基于Revit 的设计模型差异比较自动处理的技术应用

刘月涵 焦柯 霍浩彬 阮浩德 张小良 胡成恩 陈芳 陈祚衡

（1. 广东省建筑设计研究院有限公司，广州 510010；2. 广东省城乡规划设计研究院有限责任公司，广州 510010；3. 广东省机电设备招标中心有限公司，广州 510010）

引言

在工程设计领域，由于智慧城市建设的不断发展，传统的二维模式已不能满足要求，三维设计逐渐成为行业的发展趋势。如Revit、Bentley、Catia 等三维设计软件已在工程设计中得到了广泛应用。其中Revit 市场占有率高、通用性、交互性良好。近年来，许多结合各类算法的，基于Revit 平台的二次开发项目相继涌现，进一步拓展了其应用范围。例如，在市政管线设计中，结合地理信息系统（GIS）及遗传算法，对新建地下管线实现路线优化布置[1]；在交通工程中，通过可视化编程工具实现空间曲线模拟及Revit 自适应构件布置[2]；在能源项目中，采用遗传算法对天然气管网规划进行优化[3]；在装配式建筑中，结合Python 语言实现标准化设计[4]；在建筑机电工程中，管线系统复杂性且工程数据量大，其碰撞检测及优化的工作难度大且易出错，通过调用Revit API 函数进行的二次开发，可以有效提高设计效率[5,6]。

为了解决工程三维设计中的图纸、模型等资料信息量大、内容变更频繁、信息交换等复杂问题，本文提供了一种基于Revit 的不同阶段BIM 模型的差异比较方法。该方法直接在Revit 平台内实现了不同阶段的版本对比、显示以及内容过滤[7]。还可以在Revit 平台中直接打开需要编辑或查看的文件，直接选取所需的工作文件进行对比，而无需借助第三方平台。对比结果直接在Revit 中呈现，并根据设计人员的需求进行分类展示，这一方法避免了大量文件导入导出、格式转换等重复操作所导致的信息丢失问题，从而显著提升三维设计的工作效率和图纸设计的质量。

1 设计模型差异比较关键技术

Revit 中的所有图元模型都是基于族构建的，族有助于管理模型中的图元数据。每个族图元可以定义多种类型，每种类型有不同尺寸、形状、材质设置或其他参数变量。对模型在不同阶段的差异性比较，本质上是对不同族的检测，用以识别和分析不同类型的族在模型不同阶段之间的差异[8]。本文主要包括：构件重叠与内嵌清理、模型分离与合成、基于遗传算法的管线综合优化等三个关键技术，这些技术主要包括：建立窗体数据库、窗体搭建、阶段文件选择、文档处理、对象筛选、文件对比、生成清单、前台文件显示比对结果和结果显示等步骤。

1.1 构件重叠清理

在设计过程中，由于频繁地进行批量复制粘贴、分模合模等操作，往往会造成大量构件重叠，进而在算量时导致构件被重复计算，从而影响提取模型量的准确性。在Revit 平台中，构件之间通常存在着紧密的关联，例如梁与柱、墙与门等。通过审查这些关联，可以判断构件是否重叠，或是通过导出构件信息来检查潜在的重叠问题。例如，可以导出梁的相关信息，检查其长度和截面尺寸等参数，判断构件是否重叠。但以上方法仅能初步判断构件重叠的可能性，仍需进一步地详细检查和调整。本研究旨在提供一种应用，可以快速清理构件重叠、内嵌等问题，构件重叠判断流程如图1 所示，构件重叠清理流程如图2 所示。

图1 构件重叠判断流程

图2 构件重叠清理流程

第一步，提取同类构件位置、定位线参数。通过遍历模型中的族对象提取位置、定位线参数，并使用窗体数据库调用用户窗体接口IExternalCommand（外部命令），该接口只包含一个抽象函数Execute()，用于执行命令的逻辑。通过提取当前文件的CommandData对象获取相关信息。在构件重叠清理的过程中，在前台打开新版本模型，同时在后台打开需要比较的旧版本模型，以便进行构件重叠的检测和处理，比较新旧版本之间的差异；

