基于BIM 技術(shù)的參數(shù)化構(gòu)件信息管理研究

文／張 雪 青島理工大學建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院 碩士研究生

劉學賢 青島理工大學建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院 副教授 碩 士

引言

近幾年來，為有效提高人均勞動效能，國家正全面推進數(shù)字產(chǎn)業(yè)化以及建筑類企業(yè)數(shù)字化發(fā)展，建立覆蓋建筑全生命周期的數(shù)據(jù)采集、傳輸和匯聚體系，并深入挖掘數(shù)據(jù)價值。建筑行業(yè)也意識到數(shù)字設(shè)計和自動化建模工作流可以一定程度上提高工作效率，并且在建筑工程中開始嘗試將一些大批量與機械化相關(guān)的工作交付給軟件自動創(chuàng)建。建筑工程項目的構(gòu)件眾多且類別相似，在項目建模過程中基于BIM 技術(shù)的參數(shù)化特征，建立起支持實時修改的參數(shù)化構(gòu)件，可以在建筑設(shè)計階段滿足對建筑構(gòu)件的需求，實現(xiàn)建筑模型與構(gòu)件模型的雙向鏈接。

1 參數(shù)化構(gòu)件的技術(shù)支持

BIM（Building Information Modeling）的意義主要依賴于建筑各專業(yè)不同軟件間信息傳遞和交互共享的能力，由于建筑信息模型不容易在個人之間存在溝通成本與分散數(shù)據(jù)的版本問題，所以構(gòu)件資源的積累與共享則可以借用其優(yōu)勢依附于這類BIM 軟件工具來執(zhí)行。BIM 系統(tǒng)是一個收集、建立信息并將信息傳遞給有操控功能的軟硬件系統(tǒng)，其包括生成、操作、存儲和傳遞建筑信息的所有軟件，不能將其局限于一組狹窄的模型編寫平臺。由于每款BIM 軟件的差異性，在選擇合適軟件進行各階段設(shè)計時，需要綜合考慮工程的實際情況和不同階段的專業(yè)使用需求[1]。如今民用建筑領(lǐng)域普及程度較高的仍為Autodesk 系列，可幫助建筑師在項目的設(shè)計、建造等階段優(yōu)化設(shè)計與管理項目信息，也可作為參數(shù)化建模的BIM核心軟件。

Dynamo 可視化編程平臺作為Autodesk Revit 探索參數(shù)化方案設(shè)計和自動化建模的應(yīng)用程序，可以幫助設(shè)計師實現(xiàn)工程文檔管理與模型自動創(chuàng)建、更改等內(nèi)容。對于參數(shù)化構(gòu)件的建立來說，Dynamo 通過Revit 內(nèi)部API應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface）的直接連接，不僅可以對構(gòu)件圖元進行參數(shù)化修改實現(xiàn)對幾何形體的動態(tài)控制，也可以對構(gòu)件的信息進行管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出（圖1）。它的工作原理是明確執(zhí)行目的后組織節(jié)點來表達與控制模型，并形成一個可重復(fù)執(zhí)行的程序。這種Revit 內(nèi)置Dynamo 的形式為參數(shù)化構(gòu)件的管理提供方法，也為計算機程序自動控制模型特征提供了途徑。

圖1 建筑構(gòu)件在BIM 模式下的參數(shù)化應(yīng)用（圖片來源：作者自繪）

2 基于BIM 的構(gòu)件參數(shù)特性

根據(jù)在建筑工程項目中構(gòu)件參數(shù)的添加及擴展應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)具有獨立于構(gòu)件的實際使用特性——功能屬性與信息屬性。探討B(tài)IM 模式下構(gòu)件各參數(shù)名稱的定義、梳理參數(shù)的特性將有利于設(shè)計師在建筑工程項目中對參數(shù)化構(gòu)件進行高效使用與管理。

