基于BIM技术的Java二次开发及其在装饰工程设计和施工中的应用

邓宇龙， 杜亚光， 曾向往

(1.湖南建工集团 装饰工程有限公司， 长沙 410004； 2.湖北省城建设计院股份有限公司, 武汉 430051; 3.武汉市政工程设计研究院有限责任公司, 武汉 430023)

BIM技术通过对建筑物的信息集成并共享，构建一个使得所有人都能参与的4D模型，进而使参与者能在提出自己需求的同时，还能进行相关的修改操作[1-3]。随着BIM技术应用于建筑行业，越来越多的装饰工程项目需要使用BIM技术来提升项目的建设速率、各方的沟通效率[4-6]。在装饰项目中，需要建设各方的专业人士根据各自领域的规范和要求，对装饰模型进行构建和调整。由于BIM模型在修改和调整的过程中，其工作的重复性较高，加上装饰工程中使用的材料种类繁多，在BIM模型中手动建模及修改族群参数费时费力。特别是当项目出现不可避免的调整时，需要在BIM模型中调整族群的位置和尺寸及其物理属性等相关参数。

在装饰工程中，BIM技术能对装饰工程和建筑的整个生命周期做到信息集成及系统化处理[7-10]。然而现有的BIM技术(Revit和Bentley)应用到装饰工程时，部分功能不够完善，需要优化。通过对BIM技术二次开发，解决BIM技术从设计、施工、后期管理等存在的固有弊端，进而提高BIM在工程中的使用效率。Santos等[3]基于BIM技术，并结合生命周期评估(LCA)和生命周期成本(LCC)方法二次开发了经济生命周期评估(BIMEELCA)工具对建筑物进行能耗和成本评估，并验证开发工具的可行性。韩冰等[4]面向物流设备三维造型对Java3D API进行二次开发，丰富了几何元素库以满足物流设备特殊形状构件的造型，并对图形变换方法进行了重写，解决了传统建模坐标系与计算机显示坐标系不统一的问题，并实现构件模型位置的任意控制，编写了模型节点的三维阵列方法，方便了具有阵列结构的设备造型；将运动参数与Java3D的插值器行为类进行参数换算，实现了物流设备的空间运动。二次开发结果得到的造型模块用于各类物流设备的三维造型，进而可得到设备的参数化造型类，简化了造型过程，极大地提高了造型效率。同时由于Java语言良好的跨平台性，三维模型可通过多平台进行呈现，提高了物流系统规划过程中的交互性。目前采用Java技术对BIM技术二次开发的研究工作较少。本文采用Dynamo参数法以及Java技术(编写Java3D AP二次开发代码)对BIM建模软件Revit进行二次开发，并以具体的装饰工程项目为例介绍其具体应用，从而实现对工程项目的整个全生命周期应用。

1 BIM技术在设计及施工中的应用

项目位于云南省内，由办公楼、宿舍楼、健身中心等组成，办公楼以及健身中心的建筑面积分别为10 147.35、7 466.66、1 767.7 m2。

通过获取房间边界自动创建装饰模型，在BIM建模软件中快速构建装饰模型，并对初步获得的模型进行处理。本文将上述建筑物(办公楼)平面图分为房间(走读式)、卫生间、走廊等(图1)。并对上述类型的房间根据各自装饰要求以及相关规范，首先分成地板、墙体(承重墙和剪力墙)和天花板3个区域。具体过程如下。

图1 办公楼一层平面图

1.1 建筑模型建立

在Revit软件，首先确定办公楼的边界，再通过边界建立初始BIM模型，并对初始模型的房间类型命名标记。再利用Dynamo对命名的房间进行分类筛选，通过FilterChain (ByName)节点对不同类型的房间不同区域进行过滤，结合BIM软件自带的规范，对装饰面布置。由于一楼层的“走读式”的房间有18个，占一楼层所有房间的半数以上，接下来研究工作中可以“走读式”房间为主要研究对象，对房间的墙体(承重墙和剪力墙)、地板、天花板进行装饰操作。

1.2 房间墙体、地板、天花板装饰面的布置

利用Dynamo中FilterChain (ByName)节点对命名的房间进行分类筛选后，继续在Dynamo中对房间进行墙体、地板、天花板装饰面的布置。在房间装饰实例中，地板类型选择“竹木地板”，墙体类型选择“象牙白墙面乳胶漆”，天花板类型选择“轻钢龙骨石膏板”。在这里，通过BIM技术对墙体、地板、天花板进行创建，再通过编写Java3D API二次开发代码，创建墙体(承重墙和剪力墙)、地板、天花板后，再修改并调整族群水平精度、竖直精度、类型、材料以及朝向。属性修改Java二次开发部分代码如图2所示。

