基于Revit的二次开发在脚手架设计中的应用研究.docx

    基于Revit的二次开发在脚手架设计中的应用研究    李正农　朱爱民　吴红华　刘安远　王文剑　张明亮摘要：通过借助于Revit API函数，重点研究基于Revit平台的扣件式钢管脚手架程序开发.具体方法是创建脚手架所需族构件，以C#作为程序开发的语言来编程，借助于Revit API把零散琐碎的脚手架建模工作自动化，实现快速建模，同时将脚手架的计算功能集成到Revit中，达到在BIM平台下脚手架专项工程安全计算和智能建模目的.并以一个工程实例来测试程序的稳定性与适用性.程序最终能够实现在较短的时间一键智能创建符合工程要求的脚手架三维可视化模型，且模型携带丰富的工程信息，大大提高了设计人员和施工人员的工作效率.关键词：脚手架；BIM；Revit API；二次开发；C#：TU241；TU242文献标志码：AResearch on the Design of Scaffold Basedon Application of Secondary Development in RevitLI Zhengnong1，ZHU Aimin1， WU Honghua1，LIU Anyuan2，WANG Wenjian2，ZHANG Mingliang3（1.Ministery of Education Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency， Changsha410082，China；2. Guangdong Xingceng Building Technology Co Ltd， Guangzhou510623，China；3.Hunan Construction Engineering Group Co Ltd， Changsha410004，China）Abstract：This paper focuses on the development of steel tubular scaffold with couplers in construction， based on Revit， through the aid of Revit API. The specific method is to create required family members of the scaffold by using C# as the programming language. Revit API can automate the rivial modeling of scaffold， which can assist the designers to build the moulding in short time， and meanwhile integrate the computing functions of scaffold into Revit. This program finally achieves the functions of scaffold safety calculation and intelligent modeling. Moreover， taking a specific instance to illustrate the stability and applicability of this method， this program can realize a 3D visualization model of scaffold in a short time， which satisfies the engineering requirement and provides rich engineering information. Finally， it significantly improves the work efficiency of the designers and constructors.Key words：scaffold； BIM； Revit API； secondary development； C#當前，BIM技术正经历着从设计建模到模型数据应用的趋势发展，即从BIM 1.0向BIM 2.0阶段过渡，但总体而言对BIM技术的研究尚属于初级阶段.清华大学的马智亮[1]给BIM技术的定义是：BIM技术是利用BIM的特性改进建筑工程设计、施工、运维等过程的技术.脚手架工程[2]是工程项目中的重要环节.传统脚手架工程项目设计时，几乎完全是架子工在施工现场依照二维平面图纸手工排布脚手架，施工前无可视化模型作为参照.此时这种临时的支架体系[3]，如设计不当，计算校核有误[4-5]极易导致安全隐患或材料浪费，因为脚手架设计不当而造成重大经济损失和人员伤亡的报道不绝于耳.郑清广[6]基于Revit开发出简易的三维盘式钢管脚手架模型，软件尚未完全应用于实际工程，也未涉及脚手架计算功能；崔晓强等[7]对于悬挑脚手架进行专家系统开发，支持BIM平台下脚手架智能化、自动化设计，有较好的工程实践应用反馈，但对于具体的脚手架结构形式研究不够透彻；武雷等[8]将安全信息引入脚手架三维模型中，把脚手架安全管理纳入PDCA循环中进行动态控制，其中脚手架安全信息模型中的事前控制及事中控制具体工作还有待进一步深化；穆文奇等[9]研究了BIM 技术在脚手架施工精细化管理方面的应用，以说明该技术在脚手架施工降本增效及助推绿色施工中的积极作用.实际脚手架工程中更好地应用BIM技术，实现脚手架的智能安全施工过程，具有较大的实用价值与经济价值.目前国内市场上有品茗、广联达等脚手架建模软件，但均基于二维平台开发，虽然做到了三维可视化交底，但在很多环节上依旧囿于二维平台的限制，所以尚欠真正意义上基于BIM平台的脚手架软件.