第二步，判断位置、定位线是否重叠。利用Revit自定义插件快速找出模型中未包含规定关键字的族，帮助识别设计中的问题和风险，并生成文件选择窗体。使用openFileDialog 类创建实例，并在窗体中显示可选的关键字列表，让设计人员和BIM 建模人员通过点选关键字的方式进行映射，同时将选择的关键字合并到报表中，以便进一步的分析和跟踪，避免传统检查的不透彻、不全面问题；

第三步，判断构件面积、体积等体量参数。根据BIM 建模标准和设计需求所规定的类型参数名称，通过插件循环遍历模型中的构件，判断每个参数是否为空值，如果参数为空，表示该构件的体量参数未被正确获取或未定义，进而识别出可能存在的数据问题和模型缺陷。获取对比文件路径后，将文件载入到缓存中，相对于同时打开两个文件，在缓存中进行对比能提高效率，避免频繁的文件读取和操作，减少I/O 开销，从而提高处理速度；

第四步，若判断获取失败时，程序则开启异常处理，并将所有需要补填参数的族类型汇总到报表中进行批量操作。在阶段文件选择中，对前台和后台两个文件进行对比，在前台文件中创建窗口，通过阶段文件选择器对后台文件进行选择，可以在前台文件中确认需对比文件的内容，进而减轻工作强度，降低设计出错概率[7]；

第五步，对重叠和内嵌采取不同的清理模式，明确对应模型中的族实例（Instance）， 通过定位方式在模型视图中锁定相关实例，并返回所选文件路径，通过OpenFileDialog 视图信息将区域、立面和高度偏移等实例参数返回所选文件的路径名称，最后调用文档处理模块，获取路径名称并进入下一步处理，构建重叠查找效果如图3 所示，检查构件发现重叠原因，效果如图4 所示。

图3 通过Dynamo 进行重叠查找

图4 检查发现重叠原因

1.2 模型分离与合成

在项目设计过程中，由于设计人员分配和成果提交要求等因素，需要对模型进行专业和楼层等方面的拆分或合成，而手动操作该过程较为复杂。本研究提供的方法可以根据分类标准，快速进行模型的拆分与合成，流程如图5 所示。模型分离的目的在于满足从设计、施工再到运营等多个阶段的不同应用需求，例如，在设计阶段，模型使用人员较多，需按专业和各自负责区域进行划分；在运营阶段，不同类型的设施或不同区域的负责人需要对模型进行划分，以满足各自的管理需求；模型合并是在构件重叠清理的基础上，清理重复内容后进行合并，确保模型数据的唯一性，并为后续项目管理、造价管理和运营管理等提供准确的基础数据[9]。

图5 模型分离与合成流程

第一步，将模型中的构件，如建筑元素、设备、管道和结构等构件，按构件的专业（如结构、机电和给排水等）、楼层（如地上楼层和地下楼层）或类别功能（如办公区、会议室和厕所等）进行分类拆分，根据拆分方式的相关参数对构件进行分类，拆分的目的是将整个建筑模型按照一定的规则或标准进行分组，通过将构件进行分类，可以更好地管理和处理建筑模型的各个部分。在进行构件分类拆分的同时，提取每个构件的定位点。定位点是构件中用于确定其位置的关键点和参考点，定位点可以用于生成相对位置信息，方便在模型分离与合成过程中进行路径相关的操作和信息提取；

第二步，将本类拆分的构件和数据暂存，在内存中创建相应的数据结构，并获取应用程序实例。通过不同拆分方式的相对应参数，对所筛选的构件进行分类，并获取当前活动文件实例。通过获取对比文件路径，将文件加载到缓存中，相较于同时打开两个文件，在缓存中进行对比更能有效地提高效率；

