基于BIM 技术的参数化构件信息管理研究

文／张 雪 青岛理工大学建筑与城乡规划学院 硕士研究生

刘学贤 青岛理工大学建筑与城乡规划学院 副教授 硕 士

引言

近几年来，为有效提高人均劳动效能，国家正全面推进数字产业化以及建筑类企业数字化发展，建立覆盖建筑全生命周期的数据采集、传输和汇聚体系，并深入挖掘数据价值。建筑行业也意识到数字设计和自动化建模工作流可以一定程度上提高工作效率，并且在建筑工程中开始尝试将一些大批量与机械化相关的工作交付给软件自动创建。建筑工程项目的构件众多且类别相似，在项目建模过程中基于BIM 技术的参数化特征，建立起支持实时修改的参数化构件，可以在建筑设计阶段满足对建筑构件的需求，实现建筑模型与构件模型的双向链接。

1 参数化构件的技术支持

BIM（Building Information Modeling）的意义主要依赖于建筑各专业不同软件间信息传递和交互共享的能力，由于建筑信息模型不容易在个人之间存在沟通成本与分散数据的版本问题，所以构件资源的积累与共享则可以借用其优势依附于这类BIM 软件工具来执行。BIM 系统是一个收集、建立信息并将信息传递给有操控功能的软硬件系统，其包括生成、操作、存储和传递建筑信息的所有软件，不能将其局限于一组狭窄的模型编写平台。由于每款BIM 软件的差异性，在选择合适软件进行各阶段设计时，需要综合考虑工程的实际情况和不同阶段的专业使用需求[1]。如今民用建筑领域普及程度较高的仍为Autodesk 系列，可帮助建筑师在项目的设计、建造等阶段优化设计与管理项目信息，也可作为参数化建模的BIM核心软件。

Dynamo 可视化编程平台作为Autodesk Revit 探索参数化方案设计和自动化建模的应用程序，可以帮助设计师实现工程文档管理与模型自动创建、更改等内容。对于参数化构件的建立来说，Dynamo 通过Revit 内部API应用程序接口（Application Programming Interface）的直接连接，不仅可以对构件图元进行参数化修改实现对几何形体的动态控制，也可以对构件的信息进行管理实现数据的导入导出（图1）。它的工作原理是明确执行目的后组织节点来表达与控制模型，并形成一个可重复执行的程序。这种Revit 内置Dynamo 的形式为参数化构件的管理提供方法，也为计算机程序自动控制模型特征提供了途径。

图1 建筑构件在BIM 模式下的参数化应用（图片来源：作者自绘）

2 基于BIM 的构件参数特性

根据在建筑工程项目中构件参数的添加及扩展应用，发现构件参数具有独立于构件的实际使用特性——功能属性与信息属性。探讨BIM 模式下构件各参数名称的定义、梳理参数的特性将有利于设计师在建筑工程项目中对参数化构件进行高效使用与管理。

2.1 构件参数类型与参数名称的功能属性

在添加构件参数的过程中，不仅需要关注不同特点、单位的参数类型的区分，还需要注意的是类型参数或实例参数的区分与利用。类型参数与实例参数可以从修改数据后变化对象的不同进行功能上的区分，载入项目中构件的类型参数修改后所引起变化的对象为该构件的全部实例，而载入项目中构件的实例参数修改后所引起变化的对象为当前该构件实例。根据两者的区别与软件中操作修改的复杂程度可将倾向于决定类别的功能性质信息设定为类型属性，将倾向于决定当前实例在项目中可调整使用的独立信息设定为实例参数。例如建筑构件——“柱”，在长、宽、高（a、b、h）三种几何特征中，长和宽的组合可以形成决定柱类别性质的信息，因其可以在保持几种固定组合的情况下完成在整个项目的使用；柱高（h）由于需要在材料、样式、截面不更改的情况下根据项目不同位置的需求进行次数不等的调整，故将其作为实例参数更加适合。在建立构件的过程中面临各种参数的设定，如族参数、共享参数以及进一步按构件尺寸、形态、材质等通用属性分类的参数类型，可根据参数的功能属性、设计师对构件的使用习惯与构件自身具有的特性来判断。

2.2 构件参数内容的信息属性

构件参数化的实现主要是使用参数对几何信息与属性信息的关联与调整，一方面可以利用数值参数直接对组成构件的几何元素赋予一种空间约束，另一方面还可以通过指定公式或逻辑语言改变构件的几何信息或属性信息。在调整构件模型时只需调整这几种参数内容，模型就会自动根据事先定义的规则作出改变，实现构件的可控变化来满足需求[2]。然而，在实际使用中，公式函数等参数内容多数用来建立具有类似特征又互不相同的构件几何体并间接地提供精确的几何信息，数值与逻辑语言作为参数的内容在构件中直接发挥出作为属性信息的作用（图2）。

