基于Revit平臺(tái)與c#技術(shù)的平板直升門水閘建模

陳蕾蕾，左威龍，劉占午

(1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225007)

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)主要用于建立虛擬的建筑工程三維模型并利用數(shù)字化技術(shù)為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)[1]。BIM提供了可視化的思路，將以往線條式的構(gòu)件形成三維立體實(shí)物圖形展示在人們面前；與建筑業(yè)設(shè)計(jì)效果圖相比，BIM技術(shù)的可視化不僅包含構(gòu)件的大小、位置和顏色還可以展示構(gòu)件之間的互動(dòng)性和反饋性[2]。目前BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的建模軟件是 Revit 軟件，該軟件操作簡(jiǎn)便、命令齊全，對(duì)房建上常用的結(jié)構(gòu)(從軸網(wǎng)、高程設(shè)置，到樓板、柱、豎井、屋頂)都進(jìn)行了分類設(shè)置，方便選取[3]，但是水利工程和建筑工程的特點(diǎn)有所不同，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的研究成果并不完全適用于水利工程設(shè)計(jì)[4]，本文主要以平板直升門水閘閘室為研究對(duì)象，基于Revit平臺(tái)和c#技術(shù)開發(fā)專業(yè)模塊[5]實(shí)現(xiàn)常用形式的閘室模型(底板、閘墩、胸墻、排架、工作橋、交通橋)構(gòu)建，通過對(duì)水閘閘室結(jié)構(gòu)形式的細(xì)化整理[6]，實(shí)現(xiàn)分塊模型的參數(shù)化，驅(qū)動(dòng)模型生成，最終生成水閘整體模型。

1 平板直升門水閘建模二次開發(fā)

閘室是水閘的主體建筑物，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，與閘門、過流形式等條件相關(guān)[7]，水閘閘室目前尚未有現(xiàn)成的三維模型構(gòu)建庫(kù)，需要通過開發(fā)專業(yè)模塊實(shí)現(xiàn)常用形式的閘室模型(底板、閘墩、胸墻、排架、工作橋、交通橋)構(gòu)建[8]。Autodesk Revit提供了應(yīng)用程序編程接口API(Application Programming Interface)[9]，用戶可以使用API來開發(fā)自己的應(yīng)用程序操縱和訪問Revit，從而實(shí)現(xiàn)不同的標(biāo)準(zhǔn)和需求，本文主要運(yùn)用面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言c#[10]進(jìn)行二次開發(fā)，通過編譯生成的DLL文件與Revit軟件建立聯(lián)系，以插件按鈕的形式出現(xiàn)在Revit軟件的工具欄面板上，方便用戶隨時(shí)點(diǎn)用。

1.1 平板直升門水閘參數(shù)化描述

模型創(chuàng)建的關(guān)鍵在于細(xì)化水閘閘室結(jié)構(gòu)，整理結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，最終驅(qū)動(dòng)模型生成，平板直升門水閘三維建模開發(fā)模塊主要包含7個(gè)模塊[11]：底板、閘墩、排架、牛腿、胸墻、工作橋和交通橋。參數(shù)化就是對(duì)這些模塊的形狀和位置進(jìn)行描述[12]，如底板結(jié)構(gòu)需要用分塊數(shù)目、順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度、垂直流向長(zhǎng)度、底板厚度、否包含齒坎以及齒坎的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行描述，其他模塊由于結(jié)構(gòu)形式和組合形式的不同其參數(shù)也不盡相同，因此描述這7個(gè)模塊需要大量的參數(shù)。

水閘參數(shù)化過程中研究發(fā)現(xiàn)不同模塊在不同程度的相互影響，主要表現(xiàn)為：①閘墩的閘孔間距依賴于閘孔數(shù)木、墩體厚度和底板的垂直水流向長(zhǎng)度；②排架和牛腿是否可設(shè)置參數(shù)依賴于閘墩模塊是否設(shè)置工作門槽，閘墩包含工作門槽即可設(shè)置排架和牛腿相關(guān)參數(shù)；③排架和牛腿的底高程依賴于閘墩頂高程；④牛腿厚度依賴于排架厚度；⑤交通橋和工作橋長(zhǎng)度依賴于底板的垂直水流向長(zhǎng)度。不同模塊的具體參數(shù)及依賴關(guān)系如圖1所示。

圖1 平板直升門水閘參數(shù)化描述

1.2 平板直升門水閘參數(shù)化實(shí)現(xiàn)過程

平板直升門二次開發(fā)插件基于Microsoft Visual Studio2012開發(fā)平臺(tái)，采用C#編程語(yǔ)言，引用RevitAPI.DLL和RevitAPIUI.DLL文件，以Addin文件方式實(shí)現(xiàn)與Revit軟件的交互。

二次開發(fā)項(xiàng)目中添加RevitAPI.DLL和RevitAPIUI.DLL引用文件可有效訪問Revit提供的編程接口API，主要有兩種編程模式：外部命令(IExternalCommand)和外部應(yīng)用(IExternalApplication)，外部命令用于實(shí)現(xiàn)插件的三維建模功能，包含執(zhí)行(Execute)、拉伸(Extrusion)、放樣(Sweep)等指令，外部應(yīng)用用于在Revit軟件中創(chuàng)建插件使用按鈕，包含啟動(dòng)(OnStartup)和關(guān)閉等指令(OnShutdown)[13]，兩種模式混合編程使得開發(fā)插件在啟動(dòng)和關(guān)閉Revit軟件時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。編程界面中接口引用以及數(shù)據(jù)類如圖2所示。

