Revit二次开发及装配式钢-混凝土组合梁BIM设计浅析

张展豪 宋沛珩 张云龙 王 静

（吉林建筑大学，交通科学与工程学院，吉林 长春 130118）

1 BIM 技术在桥梁建筑方面的优势

对于传统技术使用CAD 软件而言，不仅设计成本略高，在与其他专业进行信息通信时，容易造成信息偏差，严重时容易造成事故。应用BIM 技术后在桥梁建筑的各工程阶段都能展现出其优势。

1.1 设计阶段

在设计阶段时，桥梁设计者可在二维图纸设计完成之后通过建模软件（如Revit 等）生成建筑模型，在进行力学分析时，可利用插件进行分析，不容易出现错误且提高了设计效率。在与其他专业互通时，由于3D 模型比二维图纸更为直观，不必担心各个专业的图纸设计不同，从而造成信息传递错误，在设计阶段降低了设计成本。

1.2 施工阶段

在施工阶段时，BIM 可引入时间的概念，将维度从3D 增加到4D,从而进行时间上的模拟施工，在正式施工之前发现一些可能存在的问题，并在BIM平台上与设计人员交流，增强施工效率，缩短工期。

1.3 运营维护阶段

运营维护阶段时一个长期的阶段，更能充分显现出BIM 技术的优势。如在后续使用过程中发现某一桥梁部件存在问题，可在竣工交付BIM 模型中查看改部位的具体信息，有助于快速诊断和及时维修，也可以有效保证桥梁安全持久的使用[1]。

2 Revit 的二次开发

2.1 Revit 二次开发在建筑业中的发展

由于建筑业对于BIM 理念的理解加深，关注度也在逐年提高，Revit 作为一款平台级BIM 软件，其二次开发技术应用范围更广，应用价值更大。基于Revit 二次开发的程序功能涵盖了快速建模、信息管理和数据交互等3 个方面，但是受制于Revit 数据框架和编程语言的掌握程度，开发者多为软件开发企业和高校科研团队。选择二次开发的研究方向，除了根据工程实际需要外，还可以基于前人已有的成果进行拓展研究。二次开发的成果是不断积累的，并最终逐步完善[2]。

2.2 Revit 二次开发的开发条件

实现Revit 的二次开发需要借助微软旗下的Visual Studio 平台（以下简称VS），并依托C#、C++、VB.NET、F#等语言来实现开发的需求。开发所需要借助如下软件与插件：

（1）Autodesk Revit

（2）Autodesk Revit SDK

（3）Microsoft VS

2.3 基于C#的Revit 二次开发的优势

第一，C#的Revit 二次开发时，扩充了BIM 装配式族库，减少了重复性的工作，在一定程度上解决了Revit 没有专门适用于桥梁的单独装配式模块，建模效率低下的问题；第二，基于C#的Revit 以较好的实现组合梁、横梁、盖梁、桥台、桥墩、基础等常见构件的参数化绘制和修改，形成参数化构件库。第三，可以在此插件的基础上进一步开发相关与整体建模，统计各材料用量（如：混凝土量、钢筋量等），计算配筋以及造价，计算构建预制率，以及装配式5D 施工动画制作等[3]。

2.4 Revit 二次开发的开发流程

在软件的二次开发之前，需要先学习Revit 的开发条件，其API 能实现什么工作，以及实现其工作的方法。

设置模式。在Revit API 中，有External Command（外部命令）和External Application（外部应用）两种方式来实现功能。外部命令为操作者需手动点击来实现功能，而外部应用则是在Revit 程序启动和关闭时自动执行功能。在开发过程中，外部应用主要是新建顶部菜单栏与Ribbon 按钮，而外部命令则是实现功能的重要模式，因此在实际开发中，一般采用External Command（外部命令）模式。

新建类。一般会从IExternalCommand 和 IExternalApplication 两个接口派生，主要是根据模式的不同，IExternalCommand 对应外部命令、IExternalApplication 对应外部接口，重载方法。

