基于Revit软件的水利水电工程参数化建族

2021-04-09史修府杨猛杰德尔别克·马迪尼叶提艾合麦提江·马穆提买合木提·买买提明

水利水电快报 2021年3期

史修府杨猛杰德尔别克·马迪尼叶提艾合麦提江·马穆提买合木提·买买提明

摘要：近年来，BIM技术越来越多地应用于水利水电工程项目。介绍了BIM技术在工程设计、计算、模拟及绘图方面的优势。以Revit软件为主，阐明了参数化模型的建模步骤，提出了建立水工建筑物参数化族的合理方法及思路。研究表明，引进BIM技术建立参数化水工建筑物族可使复杂模型简单化，同时也可提高后期工作效率。

关键词：水利工程;BIM技术;Revit软件;参数化族

中图法分类号：TV222文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.03.015

文章编号：1006 - 0081（2021）03 - 0085 - 04

1 研究背景

BIM技术起源于20世纪70年代，经历了萌芽、产生和发展3个阶段，目前，BIM技术已经在全世界得到了广泛应用。BIM技术具有可视化沟通平台、模拟、检查及参数化等特点，并且节能环保。在水利水电工程中，BIM技术贯穿工程的全生命周期[1-2]，设计人员可以凭借参数化模型中包含的工程建筑物信息，利用计算机进行精准计算，将此结果作为依据，减少资源浪费，避免重复设计，实现优化施工，提高作业效率。

2 存在的问题

当前，由于不同的地形和生产要求，某一水利工程可能涉及到多个水工建筑物，再加上水工建筑物形态多样，因此，现有的族库中可供使用的建筑物占比不高，完全参数化的族更少。此外，我国目前使用的BIM设计软件依赖国外输入，没有成熟的参数化族库和完整的政策环境支持，导致技术人员仍旧依赖传统的施工思维及设计方案[3]。因此，在水利工程中，BIM技术多应用于局部设计，缺乏总体规划[4]。在水利水电工程全过程中引进BIM技术可拓宽设计者的思路与方法，建立参数化水工建筑物族可使复杂模型简单化、便捷化，同时也可提高后期工作效率。

3引入BIM的技术优势

3.1 相对于传统技术的优势

BIM技术是依靠Revit软件，基于3D数字技术，集成建设工程全生命周期相关参数的一个数字化共享模型[5]。作为一种共享资源，该技术为水利工程建设项目各参与方提供准确、互通的完整信息，形成一个全面的信息库。相对于传统技术，BIM技术有以下几个方面优势。

（1）设计优势。BIM技术可存储海量有利用价值的资讯信息，然后以此为基准，构建完整、合理的信息模型，为水利水电工程项目创造有利条件。因此，在水利工程实践应用过程中，技术人员可通过BIM技术熟悉整个项目，并进行下一步优化建筑信息模型，确保模型中所涵盖的各类数据的完整性与准确性，做到各族间的紧密联络。

（2）计算优势。与传统方法相比，BIM技术具有形象直观、简单高效、适应性强、计算精度高[6]、方便调整等优势，还能用作方案对比分析，提供了一种新思路。

（3）模拟优势。BIM 技术利用计算机建立虚拟的三维模型[7]，进行施工前模拟，考核建筑物是否可以蓄涵水分，也可排除各项风险，保障施工人员安全[8]。

3.2 相对于传统制图软件的优势

Revit是Autodesk公司一套系列软件，专用于BIM技术，可帮助建筑设计师设计、建造和维护“质量更优、能效更高”的建筑。本研究主要用到了Revit以下3个优势。

（1）Revit族库。Revit将大量模型按照特性、参数等属性分类归档，形成使用者熟知的Revit族库。常用Revit软件的设计公司或设计师，大都会随着项目的进展，形成个人独有的族库。在日后的工作中，只要根据实际项目要求修改相关参数，便可再次应用。

（2）参数化。相对于传统制图软件CAD，对于图纸修改，只需利用Revit参数化，在Revit软件中修改相关参数，便可将项目中所有相关联参数一同更改，随一个参数的改变，所有视角的图纸都能实现成比例的统一更改[9]。

（3）三维表达。Revit的三维表达不仅适用于设计人员，也适用于施工人员[10]。在Revit软件中，通过三维分析和解剖，结合可视化的优点，设计和施工人员可快速有效辨别“平立剖”等复杂问题，还可根据施工实际情况，制定下一个实施步骤[11]。

传统软件在参数化建立时，当更改一个项目模型的某个组件时，所对应的组件发生改变，而Revit模型进行参数化后，只需更改其中任意一个参数，系统则会自动协调整个项目中的所有模型进行变更。例如，改变圆管涵底部宽度，相应的角度与高程都将保持连续。利用BIM技术在设计、计算和模拟等方面的优势[12]，充分利用Revit自带的系统族模型，并结合水利工程施工的特点，创建基于BIM技术的水利工程数字化模型，探索BIM技术在水利工程中的应用，可为后期的计算分析和运行维护奠定基础，以实现水利工程信息化管理[13]。