2.1 構(gòu)件參數(shù)類型與參數(shù)名稱的功能屬性

在添加構(gòu)件參數(shù)的過程中，不僅需要關(guān)注不同特點、單位的參數(shù)類型的區(qū)分，還需要注意的是類型參數(shù)或?qū)嵗齾?shù)的區(qū)分與利用。類型參數(shù)與實例參數(shù)可以從修改數(shù)據(jù)后變化對象的不同進行功能上的區(qū)分，載入項目中構(gòu)件的類型參數(shù)修改后所引起變化的對象為該構(gòu)件的全部實例，而載入項目中構(gòu)件的實例參數(shù)修改后所引起變化的對象為當前該構(gòu)件實例。根據(jù)兩者的區(qū)別與軟件中操作修改的復(fù)雜程度可將傾向于決定類別的功能性質(zhì)信息設(shè)定為類型屬性，將傾向于決定當前實例在項目中可調(diào)整使用的獨立信息設(shè)定為實例參數(shù)。例如建筑構(gòu)件——“柱”，在長、寬、高（a、b、h）三種幾何特征中，長和寬的組合可以形成決定柱類別性質(zhì)的信息，因其可以在保持幾種固定組合的情況下完成在整個項目的使用；柱高（h）由于需要在材料、樣式、截面不更改的情況下根據(jù)項目不同位置的需求進行次數(shù)不等的調(diào)整，故將其作為實例參數(shù)更加適合。在建立構(gòu)件的過程中面臨各種參數(shù)的設(shè)定，如族參數(shù)、共享參數(shù)以及進一步按構(gòu)件尺寸、形態(tài)、材質(zhì)等通用屬性分類的參數(shù)類型，可根據(jù)參數(shù)的功能屬性、設(shè)計師對構(gòu)件的使用習慣與構(gòu)件自身具有的特性來判斷。

2.2 構(gòu)件參數(shù)內(nèi)容的信息屬性

構(gòu)件參數(shù)化的實現(xiàn)主要是使用參數(shù)對幾何信息與屬性信息的關(guān)聯(lián)與調(diào)整，一方面可以利用數(shù)值參數(shù)直接對組成構(gòu)件的幾何元素賦予一種空間約束，另一方面還可以通過指定公式或邏輯語言改變構(gòu)件的幾何信息或?qū)傩孕畔?。在調(diào)整構(gòu)件模型時只需調(diào)整這幾種參數(shù)內(nèi)容，模型就會自動根據(jù)事先定義的規(guī)則作出改變，實現(xiàn)構(gòu)件的可控變化來滿足需求[2]。然而，在實際使用中，公式函數(shù)等參數(shù)內(nèi)容多數(shù)用來建立具有類似特征又互不相同的構(gòu)件幾何體并間接地提供精確的幾何信息，數(shù)值與邏輯語言作為參數(shù)的內(nèi)容在構(gòu)件中直接發(fā)揮出作為屬性信息的作用（圖2）。

圖2 參數(shù)化構(gòu)件建立過程（圖片來源：作者自繪）

在建筑工程項目構(gòu)件信息模型的使用過程中，有復(fù)雜且多樣的構(gòu)件信息能夠在生產(chǎn)過程中消除不確定因素從而指導(dǎo)生產(chǎn)。因此若參數(shù)化構(gòu)件包含的此類構(gòu)件信息能夠與建筑設(shè)計過程進行有效整合，在需要的時間被方便地獲取，就可以說構(gòu)件的建模過程不僅僅包括在物理實體層面對虛擬三維空間的表述，還包括了信息管理層面的“建?！惫ぷ鳌；趨?shù)化建模技術(shù)的特點，使模型具備了幾何信息與屬性信息的快速修改能力，而構(gòu)件的詳細信息要在工程項目中得到及時地利用還需要借助BIM 模式下的參數(shù)化建模技術(shù)。

3 Dynamo 中參數(shù)化構(gòu)件管理應(yīng)用要點

本研究選取一個參數(shù)化過程展示較為直觀的陽臺BIM 模型作為案例（圖3），以此了解在Revit 中建立參數(shù)構(gòu)件模型，并利用Dynamo 具有的信息管理功能實現(xiàn)構(gòu)件信息修改與導(dǎo)入導(dǎo)出的過程，操作軟件為Revit 2020學生版。

圖3 由水平陽臺板與豎向陽臺板組成的陽臺（圖片來源：作者自繪）

3.1 構(gòu)件模型參數(shù)設(shè)置與管理原理

該構(gòu)件模型在建立中將水平板的長度、寬度，豎向板的高度、厚度等尺寸設(shè)為方便調(diào)節(jié)的實例參數(shù)，將水平板厚度設(shè)為類型參數(shù)，可視情況添加結(jié)構(gòu)等屬性參數(shù)。幾何參數(shù)模型建立基本步驟包括：（1）設(shè)置參照平面并進行尺寸標注；（2）將有需要與模型產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的尺寸進行參數(shù)設(shè)置；（3）利用幾何體建模命令創(chuàng)建模型，并與參照平面鎖定以驅(qū)動實體形狀改變（圖4）。通過該案例參數(shù)關(guān)聯(lián)過程可以發(fā)現(xiàn)信息依附于參數(shù)名稱，所以通過構(gòu)件參數(shù)的名稱執(zhí)行標簽式的檢索，就可以實現(xiàn)對屬性參數(shù)信息、幾何參數(shù)信息的有效操作。在Revit 中提取工程量的途徑可通過明細表進行提取，用以導(dǎo)出圖元屬性，包括體積、面積、長度、構(gòu)件名稱、材質(zhì)等相關(guān)信息。但是，借助Dynamo 可以從實際需求出發(fā)對工程構(gòu)件信息進行篩選并直接進行導(dǎo)入導(dǎo)出，相比這種構(gòu)件基礎(chǔ)參數(shù)批量輸出的方式，針對特定參數(shù)名稱的標簽式檢索輸出會更加靈活。

