标高、安装日期、拆除日期等。

图6 塔吊草图族与模型族

图7 塔吊草图族信息编辑界面

（2）开发塔吊清单功能。Revit软件虽然自带明细表功能，但自行建立的族参数（如塔吊模型族的塔吊型号、臂长、塔节数量等）提取较为复杂（需通过共享参数功能进行提取），通过开发塔吊清单功能，可直接获取塔吊明细表（见图8），明细表包含塔吊相关的关键参数，以便操作。

图8 塔吊明细表界面

3.3 功能分析模块

（1）吊次分析。选择工程结构类型、每日工时，过滤出项目中所有的塔吊模型族实例，遍历每台塔吊模型族实例的塔吊型号、安装时间、拆除时间等参数，通过上述参数计算出塔吊在使用期间能够完成的结构总面积；筛选出项目中全部结构楼板实例，计算结构楼板实例总面积；两者相比较，得出吊次是否满足的结论及相关建议（见图9）。

图9 吊次测算结论界面

（2）吊重分析。过滤项目中的塔吊草图族实例，根据塔吊草图族实例相关参数以及塔吊在不同范围内的吊重能力，依次生成吊重分析族实例（见图10）。吊重分析族为可以参数化的圆环体，用来模拟塔吊某个吊重范围，过滤出与吊重分析族实例相碰撞的所有钢结构构件族实例。若钢结构构件族实例的质量小于吊重分析族实例的吊重参数，吊重满足要求，反之则不满足要求。对不能吊起的构件信息进行收集，分析完毕后删除所有吊重分析族实例，根据收集的信息生成成果清单（见图11）。

图10 吊重分析族实例

图11 吊重分析结论界面

（3）碰撞分析。过滤出项目中的塔吊模型族实例，遍历塔吊模型族实例，根据塔吊模型族实例的相关参数，依次创建碰撞检测族实例（见图12）。碰撞检测族由可以参数化的长方体（用来模拟塔身）和圆柱体（用来模拟塔臂）组成。过滤出与碰撞检测族实例相碰撞的模型实例，并对其进行信息收集和分析，分析完毕后删除碰撞检测族实例，根据收集的信息生成成果清单（见图13）。

图12 碰撞检测族实例

图13 碰撞检测结论界面

3.4 基础设计模块

生成塔吊基础及其参数查询。过滤项目中的塔吊模型族实例，遍历所有塔吊模型族实例，根据塔吊模型族实例的相关参数，依次创建塔吊基础族实例（见图14）。塔吊模型族实例发生变化后，使用生成塔吊基础功能可对塔吊基础族实例进行更新，塔吊基础族实例的相关参数均引自塔吊生产厂家发布的塔吊施工说明书。选择单个塔吊模型族实例，使用塔吊基础参数查询功能，可查询塔吊基础相关参数。

图14 塔吊基础族实例

3.5 成本测算模块

（1）塔吊租赁成本测算。过滤出项目中的塔吊模型族实例，遍历每个塔吊模型族实例，获取塔吊型号、安装时间、拆除时间等参数值，从企业数据库获取对应塔吊型号的租赁单价及进出场费用的相关信息，计算出塔吊租赁费用总和，形成成果清单（见图15）。

图15 塔吊租赁及进出场成本测算界面

（2）塔吊基础成本测算。过滤出项目中的塔吊基础模型实例，遍历每个塔吊基础族实例，获取塔吊基础的混凝土工程量及钢筋工程量等参数值，从企业数据库获取混凝土施工综合单价及钢筋施工综合单价的相关信息，计算出塔吊基础施工成本，形成成果清单。

3.6 施工方案模块

构建企业级塔吊施工方案范本数据库，数据库包括工程概况、施工工艺、施工安全控制措施、施工质量控制措施等部分，通过企业级塔吊施工方案范本数据库及Revit项目中的相关信息，自动生成表单化的塔吊施工方案（见图16），提高方案编制效率及准确性。

图16 自动生成的塔吊方案部分截图

4 结束语

通过基于Revit软件二次开发的塔吊深化设计系统开发，抽象出一种“BIM软件平台二次开发+企业数据库+算法”的方法。即在完成模型创建的情况下，通过企业数据库及算法，形成施工所需的方案、图纸、计算书、清单、合同、技术交底等信息及成果。研究成果有助于突破部门之间的信息传递瓶颈，提高施工所需文件的编制水平及编制效率，助推项目履约创效。