基于建筑信息模型(BIM)的城市轨道交通线路快速建模方法*

白娇娇 吕希奎，2 孙培培

(1. 石家庄铁道大学交通运输学院，050043,石家庄；2.河北省交通安全与控制重点实验室，050043,石家庄,第一作者,硕士研究生)

0 引言

以三维数字技术为基础的建筑信息模型(BIM)技术，集成了工程项目各种相关信息的数据模型，具有多维化和协同性等特点，并贯穿设计、施工、运营维护整个工程生命周期,对提高城市轨道交通设计、施工和运营水平，促进轨道交通设计全面信息化和可视化，具有重要的应用价值[1]。国内已经有多个城市轨道交通工程项目正积极推进BIM技术应用[2-7]。

城市轨道交通线路作为一种典型的长带状线形工程，涉及的专业多、模型复杂、模型数据量极大，在应用BIM技术过程中，面临着以下两个关键问题需要解决：

1) 在城市轨道交通规划设计中，通常需要对设计方案不断的修改完善,因此，对于大量复杂构件族，单纯手工利用BIM软件建模方式存在建模和修改工作量大、效率低，模型拼装困难，不能满足不断修改完善设计的要求。

2) 城市轨道交通一般长为几十km，所涉及的完整的BIM数据量极大,目前即使高端图形工作站在显示和加载大数据量的复杂BIM时，也存在加载过程慢、浏览显示卡滞等问题，严重影响模型的应用。

针对上述问题，采用Revit BIM软件平台及其参数化技术，并利用其二次开发技术、参数建模方法、构件参数数据库存储技术和线路区间自动划分方法等，实现城市轨道交通线路构件族的快速创建和线路整体BIM的自动拼装。提高城市轨道交通线路设计质量和效率，为解决城市轨道交通BIM应用提供解决方案。

1 Revit软件二次开发环境建立

Revit软件作为目前一种主流的BIM软件，具有强大的二次开发功能，使用二次开发技术可以解决或者简化很多人工不能完成的操作。特别是重复量较大、规律性很强的工作，能够大大简化相应的过程，高效、快速的实现需求功能。利用Revit API软件、C#语言进行Revit软件的二次开发来实现族模型的自动创建和搭建。

1.1 Revit软件二次开发工具及开发方式

Revit软件的二次开发需要三个必要条件，分别是Revit系列产品、Revit SDK以及Visual Studio软件。Revit API有两种开发工具：VSTA(Visual Studio Tools for Application)和Visual Studio。两种开发工具对比如表1所示。

表1 Revit API的两种开发工具

有两种方式来扩展Revit的功能，即外部命令方式和外部应用方式。两种方式如下:

1) 外部命令方式:从IExternalCommand接口派生，重载IExternalCommand.Execute()的方法添加功能代码来实现命令，应用最为广泛。

2) 外部应用方式:从IExternal Application接口派生。该方式可以添加菜单、工具条或者其他的初始化命令，在启动及关闭Revit的时候自动执行，应用较少。

1.2 系统开发流程

以Visual Studio 2010为开发平台，采用外部命令IExternal Command接口派生方法的Revit软件二次开发流程如图1所示。

图1 Revit软件二次开发流程

2 城市轨道交通线路结构部件建模

城市轨道交通线路结构部件主要包括桥梁、隧道、道床、轨枕、钢轨、扣件等。利用Revit软件平台实现城市轨道交通线路BIM应用及模型拼装，首先构建线路结构部件的族，完成构件参数化建模。一种方式是利用Revit软件平台，手工完成建模;另外一种方式是通过BIM二次开发，通过程序自动创建线路构件族。

2.1 线路结构部件参数化建模

参数化有两方面的含义：一是指构建的几何尺寸的参数化，通过对尺寸添加标签就可以通过修改尺寸标注来修改结构部件尺寸,通过控制参数来改变结构部件的形状;二是指构件之间的参数化，即某一构件的删除、修改尺寸、移动等操作会引起与之相关联的构件变化。

采用“公制常规模型.rft”族样板文件和“自适应公制常规模型.rft”族样板创建的部分构件族如图2～图7所示。

a) 一字型

a) II型弹条

a) 环框式洞门

a) 洞身样式1

2.2 基于二次开发的参数化族自动建立

对于城市轨道交通而言，BIM需要大量的模型构件，通用方法是2.1节所示的手工建立各个构件族，模型构件的修改仍需要手工对模型进行修改，效率低。利用Revit API的丰富接口，将构件参数存储到外部文件(如文本文件、Excel或数据库中)，读取外部数据文件，实现族轮廓、拉伸、放样等的自动创建，并根据参数实现模型构件的自动修改和生成。

3 城市轨道交通线路模型组装实现

3.1 模型组装流程

城市轨道交通线路模型数据量极大，若一次性完成整条线路模型的加载、组装，整体模型浏览和查看不顺畅，严重影响模型使用效果。因此，根据线路设计信息，将线路划分为多个区间，划分规则如下：

1) 首先根据线路敷设方式将线路里程划分为不同区间；

2) 若1)的区间过长(如线路均为地下隧道敷设)，则进一步按一定的里程长度划分多个子区间。划分示意图如图8所示。

图8 按线路里程划分为不同子区间示意图

最后，根据线路各区间的线路中心线设计数据信息，按里程逐一加载各区间的线路模型(桥梁、隧道、轨道结构模型等)到线路中准确位置上，完成线路整体模型组装。加载的基本流程如图9所示。

3.2 模型组装实现

为了实现城市轨道交通线路的BIM的组装，首先需要确定加载区间，并根据该区间和获取对应的线路的空间位置信息，程序界面如图10所示。在图10中可选择相应的加载区间。其中各区间的中心线设计数据已存储在数据库中，可自动读取。

将创建的族加载到项目中后,通过FilteredElement Collector函数收集所有的元素，遍历所有的族，找到族后，根据空间关系，放置在相应的位置。操作步骤如下：

1) 将建好的桥梁族、隧道族、轨道族以及扣件等载入到项目中。

图9 加载族模型流程图

图10 线路数据管理

2) 根据线路中心线数据，在Revit中生成线路中心线模型。

3) 拾取线路中线作为一条线路，然后选中。

4) 使用RevitAPI，以.NET平台编译程序，实现族的自动放置和拼装。

部分运行结果如图11～图13所示。

图12 路基铺装轨道的运行结果

4 结语

基于线路设计数据，采用Revit BIM平台，利用Revit API软件平台二次开发技术，通过控制参数化方法和族模型外部数据存储方法，实现了线路结构物族的快速创建和模型的自动拼接。该建模方法能够方便地通过改变族模型的控制参数，来修改族模型以更方便地适应项目的需要。根据线路敷设方式划分线路区间，通过区间分段加载，利用Revit软件二次开发技术，实现城市轨道交通线路所有结构部件BIM的自动组装，建立了城市轨道交通线路三维BIM的快速拼接方法。为基于Revit平台的线路模型深化设计奠定了基础。