圖4 參數(shù)化三維模型創(chuàng)建步驟（圖片來源：作者自繪）

3.2 構(gòu)件參數(shù)調(diào)取與修改

正如前文中提到的在Revit 中類型參數(shù)與實例參數(shù)的不同，在Dynamo 中對所需類型參數(shù)或?qū)嵗齾?shù)的操作也要注意區(qū)分，不過在檢索方法上僅需替換或增加某節(jié)點即可。在Dynamo 可視化編程中實例參數(shù)的操作主要分為三個步驟：（1）選取Revit 模型中待分析的構(gòu)件圖元作為分析對象；（2）取得其所有的實例屬性或按名稱讀取特定的實例屬性；（3）針對要編輯的屬性進行修改（圖5）。針對類型參數(shù)的操作僅需要增加一個轉(zhuǎn)換類別的節(jié)點，如圖6 紅色序號1。

圖5 Dynamo 界面中利用節(jié)點實現(xiàn)調(diào)取實例參數(shù)并修改的目的（圖片來源：作者自繪）

圖6 Dynamo 界面中利用節(jié)點實現(xiàn)調(diào)取類型參數(shù)并修改的目的（圖片來源：作者自繪）

3.3 構(gòu)件信息導(dǎo)入與導(dǎo)出

Excel 交互、Revit 自動生成明細表、數(shù)據(jù)化分析等內(nèi)容作為自動化表單這一概念的具體操作，都可以實現(xiàn)構(gòu)件信息的導(dǎo)入導(dǎo)出，其中Excel 特定數(shù)據(jù)輸入至構(gòu)件圖元、依據(jù)參數(shù)名稱導(dǎo)出Excel 數(shù)據(jù)都是通過Dynamo 與Excel良好的交互性以及Dynamo 中可信息管理的特點實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)導(dǎo)入部分的操作分為三個主要步驟：（1）選取Revit 模型中待分析的構(gòu)件圖元作為編輯對象；（2）選取文件所在位置從電子表中讀取所要添加的數(shù)據(jù)；（3）根據(jù)參數(shù)名稱添加表格數(shù)據(jù)為構(gòu)件圖元屬性信息（圖7）。數(shù)據(jù)導(dǎo)出部分的操作大致也可以分為三個主要步驟：（1）依據(jù)參數(shù)名稱取得構(gòu)件中所具有的圖元信息；（2）將參數(shù)名稱添加在所提取的圖元信息列表的第一列；（3）將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel 并設(shè)定表格格式（圖8）。經(jīng)過以上幾個步驟，基于Dynamo 可視化編程進行的篩選圖元特定屬性數(shù)據(jù)進行管理的工作基本完成，證明了通過對構(gòu)件參數(shù)的靈活運用的確可以減少一些無效率的修改工作，為BIM模式中建筑構(gòu)件信息的利用提供了途徑。

圖7 選取Excel 表格數(shù)據(jù)為構(gòu)件增加或修改信息（圖片來源：作者自繪）

圖8 根據(jù)構(gòu)件參數(shù)名稱將參數(shù)內(nèi)容導(dǎo)出至Excel 表格（圖片來源：作者自繪）

結(jié)語

本文基于Revit 及Dynamo 應(yīng)用程序，通過對參數(shù)化構(gòu)件特性的研究，探討了構(gòu)件的信息化管理，通過模型參數(shù)的修改與導(dǎo)入導(dǎo)出等實際操作表明了參數(shù)化構(gòu)件的建立更有利于BIM 在全生命周期的使用。隨著BIM 技術(shù)不斷發(fā)展，有越來越多的BIM 軟件平臺提供了可視化編程或二次開發(fā)，設(shè)計師可以根據(jù)實際需求探索參數(shù)化構(gòu)件的更多功能。要逐漸實現(xiàn)最高程度的信息利用效率需要專業(yè)應(yīng)用程序的開發(fā)定制，但參數(shù)化構(gòu)件模型或建筑信息模型應(yīng)作為減輕使用者負擔的工具而使用，對信息管理執(zhí)行的操作應(yīng)使其不斷簡化，讓設(shè)計師只需做到模型提取和使用即可，建立參數(shù)化構(gòu)件庫直接從中挑選相應(yīng)構(gòu)件并賦予其相關(guān)屬性是未來的應(yīng)用方向。參數(shù)化構(gòu)件庫的建立將推動BIM 技術(shù)發(fā)展，并加快推動建筑業(yè)信息化水平。