应用程序接口（Application Programming Interface，简称API）是軟件开发人员将第三方应用程序集成到已有相关软件中的桥梁.在国外，已经有很多专家学者借助API开发插件，定制新的功能进行结构建模、结构分析、绿色建筑协同设计等研究[10-12].当前，Autodesk Revit （下文简称Revit）以其强大的适用性与信息交互的便捷性成为BIM建模以及二次开发的佼佼者.相比较于其他类软件，Revit中有丰富的API函数，故仅在Revit平台[13]就几乎可满足建筑全生命周期的所有工作.综上所述，相比较于其他学者的研究，本文的主要贡献是基于Revit平台进行二次开发[14-15]，对扣件式钢管落地架、悬挑架进行深入探讨.程序最终完全在BIM的环境下运行，并实现两大重要功能：其一、生成符合规范要求的扣件式钢管脚手架计算书；其二、脚手架三维模型的智能生成.在通过若干实际工程的测试后，程序都有良好的表现，可以满足实际工程施工的需要.1脚手架构件族库的创建1.1Revit中族的定义族（Family）是Revit中的一个很重要的概念，它是一个包含通用属性的集和相关图形表示的图元组，结构模型中的所有图元都是基于族来定义的.比如：梁族中的H型焊接型钢梁、带壁架的混凝土模板托梁、冷弯卷边Z型钢梁等；桁架族中的芬克式桁架、豪威氏人字形桁架等.每个族图元都可以在其内定义多种族类型（FamilySymbol），设计师可以根据自己的需求，对每种类型设定相应的尺寸、形状和材质参数等信息.当把选定的族类型加载到项目中后，就成了一个个独立的族实例（FamlilyInstance），族实例既具有族的属性也有其自身的独立属性.族、族类型、族实例都是元素（Element）的子类，他们的类图如图1所示.1.2Revit中族类型Revit中有3种族类型，分别是系统族、标准构件族和内建族.系统族是Revit中已经定义好的族，包含基本的结构构件，例如梁、柱、楼板等.标准构件族是载入项目样板中的族，位于项目环境外，族文件扩展名是.rfa.可以使用族编辑器修改或创建所需的构件，也可以使用各种族样板创建新的族构件.故本文的脚手架族构件都是采用标准构件族创建的.内建族可以是特定项目中的模型构件，也可以是注释构件，只能在当前的项目中创建，因此只能用于该项目中的特定的对象.本文采用内建族的方法识别特定项目中建筑物相应平面的外轮廓，并通过拉伸的功能达到脚手架所需创建高度，再运用已经载入Revit附加模块选项卡下的脚手架插件实现脚手架模型的智能生成.脚手架族构件创建流程如图2所示.1.3脚手架族构件的创建在Revit建模方面，本文采用标准构件族创建[16]如下脚手架模型构件：钢管族（包括横杆、立杆、斜杆、剪刀撑、扫地杆） 、扣件族（包括十字扣件、旋转扣件、对接扣件）、连墙件族、脚手板族、挡脚板族、可调托撑族、垫板族、悬挑架用型钢族和安全立网族.具体如图3所示.下面对于几个主要的族构件创建进行说明.1.3.1钢管族创建选择族样板文件中的公制常规模型创建钢管族，根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011），脚手架钢管采用 Φ48.3 mm×3.6 mm 钢管.在“创建”上下文选项卡“属性”面板中点选“族类型”按钮，添加长度族参数，并按照规范要求创建其材质为碳素结构钢.1.3.2挡脚板族创建同样采用公制常规模型来创建挡脚板族.规范规定其高度不低于180 mm，本文取200 mm.为了使其外观标识更加逼真，打开“材质浏览器”，选择外观→常规→渐变，打开“纹理编辑器”，在外观按钮下选择渐变类型为线性.为了达到挡脚板警戒标识符的渐变效果，添加4种颜色渐变节点，RGB值从左到右分别为：255 255 0→255 255 0→0 0 0→0 0 0（其中中线左边为节点2，右边为节点3，节点2节点3重叠），并在“位置”按钮下修改旋转角度为45°，具体如图4（a）所示.1.3.3安全立网族创建在Revit中很难找到一个材质可以很好保证其在真实模式下安全网与现实生活中安全网的吻合度.如果只是单纯的选用玻璃材质，真实模式下是灰色透明的薄膜状；如果选用网材质，并在纹理编辑器中调整好参数编辑网的属性，真实模式下形态相似但是绿的程度太低，视觉冲击力偏弱.因此，笔者创作性地将两者叠加在一起，发现最终的表现力极佳.在不影响脚手架后期算量的前提下，保证了脚手架三维立面的可视化程度.具体如图4（b）所示，从左到右依次是网材质、玻璃材质以及两者的叠加.1.3.4其他脚手架构件族创建运用Revit中编辑族的拉伸、融合、旋转、放样、放样融合这5大工具，辅以参照平面，同样可以创建脚手架其他构件族，限于篇幅笔者不再赘述.其他主要构件族见图4（c）～4（f）.2Revit二次开发技术上文主要研究脚手架构件族的创建，这些族是脚手架整体建模的基础.如果采取手工建模需要很长时间，并且模型后期的调整也需要花费很多精力.本文通过Revit API进行二次开发[17-18]，借助于Revit API可以把零散琐碎的脚手架建模工作自动化、智能化，可以在很短的时间一键建模，同时借助于Revit API可以将更多额外的功能集成到Revit中，本文内嵌了脚手架的计算功能，从而实现在一个平台完成几乎所有的工作，大大提高了脚手架设计的连贯性与适用性.需要强调的是，由于悬挑梁布置本身的复杂性，本文悬挑梁的布置采用半手动的方式.规范规定，架体高度20 m及以上悬挑式脚手架工程需要进行专家论证.故如何使得悬挑架的布置更加智能化，尤其是20 m及以上的布置还值得深入研究.2.1Revit API定义与使用前准备工作2.1.1Revit API定义Revit API是一套事先编辑好的、可以与外界程序相关联的函数，它是一个类库.一方面API可以实现对Revit已有功能的覆盖，完成模型的创建，并更深层次地对整个模型进行分。