基于Revit軟件二次開發(fā)的塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)

謝中原，黃鑫，張坤，李義毫

（中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100141）

0 引言

Revit是Autodesk公司一套系列軟件的名稱，也是我國建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一［1］。Revit系列軟件是為建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）構(gòu)建而開發(fā)的，能夠更好地設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)建筑。在施工階段，Revit系列軟件可以輔助施工技術(shù)人員進(jìn)行施工深化設(shè)計(jì)［2］。

塔吊深化設(shè)計(jì)是施工深化設(shè)計(jì)的重要組成部分，具有重要意義，原因如下：（1）塔吊是建筑工程施工階段最主要的垂直運(yùn)輸設(shè)備，其選型、布置直接關(guān)系到建筑工程是否能夠按期完工；（2）群塔作業(yè)是建筑工程施工階段重大風(fēng)險(xiǎn)源；（3）塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是塔吊安全使用的保證。

目前，Revit軟件沒有內(nèi)嵌塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為了進(jìn)一步提高塔吊深化設(shè)計(jì)的效率、準(zhǔn)確性及標(biāo)準(zhǔn)化程度，需要在Revit軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。Revit軟件提供豐富的應(yīng)用程序編輯接口（Application Programming Interface，API）。一方面，用戶可通過API集成其他應(yīng)用程序，或使用API進(jìn)行二次開發(fā)，從而更加便捷高效地操作和訪問Revit［3］；另一方面，API可以把瑣碎的建模工作自動(dòng)化，自動(dòng)檢查Revit文件中的錯(cuò)誤，借助API將其他軟件功能繼承或鏈接到Revit中，在1個(gè)平臺(tái)上滿足用戶需求［4］。

1 系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)

塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)包括2個(gè)目標(biāo)：

（1）為施工深化設(shè)計(jì)提供一種一站式、可視化、智能化的解決方案。傳統(tǒng)施工深化設(shè)計(jì)大多基于二維CAD技術(shù)，需要Word、Excel、CAD、力學(xué)計(jì)算工具等多種軟件協(xié)作才能形成解決方案［5］，而通過塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)在1個(gè)平臺(tái)上完成深化設(shè)計(jì)，形成可視化3D成果，并可對(duì)方案合理性進(jìn)行智能化分析。

（2）整合多種類型信息，為施工提供最佳實(shí)踐范例。傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)過程中，信息往往是離散的，深化設(shè)計(jì)的好壞通常受到設(shè)計(jì)參與者對(duì)信息掌握情況的制約［6］。然而，Revit塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以將塔吊參數(shù)信息、造價(jià)信息、規(guī)范信息及塔吊施工方案的最佳實(shí)踐信息等多種類型信息高效整合到一起，大幅度提高深化設(shè)計(jì)程度和效率［7-8］。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1 功能結(jié)構(gòu)

基于Revit軟件的塔吊及塔吊基礎(chǔ)深化設(shè)計(jì)平臺(tái)的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖1，其重要功能包括塔吊初步設(shè)計(jì)、塔吊深化設(shè)計(jì)、塔吊功能分析、塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、成本分析和施工方案，共計(jì)6項(xiàng)。其中塔吊初步設(shè)計(jì)包括創(chuàng)建草圖、草圖設(shè)計(jì)2項(xiàng)子功能；塔吊深化設(shè)計(jì)包括創(chuàng)建塔吊、塔吊設(shè)計(jì)、塔吊清單3項(xiàng)子功能；塔吊功能分析包括吊次分析、吊重分析、碰撞分析3項(xiàng)子功能；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括創(chuàng)建基礎(chǔ)、基礎(chǔ)信息、基礎(chǔ)復(fù)核3項(xiàng)子功能；成本分析包括塔吊租賃成本分析、塔吊基礎(chǔ)成本分析2項(xiàng)子功能［9］。

圖1 塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，主頁面創(chuàng)建選項(xiàng)卡頁（Ribbon Tab）1個(gè)，名稱為“塔吊深化設(shè)計(jì)”（見圖2）；在塔吊深化設(shè)計(jì)選項(xiàng)卡中創(chuàng)建面板（Ribbon Panel）6個(gè)，每個(gè)面板中，有命令按鈕若干（Push Button）。

