基于Revit的预制板BIM智能创建与拆分软件开发

毕天平 赵小伟

（沈阳建筑大学管理学院，沈阳 110168）

0 引言

近年来，随着社会的不断发展，科学技术在国内建筑行业的应用越来越成熟。虽然目前的BIM软件越来越专业化、精细化，但由于这些软件往往是针对市场环境所开发，就会造成特定使用功能的减弱［1］。然而装配式建筑的发展受制于建筑信息化发展，建筑信息化的发展将依赖于BIM的发展［2］。装配式建筑与传统建造方式的区别在于预制构件的工厂生产和现场安装，所以预制构件的设计生产水平很大程度直接决定了装配式建筑的发展水平［3］，通过BIM软件的二次开发解决预制构件的智能化应用是装配式建筑信息化发展的重要推动力。

1 智能创建与拆分软件开发

1.1 开发环境

本次开发所需的条件有Visual Studio 2015、Autodesk Revit 2018、Revit SDK（Software Development Kit）等，是基于Revit的开发。由于现今建筑业信息化的普及，Revit建模高效、快速、便捷的优势使其逐渐取代了传统的CAD建模。许多设计院也正在推行正向设计，但由于Revit缺乏智能创建、智能拆分预制板的功能，所以为了适应建筑业主流发展，选择基于Revit进行二次开发，通过创建动态链接库，将VS中编辑的程序载入到Revit中，便于接下来预制板的智能创建和拆分［4］。

1.2 程序基本原理

该软件的开发主要引用Revit API自行开发项目所需功能，满足工作需求，实现预制板的智能创建与拆分，保证装配式建筑构件生产的高效性，通过搭建Revit二次开发环境［5］，为预制板的智能创建、拆分奠定操作基础。

由于目前市场上预制板拆分软件都有一定程度的不足，无法全面完成预制板的智能拆分，也无法完成后续预制板结构（桁架、钢筋、吊点、吊环等）的布置，Revit API便成为打通各款软件实现数据交互的重要工具，它能够自动分析BIM模型信息等几乎所有Revit操作［6］。Revit API提供了功能丰富且可以被C#调用的接口，通过Visual Studio等集成开发环境可以满足预制构件的深化［7］。图1为基于Revit的预制板BIM智能创建与拆分软件的开发思路。

图1 软件开发思路图Fig.1 The software development roadmap

1.3 开发流程

预制板智能创建与拆分软件开发的流程主要包括：可行性分析、架构设计、编写代码、注册加载、调试等步骤［8］。首先对项目进行需求分析，主要是为了在装配式建筑中实现预制板的智能创建和拆分，通过参数化设置能更好地实现施工过程中批量拆分，再对拆分后的预制板进行结构（吊点、吊环、桁架、钢筋及凹槽）布置，快速地将预制板布置到工程框架中，以此加快装配式建筑工程的设计效率［9-10］。

Revit API调用类库是以External Application（外部应用）的形式来实现，生成动态链接库文件载入到Revit中，来创建和设计与Revit界面一致的工作面板，一个外部应用可以包含多个外部命令，Revit插件的调用须通过.addin文件来完成［11］。图2为开发完成的软件功能面板。

图2 软件功能面板Fig.2 The software function panel

2 主要功能及效果

2.1 预制板智能创建

2.1.1 预制板智能创建与合并

预制板的智能创建主要是为实现快捷高效地生产参数化构件，省去绘图过程中重新调参的步骤。目前Revit只是能够创建普通的板，不具备复杂的参数化创建，基于Revit智能创建环境要求能根据项目特点需要自动匹配参数创建预制板。此外，还可以在框架墙、梁、柱上直接创建整块板，然后使整块预制板与框架梁、柱合并，也就表明预制板参数相同的情况下能够智能地实现Revit中预制板与其他预制构件的合并，间接地达到板的整体拆分效果。此次参数化创建的板主要有预应力混凝土叠合板、钢筋桁架叠合板、无肋底板叠合板（多种）及预应力双T叠合板四种类型［12］。图3为预制板创建的部分源代码，参数化创建的板为20*15。

图3 Revit二次开发代码Fig.3 Secondary development code of Revit

图4为预制板与梁、柱的合并后效果图。

图4 预制板创建Fig.4 Precast slab creation

2.1.2 板几何造型一键成型

预制板智能创建完成后，选择需要布置结构构件的板，该软件智能调用后台数据库，可参数化设置构件，只需点击相应的结构构件（吊点、吊环、桁架、钢筋等）进行添加，一键应用即可。根据建筑工程需要，选择参数化设置的桁架、吊点、吊环、钢筋在预制板上布置，钢筋可以在数据库中进行各类型号钢筋的整合，将工程中常用的钢筋进行添加，在软件操作界面可实现钢筋的一步成型。图5为布置几何造型功能界面图。

图5 布置几何造型Fig.5 Layout geometry

2.2 预制板智能拆分

预制板智能拆分主要是使构件标准、尺寸精确、减少现场施工作业［13］。此外，还可将特殊四边形预制板分割成规则的矩形板，再根据需求拆分成各类参数化预制板，极大地避免了材料浪费。根据工程所需的不同构件，对预制板进行参数化设置，将整块板拆分成满足不同工程的单一构件，批量生成预制板，拆分后的预制板具有小型化、轻量化的特点［14］。首先，在Revit中选择预制板，分析板的形状是否是特殊四边形，若是特殊四边形板应优先规则化处理，若板的形状为矩形板，即可开始对预制板进行拆分，可以根据工程需要选择沿板跨度方向或者板宽度方向，输入板拆分的间距就可以进行拆分。