编写代码。在相应版本的RevitAPI.chm 中可以检索到相应的代码格式、以及相应的更新信息。经过合适的构思，合理的组合来实现需求。

3 Revit 插件设计思路

在设计初期，基于参数化建模的思想，操作者输入所有桥梁部件的参数，在Winform 窗口中预览符合要求后，将会自动得到组装完成的桥梁模型。

插件的主要功能有：

1.参数化建模生成行车道版；

2.参数化建模生成主梁；

3.参数化建模生成横梁；

4.参数化建模生成支座；

5.参数化建模生成桥台；

6.参数化建模生成盖梁；

7.参数化建模生成桥墩；

8.参数化建模生成基础，等。

基于上述的设计思路，结合Revit API 实现的功能，找出需要的执行代码。

4 钢-混凝土组合梁桥

组合梁桥是指采用剪力连接件将钢板梁、钢箱梁、钢桁梁等结构构件和钢筋混凝土结合成组合截面共同工作的一种复合式结构。组合梁桥主梁上缘的材料通常采用混凝土，主梁下缘则采用钢材，对于简支结构，主梁上部受压、下部受拉，这样能够充分发挥工程材料的力学优势，提高该类桥梁的技术性和经济性。组合梁桥的钢梁在工厂预制，再运至现场进行拼装，桥面板可现浇也可预制。这样能够极大地缩减施工时间，提高工程效率。组合梁桥以其整体受力的经济性、材料优势发挥的合理性，以及施工方法的便捷性得到了广泛的应用[4]。

5 装配式钢-混凝土组合梁在Revit 二次开发中的设计思路

在主梁设计中，存在等截面和变截面两种形式的梁，其中等截面梁在生成模型时较为简单，可通过确定各个点的位置，之后连线，在添加梁长变量，即可生成出一个等截面的直梁。

在生成变截面梁时，可确定几个横截面的各个点位置，之后连线，在添加变截面点在梁长度方向上的位置变量，通过融合代码，即可生成变截面梁。

桥梁的其他结构的生成方法与其过程类似，其中利用其他的建模方法（如：旋转、镜像、复制、放样、放样融合）不一一赘述，其代码可在Revit API 手册中可查[5-7]。

6 装配式钢-混凝土组合梁在Revit 二次开发中的设计难点

在开发《基于Revit 的钢砼组合梁桥的参数化建模插件》时，主要的难点在于如何清楚的体现出钢结构与混凝土结构的连接点。由于Revit 的特性（不允许碰撞）所限，在开发程序时，无法直接将混凝土与钢的连接处直接插入一个钢钉模型，只能先将混凝土模型扣除钢钉部分，在加上一个钢钉的模型，这样做不仅在生成模型时给人的感觉更直观，而且在出图使，也不需要做过多的修改。

主要步骤大概为将钢混凝土组合梁先按正常步骤拉伸，之后做一个钢钉模型的剪切体，之后再将钢钉模型插入混凝土中，主要用于体现钢与混凝土的连接位置。

7 关于插件的后续开发

在设计插件时，我们在程序里预留了主梁配筋计算、主梁内力计算、桥墩内力计算等一系列的计算程序。这样，我们能在设计完成桥梁整体参数化建模后直接编写桥梁各种情况下的内力计算代码，极大程度的方便了后续的插件开发，并在一定程度上保证了插件的整体性，以便于计算机运行插件时，不会因为程序框架版本不兼容而导致死机、卡顿、程序无响应甚至源文件崩溃的现象出现。

8 结语

本文将传统施工方法与BIM 技术相比较，首先说明了利用BIM 在桥梁施工各个阶段的优点，尤其在设计阶段与施工阶段，可节省资源资金并且缩短工期。并说明了如何利用Revit 二次开发实现组合梁桥的参数化建模。

对于组合梁桥的参数化建模插件，可通过赋予指定的参数，自动生成一个组合梁桥模型，在实际工作中，也大大的减少了桥梁建模的工作量。笔者认为，参数化建模在之后的设计实际中，是一个大的趋势。虽然由于桥梁结构具有多变性，但桥梁的参数化建模仍可构建出一个桥梁的大致整体，最后建模时，只需调整为适应地形地貌的结构即可，依然可以减少工作量。

在设计插件的过程中，需要用到 C#语言作为基础，主要以IExternalCommand 接口为基本，基本程序编辑完成后，可利用IExternalApplication 在Revit 中生成一个选项卡，方便使用者使用。