4 参数化族库的建立

水工建筑物异型构件较多，形状复杂，导致制作完全参数化的模型难度较大，因此，在建模过程中尽量细化模型，使小部件模型达到完全参数化。例如，在建立水闸消力池参数化模型时，只有先建立了池底、护坦，趾墩等组成构件的参数化模型后，才可通过拼装的方式组成消力池完全参数化模型。

根据不同水工建筑物的分类情况，创建类似的族库。例如，创建水电站整体的参数化模型时，主要分为上部结构和下部结构，上部结构基本上是框架结构，下部结构中异性构件较多，通過这种分类方式方便归纳所创建的族。创建渠系建筑物时，主要分分水闸段和渠段族等。

图1为通过Revit软件创建的渠道扭面参数化族成果图，以下将以扭面作为实例，说明参数化族创建的过程与技巧。

4.1 族创建技巧比较

Revit建立参数化的方法很多，Revit使用者建立参数化族的过程步骤有所不同[14-15]，同时也存在一些问题，如创建步骤比较粗略，或者在创建过程中忽略关联参照平面等重要步骤。本文总结了一套参数化族建立的方法及思路。

在族的建立过程中，在完成参数化的情况下改变相关参数，得到的结果往往并不准确。应在此时加入适当的参照平面，并确定参照平面的改变方向，关联图元后即可达到预期效果。例如，建立一个简单的矩形梁，经过参数化设置后，改变“长”参数，得到的改变是向右延伸，但实际情况下向左延伸会带来较大便利，此时就可在矩形梁的左边建立参照平面，或者建立参照平面的顺序颠倒，再与矩形梁关联，便可实现向右延伸效果。

4.2 模型参数化设立过程

族是Revit项目中的基础元素，由Revit中的模型图元、注释图元及其他各种类型构件构成[16]。通过系统的研究，此次项目中创建参数化族分为以下4步。

（1）新建族，选择合适的族样版。族的类型可分为系统族、可载入族、内建族，按照类别可分为独立个体族和基于主体的族。在制作模型时，应根据族类型在界面中选择合适的样板，若没有合适的，可选择公制常规模型样板。在族样板中系统会规定默认的两个正交参照平面和其他常规设置。

（2）制作族。根据项目实际经验，总结出一套创建水工建筑物参数化族的有效方法，包括以下3个重点：①参照平面的创建，参照平面的选择和建立是难点之一，只有选择正确的参照平面才能真正实现模型按参数的变化。否则，参数将失去约束作用，变成一个不可变的标注。②参数的创建。基于制作族的经验，最优的选择是在属性栏中建立参数，比其他建立参数方法更加全面，使参数专业化，全面化。③图形的创建。在族样板中系统会规定默认的2个正交参照平面，一般围绕样本中心线创建图形。Revit软件给使用者提供了几种简便的图形，建立方法（拉伸，融合，旋转，放样，放样融合，空心形状）。熟练运用这几种方法可简化建立族的过程，创建很多的复杂模型。

（3）參数与参照平面关联（注释）。参数是实现参数化的关键一步，要想使参数达到预期效果，实现更多复杂的变化，参数必须与选择或建立好的参数平面相关联。

（4）参照平面与形体的关联（点击锁定图标）。建立参照平面时，参照平面必须与形体建立相关联，否则与参照平面相关联的参数将无法约束图形。

4.3 扭面制作实例

（1）在Revit的主界面中点击新建族，选择公制常规模型样板创建扭面，在属性中创建好参数，如扭面长、宽、高等，如图2所示。

（2）首先选择创建扭面翼墙，因扭面翼墙的前后部形状不同，所以选择放样融合命令创建扭面翼墙。（放样融合：用于创建一个融合，以便沿定义的路径进行放样。放样融合的形状由起始形状，最终形状和指定的二维路径确定）

（3）在参照标高中，中心线上绘制放样路径，并沿中心线建立参照平面，命名为“宽参照”。将放样路径与宽参照关联，此时标注放样路径并设置等分约束，且关联参数“扭面长”。完成绘制路径。关联关键步骤如图3所示。

（4）选择编辑轮廓1，打开前立面视图为工作平面，绘制扭面翼墙前部为直角梯形，标注直角梯形，并关联宽参照。将所有标注都与相应参数进行关联。

（5）编辑轮廓2，打开后立面视图为工作平面，绘制扭面翼墙后部轮廓为平行四边形，标注平行四边形，并关联宽参照。将所有标注都与相应参数进行关联。

（6）完成放样融合命令，创建出扭面翼墙一边。因为扭面翼墙两边完全相同，可以选择镜像命令，创建扭面翼墙第二边。

（7）前6步已经完成了扭面翼墙的创建，接下来进行扭面底部的创建。扭面底部选择拉伸创建，拾取创建拉伸形形状，完成拉伸命令。

（8）打开前立面视图，作为工作平面，在拉伸底部创建参照平面，并与图元锁定，同时将扭面翼墙与扭面底部锁定。标注扭面底部，并与对应参数相关联。修改各个参数，检查各参数是否正常运行。

5 结语