第三步，循环判断下一类拆分方式。在不干扰设计人员的前提下，在后台自动加载所需的文档，调用插件提取定位点，并将实例文档载入。设计人员可以通过选择文档路径，将所需数据信息，如更新模型中的属性、元数据或其他相关信息，填入到对应的实例中，并将文档相关数据加载到后台合成暂存文件，同时判断文件的加载情况，如加载数据是否完整，错误数据及其他异常情况等；

第四步，循环输出拆分文件合成。程序调用构件筛选模块，并在后台同步开启用户选择文档，以及当前打开的Revit 文件写入筛选功能模块。筛选后，将文件流转至下一步进行处理。判断是否加载成功，当成功加载时循环输出文件，直至输出完成，最后将文件存档。通过以上优化，可以提高Revit 模型的分离与合成效率，简化程序复杂度。

1.3 基于遗传算法的管线综合比较和优化方法

在搜索最优解方面，遗传算法是一种广泛应用且高效的全局搜索智能优化算法，将BIM 技术与遗传算法相结合，用于优化建筑管线的综合布局，不仅能够实现仿真模拟、碰撞检测和数据建模等功能，还能够对差异比较性进行优化分析，但这种方法需要大量的数据支持和定量分析。本研究通过将BIM 技术、遗传算法和管线综合优化理论有机融合，可以有效提取Revit 提供所有风管、水管和桥架的尺寸标高和横纵坐标信息，解决建筑管线综合优化领域数据获取、定量分析等难题，使管线优化达到管线无碰撞或碰撞结果数量为最低的最佳状态，调整后重叠构件减少如图6所示。

图6 调整后重叠构件减少

第一步，提取Revit 提供所有风管、水管、桥架的尺寸标高和横纵坐标。在管线区域内以管线直径为栅格进行划分，以栅格左上角为原点建立直角坐标系，每个栅格用（x，y）定位，单栅格在允许区域内赋值为1，否则赋值为0；

第二步，适应度函数决定了遗传算法的效率，根据规范和所有管线之间影响因素，选取适应度评价函数导入所有管线之间最优距离和室内净高，并以最短距离带进作为目标函数修正项，从而解决运算中因间断点而引起的距离过近问题，对所有管线进行全局计算，求导全局最优解；

第三步，Revit 中的所有模型都基于族，在对族进行深入研究的基础上，对Revit API 进行二次开发，通过校核模型是否满足建模标准对族进行检测，从构成模型的可载入族（构建族）、系统族与内建族等族中去拾取，对照建模标准的相关条目，优化到管线无碰撞或碰撞结果数量为最低[10]。

2 技术优势和通用性

本文提供的基于Revit 的不同阶段BIM 模型的差异比较的方法，贯穿从策划、设计、项目管理到成本控制的设计全过程，为建筑工程全生命周期提供了显著地效益。通过对不同阶段的模型进行差异比较，实现了可控且实时地造价控制过程，为工程管理提供了有力的支持，确保项目在各个阶段都得到有效的管理和优化。

2.1 缩短运行时间，提高工作效率

该项技术实现了软件内原生对比功能，在Revit 平台内可实现阶段版本对比、内容过滤和显示功能。在实际应用中，无需进行繁琐的文件格式转换、导出或上传，降低了操作的复杂性，提升设计人员的工作效率和设计质量。

通过获取对比文件路径，加载文件至缓存，相对于同时打开两个文件，在缓存中进行对比能有效地提升效率。通过建立过滤器规则，基于对象名称创建class 过滤器和Category 过滤器，在对象筛选过程中，无需对所有类型进行对比，从而有效地缩小了对比范围，减少了对比所需的时间。

2.2 保真性高，使用灵活

该项技术在阶段文件选择、文档处理、文件对比和生成清单等环节都设置了异常处理步骤，以确保后续步骤的准确性。通过前台和后台对两个文件进行对比，在前台文件中创建窗口，使用阶段文件选择器对后台文件进行选择，可在前台文件确认需对比内容，降低出错概率。