圖2 編程接口和數(shù)據(jù)類描述

水閘建模首先要考慮各個(gè)模塊的輪廓參數(shù)，根據(jù)輪廓的復(fù)雜程度不同，存儲(chǔ)輪廓數(shù)據(jù)的方式有兩種：點(diǎn)集和線集，點(diǎn)集適用于全是直線的輪廓，如底板，工作橋等，線集適用于包含圓弧和直線等復(fù)雜組合的輪廓，如閘墩、胸墻等。其次某些模塊之間的位置布置需根據(jù)輪廓參數(shù)和界面參數(shù)計(jì)算出來，如排架的放置位置與閘墩的高度有關(guān)，胸墻的放樣寬度與閘孔間距有關(guān)，根據(jù)模塊的放置位置其模型生成方式有放樣和拉伸兩種，程序會(huì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)識(shí)別模型的生成方式。水閘模型的參數(shù)較多，輸入操作比較繁瑣，為簡(jiǎn)化用戶操作，界面中參數(shù)可導(dǎo)出至TXT文檔，下次使用時(shí)導(dǎo)入更新即可。水閘建模程序的主要結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。

圖3 水閘建模程序的結(jié)構(gòu)布置

2 應(yīng)用實(shí)例展示

采用本文的二次開發(fā)插件對(duì)某平板直升門水閘進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 工程參數(shù)

①設(shè)置2塊底板，底板面高程為-5m，底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度為20m，垂直水流向長(zhǎng)度為20m，底板厚為1m，2塊底板均設(shè)置前、后齒坎；②第一塊底板閘孔數(shù)為2孔，邊、中、縫墩墩體厚度均為1m，墩體間距自動(dòng)計(jì)算為0、8、9m，每個(gè)墩體設(shè)置工作門槽，距離3m，門槽寬0.6m，門槽深度為0.3m；第二塊底板閘孔數(shù)為1，邊、縫墩設(shè)置與第一塊底板的邊、縫墩參數(shù)設(shè)置相同，每個(gè)墩體設(shè)置上游檢修門槽，門槽設(shè)置與第一塊底板相同；③第一塊底板設(shè)置排架參數(shù)，長(zhǎng)4m，厚1m，頂高程為10m，收縮段寬2m；④第一塊底板設(shè)置牛腿參數(shù)，頂寬1m，底寬0.5m，前緣高0.5m，后緣高0.7m，頂高程為10m；⑤兩塊底板的胸墻參數(shù)設(shè)置相同，與底板上游側(cè)距離4m，底高程為-2m，頂高程為3m，面板厚0.5m，貼角高1m、寬0.5m，底梁寬2m、高0.8m，圓弧半徑為0.5m；⑥第一塊底板工作橋類型設(shè)置為多梁型，高程為11m，寬4.5m，面板厚0.3m，縱向主梁數(shù)目為4，梁寬0.6m；第二塊底板工作橋類型設(shè)置為PI型；⑦兩塊底板交通橋類型均為平板型，橋面高程為5.5m，寬5.5m，厚0.5m，與底板上游側(cè)距離9.5m，第一塊底板護(hù)欄形式為矩形路緣，高0.2m，寬0.3m，第二塊底板護(hù)欄形式為防撞護(hù)欄，頂寬0.28m，底寬0.45m，倒角半徑r=0.025m，倒角半徑R=0.25m，總高0.85m，內(nèi)緣高0.25m，上部斜率為9.85，下部斜率為1.45。

2.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)結(jié)果

輸入上述參數(shù)生成的模型立面圖和三維圖如圖4所示，參數(shù)輸入及模型生成時(shí)間在5min以內(nèi)，同樣的模型如果采用手工建模至少需要2h以上，界面設(shè)置參數(shù)時(shí)可將數(shù)據(jù)保存到TXT文檔中，以便下次直接讀取參數(shù)，避免重復(fù)輸入。

圖4 平板直升門水閘模型示意圖

3 結(jié)論

平板直升門水閘建模涉及的模塊和參數(shù)繁多，主要包含底板、閘墩、胸墻、排架、工作橋、交通橋等模塊，且部分模塊之間具有依賴性，在Revit平臺(tái)中手動(dòng)操作建模需要消耗巨大的精力和時(shí)間，通過二次開發(fā)的程序可明顯縮短建模時(shí)間，且模塊參數(shù)輸入方便易懂，程序界面中包含相關(guān)構(gòu)件的圖形顯示，實(shí)時(shí)展示參數(shù)輸入的效果，方便用戶排錯(cuò)，有效提高了模型的生成效率。平板直升門水閘的二次開發(fā)程序依賴于Revit開放的接口，若Revit版本升級(jí)后接口有所變動(dòng)，程序也需要適時(shí)的更新和完善。本文論述的平板直升門水閘參數(shù)化過程以及二次開發(fā)流程可為其他類型的水閘模型開發(fā)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。