图2 参数化构件建立过程（图片来源：作者自绘）

在建筑工程项目构件信息模型的使用过程中，有复杂且多样的构件信息能够在生产过程中消除不确定因素从而指导生产。因此若参数化构件包含的此类构件信息能够与建筑设计过程进行有效整合，在需要的时间被方便地获取，就可以说构件的建模过程不仅仅包括在物理实体层面对虚拟三维空间的表述，还包括了信息管理层面的“建模”工作。基于参数化建模技术的特点，使模型具备了几何信息与属性信息的快速修改能力，而构件的详细信息要在工程项目中得到及时地利用还需要借助BIM 模式下的参数化建模技术。

3 Dynamo 中参数化构件管理应用要点

本研究选取一个参数化过程展示较为直观的阳台BIM 模型作为案例（图3），以此了解在Revit 中建立参数构件模型，并利用Dynamo 具有的信息管理功能实现构件信息修改与导入导出的过程，操作软件为Revit 2020学生版。

图3 由水平阳台板与竖向阳台板组成的阳台（图片来源：作者自绘）

3.1 构件模型参数设置与管理原理

该构件模型在建立中将水平板的长度、宽度，竖向板的高度、厚度等尺寸设为方便调节的实例参数，将水平板厚度设为类型参数，可视情况添加结构等属性参数。几何参数模型建立基本步骤包括：（1）设置参照平面并进行尺寸标注；（2）将有需要与模型产生关联的尺寸进行参数设置；（3）利用几何体建模命令创建模型，并与参照平面锁定以驱动实体形状改变（图4）。通过该案例参数关联过程可以发现信息依附于参数名称，所以通过构件参数的名称执行标签式的检索，就可以实现对属性参数信息、几何参数信息的有效操作。在Revit 中提取工程量的途径可通过明细表进行提取，用以导出图元属性，包括体积、面积、长度、构件名称、材质等相关信息。但是，借助Dynamo 可以从实际需求出发对工程构件信息进行筛选并直接进行导入导出，相比这种构件基础参数批量输出的方式，针对特定参数名称的标签式检索输出会更加灵活。

图4 参数化三维模型创建步骤（图片来源：作者自绘）

3.2 构件参数调取与修改

正如前文中提到的在Revit 中类型参数与实例参数的不同，在Dynamo 中对所需类型参数或实例参数的操作也要注意区分，不过在检索方法上仅需替换或增加某节点即可。在Dynamo 可视化编程中实例参数的操作主要分为三个步骤：（1）选取Revit 模型中待分析的构件图元作为分析对象；（2）取得其所有的实例属性或按名称读取特定的实例属性；（3）针对要编辑的属性进行修改（图5）。针对类型参数的操作仅需要增加一个转换类别的节点，如图6 红色序号1。

图5 Dynamo 界面中利用节点实现调取实例参数并修改的目的（图片来源：作者自绘）

图6 Dynamo 界面中利用节点实现调取类型参数并修改的目的（图片来源：作者自绘）

3.3 构件信息导入与导出

Excel 交互、Revit 自动生成明细表、数据化分析等内容作为自动化表单这一概念的具体操作，都可以实现构件信息的导入导出，其中Excel 特定数据输入至构件图元、依据参数名称导出Excel 数据都是通过Dynamo 与Excel良好的交互性以及Dynamo 中可信息管理的特点实现的。数据导入部分的操作分为三个主要步骤：（1）选取Revit 模型中待分析的构件图元作为编辑对象；（2）选取文件所在位置从电子表中读取所要添加的数据；（3）根据参数名称添加表格数据为构件图元属性信息（图7）。数据导出部分的操作大致也可以分为三个主要步骤：（1）依据参数名称取得构件中所具有的图元信息；（2）将参数名称添加在所提取的图元信息列表的第一列；（3）将数据导入Excel 并设定表格格式（图8）。经过以上几个步骤，基于Dynamo 可视化编程进行的筛选图元特定属性数据进行管理的工作基本完成，证明了通过对构件参数的灵活运用的确可以减少一些无效率的修改工作，为BIM模式中建筑构件信息的利用提供了途径。

图7 选取Excel 表格数据为构件增加或修改信息（图片来源：作者自绘）

图8 根据构件参数名称将参数内容导出至Excel 表格（图片来源：作者自绘）

结语

本文基于Revit 及Dynamo 应用程序，通过对参数化构件特性的研究，探讨了构件的信息化管理，通过模型参数的修改与导入导出等实际操作表明了参数化构件的建立更有利于BIM 在全生命周期的使用。随着BIM 技术不断发展，有越来越多的BIM 软件平台提供了可视化编程或二次开发，设计师可以根据实际需求探索参数化构件的更多功能。要逐渐实现最高程度的信息利用效率需要专业应用程序的开发定制，但参数化构件模型或建筑信息模型应作为减轻使用者负担的工具而使用，对信息管理执行的操作应使其不断简化，让设计师只需做到模型提取和使用即可，建立参数化构件库直接从中挑选相应构件并赋予其相关属性是未来的应用方向。参数化构件库的建立将推动BIM 技术发展，并加快推动建筑业信息化水平。