此项技术通过类别筛选前置执行，实现了单一类别或多类别的对比提升了操作灵活性。在对比结果显示方面，对比结果以列表形式展示。用户可自行选择全部显示或仅突出高亮单一或多个对象。这种可筛选、可控制、可视化的列表操作方式和结果呈现方式，提升了可读性和实用性，使设计人员能够更加精确地比对文件，提升了设计数据质量和准确性。

3 应用效果

在某省中医院中医药传承创新工程中，设计人员采用差异化对比模型在不同阶段的应用，满足了全过程造价管控的需求。在设计阶段，设计人员结合物理性能分析，交通组织模拟全景VR 技术，通过差异化对比设计方案，协助使用方作出决策；在初步设计和施工图阶段的模型中，设计人员能够及时发现预算编制单位的部分漏项清单；在施工阶段，通过差异化对比审核，验证施工单位的施工优化模型，以确保设计的完整性。

通过对比设计阶段和深化阶段模型构件的差异，设计人员可以通过构件ID 快速检索、定位并审阅已经修改的构件，流程如图7 所示，具体数据如图8 所示，数据图表可以清晰地展示深化阶段所做的构件修改数量及其比例，具体数据如图9 所示。这些分析表可以作为造价分析的依据，同时也可以充当辅助工具，如图10 ～图11 所示。通过该方法使设计团队更加高效地掌握项目的变化，准确评估造价情况，并在项目的不同阶段作出决策，从而确保项目的质量和效益。

图7 BIM 模型高效对比方法流程（部分）

图8 模型设计阶段和深化阶段构件对比

图9 模型设计阶段和深化阶段构件数据比例

图10 模型设计阶段和深化阶段结构柱对比（部分）

图11 模型设计阶段和深化阶段管道对比（部分）

通过上述项目的实施，设计团队应用了本研究中的差异化对比方法，并将其应用于造价、性能、设计优化、施工优化和设计决策等多个方面，取得以下成效：

（1）可确保设计的延续性和保真性，采用合理的差异比较工作流程，确保BIM 模型数据在不同建设阶段的传承关系。从项目的初期方案到施工图落地，通过动态的设计模型对比和实时的对比结果呈现，可以让设计人员研判当前设计模型是否按原设计意图进行深化设计，及时纠正偏离最初设计的情况；

（2）对造价复核验算提供了支持，通过设计模型差异比较，分析变更对构件数量、材料用量、工程量和成本的影响，提高成本估算的准确性，减少成本偏差。通过对比实际施工阶段的设计模型与预期的设计模型，量化评估变更前后的差异，及时调整策略以实现预算目标。评估不同设计方案的成本差异，选择最优方案；

（3）差异化对比的思路还可以扩展到模型清理和分离组合的处理，通过对模型的对比，可以清理设计过程中产生的冗余、重叠等构件，提升整体模型的质量。在设计过程中，根据模型的使用需求，通过对比筛选操作，实现模型自由分离和组合，提高设计灵活性和效率，更全面地服务于设计过程各环节。

4 结论与展望

本研究基于Revit 的不同阶段BIM 模型的差异比较方法，实现对比类别筛选的前置执行，以及单类别和多类别的对比，提升了工作效率和设计质量。研究成果可投入使用的项目和场景主要有以下三个方面。

（1）适用于全过程造价控制项目。本研究的目的在于在控价设计项目中，更好地进行各阶段的差异比对，在控价设计项目中，具有广泛的应用前景；

（2）适用于工程智慧运行管理平台。在智慧运行管理平台中，本研究可以辅助进行室内空间布局修改、管线调整、新增设备等情况的模型差异对比，并在事前进行工程量估算，辅助业主进行决策；

（3）提高建筑全生命周期内的资源利用效率。本研究不仅适用于模型差异比较，还可衍生出构件重叠检查、模型合并拆分等工程设计、施工、工程造价计量等工作流。应用该研究可解决建筑设计施工中信息流问题，由点对点传递改为系统化、集中化沟通。相较传统粗放管理，基于BIM 的全模型差异比较精确管控，减少工程变更，提高效率。预计每㎡可节约近500元的人力成本、设计、管理、服务和施工成本。