圖2 塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)Ribbon界面

2.2 業(yè)務(wù)流程

塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程見圖3。

圖3 塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

2.3 運(yùn)行環(huán)境

系統(tǒng)程序運(yùn)行環(huán)境見表1。

表1 程序運(yùn)行環(huán)境一覽表

3 功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 初步設(shè)計(jì)模塊

初步設(shè)計(jì)模塊主要任務(wù)是利用新增的放置塔吊草圖功能，在平面視圖上創(chuàng)建塔吊草圖族實(shí)例。塔吊草圖族是圓柱體參數(shù)化模型（見圖4），用來模擬塔吊覆蓋范圍，在創(chuàng)建過程中，塔吊草圖族實(shí)例將識(shí)別項(xiàng)目文件中的最高標(biāo)高及最低標(biāo)高，塔吊草圖族實(shí)例的頂面將自動(dòng)調(diào)整為高于最高標(biāo)高1.5 m，底面自動(dòng)調(diào)整為低于最低標(biāo)高1.5 m，確保每個(gè)標(biāo)高的平面視圖均能看到塔吊草圖族實(shí)例。塔吊草圖族實(shí)例設(shè)置完畢后，設(shè)置塔吊草圖族實(shí)例的設(shè)計(jì)參數(shù)（見圖5），包括塔吊型號(hào)、編號(hào)、臂長。

圖4 塔吊草圖族模型

圖5 塔吊草圖信息編輯界面

3.2 深化設(shè)計(jì)模塊

（1）建立塔吊模型族實(shí)例。通過生成塔吊模型功能，將過濾出項(xiàng)目中所有的塔吊草圖族實(shí)例，遍歷塔吊草圖族實(shí)例中的參數(shù)值，根據(jù)塔吊型號(hào)參數(shù)值，確定使用的塔吊模型族類型；同時(shí)根據(jù)塔吊草圖族實(shí)例的坐標(biāo)、塔吊型號(hào)、臂長等參數(shù)值，生成塔吊模型族實(shí)例（見圖6）。每次對(duì)塔吊草圖族實(shí)例進(jìn)行修改后，重復(fù)使用生成塔吊功能，可以刷新塔吊模型族實(shí)例。選擇單個(gè)塔吊模型族實(shí)例，設(shè)置塔吊模型族實(shí)例的設(shè)計(jì)參數(shù)（見圖7），包括塔節(jié)數(shù)量、基礎(chǔ)標(biāo)高、安裝日期、拆除日期等。

圖6 塔吊草圖族與模型族

圖7 塔吊草圖族信息編輯界面

（2）開發(fā)塔吊清單功能。Revit軟件雖然自帶明細(xì)表功能，但自行建立的族參數(shù)（如塔吊模型族的塔吊型號(hào)、臂長、塔節(jié)數(shù)量等）提取較為復(fù)雜（需通過共享參數(shù)功能進(jìn)行提?。?，通過開發(fā)塔吊清單功能，可直接獲取塔吊明細(xì)表（見圖8），明細(xì)表包含塔吊相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)，以便操作。

圖8 塔吊明細(xì)表界面

3.3 功能分析模塊

（1）吊次分析。選擇工程結(jié)構(gòu)類型、每日工時(shí)，過濾出項(xiàng)目中所有的塔吊模型族實(shí)例，遍歷每臺(tái)塔吊模型族實(shí)例的塔吊型號(hào)、安裝時(shí)間、拆除時(shí)間等參數(shù)，通過上述參數(shù)計(jì)算出塔吊在使用期間能夠完成的結(jié)構(gòu)總面積；篩選出項(xiàng)目中全部結(jié)構(gòu)樓板實(shí)例，計(jì)算結(jié)構(gòu)樓板實(shí)例總面積；兩者相比較，得出吊次是否滿足的結(jié)論及相關(guān)建議（見圖9）。

圖9 吊次測算結(jié)論界面

（2）吊重分析。過濾項(xiàng)目中的塔吊草圖族實(shí)例，根據(jù)塔吊草圖族實(shí)例相關(guān)參數(shù)以及塔吊在不同范圍內(nèi)的吊重能力，依次生成吊重分析族實(shí)例（見圖10）。吊重分析族為可以參數(shù)化的圓環(huán)體，用來模擬塔吊某個(gè)吊重范圍，過濾出與吊重分析族實(shí)例相碰撞的所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件族實(shí)例。若鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件族實(shí)例的質(zhì)量小于吊重分析族實(shí)例的吊重參數(shù)，吊重滿足要求，反之則不滿足要求。對(duì)不能吊起的構(gòu)件信息進(jìn)行收集，分析完畢后刪除所有吊重分析族實(shí)例，根據(jù)收集的信息生成成果清單（見圖11）。