图2 属性修改Java二次开发部分代码

将筛选的各种类型房间进行整理，对房间的墙体、地板和天花板的边界随着建筑BIM模型的改动而自动调整适应。在对应的建筑模型中自动创建装饰面，进而减少了后续碰撞检查以及后期精细化处理的工作量。再通过Dynamo和Java二次开发代码对装饰面参数修改及调整，在对装饰工程施工流程的进行约束和优化，获得合理施工方式和流程后添加装饰面族群后的建筑模型。

根据项目工程实际情况，需要对工程设计、施工以及管理进行修改和调整时，传统的修改方法，需要从最开始的设计逐步修改，并在修改的过程中仍需结合相关规范对修改的合理性进行验证。而采用BIM技术，只需要对模型参数进行修改(如位置、朝向、尺寸等)，再结合相关BIM自带的规范要求，得到了相关设计参数的同时，可以大大地减少不必要的重复工作，提升设计的效率以及设计的合理性[11-13]。

2 BIM技术在工程管理中的应用

BIM技术可以基于施工基本活动之间的约束关系，推理并安排出各施工组织活动的时间顺序以及持续时间，从而形成完整的施工进度计划。

首先BIM技术通过考虑施工活动(组织约束)和构件之间的逻辑(物理/工艺约束)约束关系，使得装饰工程中施工组织流程是在构件之间的逻辑(物理/工艺约束)约束关系得到充分满足的情况下进行。在BIM软件内，对装饰工程的施工布置及施工进程以VR形式进行施工过程进行模拟(前处理)，在协同其他建筑专业领域的专业人员，并整合其专业性的观点和意见，提前发现并避免在工程施工过程中及后续工程管理中大量的问题[14-16]。办公楼一层装饰施工示意图如图3所示，办公楼一层大厅装饰三维布置图如图4所示。

图3 办公楼一层装饰施工示意图

图4 办公楼一层大厅装饰三维布置图

在装饰工程中，传统的设计都是采用平铺方式展示设计的细节，无法从各个角度展示出装饰工程施工过程以及施工效果。比如房间的通风管道、煤气管道、输水管道等设计不合格，可能与装饰施工面比如剪力墙、承重墙、天花板等发生碰撞，甚至由于不合理的布置导致装饰效果欠佳。而利用BIM技术通过碰撞检查从多角度观察并对装饰模型进行处理，修改装饰族群的各个参数[17-19]。代表性碰撞检测结果信息见表1，图片形式的代表性碰撞检测结果信息如图5所示。

表1 代表性碰撞检测结果信息

图5 图片形式的代表性碰撞检测结果信息

通过BIM模型校核装饰图纸问题231处，优化工序15处，发现碰撞问题36处。此外，此装饰项目通过BIM模型协同管理平台，对装饰工程的施工进度、施工质量及相关的装饰工程监控及管控等方面做到精细化管理，将工期缩短了17%。

BIM技术通过仿真模拟以及后续修改得到模型的最终成品，通过对比模型的最终成品和完成后的工程(图6)，可以极快地发现工程中出现的问题，进而能让工程管理人员与施工人员进行高效的沟通，加快工程的进展，提升建筑各方的协同性。BIM技术通过信息集成，并将相关数据上传至云端，通过浏览检查建筑模型仿真情况，对装饰工程施工方案的可操作性以及装饰工程后期管理进行评估。最后基于IFC国际信息分类标准，以及结合Java3D API二次开发，参考建筑信息模型交付准则[20-21]，对各构件之间的精细程度、几何表达精度以及动态数据精度进行细致分类与约束。BIM模型族群精细程度与几何表达精度见表2，BIM族群动态数据精度分类见表3。

图6 办案楼房间模型成品

表2 BIM模型族群精细程度与几何表达精度

表3 BIM族群动态数据精度分类

3 结语

基于BIM技术通过对Java语言二次开发，首先通过设计图的边界自动创建装饰模型，再对初始BIM模型的参数(标高、类型、材料以及朝向)进行调整，通过计算机语言对BIM模型开发和完善，减少了设计时的工作量，并对施工过程进行相关的预先模拟，完善施工计划以及工程后期管理，做到了对装饰工程和建筑的整个生命周期信息集成及系统化处理。