预制板的拆分算法：分析预制板的形状，对特殊四边形板进行最大化规则处理，处理完成后再进行预制板的拆分。预制板模型在Revit中进行拆分时，可以将板跨、板宽转换为坐标轴上的封闭区域［15］，预制板的四个板角对应坐标轴的四个坐标，如图6所示，图中X轴对应板跨度方向，Y轴对应板宽度方向。

图6 特殊四边形板Fig.6 Special quadrilateral plate

2.2.1 板规则化处理

拆分过程中，软件通过板跨、板宽的夹角判断出是否为规则的矩形板，夹角不等于90°，将会对板进行处理，沿着特殊四边形板的顶点向平行边做垂直线，选取最大区域范围的板，极大地节约了原材料，图7为规则化处理完成图。

图7 板规则化处理图Fig.7 Plate regularization processing diagram

2.2.2 沿X轴方向进行拆分

（1）整体板拆分，具体拆分公式如下：

式中：n1为拆分板的数量；a为拆分板间距；（x2-x1）为未拆分前的板跨；L1为拆分后板的跨度（实际为拆分后的板放置在框架墙、梁的跨度）。

图8 为沿X轴拆分示意图1。

图8 X轴拆分示意图1Fig.8 X-axis splitting diagram 1

（2）舍掉部分多余预制板后，进行拆分，舍掉长度为a0（0≤a0≤x2-x1）（从x1➝x2方向进行舍掉），具体拆分公式如下：

式中：n2为拆分板的数量；a为拆分板间距；a0为预制板舍掉的部分；（x2-x1-a0）为未拆分前的板跨；L2为拆分后板的跨度（实际为拆分后的板放置在框架墙、梁的跨度）。

图9为沿X轴拆分示意图2。

图9 X轴拆分示意图2Fig.9 X-axis splitting diagram 2

2.2.3 沿Y轴方向进行拆分

（1）整体板拆分，具体拆分公式如下：

式中：m1为拆分板的数量；b为拆分板间距；（y2-y1）为未拆分前的板宽；W1为拆分后板的宽度（实际为拆分后的板放置在框架墙、梁的宽度）。

图10 为沿Y轴拆分示意图1。

图10 Y轴拆分示意图1 Fig.10 Y-axis splitting diagram

（2）舍掉部分多余预制板后，进行拆分，舍掉长度为b0（0≤b0≤y2-y1）（从y1➝y2方向进行舍掉），具体拆分公式如下：式中：m2为拆分板的数量；b为拆分板间距；b0为预制板舍掉的部分；（y2-y1-b0）为未拆分前的板宽；W2为拆分后板的宽度（实际为拆分后的板放置在框架墙、梁的宽度）。

图11为沿Y轴拆分示意图2。

图11 Y轴拆分示意图2Fig.11 Y-axis splitting diagram 2

Revit中预制板自定义拆分参数设置及拆分后效果图如图12所示。

图12 预制板拆分效果图Fig.12 Split effect drawing of precast slab

2.3 软件应用前后对比

相较于传统预制板设计过程中预制板绘制复杂、无法拆分等劣势，预制板智能创建与拆分软件的研发解决了板参数化创建，可以智能化匹配预制板所需的构件，并根据工程需要对预制板进行规则化拆分，以此满足生产需求，极大地节约了生产时间，提高了生产效率。表1为预制板智能创建与拆分软件应用前后的对比。

表1 软件应用前对比Table 1 Comparison before and after software application

3 预制板生产的效果

在装配式建筑工程项目中，对预制板的设计使用基于Revit的BIM智能开发软件。项目采用Revit建模技术对预制板进行三维可视化剖析，其中预制板的创建合并、智能拆分均是在Revit二次开发技术条件下进行的。

预制板的前期设计是在Revit智能创建界面进行布置的，直接根据装配式工程的需要，参数化设置创建预制板，节约了设计时间，提高了预制板布置效率。根据项目中工程框架的尺寸，在预制板BIM智能拆分环境下，使用预制板的拆分功能对创建完成的预制板进行拆分，输入拆分间距就可以批量获得预制板，对预制板进行结构（钢筋、桁架、吊点、吊环及凹槽等）布置，以此满足工程项目中的预制板真正需求。将设计完成的预制板的图纸根据预制板布置图和预制板结构图分别完成出图，并交付预制构件生产厂商。图13为在工厂中完成拆分生产的钢筋桁架预制楼承板。

图13 钢筋桁架预制楼承板Fig.13 The precast floor bearing plate with steel truss

装配式建筑工程预制板是批量生产的，不同的单位采购不同的预制构件，只需依照工程要求进行设计即可。设计院将预制板的图纸交付给预制工厂，根据图纸要求采用流水线生产，在预制板的指定位置切割，接着分别布置几何造型（桁架、凹槽、配筋、吊点及吊环等）。对加工批量生产的预制板，应由专业的质检人员对板进行检查，避免由于失误造成切割或者结构布置达不到要求。

4 结 语

基于BIM技术自主研发装配式建筑工程中预制板在Revit里的智能创建与拆分，为其余预制构件的智能创建和拆分提供了借鉴。智能创建与拆分技术的实现，使预制板的深化达到了相辅相成的结果。从Revit的开源性和规范性出发，进行科学的开发是可行的。该项技术主要是通过Revit API这一开放型程序接口，实现了C#编程语言对Revit软件的开发利用，解决了工程项目中预制板深化复杂的难题，同时提高了预制板的设计水平，降低了设计的难度，提高了预制板的设计效率。基于Revit的预制板BIM智能创建与拆分软件的开发为装配式建筑工程中预制构件的智能化发展提供了坚实的基础，更有助于工业化生产，提高了建筑工程的集成化程度，能更好地引领建筑业走向更高水平。