圖10 吊重分析族實(shí)例

圖11 吊重分析結(jié)論界面

（3）碰撞分析。過濾出項(xiàng)目中的塔吊模型族實(shí)例，遍歷塔吊模型族實(shí)例，根據(jù)塔吊模型族實(shí)例的相關(guān)參數(shù)，依次創(chuàng)建碰撞檢測族實(shí)例（見圖12）。碰撞檢測族由可以參數(shù)化的長方體（用來模擬塔身）和圓柱體（用來模擬塔臂）組成。過濾出與碰撞檢測族實(shí)例相碰撞的模型實(shí)例，并對(duì)其進(jìn)行信息收集和分析，分析完畢后刪除碰撞檢測族實(shí)例，根據(jù)收集的信息生成成果清單（見圖13）。

圖12 碰撞檢測族實(shí)例

圖13 碰撞檢測結(jié)論界面

3.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊

生成塔吊基礎(chǔ)及其參數(shù)查詢。過濾項(xiàng)目中的塔吊模型族實(shí)例，遍歷所有塔吊模型族實(shí)例，根據(jù)塔吊模型族實(shí)例的相關(guān)參數(shù)，依次創(chuàng)建塔吊基礎(chǔ)族實(shí)例（見圖14）。塔吊模型族實(shí)例發(fā)生變化后，使用生成塔吊基礎(chǔ)功能可對(duì)塔吊基礎(chǔ)族實(shí)例進(jìn)行更新，塔吊基礎(chǔ)族實(shí)例的相關(guān)參數(shù)均引自塔吊生產(chǎn)廠家發(fā)布的塔吊施工說明書。選擇單個(gè)塔吊模型族實(shí)例，使用塔吊基礎(chǔ)參數(shù)查詢功能，可查詢塔吊基礎(chǔ)相關(guān)參數(shù)。

圖14 塔吊基礎(chǔ)族實(shí)例

3.5 成本測算模塊

（1）塔吊租賃成本測算。過濾出項(xiàng)目中的塔吊模型族實(shí)例，遍歷每個(gè)塔吊模型族實(shí)例，獲取塔吊型號(hào)、安裝時(shí)間、拆除時(shí)間等參數(shù)值，從企業(yè)數(shù)據(jù)庫獲取對(duì)應(yīng)塔吊型號(hào)的租賃單價(jià)及進(jìn)出場費(fèi)用的相關(guān)信息，計(jì)算出塔吊租賃費(fèi)用總和，形成成果清單（見圖15）。

圖15 塔吊租賃及進(jìn)出場成本測算界面

（2）塔吊基礎(chǔ)成本測算。過濾出項(xiàng)目中的塔吊基礎(chǔ)模型實(shí)例，遍歷每個(gè)塔吊基礎(chǔ)族實(shí)例，獲取塔吊基礎(chǔ)的混凝土工程量及鋼筋工程量等參數(shù)值，從企業(yè)數(shù)據(jù)庫獲取混凝土施工綜合單價(jià)及鋼筋施工綜合單價(jià)的相關(guān)信息，計(jì)算出塔吊基礎(chǔ)施工成本，形成成果清單。

3.6 施工方案模塊

構(gòu)建企業(yè)級(jí)塔吊施工方案范本數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括工程概況、施工工藝、施工安全控制措施、施工質(zhì)量控制措施等部分，通過企業(yè)級(jí)塔吊施工方案范本數(shù)據(jù)庫及Revit項(xiàng)目中的相關(guān)信息，自動(dòng)生成表單化的塔吊施工方案（見圖16），提高方案編制效率及準(zhǔn)確性。

圖16 自動(dòng)生成的塔吊方案部分截圖

4 結(jié)束語

通過基于Revit軟件二次開發(fā)的塔吊深化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)，抽象出一種“BIM軟件平臺(tái)二次開發(fā)+企業(yè)數(shù)據(jù)庫+算法”的方法。即在完成模型創(chuàng)建的情況下，通過企業(yè)數(shù)據(jù)庫及算法，形成施工所需的方案、圖紙、計(jì)算書、清單、合同、技術(shù)交底等信息及成果。研究成果有助于突破部門之間的信息傳遞瓶頸，提高施工所需文件的編制水平及編制效率，助推項(xiàng)目履約創(chuàng)效。